海上热采耐高温三胶筒结构封隔器设计及性能评价

在国内油气田增储上的大背景下,稠油热采成为油气开发新的增长点。面对井下高温高压的环境条件,现有耐高温胶筒难以满足海上热采高温密封要求,制约了稠油热采井有效开发。为解决海上热采封隔器高温下密封失效问题,结合现有耐高温材料和隔热涂层技术, 提出一种中心管带隔热层的三胶筒结构。通过建立三维模型并应用有限元仿真软件,完成了该结构的热分析与结构分析,得出了三胶筒坐封后各自的压缩量、接触压力及在中心管注高温蒸汽时胶筒的温度分布。通过分析表明三胶筒结构具有可靠的密封性能,采用隔热涂层后胶筒的工作温度有明显降低。该设计为海上稠油热采封隔器高温密封提出了一种新思路。     

国内热采井高温胶筒发展现状

稠油热采井常通过注蒸汽的方式降低原油黏度,热采封隔器胶筒的材质以聚四氟改良复合材料为主,但该类胶筒只能在第1轮次注汽中密封较好,实现均匀注汽,在后续轮次仅能起到挡砂的作用; 石墨硅基复合胶筒可以在多轮次注汽中密封良好,可多次在冷热交替环境下使用,但成本过高,推广较难。通过增加石墨和预紧力,设计了2种成本较低的新方案,便于后续研究。     

多孔隙金属筛管热采防砂性能评价试验研究

多孔隙金属筛管主体挡砂层采用抗高温、耐腐蚀性能优良的金属研制而成，因其特殊的三维立体孔隙结构，筛管具有较强的通透性和过流能力，目前在常规冷采开发油气田适用性良好。为进一步评价筛管在稠油热采条件下的适应性，开展了多轮次蒸汽吞吐防砂模拟试验，模拟筛管在经过多轮次蒸汽吞吐过程中的防砂效果变化情况，分析在多轮次注采过程中筛管内外的压力、温度、出砂量和出砂粒径的变化规律。试验结果表明，经过16个轮次的高温蒸汽吞吐(蒸汽温度350℃、注入压力17 MPa)试验，筛管出砂质量分数在1.86×10^-7%～6.63×10^-6%之间，出砂粒径中值略小于筛管挡砂精度，渗透率保持能力在85.7%左右，筛管整体过流能力和抗堵塞性能保持率良好。试验结果充分证明了筛管在稠油热采油藏开发方面具有良好的防砂效果和过流性能，可为稠油热采工况下油气田防砂完井提供技术参考。     

244.5 mm套管三胶筒隔离封隔器研制

为了解决老式隔离封隔器容易出现刮损失效和密封性能差的问题,采用具有不同硬度组合的三胶筒式密封结构,研制了一种适用于海上油田防砂作业的新型隔离封隔器。该隔离封隔器由密封机构、锁紧机构、坐封机构和心轴组成。通过优化胶筒的参数,以及在胶筒两端安装铜环,使胶筒的压缩力更加均匀。室内试验时,正反向验封压力均达到41.4 MPa,坐封后自锁状态稳定。现场应用表明,该封隔器设计合理、性能可靠。     

稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术

为进一步提高稠油蒸汽吞吐井的防砂有效期,从防砂工具、充填材料及充填工艺等方面对长效防砂技术进行了研究。根据充填口重复开关的思路设计了充填工具,并对其密封件的材料进行了优选,研制了长效防砂工具;利用多层覆膜方法研发了耐高温高强度覆膜支撑剂;采用多段塞充填工艺进行施工,形成了稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术。长效防砂工具密封件4轮次吞吐试验后,其压缩永久变形率小于55%、抗拉强度8.9 MPa、拉断伸长率102%,能满足蒸汽吞吐井防砂要求;耐高温高强度覆膜支撑剂耐温300 ℃,4轮次吞吐试验后固结强度7.1 MPa、渗透率96 D,完全满足蒸汽吞吐井防砂生产要求;多段塞充填工艺降低了防砂成本及后期处理难度。稠油油藏蒸汽吞吐井长效防砂技术在胜利油田11口井进行了现场应用,平均防砂有效期长达930 d,满足了蒸汽吞吐井对防砂的要求。      

海上稠油蒸汽吞吐开采技术实践及认识

渤海油田稠油资源丰富,地层内粘度高于350 mPa·s的稠油冷采开发产能低、采收率低,难以满足海上高效开发要求。为探索海上规模化高效热采技术,以LD油田明化镇组稠油为靶区,开辟首个海上蒸汽吞吐先导试验区。与陆地不同,试验区具有以下特点:天然能量开发有一定产能(20 m~3/d)、井距大(400 m)、井控大(45×10~4 m~3)、水平井开发等。根据开发难易程度,进行了储量品质分类研究,建立了底水和边水油藏均质模型,研究了蒸汽吞吐的布井界限,设计了12口热采井整体方案,并从2014年分步实施。目前有两口井已分别进入第二轮和第三轮吞吐。由于海上开发的经济性要求、开采特点等与陆地不同,在现行蒸汽吞吐效果评价标准基础上,增加了热采有效期等具有海上特色的评价指标,总结了海上多轮次蒸汽吞吐开发规律,并积累了降低稠油乳化风险的经验。试验区取得的认识及成果对海上稠油后续规模化高效开发具有重要指导意义。     

K331RT-150高温热采封隔器的研制与应用

针对目前热采注汽管柱伸缩管无法隔热，热损失较大，现用热采封隔器密封效果较差等问题，研制出了K331RT-150高温热采封隔器。该封隔器采用弹簧作为动力件，利用密封筒材料随温度的变化伸张收缩达到密封和解封目的，且具有动态密封性，可不用伸缩管。文中主要对该热采封隔器的工作原理、特点及现场应用情况等进行了论述。实践证明，该封隔器结构简单、性能可靠，即节约了成本，又大大提高注汽质量，并减少了套管损坏，在稠油蒸汽吞吐井上应用效果很好。     

提高陈家庄南区薄层稠油油藏开采效果的技术及应用

胜利油田河口采油厂陈家庄薄层稠油油藏蒸汽吞吐开发中存在的主要问题有：热采防砂有效期短,层薄、净总比低,热损失严重。针对以上问题,采油厂进行了提高薄层稠油热采效果配套工艺技术研究,取得了显著效果。开展了薄层稠油热采防砂新工艺模式的研究及应用,有效延长了防砂有效期;开展了油溶性降黏剂＋CO2＋蒸汽的复合吞吐工艺的研究及应用,优化了CO2注入强度以及油溶性降黏剂的注入量和浓度,有效提高了蒸汽在薄层稠油油藏的波及体积,同时也有效补充了地层能量;开展了薄层稠油水平井配套技术的研究,优化了水平井注汽参数,研究应用了均匀注汽管柱,现场应用取得了显著效果。     

海上油田稠油热采井注采一体化工艺技术研究

渤海油田稠油资源丰富,多元热流体吞吐与蒸汽吞吐等热采技术试验效果较好,但需采用注采两趟管柱予以实现,导致热采开发成本较高。鉴于此,通过举升工艺优选、管柱设计、井下关键工具设计、专用井口装置设计及地面配套工艺优选等研究,形成了海上油田稠油热采井注采一体化工艺技术,实现了海上油田稠油注采一体化领域从0到1的突破。现场试验结果表明:该技术所用工具耐温性好,工作筒与机械式安全阀配合良好,打开灵活;工作筒下入顺利,内泵筒插入密封耐压20 MPa,符合技术要求。一体化工艺技术实施的总费用相比目前工艺降低幅度达60%,有助于实现海上稠油油田的规模化热采开发,经济效益与社会效益显著。     

海上Y241型双通道热采封隔器的研制及试验

海上热采井需要从油套环空内连续或间歇地注入氮气,同时要求油套环空密封,以防止井底流体意外上返,危及平台人员和设备安全。为满足海上热采井工艺要求,研制了Y241型双通道热采封隔器。这种封隔器以分散柔性石墨为密封件主体、改性聚四氟乙烯为保护套,并采用中心管和外中心管组成的环形空间作为注氮气通道,中心管内通道作为注蒸汽通道。室内和现场试验结果表明:Y241型双通道热采封隔器坐封顺利、解封可靠,注氮通道开启关闭灵活,常温下密封压差达30 MPa,350℃高温下密封压差达21 MPa,且经过2轮次高低温交变后密封性能依然良好,能够承受热采井工况,具有良好的推广应用前景。该封隔器的研制成功为海上油田热力采油提供了工具支持。     

海上稠油两种热采方式开发效果评价

为了给海上稠油油田选择热采技术提供依据,对多元热流体吞吐和蒸汽吞吐2种热采方式的开发效果进行了评价。根据实际地质油藏参数建立了热采单井地质模型,运用数值模拟方法,设置了注入热焓相同和注入量相同2种方案,并结合现场先导试验对比分析了多元热流体吞吐和蒸汽吞吐的开发特征和效果。通过数值模拟得出:在注入热焓相同（4.3×1013 J）的条件下,多元热流体吞吐和蒸汽吞吐的采收率分别为18.3%和12.4%;在注入量相同（227 m3/d）的条件下,多元热流体吞吐和蒸汽吞吐的采收率分别为17.5%和13.3%,多元热流体吞吐的采收率是蒸汽吞吐的1.3~1.5倍。在现场先导试验中,多元热流体井的产能是蒸汽吞吐井的1.5倍。研究结果表明,多元热流体吞吐比蒸汽吞吐提高采收率的幅度大,更适于开发海上稠油油田。      

防止套管损坏的悬挂式注汽采油一体化管柱

油井经过长期的注汽吞吐 ,套管均发生不同程度的损坏。鉴于此 ,研制了防止套管损坏的热采工艺管柱———悬挂式注汽采油一体化管柱 ,它由特种悬挂注汽热采封隔器、井下补偿装置、对接装置和插入密封装置组成。该工艺管柱与井下防砂管柱及注汽管柱配合 ,可成功防止地层出砂 ,提高油井注汽质量 ,有效保护油层套管 ,延长套管使用寿命。悬挂式注汽采油一体化管柱在勘探试油井做了 3井次试验 ,各项技术指标均达到设计要求 ;在稠油井试验 10井次 ,成功率 10 0 % ,其主要部件特种悬挂注汽封隔器使用 30只 ,施工成功率 97%。     

中国稠油热采开发技术与发展方向

稠油是重要的石油资源类型,实现稠油资源持续、高效开发,对保障国家能源安全具有重要的现实意义。针对中国热采稠油的主要特征进行了分析和总结:在地质和油藏特征方面,中国稠油油藏类型多、埋藏深、油层薄、储层非均质严重、油水系统复杂;在组成特征方面,胶质和沥青质分子之间相互作用形成空间网状结构导致稠油黏度大;在流变特性方面,稠油存在临界温度,当温度大于临界温度时,稠油流变行为呈现牛顿流体流变特性,当温度小于临界温度时,稠油流变行为呈现具有屈服值的宾汉流体特征;在渗流特征方面,稠油在地下渗流呈现非达西渗流特征,存在启动压力梯度,其受温度、储层渗透率、地层原油黏度及沥青质含量影响。综述了国内外稠油开发技术现状,详细阐述了蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)、火烧油层、热复合开发等技术的主要机理、适用条件、应用实例、存在问题和发展方向,蒸汽吞吐仍是稠油热采的主要方式,蒸汽驱是蒸汽吞吐后有效接替技术之一,SAGD技术在引进吸收中取得重要进展,火烧油层成为大幅度提高采收率的重要技术,热复合开发技术实现难采稠油高效开发。研究结果表明,未来稠油开发需要发展高质高效的热力开发技术,协同采收率和油汽比"双目标"最大化,持续加强油藏描述、动态监测和注采调控,积极探索产热方式转变,从而实现稠油效益开发和绿色低碳发展。     

陆上A稠油油藏蒸汽吞吐开发效果评价及海上稠油油田热采面临的挑战

对陆上A稠油油藏采用蒸汽吞吐开采方式的现场试验结果进行了分析,对其开发效果进行了评价,并对其采收率进行了预测,以期为即将进行的海上稠油油田热采提供指导.指出了海上稠油油田热采面临的挑战.     

多元热流体吞吐技术在海上稠油油藏开发中的应用

中国海上已发现原油储量中稠油占70%,稠油粘度高、流动性差,采用常规开发方式油井产能低,采油速度小,采收率低。为了获得更多的石油,将海上稠油、特稠油充分、有效的动用起来,显的越来越重要。多元热流体吞吐技术是近几年来开发海上稠油油藏的新技术,增产效果明显,取得了良好的应用效果。随着多元热流体吞吐技术的不断发展,将大规模应用于海上稠油油藏开发以及海上稠油探井测试,可为我国海上油田开发做出重大贡献,为我国可持续发展提供能源保障。     

复合吞吐技术改善F油田超稠油SAGD生产研究

针对超稠油蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发存在的蒸汽腔发育不均衡、水平段动用程度低的问题,开展了复合吞吐改善SAGD开发效果研究。高温高压三维SAGD物理模拟结合数值模拟论证了复合吞吐的可行性,阐述了高温分散剂、氮气和蒸汽复合蒸汽吞吐机理,优化了注采参数。研究表明:高温分散剂具有一定的混溶作用和分散作用,可提高SAGD注采井间热连通程度,高温分散剂+氮气+蒸汽复合吞吐可有效改善SAGD蒸汽腔发育程度,提高SAGD开发效果,19口措施井组现场实施后平均单井原油增产4.6 t/d。     

海上热采注汽管柱设计方法及应用

渤海油田石油资源以稠油为主,多元热流体吞吐是动用海上稠油资源的有效技术手段。现场注汽井多以水平井、大斜度井为主,井身结构复杂。注汽管柱在下入、注汽生产以及上提解封过程风险大。热采井注汽管柱设计是保证管柱下井安全及顺利施工的关键。本文通过空间双向弹簧元模型建立了海上热采井注汽管柱力学模型,并针对渤海油田某区块注汽井进行了应用,为该井顺利注汽提供了有利理论支持。     

提高低效热采吞吐井开发效果的技术发展动向

目前我国稠油开发以蒸汽吞吐为主,但随着蒸汽吞吐轮次的增加,周期产油量、油气比下降,含水率高,开采效果变差,且蒸汽吞吐采收率较低,一般在20％左右。针对这一问题,采取各种措施提高蒸汽吞吐后期的开采效果,主要包括多井整体吞吐、一注多采、复合蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油、火烧油层等热采技术和化学吞吐、CO2吞吐等冷采技术以及各种改善蒸汽吞吐效果的工艺措施。综述各种改善蒸汽吞吐效果的工艺技术及其增产机理,分析各种稠油开采技术存在的问题和不足,指出稠油复合开采及水平井应用是稠油开采的发展方向。