稠油水平井均勻注汽技術分析

劉洋（遼河油田茨榆坨采油廠科爾沁開發公司，遼寧 盤錦124010）

0 引言

隨著稠油資源的不斷開發和水平井技術的連續提升，水平井注汽已經成為開采油井稠油的關鍵科技方式。水平井注蒸汽這項全新的采油技術可提升稠油的開采效率，和平常豎直井注采相比較，水平井射孔井段較長，油層開啟幅度較大，一次可以使用比較低的驅動力量提升采收效率，目前已在稠油開采當中獲得廣泛使用。由于注汽管柱里面的流動阻礙力和儲藏層里面的滲透力有所均勻，蒸汽從注汽管流入儲層時并不均勻，存在過早氣竄或者錐進的情況，驅掃范圍變小，熱能使用效率降低，對水平井的采收率帶來了一定影響。為使水平井能夠平均動用，提升水平井開發實效、發揚水平井開發優點。針對稠油水平井模糊注汽引發水平段動用不勻稱、動用幅度較低的問題，開發出了水平井雙管道注汽、增加注汽點、分段進行注汽和分段完井的注汽技術。

1 水平井注汽工藝管柱的研制

1.1 管柱構成及其基本原理

水平井注汽技術是在接近油藏的底部鉆探一個水平井，并在其正上方進行打井，數量可以是一個也可以是多個。蒸汽從上部注入到油層后向著上方或者側邊的方向移動。管柱構件主要有真空隔熱管、汽驅伸縮管、水平井注汽封隔器、扶正器、油管錨和篩選管。其中一種專門針對水平注汽研究制造的專門封隔器下入到造斜段的懸掛上部，為確保隔器能夠更好座封專門研究制造了與之相適用的扶正器，為確保封隔器管柱不會因注汽而發生蠕動現象專門研究制造了與之相適用的錨定器和伸縮管，增強封隔器運作穩定性，在長時間作業情況下不會發生蠕動現象而出現失效問題。

1.2 水平井注汽工藝管柱相應配套工具及特點

1.2.1 水平井注汽封隔器

此前使用的氮氣隔熱方法在實際應用中效果并不理想。一些水平井注汽井因為隔熱效果不佳引起套管受熱伸長量增大，進而導致井口明顯上漲注汽停止。主要原因是油井注汽的過程受到了水平井鉆井和地層原因的影響，發生隔熱實效不佳導致套管受熱上漲，甚至導致套管受損，水平井的使用周期會因此而縮短。為解上述問題專門研究制造了水平井注汽封隔器，在分析了這種封隔器的科技原理和適應條件后，發現其坐封之后封閉性能較好，解封操作也較為簡單易行且完全性能良好。

1.2.2 水平井注汽扶正器

為保護封隔器提升密封的實際效果，防止相關密封件受動損壞，一般會在水平井注汽封隔器的下面安裝一個扶正器，扶正器的軸向上裝置的鋼珠共有6排，按照橫截面圓周勻稱排列，用于保護封隔器的密封件，可對封隔器起到扶正作用，提升密封的實效。

1.2.3 水平井注汽油管錨

這是一種依靠卡瓦油管自重錨定提升油管解封的油管錨，解封性能良好。在研究制造過程中，為確保后續施工內通徑能夠較好擴增，在其下井時受彈簧作用，扶正體會貼緊在套管的內壁上，在其下到一定位置后對管柱一定高度的起落操作，此時卡瓦和椎體會進行相對運動狀態，椎體進入卡瓦后使其擴張開來，卡在套管的內壁上。解除密封的時候提升油管柱，錐體脫離卡瓦解除錨定器具封閉。

2 水平井均勻注汽技術分析

2.1 套管熱應力分析

水平井井眼軌道主要包括直井段、水平井和彎曲段。前兩者在溫度場和熱應力上極為相似，都有著軸對稱特征，不同的是彎曲段，熱應力變化情況繁雜，在注汽過程當中，套管會因溫度上升而出現脹大變化，在油井口部和底部兩邊是固定的情況下，軸向壓縮應力增大到大過屈服點時套管就會受損，其開關會發生永久性變化，或者發生塑性變化。

2.2 水平井雙管注汽工藝技術

針對常規的水平井籠統注汽水平段存在的動用不均勻問題，迫切需要一種可以勻稱注汽并且能夠及時調節注汽工藝的技術，因此采用了上井雙管子注汽技術。優點是不僅能夠解決動用不均勻的問題，還能夠按需及時進行地面調整控制；缺點是注汽出口只有兩個，適用性不強。

2.3 水平井分段注汽工藝技術

采用雙管注汽技術時注汽出口只有兩個，當水平段較長時此技術適用性不強，此時宜采用分段注汽工藝技術，主要有管內分地和分段完井兩種。前一種注汽管柱主要由114.3米真空隔熱管、88.9 米油管、蒸汽傘和注汽閥門組成，按照地貌、流體參數和水平段的實際長度來確定注汽閥門的數量、方位和孔徑，按照分段數量需求來確定蒸汽傘的數量和位置，完成管內分段提升分段注汽的實效。后一種則是在以分段注汽為基礎，使用管外部的封隔器來完成封隔，實現分段注汽。這項技術的適用性較強，在完成分段注汽方面不受地質條件的影響，有效提高了水平段的動用程度。

2.4 水平井分段可調注汽技術

地層會因注汽而發生壓力變化，水平段吸汽量也會隨之改變。此時需要對注汽量進行調整使分段動用保持均勻。所有分段注汽技術中，除了雙管注汽技術以外，在使用其技術時需要通過起下管柱來更換注汽閥門，作業量較大。為此，對于需要多個點注汽而且經常需要調節注汽量的水平井，專門研究制造出了投撈工具，可調節注汽閥門的水平井分段注汽技術，主要由1.3 米真空隔熱管、4889 米油管、蒸汽傘、分段可調節注汽閥門和管外的封隔器組成管柱結構，在注汽過程當中按需下入投撈工具以調節注汽量。

3 關鍵工具的研制

3.1 管外封隔器

高溫管外部的封隔器使用熱力方法坐封，在完成注汽之后，井筒內部的溫度會上升，內部膨脹劑的體積會隨之迅速增大，膠簡脹大的過程封隔器坐封即可實現，最終達成分段完井。高溫管外封隔器構造簡單坐封效果更加平穩可靠，對裸眼直徑達到26到235米的17.8米篩管完井水平井更為適用

3.2 蒸汽傘

蒸汽傘是套管內部分段注汽時配套使用的重要工具，主要構件有壓帽、連通孔和密封件，主要機理是利用注汽產生的壓力差來撐開高溫膠筒，來完成管內的密封隔作業。高溫膠筒一般是由具有良好抗高溫的復合材料制造而成，即使在高達320℃的環境中也能夠長時間正常的運轉使用。當膠筒被撐開，密封注汽管柱和套管之間就會出現環空現象，這些環空的存在可將水平井段進行分段隔離，形成一個個相對獨立存在的分段單元。

3.3 分段可調注汽閥

水平井可調注汽閥主要是配套分段可調節注汽使用，由中心管和外套構成，外套上有四種孔眼，分別是6米、8米、10米和12米。中心管上有一個孔眼，用作調節注汽量使用，具體來講，就是通過抽油管下放投撈用具，把中心管的孔眼和外套四個孔眼當中的一個對接起來，構建注汽通道實現各段注汽量的調整。

4 結語

通過對水平井均勻注汽技術的研究，可從施工源頭上確保稠油油田熱采開發的有序進行，完備水平井均勻注汽技術，提升注汽開采的實效，明顯提升油井的采收率，有效避免使用常規氮氣隔熱方法損傷到油井套管。隨著上技術在稠油油進開采中的大量應用，其戰略地位日漸提升，各項水平井勻稱注汽技術也得到了進一步的完善。在水平井方面加以應用提升了水平段的動用程度，提升率達到20%以上，同時大幅提升了水平井的開發實效。由此可見，稠油熱采水平井深入提升開發實效的探索方向是按照地貌特征和水平段長度，把管內個的外多段分段注汽與完井完好地結合起來。