多元熱流體熱采技術在海上探井測試的應用

趙利昌，孫永濤，林 濤，王少華

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450）

0 引 言

在油氣勘探的全過程中，從盆地普查、地震詳查到圈閉評價、選擇有利圈閉鉆井和電測，花了大量的資金和精力。所鉆探井含油氣評價無論有多高，所報希望無論有多大，最終結果還得要靠測試來下結論。試油是油氣勘探中的最后一道大工序，也是最重要、最關鍵的工序[1]。中國海上油田原油儲量豐富，其中稠油儲量也較大。隨著勘探技術的不斷發展，越來越多的稠油資源得到發現，但由于稠油粘度高、流動性差，常規測試難以正確評價儲層的真實產能[2]；因此，發展一種新的試油技術就顯得非常必要。

陸地油田的經驗表明在探井測試中應用熱采技術能取得較好的效果。對于海上探井測試來說，選用的支撐載體是鉆井船，作業場地受到限制，而多元熱流體技術是在常規熱采技術的基礎上發展起來的一種新型的熱采技術，設備輕便靈活，其注入流體由水蒸汽、熱水、N2及CO2等多種組分組成[3-5]，適應當前熱采技術的發展趨勢，滿足海上測試的要求。

1 多元熱流體產生原理

多元熱流體發生器是運用液體火箭發動機的燃燒噴射理論，遵循物質守恒、能量守恒和化學平衡定律，通過一定混合比的燃料（原油或天然氣）與氧化劑在燃燒室內爆燃產生高溫混合氣，將化學能轉變為熱能，整個燃燒過程包括柴油霧化過程、液滴蒸發過程、柴油和氧化劑氣相混合過程和化學反應過程。燃燒后產生的高溫混合氣主要組分是N2、CO2以及少量H2O，燃燒產生的高溫混合氣與加熱注入水產生的高溫蒸汽形成多元熱流體。流程示意圖見圖1，設備見圖2。

圖1 多元熱流體產生流程圖

圖2 多元熱流體設備

2 熱采測試設備及方法

海上探井測試均在鉆井船上完成，受到海上鉆井平臺空間、承重能力、吊裝能力、資源等限制，客觀上要求設備設施緊湊、自動化程度高、海洋生產安全性及環保性高等特點。

海上多元熱流體熱采測試的設備主要包括多元熱流體發生器、注熱用水處理裝置、測試設備、電力供給系統等，在充分考慮注熱裝備的高效、集成功能，注熱工藝流程的簡單、安全、較低的熱損失的條件下，對具體布局流程的優化如圖3所示。

3 海上探井熱采測試工作流程

對于海上探井的熱采測試，其工作流程為：完井→通井、洗井、沖砂→螺桿泵常規測試→起出生產管柱下入注熱管柱→地面注入熱流體→燜井→自噴→下螺桿泵求產。

圖3 多元熱流體設備布局流程圖

（1）完井。根據試驗井油藏地質情況，選擇裸眼完井或者射孔完井。對于射孔完井，由于稠油粘度高，滲流阻力大，為滿足注熱需要，需增加泄流面積，減少注入阻力，加大孔深和孔密。

（2）通井、洗井、沖砂。對探井進行通井、洗井、沖砂3步驟，通井保證油井下入管柱無障礙，洗井可以清潔井筒，清除套管內壁上粘附的固體物質或稠油，對于因井下有沉砂未達到人工井底或未達到要求深度的井，應進行沖砂。

（3）螺桿泵常規測試。在注熱前，下入螺桿泵求取常規測試產能[6]，以驗證常規測試手段對稠油井的試油效果。

（4）起出生產管柱下入注熱管柱。取出原螺桿泵生產管柱，按照管柱組合順序下入注熱管柱，注熱管柱下入位置進入油層中上部，為地面注熱做好準備。

（5）地面注入熱流體。在地層進行防膨預處理后，地面開始向油管內注入熱流體，從油套環空注入氮氣進行井筒隔熱。施工參數嚴格按照優化設計的參數執行。

（6）燜井。注熱完成后，按照設計燜井時間進行燜井。

（7）自噴求產。生產初期，油層溫度高，壓力足，可以選擇自噴求產。

（8）下螺桿泵求產。注熱后井下溫度較高，油層出砂，產量較高，原油較稠，無法采用電潛泵求產，采用下入螺桿泵求產方式。

4 多元熱流體熱采測試工藝參數優化

海上探井熱采測試工作流程是保證工藝實施的關鍵，而多元熱流體熱采測試工藝參數優化則是保證求取海上稠油油田的真實產能的關鍵，主要包括注入溫度、注入量、燜井時間等工藝參數的優化。

以渤海油田PL-XX區塊為例，該區塊處于河流相和淺水三角洲沉積環境，砂泥巖互層，砂巖含量20%～30%，儲蓋組合比較理想。通過巖心分析，該油層孔隙度一般為23%～28%，平均為23.9%，滲透率100～1000×10-3μm2，屬于中孔中滲儲層。原油為重質稠油，具有粘度高、密度高、含蠟量高、凝固點低、飽和壓力低、溶解氣油比低等特點。該區塊于2010年鉆探了PL-XX-2井，射孔段894.00～902.00 m和1 104.00～1111.00m兩個層位。

通過CMG數值模擬軟件中的STAR模塊對894.00～902.00m這一層段進行數值模擬，將模型網格劃分為縱向上10個模擬層，見圖4。不同注入溫度、注入量、燜井時間進行優化設計。

圖4 數值模型建立的網格結構

通過優化后預測曲線可以看出，當注入溫度為150℃，在不同注入水量下，油井初期產能隨著注入量的增加而增加；當注入量在540方以上時，峰值產能并不隨注入量的增加而增加，繼續增大注入量，后期開采效果變好。對于該層，選擇了注入溫度150℃，注入量550m3，數值模擬日產油量為29m3。

5 現場應用

將優化后的工藝參數，結合海上探井熱采測試工作流程進行現場應用，得到：

第 1測試層（1 104.00～1 111.00 m）采用 178射孔槍、深穿透彈先進行復合射孔，后采用PCP+APR常規測試，采用螺桿泵60r/min的泵速得到平均日產油7.49m3，平均含水34%，平均含砂0.5%；采用熱采測試工藝后，采用螺桿泵60～70r/min的泵速得到平均日產油25.15m3，基本不含水。

第2測試層（894.00～902.00m）與第1測試層的測試工藝相同。注熱之前，采用螺桿泵60～70r/min的泵速得到平均日產油6.97m3，平均含水40%，平均含砂11%；注熱之后，螺桿泵采用60～70 r/min的泵速得到平均日產油23.62m3，平均含水9.98%。

圖5 數值模擬不同注入量平均日產量對比圖

通過對比冷采測試與多元熱流體熱采測試兩種方式的效果，證明了采用多元熱流體熱采測試的產能是冷采測試產能的兩倍以上。多元熱流體中包含有蒸汽、氮氣、二氧化碳等多組分流體，不僅能夠起到加熱降粘的作用，同時大量氣體進入地層，能夠充分發揮氣體組分的溶解降粘、擴大波及體積、增加地層能量等作用[7-9]，為油井生產提供了驅油動力，在綜合作用下使得儲層中原油的粘度大大降低，流動性增加，降低了在原油回采過程中的阻力，明顯提高了產油量。

6 結束語

多元熱流體增產機理豐富，其配套設備及工藝流程較好地滿足海上探井測試的要求，適用于海上稠油探井熱采測試作業。通過多元熱流體熱采技術在海上探井測試的研究與應用，證明使用該技術后探井日產油量可達到常規冷采測試產油量的兩倍以上，有利于求取探井真實的產能。

[1]劉達林.試油層位選擇及提高探井試油成功率之我見[J].油氣井測試，2002，11（2）：39-42.

[2]林濤，孫永濤，馬增華，等.多元熱流體熱采技術在海上探井測試中適應性研究[J].海洋石油，2012，32（2）：51-53.

[3]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.

[4]林濤，孫永濤，馬增華，等.多元熱流體熱-氣降黏作用初步探討[J].海洋石油，2012，32（3）：74-76.

[5]孫玉豹，孫永濤，林濤.渤海油田多元熱流體吞吐自噴期生產控制[J].石油化工應用，2012，31（5）：10-12.

[6]王雪飛，楊岐年，趙啟彬.多元熱流體吞吐技術在海洋稠油探井測試中的應用[J].油氣井測試，2011，20（3）：35-36.

[7]王德有，陳德民，冉杰，等.氮氣隔熱助排提高稠油蒸汽吞吐熱采效果[J].石油鉆采工藝，2001，24（3）：25-28.

[8]劉成，羅召陽，劉麗君.氮氣技術在油氣生產中的應用[J].斷塊油氣田，2001，8（4）：61-64.

[9]孫德浩.油井注氮氣增產技術的研究與應用[J].斷塊油氣田，2003，10（5）：61-62.