海上油田多元熱流體吞吐隔熱工藝*

孫 玉 豹 孫 永 濤 山 金城 鄒劍 張衛行

（1.中海油 田 服務股 份 有限公 司 油田生 產 事業部 ；2.中 海 石油 （中 國）有 限 公司天 津 分公司）

海上油田多元熱流體吞吐隔熱工藝*

孫 玉 豹1孫 永 濤1山 金城2鄒劍2張衛行1

（1.中海油 田 服務股 份 有限公 司 油田生 產 事業部 ；2.中 海 石油 （中 國）有 限 公司天 津 分公司）

海上稠油油藏埋深多在1000m以上，采用普通光油管注汽，井筒熱損失大、熱能利用率低，同時，套管及水泥環經受高溫作用易變形損壞。為此，根據不同環空隔熱工藝技術及海上油田熱采作業特點，優選隔熱油管+環空注氮作為海上油田熱采隔熱工藝。利用室內實驗及理論計算：確定采用高真空預應力、內連接、P110鋼級隔熱油管，綜合考慮管柱承壓、隔熱效果及安全等因素：環空注氮壓力小于 20MPa、純度大于 97%。現場應用情況表明，隔熱油管+環空注氮隔熱措施現場操作方便，能夠滿足現階段海上稠油熱采工藝及安全控制要求。

海上油田 熱力采油 隔熱措施 變形損壞

在多元熱流體吞吐過程中，如何保證套管及水泥環安全和盡可能減少井筒熱損失是熱采工藝方案設 計 中 不 可 忽 略 的 環 節[1]。 降 低 井 筒 熱 損 失 最 有 效的途徑主要有兩種：一是采用高熱阻的隔熱管；二是降低油套環空流體的導熱系數。由于渤海稠油油藏埋深 多在 1000m 以上，且生 產井多為大斜度井，井眼軌跡長，而目前隔熱油管下入深度有限，超過其下入深度的以外井段只能采用普通油管，造成局部套管及水泥環溫度高，井筒沿程熱損失大，長時間多輪次吞吐后，套管易變形損壞、管外水泥環強度降低，且后續修井成本昂貴。因此，海上稠油熱采要做好井筒隔熱，在優選合適的高質量隔熱管柱外，做好環空隔熱，對于提高熱能利用率、保護套管及水泥環十分重要。

1 隔熱方式優選

1.1不同隔熱方式適應性分析

目前，國內外稠油熱采主要隔熱工藝技術有：隔熱油管+環空水/氣；隔熱油管+熱采封隔器+環空水/氣；隔熱油管+環空注氮。由于熱采封隔器存在密封不嚴和解封困難等作業風險[2-3]，進 而 造 成 井 筒 隔熱效果變差及后續作業成本增大。為最大限度保障海上熱采隔熱效果及作業施工安全，目前，隔熱油管+環空注氮較其它隔熱工藝更適合海上稠油熱采工藝及安全需求。

1.2不同隔熱工藝計算分析

由于渤海稠油油藏埋深多在 1000m 以上，且生產井多為大斜度井，斜深多在 2500m 左右，而隔熱油管下入深度有限。結合海上多元熱流體吞吐注入參數，及油井井身結構，對不同隔熱工藝隔熱效 果 進 行 了 計 算[4-6]， 見 表1。 由 表1 可 知 ： 采 用 隔熱油管+環空注氮工藝，井筒沿程熱損失較其它隔熱措施小，套管溫度低。

表1 不同環空隔熱工藝井筒沿程熱損失

2 隔熱油管

2.1隔熱油管類型優選

為減少井筒熱損失，最大限度的保證套管安全，根據海上多元熱流體熱采井注入參數，同時結合不同隔熱油管的結構、機械及隔熱性能等，確定采用預應力高真空隔熱油管，隔熱等級為E級。

2.2隔熱油管材質優選

多元 熱流 體中 含有 CO2及少量余 O2，在注熱 過程 中 會 對 隔 熱 油 管 造 成 腐 蝕[7]。 通 過 模 擬 多 元 熱 流體注入工況，對 N80 和 P110 兩種鋼材開展腐蝕速率研究實驗，見表2。由表2可知：N80鋼的腐蝕速率均大于 P110 鋼，耐腐蝕性能較差，高溫下鋼表面形成的碳酸亞鐵膜更為致密從而降低鋼鐵腐蝕。

表2 不同材質隔熱油管的腐蝕速率

2.3隔熱油管連接方式研究

針對不同連接方式隔熱油管，結合鋼材性能進行 管 柱 強 度 校 核 計 算[8-9]， 計 算 結 果 見 表3。 由 表3可知，內連接隔熱油管下入深度比外連接隔熱油管大。同時，由于外連接隔熱油管的內徑在接箍處變化較大，流體容易產生紊流狀態，紊流狀態的出現急劇加速了腐蝕介質對變徑部位的腐蝕速度，而內連接隔熱油管則減少了內部變徑。因此，內連接隔熱油管更有利于減少井筒熱損失，更加有利于保護套管。

表3 不同連接方式隔熱油管的最大下入深度

3 環空注氮

3.1關鍵參數控制

在保證注入壓力低于海上稠油油田地層破裂壓力的情況下，綜合考慮設備性能、注熱管線承壓能力、隔熱效果及井下安全等因素，對環空注氮關鍵參數優化設計，見表4。

表4 環空隔熱工藝參數控制

3.2主要工藝步驟

1）啟動制氮設備，環空注氮氣，待氮氣注滿油套環空體積后，啟動多元熱流體設備，正式開始注熱作業。

2）在多元熱流體注入期間，實時觀察油、套壓變化情況，可根據油套壓力變化情況采取連續注氮，或間歇注氮方式。

3）多元熱流體注入量達到設計值后，先停止多元熱流體注入，2～3h后再停止環空注氮作業。

4 現場應用

截至 2012年 11月，隔熱油管+環空注氮工藝已在渤海某油田成功應用 13井次，經現場溫度測試及對隔熱油管檢測得知：隔熱油管+環空注氮沿程熱損失小，能夠有效保護套管安全，且隔熱油管沒有發現明顯腐蝕現象，可重復利用。

5 結論及認識

1）通過對比分析不同環空隔熱工藝優缺點，結合海上油田作業特點，選擇隔熱油管+環空注氮工藝做為海上油田熱采井環空隔熱工藝。

2）利用室內實驗及理論計算，優選了隔熱油管類型及材質，綜合考慮管柱承壓、隔熱效果及安全等因素，確定了環空注氮壓參數。

3）多元熱流體吞吐實踐經驗證明，隔熱油管+環空注氮工藝能夠有效降低多元熱流體注入過程中井筒沿程熱損失、保護套管及水泥環，且管柱結構簡單，易于現場施工，適合現階段海上熱采工藝及安全管理要求。

[1] 唐曉旭,馬躍,孫永濤.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現場試驗[J].中國海上油氣,2011,23(3):185-188.

[2] 王忠華,劉曉燕,趙海謙.無襯套真空隔熱油管接箍視導熱系數模擬計算[J].油氣田地面工程,2007,21(2):94-96.

[3] 陳紅梅.蒸汽驅高溫長效隔熱注汽管柱的研制[J].石油鉆采工藝,2008,30(3):362-364.

[4] 劉紅英,黃善波.隔熱油管接箍對井筒熱損失的影響與修正[J].特種油氣藏,2009,41(4):97-100.

[5] 王志國,馬一太,李東明,等.注汽過程井筒傳熱及熱損失計算方法研究[J].特種油氣藏,2003,10(5):38-41.

[6] 魯港,李新強,楊兆臣,等.井筒熱損失計算的改進方法[J].特種油氣藏,2006,13(3):99-101.

[7] 孫永濤,付朝陽,楊秀蘭.高溫多元熱流體注采中管材腐蝕分析[J].石油與天然氣化工,2012,41(4):408-410.

[8] 劉文章.稠油注蒸汽熱采工程[M].北京:石油工業出版社,1997:348-389．

[9] 萬仁薄.采油技術手冊（稠油熱采工程技術）.北京:石油工業出版社,1996:48-389．

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.007.008

2013-02-04）

孫玉豹， 2009 年畢業于東北石油大學 （油氣田開發 專 業）， 從 事 海 上 油 田 稠 油 熱 采 工 藝 研 究 ， E-mail： sunyb@cosl. com.cn，地址：天津市塘沽區營口道天津科技大學 2號樓，300450。*國家重大科技專項“大型油氣田及煤層氣開發”—子課題“海上稠油油田熱采技術試驗示范”（編號：2011ZX05057-005）成果。