海上稠油油田蒸汽驱高效隔热注热管柱设计

海上稠油油田蒸汽驱高效隔热注热管柱设计
张卫行;孙玉豹;林珊珊;姬辉;梅伟
【摘要】蒸汽驱是吞吐开发的主要接替技术之一,目前NB35-2油田稠油热采井已完成了第三轮次吞吐,地质油藏物性、地层压力状况、采出程度等已具备转驱条件,亟待转蒸汽驱开发,如何提高注热管柱整体隔热性能并准确预测井筒非稳态传热条件下沿程热损失是蒸汽驱方案设计的关键点.为此,首先分析了海上油田蒸汽驱注汽过程中井筒热损失主要影响因素,为高效隔热管柱设计指明方向;进而以NB35-2油田B36M井为例,结合海上油田注热管柱实践经验及隔热型工具试验进展,设计出\"高真空隔热油管+热流体驱封隔器+隔热型补偿器+隔热型接箍\"的蒸汽驱高效隔热注热管柱;采用专业软件计算了采用该注汽管柱的井筒热损失,井筒干度损失降低至9.8％,较简易式注汽管柱进一步降低17.2％,为NB35-2油田蒸汽驱方案设计奠定坚实基础.
【期刊名称】《石油化工应用》
【年(卷),期】2019(038)004
【总页数】4页(P26-28,39)
【关键词】蒸汽驱;高效隔热;海上油田;非稳态传热
【作者】张卫行;孙玉豹;林珊珊;姬辉;梅伟
【作者单位】中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津300450;中海油田服务股份有限公司油田生产研究院,天津 300450
【正文语种】中文
【中图分类】TE357.7
海上稠油油田自2008年首次开展热采试验以来，稠油热采技术已累计应用30余井次，以多元热流体吞吐为主，多采用“高真空隔热油管+水平段均衡注热管柱”的简易式注热管柱，并采取环空连续注氮气隔热工艺，多元热流体吞吐技术在渤海普通稠油油田和特稠油油田开采中取得了显著增产效果[1-5]。

蒸汽驱是吞吐开发的主要接替技术之一，蒸汽驱在国内外陆地油田已实现规模化应用，是一项成熟技术。

目前NB35-2油田南区已完成了多轮次热采吞吐作业，地质油藏物性、地层压力状况、采出程度等已具备转驱条件，亟待转蒸汽驱开发。

对于中深层稠油油藏实施长时间的蒸汽驱作业，作业成本及注热管柱的整体隔热性能要求更高。

为此，本文以南堡35-2油田南区B36M井为例，开展海上油田蒸汽驱高效隔热注汽管柱设计。

该井为水平井，井深1 752 m，垂深949 m，地层温度为45℃，地温梯度为3℃/100m。

套管程序：339.725 mm（N80）×212.70 m+244.475 mm（TP100H）×1 437.07 m，完井防砂方式：裸眼+砾石充填，防砂筛管尺寸139.7 mm。

1 注汽管柱设计面临的挑战
1.1 海上稠油油藏埋深大
南堡35-2油田南区热采水平井斜深在2 000 m~2 500 m，垂深＞1 000 m，渤海其他区块的油藏埋深甚至达到1 500 m左右，属于中深层稠油油藏。

“隔热油管+环空连续注氮”的简易式注热管柱结构简单，作业风险小。

但是由于油藏埋深较大，使用该类型注热管柱注入难以保证井底蒸汽干度大于68%。

1.2 井下工具散热
海上稠油热采井以大斜度水平井为主，由于未采用扶正器，注汽管柱躺壁现象较普遍，井筒内注入流体热量易通过隔热油管接箍处传导至套管壁及水泥环。

由于接箍、扶正器等井下工具均不具有隔热性能，虽然在注汽管柱总长度中所占比例较小，但是井下工具的隔热性能与常用的E级高真空隔热油管本体相差上万倍[6-8]；另一方，井下工具处套管及水泥环长期处于高温状态，影响使用寿命。

因此，有必要开展井下工具散热研究，以确保井底蒸汽干度，提高热采效果[9-11]。

1.3 非稳态传热
蒸汽驱相对吞吐而言作业时间更长、加热区域更大，地层岩石及流体不断被加热，温度、干度等参数随时间逐渐变化，地层各项参数达到稳定状态所需要的时间也就越长。

因此，蒸汽驱注汽管柱设计时应考虑非稳态传热对井筒温度场分布的影响。

1.4 注入流体由上返至油套环空
由于简易式注热管柱底部无热采封隔器，油管内注入热流体会由井底上返至油套环空，从而造成环空介质导热系数提高，套管及水泥环因温度升高而寿命降低。

为了解决该问题，蒸汽驱过程中需要保持长期连续注入高纯度氮气，这会使蒸汽驱作业成本大幅度增加，热采设备占地较大、影响修井等日常作业；并且，由于吞吐后地层存气量增加，环空连续注入氮气会使气窜/汽窜风险加大。

2 蒸汽驱高效隔热注汽管柱设计
2.1 设计思路
综合考虑蒸汽驱油藏需求、NB35-2油田埋深条件及井筒安全开展蒸汽驱高效隔热注汽管柱设计。

关键点一：尽量提高注汽管柱的隔热等级及下入深度；关键点二：消除注汽管柱的局部热点，避免套管及水泥环长期受热损坏；关键点三：阻止水平段注入流体上返到上部油套环空，以提高上部油套环空隔热性能。

2.2 结构组成
海上稠油油田蒸汽驱高效隔热注汽管柱的结构组成（见图1），自下而上依次为：引鞋+水平段均衡注汽管柱+变扣+热敏封隔器+隔热扶正器+隔热油管（含隔热接箍）+隔热补偿器+隔热油管（含隔热接箍）+隔热扶正器（若干）+隔热油管（含隔热接箍）。

蒸汽驱高效隔热注汽管柱关键工具技术参数（见表1）。

2.3 工作原理
图1 海上蒸汽驱高效隔热注汽管柱结构图
表1 关键工具技术参数工具名称最大外径/mm 最小内径/mm 耐压/MPa 耐温/℃ 隔热等级隔热接箍 132 76 21（350℃） 350 D隔热型扶正器 190 76 21（350℃）350 D隔热型补偿器 168 76 21（350℃） 350 D热敏封隔器 210 76 21（350℃）350 /
注热前向油套环空内注入氮气，通过热敏封隔器上单向阀将油套环空内的液体驱替至热敏封隔器以下，油套环空内充满氮气，从而保证环空的隔热性能。

增加隔热接箍、隔热型扶正器等隔热工具，可进一步提高管柱的整体隔热性能，避免局部热点出现，降低局部热点对套管、水泥环的损害。

注入蒸汽时，热敏封隔器坐封，防止井底注入流体上返至油套环空，保证注汽期间油套环空的隔热性能。

根据不同部位的渗透率，在水平段布置多个均衡配注阀，从而达到水平段均匀注入热流体的目的。

3 高效隔热注汽管柱隔热性能评价
（1）计算条件（见表2）。

表2 计算条件注汽管柱环空介质井口注入参数可变因素E级高真空隔热油管充
氮井底注汽压力8 MPa井底蒸汽干度68%注汽速度350 t/d不加隔热型工具加隔热型工具
图2 不同类型注汽管柱井筒干度计算结果
（2）计算结果：从图2可以看出，不加隔热型工具，井筒干度损失为27%；加隔热型工具后，井筒干度损失降低至9.8%。

采用高效隔热注汽管柱后井筒干度损失
较简易式注汽管柱进一步降低了17.2%，采用目前出口干度为80%的蒸汽锅炉即可满足注汽要求。

4 结论
（1）针对NB35-2油田油藏埋藏深散热大的问题，设计出“高真空隔热油管+热流体驱封隔器+隔热型补偿器+隔热型接箍”的蒸汽驱高效隔热注热管柱。

（2）经过计算得出，蒸汽驱高效隔热注汽管柱井筒干度损失较简易式注汽管柱降低了17.2%，该注汽管柱能有效降低热损失，同时也能降低对地面锅炉干度和温度的要求，有利于提升驱替效果，降低蒸汽成本。

【相关文献】
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