多元熱流體熱采技術(shù)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(chǎn)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(jié)果還得要靠測試來下結(jié)論。試油是油氣勘探中的最后一道大工序，也是最重要、最關(guān)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(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的稠油資源得到發(fā)現(xiàn)，但由于稠油粘度高、流動性差，常規(guī)測試難以正確評價儲層的真實產(chǎn)能[2]；因此，發(fā)展一種新的試油技術(shù)就顯得非常必要。

陸地油田的經(jīng)驗表明在探井測試中應用熱采技術(shù)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(yè)場地受到限制，而多元熱流體技術(shù)是在常規(guī)熱采技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的熱采技術(shù)，設(shè)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(shù)的發(fā)展趨勢，滿足海上測試的要求。

1 多元熱流體產(chǎn)生原理

多元熱流體發(fā)生器是運用液體火箭發(fā)動機的燃燒噴射理論，遵循物質(zhì)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(nèi)爆燃產(chǎn)生高溫混合氣，將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，整個燃燒過程包括柴油霧化過程、液滴蒸發(fā)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(chǎn)生的高溫混合氣主要組分是N2、CO2以及少量H2O，燃燒產(chǎn)生的高溫混合氣與加熱注入水產(chǎn)生的高溫蒸汽形成多元熱流體。流程示意圖見圖1，設(shè)備見圖2。

圖1 多元熱流體產(chǎn)生流程圖

圖2 多元熱流體設(shè)備

2 熱采測試設(shè)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(shè)備設(shè)施緊湊、自動化程度高、海洋生產(chǎn)安全性及環(huán)保性高等特點。

海上多元熱流體熱采測試的設(shè)備主要包括多元熱流體發(fā)生器、注熱用水處理裝置、測試設(shè)備、電力供給系統(tǒng)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(yōu)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(guī)測試→起出生產(chǎn)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(chǎn)。

圖3 多元熱流體設(shè)備布局流程圖

（1）完井。根據(jù)試驗井油藏地質(zhì)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(nèi)壁上粘附的固體物質(zhì)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(guī)測試。在注熱前，下入螺桿泵求取常規(guī)測試產(chǎn)能[6]，以驗證常規(guī)測試手段對稠油井的試油效果。

（4）起出生產(chǎn)管柱下入注熱管柱。取出原螺桿泵生產(chǎn)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(nèi)注入熱流體，從油套環(huán)空注入氮氣進行井筒隔熱。施工參數(shù)嚴格按照優(yōu)化設(shè)計的參數(shù)執(zhí)行。

（6）燜井。注熱完成后，按照設(shè)計燜井時間進行燜井。

（7）自噴求產(chǎn)。生產(chǎn)初期，油層溫度高，壓力足，可以選擇自噴求產(chǎn)。

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

4 多元熱流體熱采測試工藝參數(shù)優(yōu)化

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

以渤海油田PL-XX區(qū)塊為例，該區(qū)塊處于河流相和淺水三角洲沉積環(huán)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(zhì)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(qū)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(shù)值模擬軟件中的STAR模塊對894.00～902.00m這一層段進行數(shù)值模擬，將模型網(wǎng)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(yōu)化設(shè)計。

圖4 數(shù)值模型建立的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)

通過優(yōu)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(chǎn)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(chǎn)能并不隨注入量的增加而增加，繼續(xù)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(shù)值模擬日產(chǎn)油量為29m3。

5 現(xiàn)場應用

將優(yōu)化后的工藝參數(shù)，結(jié)合海上探井熱采測試工作流程進行現(xiàn)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(guī)測試，采用螺桿泵60r/min的泵速得到平均日產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)油23.62m3，平均含水9.98%。

圖5 數(shù)值模擬不同注入量平均日產(chǎn)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(chǎn)能是冷采測試產(chǎn)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(fā)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(chǎn)提供了驅(qū)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(chǎn)油量。

6 結(jié)束語

多元熱流體增產(chǎn)機理豐富，其配套設(shè)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(yè)。通過多元熱流體熱采技術(shù)在海上探井測試的研究與應用，證明使用該技術(shù)后探井日產(chǎn)油量可達到常規(guī)冷采測試產(chǎn)油量的兩倍以上，有利于求取探井真實的產(chǎn)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(shù)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(xiàn)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(chǎn)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(shù)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(shù)在油氣生產(chǎn)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(chǎn)技術(shù)的研究與應用[J].斷塊油氣田，2003，10（5）：61-62.