水平井高效注汽工艺研究与完善

水平井高效注汽工艺研究与完善

【摘要】目前水平井已成为辽河油区老油田挖潜和新区产能建设的重要技术手段，在不同类型油藏开发中发挥了重要的作用。通过研制水平井高效注汽工艺，可以解决水平井注汽过程中隔热问题，避免了井筒隔热采用氮气隔热造成的套管变形和高成本问题，保证了注汽质量，延长了水平井使用寿命。

【关键词】水平井高效注汽提高隔热效果

对于辽河油田稠油水平井来说，以往均采用笼统方式注汽，注汽过程中采用氮气进行隔热，现场应用隔热效果不理想，同时出现注汽井口上涨严重而停注的问题。另外，笼统方式注汽在水平井段只有一个出汽口，由于水平段长度较长，约在300m左右，这样笼统方式注汽的出汽口位置设计就显得尤为重要。针对这一问题，2008年在水平井热采中开展了水平井高效注汽工艺技术研究，通过使用压力补偿式隔热伸缩管、热力封隔器、扶正器等配套工具，解决了水平井注汽井的隔热问题。

1 套管热应力分析

水平井井眼轨迹由直井段、造斜段段和水平段三部分组成。对于温度场与热应力来说，水平段与直井段基本是一样，都属轴对称，而弯曲段则不同，热应力变化较复杂。

油井注汽过程中套管升温受热膨胀，在井口、井底两端固定的情况下产生的轴向应力为压缩应力，当它超过屈服点时，套管产生永久变形或塑性变形而损坏。在停注汽后降温过程中，套管柱收缩，由压缩应力变为拉张应力，它超过屈服点后，将导致接头丝扣及本体拉断破坏。

因此，对于热采水平井来说采取有效的井筒隔热技术，对保护套管、延长水平井使用寿命致关重要。

2 水平井高效注汽工艺技术研究

水平井高效注汽工艺技术采用封隔器密封油套环空，起到隔热作用；采用压力补偿式隔热伸缩管解决热伸长问题。根据不同井深结构设计了两种技术管柱：第一种，悬挂器下入较深，采用隔热管+伸缩管+Y361-210封隔器+扶正器的管柱组合方式，在悬挂器以上密封油套环空，对套管起到保护作用。第二种，悬挂器下入较浅，采用隔热管+伸缩管+Y361-150封隔器+扶正器的管柱组合方式，在悬挂器以下密封油套环空，对水平井造斜段套管起到保护作用。

2.1 压力补偿式隔热型伸缩管研制

普通伸缩管在长期注汽过程中内管外壁易结垢，使密封件磨损，导致动密封

效果减弱，使用寿命缩短。为提高伸缩管的长效动密封性能，研制了压力补偿式隔热型伸缩管。该伸缩管主要由除垢装置、压力密封补偿装置、隔热装置等几部分组成。采用隔热型外管，能够自身除垢，压力密封补偿。

在结构上增加了除垢装置，在伸缩过程中除垢装置能够在内外管滑动的过程中自动清除内管外壁的垢质和其它杂质，以减少密封件的磨损；隔热型外管设计可确保注汽过程中伸缩管部分的热损失最小，从而保障注汽管柱的整体隔热效果；通过利用注入蒸汽做密封件应力补偿动力的结构设计，实现了对磨损密封件的动态补偿。

2.2 RY361-210双作用注汽封隔器研制

RY361-210双作用注汽封隔器主要由中心管、护帽、定位托架、密封筒、锥体、液缸、矩形密封圈、前后活塞、锁紧进汽环等组成，适用于水平井稠油蒸汽开采。

RY361-210双作用注汽封隔器随管柱下到设计深度后，当注汽温度上升到230℃时，液缸腔内的化学药剂受热膨胀，推动活塞向两端运动，并带动锁簧套及锁簧向前滑行，推力环两端均为60°的锥体，锥体开始推胀密封筒，实现密封件密封。此时，锁簧位置也滑行到两端，封隔器实现座封。

当注汽结束后，井筒温度下降，液缸内的化学药剂冷却收缩形成负压，使推力环、锁簧套和液缸回缩，密封件失去支撑而处于自由状态，上提管柱负荷增加20KN左右时即可完成解封。

3 套管扶正器研制

扶正器主要由扶正器本体、短接、扶正条、钢球组成。

工作原理为：在现场应用中为保护封隔器、提高密封效果配套应用了套管扶正器。套管扶正器安装在注汽封隔器的下部，其轴向有6排24个ф30mm的钢球，按截面圆周均匀分布，起到保护封隔器密封件和扶正封隔器的作用。

扶正器可以起到通井、保护封隔器和扶正封隔器的目的。扶正器连接在封隔器的下部，外径比封隔器本体大2mm，能够阻止封隔器遇阻造成的损坏问题，防止封隔器下入井斜段磨损密封件，扶正封隔器使封隔器在井斜段座封良好，保证密封效果，而且可以重复使用，节省措施成本。

4 现场应用

2008年至2012年水平井高效注汽工艺技术在金马油田开发公司、曙光采油厂和特种油开发公司的热采水平井现场应用207井次。现场研究应用表明，该工艺技术先进，出汽口设计合理，封隔器密封性能良好，隔热效果显著，解封安全可靠，提高了注汽质量，保护了油井套管。

增油3.2万吨创经济效益3960.4万元，投入产出比1：5.26。

5 结语

（1）水平井高效注汽工艺合理，能够提高了注汽质量，保护了油井套管；（2）水平井高效注汽工艺管柱设计合理，管柱简单，施工安全；（3）Y361-210双作用注汽封隔器和Y361-150封隔器设计新颖，技术先进，密封可靠，解封安全；（4）压力补偿式隔热型伸缩管结构设计独特，主要由除垢装置、压力密封补偿装置、隔热装置等几部分组成，提高伸缩管的热补偿能力和伸缩管自身的隔热效果；（5）注汽采用封隔器+环空注氮气隔热方式是较为理想的井筒隔热方式，有效提高井筒隔热效果、保护套管，延长水平井使用寿命；（6）水平井高效注汽工艺技术取得了较好的经济效益和社会效益，为保证水平井热采提供了有力的技术支持，随着辽河油田稠油水平井数目的不断增加，该技术将会有更好的应用前景。

参考文献：

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