稠油水平井注蒸汽研究

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摘 要 随着稠油开发和水平井技术的不断发展，水平井以其射孔井段长，储层动用程度大，能量利用率高等特点被广泛运用于稠油开采领域。由于沿水平井段压力变化，储层渗透率差异以及在老区沿水平井段剩余油分布不均匀等原因导致了在稠油水平井注汽时水平井段横向上吸汽不均匀蒸汽沿着更容易进入的地层突进 难以实现蒸汽的均匀注入，降低了注汽效果。因此，如何提高稠油水平井注汽效率，达到水平井开发稠油油藏应有的效果，是一项亟待解决的技术难题。

关键词 稠油开发 水平井技术 注汽效率

中图分类号：TE345 文献标识码：A

随着经济的发展，人们对能源的需求量越来越大，石油资源日趋减少，稠油成为一种未来十分重要的能量补给资源。稠油由于其在油层中的粘度很高，渗流阻力大，举升难度大，常规开发产能低，含水上升速度快，动用程度低，最终采收率低，因而用常规开采方法难以实现经济有效的开发。目前稠油开采的主要方法有冷采和热采两大类方法，冷采稠油方法包括：无砂冷采、出砂冷采、注烟道气等方法。热采稠油方法包括：蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层、蒸汽辅助重力泄油和电加热等方法，而其中蒸汽吞吐是目前开采稠油最主要的技术。水平井注蒸汽开采稠油可以提高油层吸气能力，加速井筒到油藏之间的热传递，提高波及系数，增加原油的流动能力，提高生产井的生产能力；同时水平井注蒸汽可以不用压裂而将蒸汽大面积注入油藏，提高了注入蒸汽同稠油之间的接触面积，从而提高了从井筒到低温油藏的热传导效应。水平井注蒸汽开采方式包括水平井蒸汽吞吐、水平井蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油。水平井蒸汽的采油机理主要表现在降低原油粘度、原油重力泄油和流体驱替的相互结合，使原油被驱出或被携带出。蒸汽吞吐通常作为注蒸汽开采的第一阶段，主要有两个作用：（1）降低原油粘度、增加原油流动能力，提高波及体积；（2）使油层压力下降，作为蒸汽驱及蒸汽辅助重力驱的预热阶段，可以使注采井之间形成热联通，为下一步驱替创造有利条件。

针对不同原油粘度的油藏，注采井距需要优化来选择经济合理的井距。水平井注蒸汽开采的注采工艺参数主要包括：注汽速度、周期注气量、注汽干度、生产井排液速度、蒸汽吞吐转汽驱时机、蒸汽驱结束油气比等。可由油藏工程计算、数值模拟、类比等方法得出，并结合现场实际操作条件确定。

1热采水平井管柱优化设计

1.1 设计原理

常规的热采水平井开发稠油工艺包括单管柱注汽工艺、双管或同心管柱注汽工艺。单管注汽工艺水平段集中吸汽现象严重，高温区域集中分布于注汽点附近，水平动用程度差，注汽效率很低。双管或同心管柱注汽工艺实现了水平段跟端和趾端同时分别注汽，一定程度上提高了注汽效率，但是水平段中部的注汽效果依然不理想。以上的常规注汽工艺均存在因水平段压力失衡而引起的蒸汽互窜，蒸汽沿着阻力小的储层突进，水平段集中吸汽现象突出严重，影响了注汽的效率。

通过研究分析发现，注汽点是制约目前水平井注汽效率的关键因素，要解决水平井横向上吸汽不均匀的问题，必须适当增加注汽管柱上注汽点的个数，并且每个注汽点间应进行有效地封隔，形成独立的蒸汽压力腔室，各腔室中蒸汽以相同的注汽量均衡地向储层推进，彻底消除蒸汽互窜的影响，从根本上解决水平段横向上吸汽不均匀的问题，提高注汽效率。

1.2 管柱结构优化设计

1.2.1完井管柱结构优化设计

为了有效防止水平段蒸汽互窜对蒸汽注入的影响，在常规完井管柱结构设计的基础上，配套了抗高温管外裸眼封隔器，封隔了裸眼与筛管之间的环空。该封隔器密封件选用了能够满足热采井高温要求的特殊密封材料，座封方式突破了常规水力坐封的限制，组装方便操作简单，性能可靠。

1.2.2注汽管柱结构优化设计

按照水平段均匀注汽的理念，根据储层的条件适当地增加了注汽管柱注汽孔的个数，各个注汽孔之间配套了注汽封隔器，有效地封隔了注汽管柱和筛管之间的环空，抗高温裸眼管外封隔器和注汽封隔器一一对应，最终在水平段上形成了一个个独立的蒸汽腔室，为蒸汽的均匀注入奠定了基础，其中抗高温裸眼管外封隔器的个数与注汽封隔器的个数相适应。

通过对以上完井管柱和注汽管柱的结构进行优化，热采水平井管柱结构设计蒸汽从注汽管柱均匀地分配到各个腔室中，在蒸汽腔室与储层压差的推动下均衡地向储层远端推进，实现了热采水平井均匀注汽。

2水平井非均质储层蒸汽分配模型

2.1 基本原理

由于热采水平井地层非均质的影响 通过注汽孔注入储层的蒸汽往往是不均匀的，为了达到蒸汽均匀注入的目的，流经各个注汽孔的蒸汽量Q必须满足以下条件：Q1=Q2 =…=Qn，式中：Q1 、Q2 、……Qn为各段注汽量。

由于储层非均质性的影响，水平段横向和纵向上渗透率的差异使得各个蒸汽腔室所影响到的远端地层压力可能会有所不同，甚至压力差异很大，即属于不同的压力系统。

在注汽过程中，由于摩擦阻力的影响，沿水平段注汽管段上注汽压力呈下降的趋势，蒸汽通过注汽孔是一个节流降压的过程，不同的注汽孔泄流面积会产生不同的压力降，从而影响到各注汽孔之间的蒸汽分配。因此，必须对储层条件、注汽过程压力变化及注汽孔泄流面积进行综合的计算分析，才能保证蒸汽均匀地注入储层。

2.2注汽孔前后压力计算

蒸汽从蒸汽发生装置进入井筒，沿水平段流动，再到最终注入储层是一个压力逐渐降低的过程，要使蒸汽能够稳定地注入储层，流经注汽孔后形成的孔后压力一定要大于原始地层压力，注汽孔孔后压力与原始地层压力之间的压力差，后面简称为注汽压差，是蒸汽能够顺利注入储层的先决条件。在储层条件一定的情况下，蒸汽注入量和注汽压差呈正比关系因各段的蒸汽注入量都相等，因此可通过注汽压差计算得到注汽孔孔后压力。在蒸汽注入量一定的条件下，注汽孔孔前压力与孔后压力的压差越大，注汽孔的等效泄流面积也就越小。因此，注汽孔等效泄流面积的确定必须与节流压降联系起来。