CN102071915B - 海上热采环空连续注氮辅助隔热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上热采环空连续注氮辅助隔热的方法，是：向隔热油管内注入热流体，同时向在隔热油管与套管之间形成的环空内连续注入氮气，氮气在隔热油管的输出端与热流体汇合，一并被输入到地层。本发明可以实现注热期间环空隔热，保护套管，同时连续注入的氮气进入地层，增加了地层的能量，起到增能保压的作用，同时还可提高热流体的波及范围，提高热采的效果。

Description

海上热采环空连续注氮辅助隔热方法

技术领域

本发明涉及一种用于稠油井注热流体开采的环空连续注氮气辅助隔热技术。

背景技术

稠油粘度大、流动性差，常规冷采已不能满足油田高效开发的需求。因此，注热流体(热水、蒸汽或者蒸汽与非凝析气的混合物)已成为国内外开采稠油主要技术之一。在稠油井注热流体吞吐开采过程中，如果井筒隔热效果不理想，随着吞吐轮次的增加，套管多次经受高温、高压热应力作用而损坏变形，将严重影响油井的正常生产；同时，随着套管温度升高，热量向地层散失加快，热能利用率降低，影响热采增油效果。因此，在热流体注入过程中，如何保证套管安全并尽可能减少井筒热损失是工艺方案设计中不可忽略的一环。从热量传递的角度来说，降低井筒热损失最有效的途径主要有两种：一是采用高热阻的真空隔热管，减少热量从油管内壁向油管外壁的传递速度；二是在油管和套管环空充入惰性气体，降低油管和套管间环空流体的导热系数，减少热量从油管外壁向套管的传递速度。专利89105087.6将两种隔热方法相结合，即采用隔热油管的同时，向环空中充入氮气，从而进一步降低热损失。

研究表明，油套环空中氮气压力低于油管中注入压力时，注入高温流体将逐渐窜入油套环空。此时，隔热油管井筒径向热阻不再是简单的串联关系，隔热油管隔热作用将被“短路”，失去高热阻隔热功效。因此，在实际实施过程中，往往需要在隔热油管末端安装封隔器，将环空的氮气与井筒的蒸汽封隔开。但是，使用封隔器不但增加作业成本和作业难度，而且当封隔器密封不严时，仍然存在蒸汽窜流现象。

海上石油开发是一个高收益、高投入和高风险的行业，其钻完井费用是陆地油田的10倍以上，因此，海上稠油热采时不仅注热强度高，而且要求油井的生产周期长。显然，常规井筒隔热技术已不能满足海上稠油热采的技术要求，需要寻找一种更为有效的井筒隔热技术。

发明内容

本发明提供了一种用于海上稠油井注热开采的环空连续注氮气辅助隔热方法，不仅可以在注热过程中保护套管，延长套管使用寿命，而且注入地层的氮气还可以扩大热流体的波及范围，增加地层能量，在生产阶段起到助排的作用。

本发明的一种海上热采环空连续注氮辅助隔热的方法是：向隔热油管内注入热流体，同时向在隔热油管与套管之间形成的环空内连续注入氮气，氮气在隔热油管的输出端与热流体汇合，一并被输入到地层。

优选地，所述方法具体是：在向所述隔热油管内注入热流体2小时后，启动注氮气设备，将纯度为95％～97％的氮气，经增压机增压到5～20MPa，经油管四通连续注入形成在所述隔热油管与套管之间的环空内。

优选地，控制氮气排量400～600Nm³/h，氮气温度控制在40℃以下；其中，热流体注入期间，每10小时，停注氮气2小时。

优选地，选择所述隔热油管时，首先根据注热温度、注热速度及套管的耐温性能选择隔热油管的隔热等级，再根据井型、井深、井身结构选择隔热油管的尺寸，隔热油管为高真空预应力隔热油管，隔热性能如下表：

表1隔热等级

隔热等级	A	B	C	D	E
						视导热系数(λ)	0.08＞λ≥0.06	0.06＞λ≥0.04	0.04＞λ≥0.02	0.02＞λ≥0.006	0.006＞λ≥0.002

预应力隔热油管机械性能应满足注蒸汽井各种工况所需要的抗拉、抗内压、抗外挤压等要求，其具体性能参数如下表所示：

表2预应力隔热油管机械性能

本发明具有如下特点：

(1)连续流动的氮气不仅可以在油管和套管的环空中建立一个隔热带，还可以对套管起到冷却作用，有效防止套管因受热而发生损坏；

(2)经隔热油管散失的热量被氮气吸收，氮气携带一部分热量进入地层，从而减少了注热过程中的热损失；

(3)氮气进入地层后，增加了地层的弹性能量，油井进入生产阶段后可以起到助排作用，提高回采水率；

(4)氮气进入地层后，还可提高热流体的波及范围。由于氮气的存在，在重力分异作用下扩大注入流体在储层内的波及体积，可以有效地提高波及体积，提高蒸汽吞吐热采的阶段采收率；

(5)适用于海上稠油热采高强度注热的特点，有效降低套损发生的概率，延长套管使用寿命。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

图1中：1-热流体，2-氮气，3-套管，4-隔热油管，5-顶部封隔器，6-筛管。

图2为不同氮气注入速度下的套管温度。

图2中的氮气注入速度：1a-100Nm³/h，2a-200Nm³/h，3a-300Nm³/h，4a-400Nm³/h，5a-500Nm³/h，6a-600Nm³/h。

图3为不同氮气注入速度下的热损失。

图3中的氮气注入速度：1b-100Nm³/h，2b-200Nm³/h，3b-300Nm³/h，4b-400Nm³/h，5b-500Nm³/h，6b-600Nm³/h。

具体实施方式

本发明与上述专利中环空充氮技术在目的和工艺上均有本质不同。如图1所示，本发明是在热采注热期间，在利用隔热油管4的前提下，通过向隔热油管4与套管3的环空内连续注入氮气2，氮气2在隔热油管4的输出端与注入的热流体1汇合并进入到地层。

另外，在套管3的输出端上，通过顶部封隔器5安装有筛管6，从而起到防砂的作用。

本发明以高真空预应力隔热油管作为主要隔热措施。选择隔热油管时，首先根据注热温度、注热速度及套管的耐温性能选择隔热油管的隔热等级，再根据井型、井深、井身结构选择隔热油管的尺寸。因为预应力隔热油管机械性能(包括抗拉载荷、抗内压及抗外压)取决于它的结构尺寸。

高真空预应力隔热油管的隔热性能如下：

表1隔热等级

隔热等级	A	B	C	D	E
						视导热系数(λ)	0.08＞λ≥0.06	0.06＞λ≥0.04	0.04＞λ≥0.02	0.02＞λ≥0.006	0.006＞λ≥0.002

预应力隔热油管机械性能应满足注蒸汽井各种工况所需要的抗拉、抗内压、抗外挤压等要求，其具体性能参数如下表所示。

表2预应力隔热油管机械性能

本发明以连续流动的氮气作为油套环空隔热介质。设计氮气注入速度时，总和考虑注热参数、隔热油管参数及套管的耐温等级。计算出不同氮气注入速度下的套管温度及热损失(见图2和图3)，以套管温度最低和热损失最小为优化目标，同时兼顾注氮气设备的能力和油藏评价的结果。氮气注入量一般为400～600Nm³/h，注入过程中每注10h，停注2h。

本发明所用氮气纯度为95％～97％，由压缩空气经膜分离制氮机进行分离后制得，再经增压机将纯氮气增压到5～20MPa(取决于注热流体压力)，经套管四通注入油套环空。

氮气注入设备的性能指标如下：

表3氮气注入设备性能

下面通过具体进行说明。

1.根据井深结构、注热参数(热流体组成、注入速度、注入温度及注入量)优选隔热油管，确定隔热油管类型；

2.根据注热参数及优化的注热管柱类型优化氮气注入速度；

3.下入注热管柱、洗井，安装高温高压注热井口装置；

4.连接注热管线和注氮气管线。注热管线加装保温层，减少热损失，防止人员烫伤，注氮气管线采用高压硬管线；

5.关闭井口装置的油管、套管阀门，启动热流体发生器和氮气设备，分别对注热管线和注氮管线进行试压，确保注热管线、注氮管线及井口装置不发生刺漏；

6.打开采油树主阀，开始注入热流体；

7.热流体注入2小时后，打开套管翼阀，启动注氮气设备，环空注入氮气，控制排量400～600Nm³/h，氮气注入压力为5～20MPa，氮气注入温度在40℃以下，氮气纯度96％～98％；

8.热流体注入期间，每10小时，停注氮气2小时；

9.注热期间，定时记录注井口油管压力、套管压力及温度情况，观察管线及井口装置是否发生刺漏。

2008年9月23日在渤海湾某井实验本发明。该井是一口水平分支井，井深1703.00m，采用裸眼优质筛管防砂完井。应用本发明时，下入Φ114×62mm隔热油管至油层中部。热流体注入温度为130～140℃。热流体注入速度8～9t/h，累计注入时间626.3h。注热过程中环空连续注入氮气，注氮速度600Nm³/h，注入压力9～14MPa，注热过程中环空累计注入氮气392470Nm³。为了验证环空连续注氮隔热效果，在注入管柱出口端(井深1520m)装有存储式温度测定装置，放喷结束后取出该装置读取注热期间井底热流体温度，注热期间井底温度为125～130℃，与热流体发生器出口温度相差10℃左右，可见注热过程中热量损失较少，隔热效果良好。截止2008年12月16日，该井注热后共采出原油2274.51方，平均日产63.2方，比作业前的日产33方增加30方左右，到2009年3月8日，回采水率已达到100％，氮气助排作用非常明显。

Claims (2)

1.一种海上热采环空连续注氮辅助隔热的方法，该方法是：向隔热油管内注入热流体，同时向在隔热油管与套管之间形成的环空内连续注入氮气，氮气在隔热油管的输出端与热流体汇合，一并被输入到地层，所述方法包括：在向所述隔热油管内注入热流体2小时后，启动注氮气设备，将纯度为95％～97％的氮气，经增压机增压到5～20MPa，经油管四通连续注入形成在所述隔热油管与套管之间的环空内，控制氮气排量400～600Nm³/h，氮气温度控制在40℃以下；其中，热流体注入期间，每10小时，停注氮气2小时。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择所述隔热油管时，首先根据注热温度、注热速度及套管的耐温性能选择隔热油管的隔热等级，再根据井型、井深、井身结构选择隔热油管的尺寸，隔热油管为高真空预应力隔热油管，隔热性能如下表：

表1 隔热等级

  隔热等级   A   B   C   D   E   视导热系数(λ)   0.08＞λ≥0.06   0.06＞λ≥0.04   0.04＞λ≥0.02   0.02＞λ≥0.006   0.006＞λ≥0.002

预应力隔热油管机械性能应满足注蒸汽井各种工况所需要的抗拉、抗内压、抗外挤压等要求，其具体性能参数如下表所示：

表2 预应力隔热油管机械性能

Images