2014水平井双管注汽工艺参数优化设计研究(中文版).doc

水平井同心双管注汽工艺参数优化设计研究 刘洪芹 石在虹 朱静 马振 摘要 辽河油田稠油水平井完井以筛管完井方式为主，占总完井方式的83.4%，水平井注汽多采用笼统方式注汽，造成水平井脚跟部分动用较好，据脚尖约1/3部分以后动用程度较差。由于辽河油田水平井同心双管注汽开采工艺技术已经成熟，与之相关的优化设计仍属空白，因此本文将以实现水平井同心双管注汽优化计算为目标，建立水平井同心双管注汽物理模型，给出水平井同心双管注汽井筒压力计算方法、水平井同心双管注汽井筒热损失计算模型、干度计算模型及水平井变管径同心双管注汽井筒参数计算模型。通过辽河油田一口同心双管注汽井进行实例计算，证实模型与现场符合较好。 关键词：水平井，同心双管注汽，工艺参数，优化设计 1问题的提出 国外由于油藏较浅，水平井注汽多采用光管和平行双管注汽，平行双管注汽技术在加拿大目前已得到普遍应用。国内2007年之前还没有双管注汽技术应用的先例。辽河油田的水平井大多用于稠油、特稠油以及超稠油的开采，原油粘度高，在生产过程中需要注蒸汽开采。但由于目前辽河油田筛管完井技术占83.4%[1]，受油层非均质及周边采出影响，水平井段动用不均的矛盾较为突出。监测结果显示，水平井水平段动用不均的井约占80%[2]，井温处于可流动温度之下的占总井段的28.9%。水平井脚跟部分动用较好，温度上升较大，但后约1/3部分动用较差[3]。为实现水平段均匀动用，减少热损失、提高隔热效果，2007年国内首创立项了稠油水平井同心双管注汽技术，取得当年研发成功，当年试验成功的目标，2008年被列为油田公司规模推广项目，截止到2009年底，已在辽河油田现场实施95井次，累计增油7.9×104t，效果良好。试验结果充分证明，水平井采取同心双管注汽方式，将缓解井底吸汽不均问题，提高蒸汽的利用率，加大水平井注入蒸汽强度，提高原油的动用程度，延缓油井的递减时间，提高油井产油量、油汽比和采出程度，从而最终提高经济效益，是进一步提高稠油油藏采收率的最有效开采方式。现场推广需理论指导，以往没有开展该项研究工作，水平井双管注汽工艺参数优化设计研究仍属空白，目前急需配套集方案设计、系统参数调配、注采参数优化设计模型，以指导现场进行施工方案设计和最佳开采工艺实施。 2水平井同心双管注汽原理 水平井同心双管注汽管柱如图1。水平井同心双管注汽技术可缓解水平井段吸汽不均现象。同心双管注汽技术是在井筒内有两条注汽管柱，是同心的。外管到脚跟结束，内管延伸到脚尖。对水平井脚跟、脚尖同时注汽，并且可以根据吸汽情况在井口对脚跟、脚尖注汽量进行调整。水平井同心双管注汽工艺主要有四部分组成：管柱部分、井口部分、蒸汽分配部分和井底温压监测部分。在注汽过程中使用N2对油套环空进行隔热。 管柱部分主要由内注汽管和外注汽管组成。 外注汽管：41/2″真空隔热管，内径76mm，视导热系数：0.01； 内注汽管：1.9″无接箍油管； 尾管：1.9″无接箍筛管。 井口部分由不压井蒸汽驱井口外加一个大四通组成，41/2″真空隔热管悬挂在下面大四通上，1.9″无接箍油管悬挂在上面大四通上。 蒸汽分配部分主要是由等干度分配装置构成。该装置能将锅炉过来蒸汽以各种比例调整为两股蒸汽。 井底温压监测部分主要由温度计和压力计组成。该温度计和压力计能测量水平井段在注汽过程中温度、压力变化情况。 3水平井同心双管注汽计算模型 3.1水平井同心双管注汽物理模型 水平井双管注汽物理模型如图2所示。 对于同心双管注汽模型，其难点为1）传热特性；2）内外管压力、温度需耦合；3）流动截面；4）弯曲井眼；5）变质量。 3.2水平井双管注汽井筒压力计算 以往的压力计算模型采用采用单一模型计算压差，其弊端为因流态的差异导致计算精度不高，本文采用综合压降计算模型，即通过流动形态判别，分离流时利用分流模型计算压差，间歇流和分散流时，利用均流模型计算压差使计算结果更接近于实际， 提高了计算精度。 3.3水平井双管注汽井筒干度计算模型 由于有些参数是压力和干度的函数，所以在计算时需要将井筒分成若干个井段，使每个井段的流体物性参数及流动特性没有明显的变化。此外，在分层配汽过程中质量流量是逐渐减少的，因此从第一层起应是一个变质量传热传质的多相流动过程。根据上述原理，可推导出内外管干度变化方程如下： 1）内管蒸汽干度变化的能量方程 （1） 其中 （2） （3） （4） 式中 ──油管内注入蒸汽的质量流量，kg/s；──油管内混合物的压力（绝