稠油熱采井選擇性注汽工藝技術

賈俊敏，郝瑞輝，姜雷

中國石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院（遼寧 盤錦 124010）

0 引言

薄互層狀稠油油藏由于油層物性差異大且薄互油層交替分布，在多輪次籠統注汽后高滲透率油層重復進汽、單層突進嚴重，而中低滲透率油層由于達不到啟動壓力而無法有效啟動；現有稠油開采的主要工藝方法[1-2]是用熱采封隔器將注汽井段分成若干個注汽單元，每口井需同時下入若干個熱采封隔器，每個注汽單元需下入注汽閥[3-7]，向油層內注入大量過熱蒸汽，將稠油加熱降黏稀釋后采出，作業難度大、單井施工成本高，對縱向臨近油層動用程度差異較大、薄互油層交替分布油井分注效果差。近年來隨著稠油區塊蒸汽吞吐開發逐漸進入中后期，井況條件越來越差，為了降低實施成本，提高老井產量，套管開窗、補孔以及側鉆井正在逐年增多，由于這部分油井均采用直徑較小的139.7 mm（512″）套管完井，常規分層注氣工藝技術均不能很好地適應此類油井的選擇性注汽。因此研究一種適應小直徑套管的選擇性注汽專用工具和工藝勢在必行。

1 選擇注汽工藝管柱設計

1.1 工藝技術原理

通過在井下下入投球和收球管柱，選擇性封堵高滲透率油層，緩解層間矛盾；投球和收球工具采用一趟管柱下入，投球封堵作業結束后直接利用該管柱進行收球作業；針對性地研制了一種可懸浮于過熱蒸汽、原油、水三相介質中，并能有效封堵高滲透率油層套管射孔眼的低密度堵球，研制了不同井況下投球器和收球器及組合注汽工藝管柱，如圖1所示。設計了相應的工藝技術參數，設計油層厚度一般小于20 m，根據油層厚度確定投球器管柱長度和下入鋼球數量，下入管柱為不帶封隔器的籠統施工管柱，解決稠油井選擇性注汽工藝技術難題，形成一套結構簡單、施工方便、成本低的稠油熱采投球選擇性注汽工藝技術。

圖1 投球注汽管柱圖

1.2 注汽工藝參數設計

依據油井油層滲透率、孔隙度、油層射孔情況等綜合資料確定封堵層位；同時，結合生產動態變化，尤其是對于多輪次籠統注汽后高滲透率油層重復進汽、單層突進嚴重的油井，需要結合縱向上油層動用程度差異的相關測試數據，確定封堵層位。

投球數量為封堵層位射孔數量的1.2~1.5倍；裝球罩采用耐高溫聚四氟乙烯塑料制造，其熔化溫度≥250℃，在注汽溫度和干度超過這一指標后裝球罩開始熔化，封堵球靠自身重力投進注汽井段，封堵進汽速度較快的高滲透率油層，使過熱蒸汽大量注向中低滲透率油層是該工藝的目的；投球器設計在注汽溫度250~300℃開始投球，可保證要封堵的高滲透油層實際注入設計注汽量的13~12左右，而使大量過熱蒸汽注向中低滲透率油層，實現油層的均衡動用；投球器位于注汽井段（油層段）上界3~5 m、注汽篩管位于油層中下部、收球器位于油層下界3~5 m效果最佳。

2 投球選擇注汽井下工具設計

2.1 直井投球及收球工具設計

2.1.1 結構設計

如圖2所示，投球器由上接頭、篩管、裝球罩和下接頭組成。其中，上接頭與篩管上部連接；下接頭與篩管下部連接，裝球罩套在篩管外部。封堵球預裝在裝球罩中。裝球罩為圓環形筒狀結構且帶有封底，材質為聚四氟乙烯耐高溫塑料。如圖3所示，收球器由接箍、篩管、刮球器及收球筒構成，接箍與注汽篩管連接，刮球器上端與篩管下端連接，刮球器下端與收球筒上端焊接，刮球器的最大外徑處沿徑向設置有4個喇叭形孔道，當進行收球作業時，鋼制空心球通過刮球器的孔道進入收球筒中；收球筒為鋼制錐形圓筒，筒壁設置數個橢圓形孔提供卸油孔道，收球筒底部為大錐度導向結構。

圖2 常規直井投球器結構圖

圖3 常規直井收球器結構圖

2.1.2 結構參數

1）封堵球采用30CrMoSiA材料，球體的直徑為Φ19~22 mm，根據井筒流體當量密度確定封堵球密度，與下入位置無關，設計封堵球當量密度為0.85~0.95 g/cm3、抗壓強度≥20 MPa，經沖壓成型工藝、鎢極氬弧焊接工藝、Ni-P合金鍍覆工藝加工，確保在注汽過程中依據封堵球密度與注汽介質密度差異、各油層吸汽壓力差異，實現選擇性封堵。

2）投球器采用耐高溫復合材料，內部為長度1 000 mm的Φ73.02 mm（278″）注汽篩管，其上部（約距頂部200 mm）焊有外徑Φ140 mm，厚度為2 mm的擋圈以防止封堵球在注汽過程中上竄，篩管外部采用長800 mm的管中管并帶有封底結構的裝球罩，裝球罩底部用Φ73.02 mm（278″）油管接箍固定。當封堵球封堵高滲透率油層炮眼后，過熱蒸汽注入中低滲透率油層，實現啟動中低滲透率油層的目的。

3）收球器為倒喇叭口結構，外徑Φ90~148 mm，底部與長800 mm、壁厚2 mm的錐形可卸收球籃焊接，可使收球成功率達到95%以上，以適用于各種井況需要。

2.2 側鉆井投球工具設計

2.2.1 結構設計

如圖4所示，側鉆井投球器從上向下依次包括上接頭、筒形的裝球罩和筒形的下接頭，與直井投球器相比較，這種設計可以防止起下工具時由井身結構導致裝球罩破損，裝球罩內含有封堵球及防止封堵球向下移動的下擋板，下擋板能夠融化，下接頭的側壁設有投球通道，并且下接頭內含有用于引導封堵球移動的錐形導向器。下接頭包括從上向下依次設置的大直徑段、錐形變徑段和小直徑段，裝球罩的下端與大直徑段螺紋連接。導向器為錐形筒，其頂端與下擋板抵接，底端固定于小直徑段內，側壁上設有多個條形通孔。

圖4 側鉆井投球工具結構圖

2.2.2 技術參數

下擋板固定于裝球罩的下端，下擋板為塑料擋板，下擋板上分布有多個通孔，下擋板的融化溫度為250～300℃；側鉆井收球工具與直井收球工具相同。

3 工藝流程

1）為了防止投球注汽管柱下入時不被損壞或遇阻，注汽管柱下入前，需要對作業井進行通井，通井工藝設計應根據直井、側鉆井進行針對性設計。

2）通過普通的油管和篩管作為主要管柱載體下入注汽管柱，在進行工藝作業時，首先將鋼制空心球預裝在裝球罩中，將整個注汽管柱下到井下套管中直至油層位置，其中篩管下至注汽油層段的中部位置，投球器下至油層上界3~5 m，收球器下至油層下界3~5 m，緩慢下入完井管柱。

3）進行注汽作業，當溫度≥250℃時，裝球罩或擋板在高溫下熔化，鋼制空心球投放到油層部位之后，在高壓蒸汽的作用下，封堵目標油層的射孔眼，從而實現選擇性注汽的目的。

4）當注汽作業完成后，停止注汽，并上提注汽管柱，通過收球器將鋼制空心球收回，完成整個投球選擇性注汽工藝流程。

4 現場應用

中國石油遼河油田曙光、金馬等油田主要以稠油為主，目前蒸汽吞吐和蒸汽驅是主要開發方式，部分井為側鉆井，傳統的注汽管柱工藝復雜、成本高，通過實施投球選擇性注汽工藝技術，與實施前注汽工藝比較，平均注汽壓力提高了3.5 MPa，高滲透層綜合吸氣量降低26%。試驗表明，該技術有效地實現了選擇性分注，能夠順利將空心鋼球全部收回，生產井單井增油210 t，注汽效果良好。

5 結論

1）稠油熱采井投球選擇注汽工藝技術適用于油層厚度小于20 m的籠統注汽井，技術簡單實用、成本低、作業周期短，適用于稠油熱采井的分層與選層注汽，具有良好的推廣應用前景。

2）針對直井、側鉆井等井況，研制了相應的投球選注工藝管柱和井下工具。經過現場試驗，注汽壓力提高了3.5 MPa，高滲透層吸汽量降低26%，應用效果良好。