多元熱流體吞吐技術在渤海油田老井挖潛中的應用

梅 偉，仝春玥，孫玉豹，張衛行，林珊珊，張建亮

（1.中海油服油田生產事業部，天津 300459；2.天津市海洋石油難動用儲量開采企業重點實驗室，天津 300459）

1 單井情況

1.1 單井情況

A 井是渤海某油田一口水平開發井（見表1），投產時間為2011 年5 月，生產層段為東二段V 油組上層系，該層系為中孔低滲儲層，平均孔隙度為31.1%，平均滲透率為523.1 mD，為中高孔中高滲儲層。該井完鉆垂深1 379.5 m，完井井深2 348 m，鉆遇水平段油層長度254.4 m，防砂方式為橋式復合篩管+礫石充填防砂方式。

表1 A 井基本情況

1.2 低產原因分析

該井于2011 年5 月投產，設計壓差1.5 MPa，配產57 m3/d，但投產以來一直達不到配產要求，油田初期產液量33.8 m3/d，產油量33.3 m3/d，含水1.5%，生產壓差為2.1 MPa（見表2）。

表2 多元熱流體吞吐作業前A 井基本生產情況

從地質油藏特征和油井生產動態分析該井低產原因如下：（1）該井生產層位為東二段Ⅴ油組上層系，地面脫氣原油黏度為939 mPa·s（50 °C），原油黏度較大、儲層物性較差，造成流度和產能均偏低；

（2）該井所在區域受多期砂體疊置影響，注采受效差，油井地層靜壓僅5.9 MPa，壓力系數0.45。

多元熱流體是一種高溫、高壓流體，是利用高壓燃燒機理，將注入發生器的燃料（柴油或天然氣）和氧化劑（空氣）在燃燒室中燃燒，依靠產生的高溫高壓燃氣將混合摻入的水汽化而產生，其主要組成為水/蒸氣、氮氣和二氧化碳，多元熱流體攜帶的熱量能夠有效加熱地層，降低原油黏度；另一方面，多元熱流體中的氮氣能夠有效補充地層能量，進一步提高油井產量[1，2]。

2 多元流體吞吐增產機理

多元熱流體增產引效室內實驗揭示了老井多元熱流體增產引效作用機理，其主要作用機理為“解堵”和“增效”作用[3-5]。

（1）解堵作用包括解除近井地帶堵塞和氣體疏通滲流通道，提高波及體積作用；

（2）增效作用包括降黏作用、熱+氣體+化學協同作用，顯著增加地層能量等。

2.1 解堵作用

（1）解除近井地帶堵塞：利用熱-氣作用溶解堵塞在篩管或近井地帶有機質污染，滲流能力增加，起到較好的解堵作用；巖心模擬實驗表明多元熱流體解堵可使滲透率恢復90%以上。通過對比封堵前后、解堵前后巖心的水測滲透率，評價有機質堵塞對巖心滲透率的影響及多元熱流體的解堵效果，從滲透率前后變化的角度來評價多元熱流體解堵效果。以3 000 mD 級別巖心為例，堵塞解堵實驗結果（見圖1）。

圖1 3 000 mD 級別巖心堵塞解堵實驗結果

針對1 000～4 000 mD 不同滲透率級別的巖心開展相同實驗（見圖2），實驗結果表明在污染程度為2.5%時，不同滲透率級別巖心污染恢復率都可達到90%左右。

圖2 不同污染程度下解堵后直接恢復率曲線

（2）氣體疏通滲流通道，提高波及體積：多元熱流體中氣體溶解可使稠油黏度降低，同時，在氣體膨脹作用下，可對油藏滲流通道進行疏通，降低后續原油流動阻力，從而提高油藏的采油指數（可提高30%～70%）；溫度場顯著提高，殘余油飽和度降低，油相相對滲透率值增大；氣體溶解增大原油體積系數并提高波及體積，近井地帶儲層能量壓力場顯著提高。

通過對比冷采、瀝青質堵塞和多元熱流體解堵后冷采的采油指數（見表3），結果表明不同滲透率級別下，瀝青質堵塞后，采油指數變為初始采油指數的20%～30%，多元熱流體解堵后，采油指數可恢復到初始采油指數的35%左右，與堵塞后相比，可提高30%～70%。

表3 采油指數評價解堵實驗結果

2.2 增效作用

（1）降黏作用：多元熱流體攜帶的熱量可使稠油黏度大幅度降低，提高稠油的流動性；多元熱流體中氣體溶解可使稠油黏度大幅度降低（見圖3）；在熱+氣協同作用下，流動性能增加，起到降黏、解堵作用。

圖3 目標油田脫氣原油黏溫曲線

溫度在50～90 ℃時，在油溶性降黏劑作用下，可大幅度降低原油黏度，提高近井地帶流動性；溫度在50～90 ℃時，油溶性降黏劑輔助熱作用，可將原油黏度降低98%以上（見圖4）；驅替實驗結果表明，在熱作用下，油溶性降黏劑作用更顯著，80 ℃較56 ℃（油藏溫度）驅油效率高8%。

圖4 油溶性降黏劑效果評價

（2）熱+氣體+化學協同作用，提高油井產能：驅替模擬實驗結果表明（見圖5，表4），在熱+化學+氣協同作用下，油藏溫度80 ℃較56 ℃驅油效率高8.3%；在多元熱流體注入0.3 PV，化學劑注入占比1.5%時，驅替效果較好,驅油效率可達72.2%；吞吐模擬實驗結果表明，在熱+化學+氣協同作用下，在解除近井地帶堵塞、氣體疏通滲流通道、降黏、增能保壓等綜合作用下[6]，可進一步提高開采效果，累增油量可提高80%以上。

表4 多元熱流體+油溶性降黏劑一維驅替實驗

圖5 油溶性降黏劑驅油效果評價

（3）清洗油管/篩管：高速氣液兩相流體伴隨擾動、沖刷，油管/篩管得以清洗；溶解沉積在油管/篩管有機質顆粒，解除油管/篩管堵塞；改善瀝青質沉積造成的地層堵塞情況，提高油井產能。

3 注采參數優化

利用CMG 軟件Stars 模塊對渤海油田該區塊實際油藏模型開展多元熱流體油藏數值模擬，優化各注采參數，并分析注入量、燜井時間對開發效果的影響。

利用wellflow 軟件對該井注入溫度進行優化，確保在保障井安全的前提下，給出最優排量；利用Landmark 軟件Wellcat 模塊開展注熱工況下管柱安全校核，確保注熱工況下管柱安全。

3.1 注入溫度優化

由于A 井為非熱采完井，井口裝置、井下管柱/工具、固完井系統耐溫等級受限，且在此類井上開展多元熱流體吞吐礦場試驗，必須保證井口、井下管柱/工具以及施工的安全（見表5）。

表5 井口裝置及井下工具各部位耐溫參數表

由表5 可知，固井水泥為井筒溫度薄弱點，因此在滿足井筒耐溫110 °C 限制的前提下，推薦采用隔熱油管配套隔熱接箍，注入速度8～10 t/h，計算得到井底溫度為145～153 ℃（見表6）。

表6 普通油管/隔熱油管熱力參數模擬

由數值模擬計算結果可知：隨著注入溫度的增高，累產油量逐漸增加，但由于基于目前注熱條件，平均井底注入溫度150 ℃時，可滿足井筒固井水泥耐溫110 °C 限制，因此建議井底平均注入溫度為150 ℃。

3.2 注入量優化

分別對多元熱流體注入量為1 000 m3、2 000 m3、3 000 m3、4 000 m3、5 000 m3進行了優化計算，不同注入量對累積產油量的影響（見圖6）。由圖6 可知，隨著多元熱流體注入量的增加，周期產油量逐漸增加，當注入量超過3 000 m3，增油幅度減少，推薦該井多元熱流體注入總量為3 000 m3水當量。

圖6 不同注入量對周期累增油影響

3.3 燜井時間優化

燜井時間越長，注入的多元熱流體與地層原油接觸越充分，效果就越好；但燜井時間過長，熱量向頂底蓋層的熱損失就越大。對燜井時間對周期累增油的影響進行了優化計算，燜井時間為1 d、2 d、3 d、4 d、5 d，燜井時間對周期累增油的影響（見圖7）。根據圖7 可得知：對于注入層位，燜井時間為3 d 時，周期累增油最大，燜井時間小于3 d，熱量不能充分作用于油層，燜井時間大于3 d，由于熱損失變大導致周期累增油變小。因此最終優化確定燜井時間為3 d。

圖7 燜井時間對周期累增油影響

3.4 管柱安全校核

A 井管柱為注采一體化管柱，為確保該井在不同工況下（下入過程、上提解封過程、注熱過程）管柱安全，采用Landmark 軟件Wellcat 模塊對A 井一體化管柱進行強度校核，針對不同階段（下入過程、上提解封過程、注熱過程），分別計算了一體化管柱的受力情況，取最大受力工況計算安全系數（見表7）。

表7 安全系數選取

計算抗外擠強度時，根據目前地層壓力系數約0.98，取壓井液密度為1.10。計算抗內壓強度時，取最大注汽壓力17 MPa。計算抗拉屈服強度時，取最大舉升時油管內壓力14 MPa。計算抗拉屈服強度時，取壓井液的最小密度為1.03（見圖8，表8）。

表8 A 井管柱校核結果

圖8 A 井一體化管柱強度校核結果

根據一體化管柱強度校核結果，該井采用的管柱結構可滿足下入、注入及生產等不同工況下的強度需求。

4 礦場試驗及措施效果

4.1 礦場試驗

渤海某油田A 井于2021 年8 月8 日采用拖二型多元熱流體發生器進行多元熱流體吞吐作業，注入速度8 m3/h，發生器出口溫度190～193 ℃，累計注水量3 000 t。A 井多元熱流體吞吐作業期間，發生器及配套設備運行穩定，運行時率高、運行指標滿足工藝要求（見圖9）。

圖9 A 井多元熱流體作業施工曲線

4.2 措施效果

該井放噴階段累計放噴27 d，累產液160 m3，累產氣12 905 m3。2021 年9 月1 日啟泵后，9 月24 日計量日產液39.36 m3，日產油19.68 m3，日產氣1 656 m3，含水50%，與熱采前日產油水平（日產油4.5 m3）相比，初期日產油量為作業前日產油量4～5 倍，增產效果明顯（見圖10）。

圖10 A 井多元熱流體吞吐措施效果對比

5 結論及認識

（1）海上油田稠油老井采用多元熱流體吞吐技術后，地層能量得到了補充，原油黏度有效降低，流動性增強，起到了增溫降黏的效果，老井增產效果明顯。

（2）多元熱流體熱采技術對于在生產稠油油田老井井口、生產管柱以及井身結構具有較好的適應性，可實現注采一體化作業模式，進一步提高作業時效和效益，建議擴大該技術在海上油田其他老井挖潛中的應用。

（3）實施多元熱流體吞吐技術可以大幅提高稠油油藏油井產能，改善開發效果，為海上稠油油田挖潛提供了一種有效的手段，多元熱流體技術在老井增產上的應用對渤海油田穩產、上產起到重要作用，為未來渤海油田老井挖潛，進一步釋放產能提供了一種有效方法。