【正文】 對提高水平井火驅開發(fā)效率的完井技術研究是很有意義的。這些問題 都 關 系著火燒油層能否成功實施， 是 順利 實施火燒油層技術急需解決的問題。因此， 火燒油層技術是一種具有明顯技術優(yōu)勢和潛力的熱力采油方法 ， 隨著 采油理論和技術的不斷深化 ，火燒油層技術將越來越受到重視， 火燒油層采油的應用前景 得到了普遍的認可。 我國從1958 年起 ， 先后在新疆 、 玉門 、 勝利 、 吉林和遼河等油田開展了火燒油層試 驗研究 。 這說明稠油對加熱降粘的規(guī)律性是一致的 ， 這 也是稠油熱采的主要機理。 為此 ， 各國均有針對性地加強了稠油開采的技術研發(fā) 。 稠油資源豐富的國家有加拿大 、 委內瑞拉 、 美國 、 俄羅斯 、中國 、 印度尼西亞等 ， 其重油及瀝青砂資源約為 4000108～ 6000108m3（ 含 預測資源量 ） ， 稠油年產量高達 127108t 以上。 由于這種新技術能夠進行穩(wěn)定生產，這給火燒油層完井技術的研究帶來了方便。 本科畢業(yè)設 計（ 論 文） 題目 提高熱采水平井火驅開發(fā)效率 的完井技術研究 學生姓名 學 號 教學院系 石油工程學院 專業(yè)年級 石油 工程 2021 級 指導教師 職 稱 講師 單 位 西南石油大學 石油工程學院 輔導教師 職 稱 單 位 完成日期 2021 年 6 月 Southwest Petroleum University Graduation Thesis Improve Thermal Recovery Horizontal Well Fire Flooding Development Efficiency of Completion Technology Research Grade: Name: Speciality: Petroleum Engineering Instructor: School of Petroleum Engineering 202106提高熱采水平井火驅開發(fā)效率的完井技術研究 I 摘 要 火燒油層技術 作為熱力采油的一個重要的組成部分 ， 是提高采收率諸多方法的一種頗具特色的工藝手段 ， 它的 開采 特征 是任何單獨一種開采方法所不具備的 。 以直井 水平井組合、水平井 水平井組合重力泄油原理為輔助的火燒油層 新 技術的提出 克服了傳統(tǒng) 火燒 油層 技術 的諸多問題 ，進一步提高 采收率 。 據(jù)統(tǒng)計 ，世界稠油、 超稠油和天然瀝青的儲量約為 1000108t。 對于稠油油藏 ， 常規(guī)方法很難開采 ， 要采取一些特殊的工藝措施 ， 如熱力采油 、 化學方法采油、 生物采 油及一些組合方法等。 依國際通用的 ASTM 標準 ， 中國許多稠油油田的稠油粘溫曲線呈斜直線狀 ， 斜率幾 乎一樣。 目前 ， 全世界已經有 100多個油田開展了較大規(guī)模工業(yè)性開采試驗 ， 其采收率一般可達 50%～ 80%。 物模實驗表明 ， 采用這種新的火燒方法 ， 在蒸汽獲取采收率 25%的基礎上 ， 還可增加 40%采收率 。另外， 油層燃燒產生的高溫 對井 壁、套管 及其井下 工具造成影響和破壞，注入的氧化性氣體對套管、水泥和工具的腐蝕 （燃燒時溫度和氣體含量變化如圖 所示 ） ， 在 高溫環(huán)境下 這種腐蝕將更加嚴重，還有 點火工藝的復雜性 。 對火燒油層技術 開發(fā)過程中 井筒周圍高溫、腐蝕情況 進行詳細調研，確定其對 火燒油層技術 完井管柱及配套工具的影響， 有針對 性的優(yōu)選 完井技術 ，避免以上 諸多問題 保證 完井技術順利的實施，從而 提高 火燒油層技術的 開發(fā) 效率；并在此基礎之上， 從火燒油層 技術發(fā)展趨勢出發(fā)，提出火燒油層完井技術新需求 ，從而 進一步提高 采收率 。中國石油天然氣總公司石油勘探開發(fā)科學研究院熱力采油研究所還與羅馬尼亞開展了有關現(xiàn)場火燒工藝的交流合作研究項目 ， 現(xiàn)已取得了不少可喜的成果。 其中 ， 美國的 8 個火驅項目日產油 960t； 加拿大的 3 個項目日產油 1040t， 火驅產能規(guī)模占非蒸汽開采的 50%以上 ； 印度與羅馬尼亞各有 5 個火驅項目 ， 羅馬尼亞原油總產量中10%以上的產量是用該方法開采出的 。該技術把火燒油層技術中的高能量效率與水平井具有的高速采油能力和重力泄油過程具有的高采收率特性結合起來，采用水平井作為生產井，擴大了井眼與油層的接觸面積，提高了油層吸氣能力，加速了井筒到油藏的熱傳遞，降低了注氣強度和采油強度，移動原油不必經過冷油區(qū)，通過最短距離即可進入生產井，實現(xiàn)了稠油的就地升溫降粘和非混相空氣驅，極大地提高了 原油的采收率。 （ 4） 翻譯 相關的 外文文獻。 （ 3）編寫了相關的程序。 表 產出原油與原始地層原油粘 溫特性比較 溫 度 θ/176。 火燒油層的采收率?？蛇_到 50%以上 ， 并且可以在比蒸汽驅采油更復雜 ， 更苛刻的地層條件下應用 ， 因而是對稠油和 剩余 油開采的一種具有誘惑力的熱采技術 。 （ 4） 火燒油層的熱量就地產生 ， 比 注蒸汽的熱能利用率要高 ， 并可節(jié)省地面和井筒隔熱措施的投資 。 除液相產物外 ， 還有燃燒的煙氣 ， 包括一氧化碳 、 二氧化碳及天然氣等 。 圖 油層剖面示意圖 由以上機理不難看出火燒油層法有以下特點 ： （ 1） 具有注空氣保持油層壓力的特點 ， 其面積波及系數(shù)比氣驅高 （ 五點井網氣驅約為 45%， 火驅可達 70%） 。 西南石油大學本科畢業(yè)設計 （論文） 8 （ 5） 具有混相驅降 低原油界面張力的作用 ， 但比混相驅有高得多的驅油效率和波及系數(shù) 。 點火 火燒油層成功的關鍵是油層點火 [3]， 以前的油田開發(fā)偏向粗放式 ， 對點火的控制也僅僅局限于一些感性的現(xiàn)場操作 。 電加熱器受實際深度的限制 ， 壽命短 ， 加熱功率有限 ， 一般不超過 75kW。 單一點火的方式要求條件比較苛刻 ， 成功率比較低 ， 為此對各個影響點火時間的因素分析 ， 對制定合理的點火方案是很有現(xiàn)實意義的 。 另外，針對油層的各種性質往往還會選擇適合的添加劑（如 金屬鹽類添加劑 、過氧化氫等）以提高點火的效率。同時，這些點火方式也會帶來一些問題，例如添加劑和氧化劑在高溫環(huán)境下相互反應、添加劑和氧化劑的對 套管和井下工具的腐蝕、濃度不合理引起的爆炸、空氣互竄以及高溫環(huán)境下井下工具的穩(wěn)定性。 圖 火驅不同階段油層平面溫度場 油層燃燒 產生 大量的熱，溫度可達到 1000℃以上 （如圖 所示 ） ， 高溫會 降低稠油粘度 ， 同時分解稠油產生 復合驅動作用，但高溫本身會對井下包括完井工具在內的各種工具帶來巨大的影響，甚至損壞、局部熔化井下工具，從而嚴重阻礙火燒油層技術的實施 [5]。 如圖 所示，實驗中 被燒毀的水平井段。 從國內外 火燒油層的 腐蝕井分析來看 ，火燒油層技術實施 過程中普遍存在以下問題 [6]： （ 1） 濕式燃燒中注入井 的氧化 腐蝕。 地層條件下燃燒生成的 CO SO2 以及過剩的 O2 與地層內部的水發(fā) 生化學反應形成碳酸 、 亞硫酸 、 硫酸 ， 對設備產生嚴重的電化學腐蝕 。 提高熱采水平井火驅開發(fā)效率的完井技術研究 11 表 952 井組典型井氣樣分析 （ CO2 含量 ） 井號 Φ（ CO2） /% 井號 Φ（ CO2） /% 951 942 953 961 954 992 941 994 1173 1162 73 1163 P22 1164 1161 1171 表 不同 CO2 分壓對腐蝕的影響 CO2分壓 /MPa 年腐蝕深度 /mm 由此可見，腐蝕問題將在火燒油層技術實施的過程中引起十分嚴重的問題。所以在火燒油層生產過程中都必須要 有相應的完井措施以應對油層出砂問題， 即 在 現(xiàn)有的火燒油層技術的基礎之上增加相應的防砂完井措施及其工具。 由于 燃燒過程發(fā)生在油層內部 ， 人們在進行過程量劃時有很大的局限性 ， 缺乏全面的認識 ，不能準確的確定井間間距 ，造成井網不匹配等。如圖 所示 ，在油層非均質性比較理想的情況下，中心注入井點燃油層后向四周傳播產生的混合驅動力，井原油驅替到生產井中。另外，受井網組合的限制，水平注入 井 的諸多優(yōu)勢 并不能很好的體現(xiàn)出來（直到重力泄油技術的引入） 。 生產方式 上節(jié) 中 介紹了傳統(tǒng)火燒油層技術的布井方式，分別為：直井 直井組合、直井 水平井組合、反向直井 水平井組合、水平井 水平井組合。油層燃燒所產生的混合驅動力剛剛開始向四周傳播，很難能傳到生產井，尤其是稠油和 剩余 油的開采。此時生產井開始出油，但產量較少，而且生產出的原油粘度較高，往往會伴隨著較嚴重的出砂問題。 另一方面，燃燒前緣向生產井 靠近，燃燒產生的混合驅動的驅油效果越來越好，生產井的出油越來越多，產量越來越 高 ，油井甚至能進行自噴生產。再加上油層出砂問題一直存在，生產井將會面臨一系列生產問題。最后燃燒前緣推進到生產井，氣體完全突進從生產井產 出，井下工具及套管、油管等也會被燒毀。從完井角度講，需要同時考慮到稠油和輕質原油的開采，同時伴隨著反應生產氣體和氧化性氣體， 還有高溫 、油層出砂等一系列問題。因此，火燒油層技術需要進一步 發(fā)展，改變不能穩(wěn)定生產的現(xiàn)狀，簡化生產方式，提高采收率。 圖 水平井火驅輔助重力泄油機理示意圖 這種 技術的重要特征是 ： 燃燒前緣沿著水平井從端部向跟部擴散 ， 迅速形成一個可流動油帶 ， 該流動油帶內的高溫不僅可以為油層提供非常有效的熱驅替源 ， 也為滯留重油的熱裂解創(chuàng)造了最佳條件 。 燃燒前緣移動油帶的高粘油升溫改質需要兩個條件 ： 首先油藏冷油區(qū)的油粘度 要高。常規(guī)火燒驅油技術如今被分為高溫氧化 氣驅和高溫氧化 混相氣驅 ， 其中由于氣體上竄 ， 造成燃燒油層下移 。在其他條件不變的情況下，通過控制直井射孔的位置，將注氣位置選在油層上部一定的區(qū)間內， 利用空氣輕注入后首先向上流動的性質，獲得的最終采收率較其他位置更 高 [15]， 如圖 所示。 THAI 技術是稠油和重質油油藏開采中一種非常有效的方法 ， 可獲得非常高的原油采收率 。 該方法應用在窄的移動帶 ， 可大大減小整個儲層非均質性的敏感性。水平注入井水平段的井眼軌跡仍然要選在油層的上部才能更好的利用重力泄油原理，如圖 所示。 圖 直井 水平井組合垂直剖面圖 水平注入井可對應多口生產井，實現(xiàn)了面式驅替，驅替的效率更高，注入的氣體西南石油大學本科畢業(yè)設計 （論文） 20 燃燒效率也更高 ， 如圖 所示 。如果在點燃后持續(xù) 對整個水平段 注入高溫的熱空氣，燃燒前緣沿井眼方向的傳播將會更快，迅速傳播至全井段。 （ 1） 假設燃燒在絕熱條件下進行： 取 3 層薄層（ K2K1K3） 。 圖 “指進”被 削弱 如圖 所示 ，點 m 接受來自 A、 B 兩個燃燒區(qū)域的熱傳遞的熱量，點 n 只接受來自 B 一 個區(qū)域的熱傳遞的熱量。所以，這種方法是可行的。 國外一些項目注入井使用的完井技術 統(tǒng)計 如表 所示 。燃燒區(qū)域使用具有熱穩(wěn)定性的水泥漿 [18]，研究發(fā)現(xiàn)，使用二氧化硅（或含有二氧化硅）的 API 類 G 級水泥混合配制的水泥會影響采收率。 因此 ， 火驅采油套管用鋼的選材在 Cr 含量 3%的基礎上進行成分調整， 復合添加 Mo、 W、 V 等合金元素提高材料的耐熱性能。 （ 4） 射孔 為準確控制注氣位置 ， 防止空氣上竄到其他層 ， 應使用套管射孔完井。 （ 5） 注氣速度 選擇合適的注氣速度一直是火燒油層技術的一個難題 [14]。 這在注 、 采工作制度的控制上存在相當大的難度 。 一旦燃燒前緣從水平井段突破 ， 就會造成大量未被燃燒帶波及區(qū)域的原油無法被采出 ， 形成死油 區(qū)。 國外一些項目生產井使用的完井技術 統(tǒng)計 如表 所示 。在實施火燒油層區(qū)域上 100 英尺的上部使用常用的硅 酸鹽水泥完井。在 生產過程中由油套環(huán)空注入緩蝕劑 ， 可實現(xiàn)生產設備的有效防腐 。 其次在生產井中安裝井下溫度傳感器或熱電偶 ， 隨時監(jiān)測采出液的溫度。 從油套 U 形環(huán)空注 入空氣，從油管放出注入的空氣。 使用地層水或煤油作為載體注入破乳劑 暫時改善生產率。 注入三氯乙烯解決問題。 酸化處理和增加對交替注入的實時測量以提高注入能力。 酸化處理只能恢復局部的注入能力，使用優(yōu)質水非常重要。 A8 套管腐蝕使設備頻繁更換。 通過緩蝕劑控制腐蝕。 注入系統(tǒng)使用少量的緩蝕劑和人工合成潤滑油；對于注水系統(tǒng)，使用次氯酸鈣和緩蝕劑處理注入用的淡水，一個笨拙且昂貴的方法是每周注入一 次緩蝕劑。 在注水周期開始和結束的時候使用抑制劑；在壓縮機出口安裝冷凝裝置以確保干空氣的注入。油管經常噴砂處理會破壞篩管。 乳化液 A7 需要大量的化學藥品用來破乳。其中包含了很多固體顆粒。 乳化抑制劑被加入所有的生產井。腐蝕生產的產品和瀝青，燃燒的表面形狀。人造潤滑 劑被使用于防止火花引起的爆炸。而反向燃燒是指燃燒前緣的推進方向與注氣方向相