【正文】 ..................................................................... 42 建議 ....................................................................................................................... 42 致 謝 ............................................................................................................................... 43 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 44 提高熱采水平井火驅(qū)開發(fā)效率的完井技術(shù)研究 1 1 緒論 引言 稠油在世界油氣資源中占有較大的比 例。 由于這種新技術(shù)能夠進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn)，這給火燒油層完井技術(shù)的研究帶來了方便。同時(shí)，傳統(tǒng)的火燒油 層技術(shù)的不穩(wěn)定生產(chǎn)方式也給火燒油層完井技術(shù)的研究帶來了諸多難題。 本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（ 論 文） 題目 提高熱采水平井火驅(qū)開發(fā)效率 的完井技術(shù)研究 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 教學(xué)院系 石油工程學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 石油 工程 2021 級(jí) 指導(dǎo)教師 職 稱 講師 單 位 西南石油大學(xué) 石油工程學(xué)院 輔導(dǎo)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(qū)開發(fā)效率的完井技術(shù)研究 I 摘 要 火燒油層技術(shù) 作為熱力采油的一個(gè)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(dú)一種開采方法所不具備的 。 在火燒油層技術(shù)的發(fā)展過程中，傳統(tǒng)的火燒油層技術(shù)由于其開采方式的限制，使得采收率難以進(jìn)一步提高。 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(shù)的提出 克服了傳統(tǒng) 火燒 油層 技術(shù) 的諸多問題 ，進(jìn)一步提高 采收率 。 本文 圍繞這種重力泄油原理為輔助的火燒油層技術(shù)，通過研究點(diǎn)火 、 溫度、腐蝕 及 出砂等影響因素 ， 結(jié)合現(xiàn)代火燒 油層技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)， 獲得 了 相應(yīng)的完井方面的需求，根據(jù)完井需求 對(duì) 完井技術(shù) 進(jìn)行了分析研究 并對(duì) 其 進(jìn)行優(yōu)選， 從而 找到最合適的完井技術(shù)以達(dá)到 提高火 驅(qū) 開發(fā)效率 的目的 ，為火燒油層技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施提供一定的參考 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ，世界稠油、 超稠油和天然瀝青的儲(chǔ)量約為 1000108t。 中國重油瀝青資源分布廣泛 ， 已在 12 個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)了 70 多個(gè)重質(zhì)油田 ， 預(yù)計(jì)中國重油瀝青資源量可達(dá) 300108t 以上。 對(duì)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(xué)方法采油、 生物采 油及一些組合方法等。 如何有效開采稠油 ， 使其成為可動(dòng)用儲(chǔ)量 ， 是石油工業(yè)一直面臨 的問題。 依國際通用的 ASTM 標(biāo)準(zhǔn) ， 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。 熱力采油作為目前稠油開發(fā)的主要手段 ， 能夠有效升高油層溫度 ， 降低稠油粘度 ， 使稠油易于流動(dòng) ，從而將稠油采出。 目前 ， 全世界已經(jīng)有 100多個(gè)油田開展了較大規(guī)模工業(yè)性開采試驗(yàn) ， 其采收率一般可達(dá) 50%～ 80%。近年來 ， 隨著水平井技術(shù)的發(fā)展 ， 火燒油層技術(shù)研究呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì) ，即應(yīng)用水平井實(shí)施 重力輔助 泄油 的 火燒油層 新 技術(shù)。 物模實(shí)驗(yàn)表明 ， 采用這種新的火燒方法 ， 在蒸汽獲取采收率 25%的基礎(chǔ)上 ， 還可增加 40%采收率 。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 2 研究 目的及意義 火燒油層技術(shù)在實(shí)施 過程中 ， 因?yàn)槠淙紵^程發(fā)生在油層內(nèi)部 ， 進(jìn)行過程量劃時(shí)有很大的局限性 ， 缺乏全面的認(rèn)識(shí) 。另外， 油層燃燒產(chǎn)生的高溫 對(duì)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(duì)套管、水泥和工具的腐蝕 （燃燒時(shí)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(yán)重，還有 點(diǎn)火工藝的復(fù)雜性 。 圖 燃燒時(shí)的溫度和氣體含量變化 在運(yùn)用火燒油層技術(shù)開 發(fā)的 過程中，油井完井 的方式和完井 質(zhì)量的好壞直接影響到火燒油層技術(shù) 的實(shí)施、 儲(chǔ)層改造 、 后期采油過程中的安全及油井的使用壽命 。 對(duì)火燒油層技術(shù) 開發(fā)過程中 井筒周圍高溫、腐蝕情況 進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，確定其對(duì) 火燒油層技術(shù) 完井管柱及配套工具的影響， 有針對(duì) 性的優(yōu)選 完井技術(shù) ，避免以上 諸多問題 保證 完井技術(shù)順利的實(shí)施，從而 提高 火燒油層技術(shù)的 開發(fā) 效率；并在此基礎(chǔ)之上， 從火燒油層 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)出發(fā)，提出火燒油層完井技術(shù)新需求 ，從而 進(jìn)一步提高 采收率 。 提高熱采水平井火驅(qū)開發(fā)效率的完井技術(shù)研究 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 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(yàn)研究 ， 因受當(dāng)時(shí)條件的限制 ， 火燒油層技術(shù)讓位于注蒸氣采油 ， 在我國的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用直到目前還為數(shù)不多 [2]。中國石油天然氣總公司石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院熱力采油研究所還與羅馬尼亞開展了有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)火燒工藝的交流合作研究項(xiàng)目 ， 現(xiàn)已取得了不少可喜的成果。 在世界上 150160多個(gè)稠油和輕質(zhì)油油藏上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) ， 并取得了一定的成果 。 其中 ， 美國的 8 個(gè)火驅(qū)項(xiàng)目日產(chǎn)油 960t； 加拿大的 3 個(gè)項(xiàng)目日產(chǎn)油 1040t， 火驅(qū)產(chǎn)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(gè)火驅(qū)項(xiàng)目 ， 羅馬尼亞原油總產(chǎn)量中10%以上的產(chǎn)量是用該方法開采出的 。 傳統(tǒng)的火燒油層技術(shù)是基于直井 直井組合和常規(guī)的直井 水平井組合 之上發(fā)展演變而來的 ，這種直井 直井組合和常規(guī)的直井 水平井組合的開采方式具有諸多局限性，增大了火燒油層完井 技術(shù)的 難度 ，阻礙了 采收率的進(jìn)一步 提高 。該技術(shù)把火燒油層技術(shù)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(jié)合起來，采用水平井作為生產(chǎn)井，擴(kuò)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(qiáng)度和采油強(qiáng)度，移動(dòng)原油不必經(jīng)過冷油區(qū)，通過最短距離即可進(jìn)入生產(chǎn)井，實(shí)現(xiàn)了稠油的就地升溫降粘和非混相空氣驅(qū)，極大地提高了 原油的采收率。 （ 2） 從國內(nèi)外相關(guān)資料 中 掌握并 總結(jié)出 所需的 提高水平井火驅(qū)開發(fā)效率 完井技術(shù)的一些可行的方法。 （ 4） 翻譯 相關(guān)的 外文文獻(xiàn)。 了解火燒油層技術(shù)的完井需求和各種完井方法 總結(jié) 并優(yōu)選火燒油層的 完井 方法 根據(jù)火燒油層技術(shù)的發(fā)展提出完井新需求 調(diào)研國內(nèi)外關(guān)于火燒油層技術(shù)及其完井 方法的 相關(guān)資料 全面把握火燒油層技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 了解 直井 水平井 組合的火燒油層完井技術(shù) 了解 水平井 水平井組合的火燒油層完井技術(shù) 提高熱采水平井火驅(qū)開發(fā)效率的完井技術(shù)研究 5 取得成果 （ 1）通過文獻(xiàn)調(diào)研，對(duì)提高火驅(qū)開發(fā)效率的完井技術(shù) 進(jìn)行了優(yōu)選。 （ 3）編寫了相關(guān)的程序。 火燒油層工藝作為熱力采油的一個(gè)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 ， 它的某些特征是任何單獨(dú)一種開采方法所不具備的 ， 它綜合了熱驅(qū) 、氣驅(qū) 、 混相驅(qū)和非混相驅(qū)的驅(qū)油機(jī)理 ， 可作為一次采油 ， 二次采油或三次采油 的開采方法。 表 產(chǎn)出原油與原始地層原油粘 溫特性比較 溫 度 θ/176。s) 產(chǎn)出原油粘度 μo2/(mPa 火燒油層的采收率?？蛇_(dá)到 50%以上 ， 并且可以在比蒸汽驅(qū)采油更復(fù)雜 ， 更苛刻的地層條件下應(yīng)用 ， 因而是對(duì)稠油和 剩余 油開采的一種具有誘惑力的熱采技術(shù) 。 （ 2） 火燒油層燒掉的是原油中約 10%的重組分 ， 改善了剩余油的性質(zhì) 。 （ 4） 火燒油層的熱量就地產(chǎn)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 。 燃燒區(qū)的溫度將會(huì)隨時(shí)間不斷增高 ， 可達(dá)到的最高溫度和前緣推進(jìn)的速度受到油品 、 油層地質(zhì)和人為外加控制因素的制約 。 除液相產(chǎn)物外 ， 還有燃燒的煙氣 ， 包括一氧化碳 、 二氧化碳及天然氣等 。 一般認(rèn)為 ， 在燃燒前緣附近是裂解的最后產(chǎn)物 — 焦炭形成的結(jié)焦帶 ， 再向外依次是蒸汽和熱水反應(yīng)生成水 、 原生水以及濕 法燃 燒的注入水等形成的熱水蒸汽帶 、 被蒸餾的輕質(zhì)烴類油帶 ， 以及最前方的已降粘的原始富油帶 。 圖 油層剖面示意圖 由以上機(jī)理不難看出火燒油層法有以下特點(diǎn) ： （ 1） 具有注空氣保持油層壓力的特點(diǎn) ， 其面積波及系數(shù)比氣驅(qū)高 （ 五點(diǎn)井網(wǎng)氣驅(qū)約為 45%， 火驅(qū)可達(dá) 70%） 。 （ 3） 具有蒸汽驅(qū) 、 熱水驅(qū)的作用 ， 但火驅(qū)的熱效率更高 ， 且產(chǎn)物的輕質(zhì)組分因熱裂解反應(yīng)而更多些 。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 （ 5） 具有混相驅(qū)降 低原油界面張力的作用 ， 但比混相驅(qū)有高得多的驅(qū)油效率和波及系數(shù) 。 影響因素 火燒油層技術(shù)的影響因素 ， 主要是指火燒油層技術(shù)從實(shí)施開始，點(diǎn)火、注氣、生產(chǎn)過程中影響火燒技術(shù)成功實(shí)施的 各種 因素。 點(diǎn)火 火燒油層成功的關(guān)鍵是油層點(diǎn)火 [3]， 以前的油田開發(fā)偏向粗放式 ， 對(duì)點(diǎn)火的控制也僅僅局限于一些感性的現(xiàn)場(chǎng)操作 。 其中自燃點(diǎn)火不需要外加任何點(diǎn)火設(shè)備 ， 如果自燃時(shí)間為幾小時(shí)或者幾天 ， 就應(yīng)該研究自燃的可能性 ， 若時(shí)間長達(dá)幾個(gè)月或者幾年 ， 則要從外部能源補(bǔ)給能量 。 電加熱器受實(shí)際深度的限制 ， 壽命短 ， 加熱功率有限 ， 一般不超過 75kW。 因此 ， 在含有難氧化 ， 燃點(diǎn)高 ，厚度大的儲(chǔ)油層 ， 使用火焰加熱器比較合理 。 單一點(diǎn)火的方式要求條件比較苛刻 ， 成功率比較低 ， 為此對(duì)各個(gè)影響點(diǎn)火時(shí)間的因素分析 ， 對(duì)制定合理的點(diǎn)火方案是很有現(xiàn)實(shí)意義的 。井下直接加熱和注入熱空氣提高點(diǎn)火區(qū)域溫度的方法效率高，但同時(shí)成本也太高不適合普遍使用。 另外，針對(duì)油層的各種性質(zhì)往往還會(huì)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(diǎn)火的效率。 提高熱采水平井火驅(qū)開發(fā)效率的完井技術(shù)研究 9 由上可知，在點(diǎn)火階段，完井方面主要面臨多種點(diǎn)火方法的配合使用問題。同時(shí)，這些點(diǎn)火方式也會(huì)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(yīng)、添加劑和氧化劑的對(duì) 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。 溫度 前面已經(jīng)提到過，在實(shí)施火燒油層點(diǎn)火 之 前，大多數(shù)情況下會(huì)先對(duì)油層進(jìn)行加熱以縮短點(diǎn)火的時(shí)間，提高點(diǎn)火的效率。 圖 火驅(qū)不同階段油層平面溫度場(chǎng) 油層燃燒 產(chǎn)生 大量的熱，溫度可達(dá)到 1000℃以上 （如圖 所示 ） ， 高溫會(huì) 降低稠油粘度 ， 同時(shí)分解稠油產(chǎn)生 復(fù)合驅(qū)動(dòng)作用，但高溫本身會(huì)對(duì)井下包括完井工具在內(nèi)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(yán)重阻礙火燒油層技術(shù)的實(shí)施 [5]。如果完井水泥和套管一旦 發(fā)生破損甚至熔化穿孔，導(dǎo)致與其他地層連通或竄槽。 如圖 所示，實(shí)驗(yàn)中 被燒毀的水平井段。所以，一方面要選取適合的溫度以最大限度的滿足上述要求，另一方面要提高相應(yīng)的完井技術(shù)，使之能滿足對(duì)溫度需要。 從國內(nèi)外 火燒油層的 腐蝕井分析來看 ，火燒油層技術(shù)實(shí)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。 在點(diǎn)火過程實(shí)施時(shí)，會(huì)對(duì)油層注入高溫氧化性氣體（空氣或富氧空氣），同時(shí)還會(huì)使用一些添加劑（ 金屬鹽類添加劑 、過氧化氫等 ），點(diǎn)燃后仍然會(huì)繼續(xù)注入空氣或富氧空氣以使油層持續(xù)燃燒， 使 燃燒前緣向前推 進(jìn)。 地層條件下燃燒生成的 CO SO2 以及過剩的 O2 與地層內(nèi)部的水發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)形成碳酸 、 亞硫酸 、 硫酸 ， 對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕 。 氧腐蝕使管材局部產(chǎn)生很深的腐蝕坑 ， 長期作用導(dǎo)致管材腐蝕穿孔 ， 或出現(xiàn)嚴(yán)重的麻點(diǎn)現(xiàn)象 ， 使管材強(qiáng)度降低 ； 生產(chǎn)井由于產(chǎn)液溫度較高 （ 150℃ 左右 ） ， 酸性腐蝕 、 氧化腐蝕同時(shí)并存 。 提高熱采水平井火驅(qū)開發(fā)效率