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1、复合热载体发生器在海上稠油探井测试中的应用研究 赵启彬1 杨子2 冯卫华3 张兴华2 施洋2 高科超2 钱大伟2 卢中原2 （1.中海石油（中国）有限公司勘探部 北京 100010）（2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津塘沽 300452）（3中海石油（中国）有限公司天津分公司勘探部 天津塘沽 300452）摘要：复合热载体发生器是利用燃烧学、流体力学、传热学、工程热力学的原理及其工程技术，产生高温、高压混合气并直接注入油层，用于热力开采石油的新技术、新设备。该设备可用电脑监控，可机械化自动运行，能替代或补充目前锅炉单注水蒸气的传统工艺，也可单注热水。此外，该设备主要是撬装，适合
2、海上平台使用，可大大降低投入与运行成本。近年来，通过在海上油田稠油探井测试作业中成功应用，实践表明，该设备具有较高的使用价值，且取得了良好的应用效果。关键词：多元热流体吞吐技术 稠油 测试0 前言随着渤海油田勘探开发进程的加快，区域勘探开发程度日益提高，难度不断加大。稠油作为渤海原油储量中重要组成部分，其勘探开发问题已经迫在眉睫。热采技术作为稠油开采的方法之一，由于效果显著，其越来越被受重视。在海上油田稠油探井测试作业中，由于稠油具有沥青质含量高、含硫含蜡量高和流动性能差等特点，稠油的这些特点，决定了稠油油藏在测试求产过程中表现为地饱压力低、通常不能自溢、出砂压差低、稠油到井口温降后难以流动、
3、脱气时间长，最终难以获得商业性产能，而多元热流体吞吐技术作为稠油热采的核心技术，其所使用的复合热载体发生器便是起到了举足轻重的作用。该装置利用其产生的高温高压二氧化碳、氮气、水蒸气携带大量燃烧热量形成复合热载体，通过多元热流体吞吐技术的实施，成功的达到了稠油探井测试的目的，有效的解放了稠油油藏的产能，为储量申报和ODP的编制夯实了坚定的基础。1 工作原理复合热载体发生器主要由气体发生器、高压空气、油、水供给系统、全自动电脑监控系统及机箱等组成。其主体设备为复合热载体发生器，主要由燃烧室和混合室构成，它充分利用了火箭动力发生器的燃烧喷射机理，在高压燃烧室中以工业柴油（原油或天然气）为燃烧剂、高压
4、空气为氧化剂，在高压条件下点火燃烧，形成高温气体，再喷入混合室与喷入的高压水掺混，通过热交换产生水蒸气、氮气和二氧化碳的混合气，在高温、高压下高速注入油层，以增加油层内压力和热能，降低原油粘度，提高驱油效率，进而增加油田采收率。该复合热载体发生器向油层注入高温、高压混合气，可对石油热采产生三大作用：热力、压力和其它物理化学作用。由该复合热载体发生器向油层输入高温、高压的混气体作为驱油介质，注入体积非常大、波及范围广、且具有弹性、驱替作用强、可较快提高地层压力，同时输入气体温度高，特别是含有相当比例的不凝气体N2和CO2，可有效降低原油粘度，增加原油流动性能。 图1 多元热流体在复合热载体发生器
5、中的形成示意图图2 拖三型复合热载体发生器及流程示意图该设备在具体应用过程中，可以根据不同油藏的变化情况，在注入气体中分别加入耐高温起泡剂、沥青胶质溶剂及其它化学制剂等，以增进采油效果。多元热流体采油技术与常规蒸汽吞吐热采技术比较，更有增产效果。由于不仅注入油层中的大量热能，能大幅度降低原油粘度，而且CO2及溶剂溶解于原油也提高了其流动性，产生的泡沫流能够控制气体窜流、扩大加热带体积，N2等非凝结气体不仅促使扩大扫油体积，而且在注热流体后，开井回采时，助排、解堵，提高回采水率，这种综合增产效果必然优于常规注蒸汽技术。图3 海上油田稠油探井测试常用的复合热载体发生器类型2 设备特点及增油机理2.
6、1 设备特点复合热载体发生器工作过程中，其压力（最高为亚临界压力）、温度、流量等多种参数可调，并可实现自动、手动控制方式自由切换，现场全过程自动控制及远程监控，工作稳定、性能可靠，完全可以满足不同油藏注入工艺的各种需要。2.2 增油机理水蒸汽、氮气、二氧化碳、化学制剂等的综合增产作用，已被大量的各种组合现场试验所证实。如蒸汽+N2，蒸汽+N2+起泡剂，蒸汽+N2+化学溶剂，蒸汽+CO2等。表1 多元热流体主要成分作用解析主要成分作用解析蒸汽（或热水）蒸汽（或热水）通过运动和单纯的热传导传递热量，最大化提高油层温度，降低原油粘度，使原油流动性变好，进而得到一个更接近稠油油藏的真实产能。对稠油降粘
7、作用、对近井地带有机质沉积具有降粘解堵作用。氮气（1）高压不凝气体氮气可在井周围形成一较大区域，并具有弹性，能驱替残余油，有效驱动地层中的原油及冷凝油，使其迅速地返排出来；（2）氮气在含油层中与原油中蒸发出来的轻组分组成混相，在油气界面附近形成混合相带，从而降低原油的粘度；（3）氮气与地下水和其它物质作用，会产生一定数量的泡沫，有效地堵塞高渗透的通道，并作为热媒体使热能得到充分利用，从而提高油井排液量。二氧化碳（1）部分二氧化碳遇水可形成弱酸，可改善油层岩石的孔隙结构，与原油混相可以改变流体性质，同时二氧化碳能从岩石颗粒表面洗下油膜，改善毛细管渗吸作用和使油水移动而增加面积、体积的波及范围；（
8、2）混合气在地层内的重力分异作用。由于气态的氮气、二氧化碳和储层内稠油的比重差，产生重力分异作用，加上经历多次蒸汽吞吐热采后，剩余油主要分布在油层顶部中、低渗透部位，通过这种重力分异作用就可以扩大气体的波及范围，使气体和热量在油层内重新分布，增加油藏流体之间的热交换效果，从而充分挖掘这部分剩余油；（3）注入气体体积大，可较快提高地层压力。由于大量高压气体存在，具有明显的弹性作业，可增加对地层流体的驱动能力。解堵剂在前期注入的热流体中加入解堵剂。解堵剂可伴随高温高压流体有效地清除井筒附近的微小颗粒、沥青质、正常钻进中产生的泥质堵塞与污染，对近井地层进行清洗，达到疏松地层与井筒通道的目的，能有效的
9、改善表皮，既能提高后续多元热流体的注入速度，也将大大提高原油产量。防膨剂在前期注入的热流体中加入防膨剂。防膨剂主要用于防止地层空隙结构因外来高温高压造成的粘土膨胀打破原来的地层骨架，使得后期无法注入，也可防止放喷返排时出现出砂严重的现象，从而有效延长油层的生产时间，加快作业速度。3多元热流体吞吐技术特点（1）提高油藏采收率。据研究资料分析、物模研究、数模计算及现场试验所得到的研究结果，该技术对国内已陆续进入高含水、高产出的大庆、胜利、新疆、辽河等各大油田油藏具有较为普遍的实用性，可在现有油藏基础上进一步提高采收率10%以上，提高原油产量数亿吨。（2）注入体积大，地层压力可快速提高到一个新的水平
10、。复合热载体发生器产生的混合气中含有大量的氮气和二氧化碳，由于气体体积非常大，且具有可压缩性，可向地层提供较大的势能，迅速使地层压力提高到所需要的水平。（3）高效节能，降低成本。同体积复合热载体发生器的成本低于高压锅炉成本，更换燃料后，其使用成本将更低，可以满足现有稠油及稀油油藏的经济评价要求。此外，复合热载体发生器为集装箱式或集成式装备，可随时灵活地转移和安装，工艺简单，配套方便，因此，可以弥补蒸汽锅炉的某些不足，进而进一步节约供气成本。（4）无环境污染。无论注水还是注高压蒸汽都要消耗大量的水资源，进而增加水处理费用；同时高压锅炉在使用过程中还会向大气中排出大量的二氧化碳等气体，恶化周围环境
11、。而使用复合热载体发生器则不同，复合热载体发生器将全部燃烧物质直接注入地下，用水少，效率高，不但可以节约大量水源，而且无任何遗留物，可以节约大量环保费用；并且每台复合热载体发生器每年向空气中所排放的二氧化碳量将减少1000吨以上。（5）提高能源利用效率，可实现资源综合利用。复合热载体发生器工作过程中，由于将燃烧产物中通常含有10%左右的剩余能量直接注入地下，提高了能源利用率，因而进一步节约了能源。4应用分析渤海油田XX构造是两条近于东西走向的U型断层所控制的断块构造，储层理想、油层集中、储量大，测试层段经过常规测试无产能，产能无法得到动用。 图4 注入温度对累产油量的影响曲线 图5 注入温度对
12、日产油的影响曲线表2 多元热流体不同注入量的生产效果预测方案 井底温度 注入速度t/d 注入水量t30天累产油m360天累产油m3方案1 240 133-150 500 559 848 方案2 1000 590 924 方案3 1500 719 1112 方案4 2000 854 1306 方案5 2500 913 1426 方案6 3000 962 1531 表3 数模优化结果及实际施工参数数模优化结果方案直井方案实际施工参数多元热流体水当量（t）2000注入温度240以上注入温度（）240-241生产井段长度75m焖井时间（d）2周期注入量2000t注入速度（t/h）10注入时间15d左右
13、注入时间（d）10.2焖井/生产时间2d/10d高温降粘剂（t）510天平均日产油44.5m3高温防膨剂（t）510天累产油量/产液量445m3/918m3高温缓蚀剂（t）2.3 图6 多元热流体不同注入量下的日产油 图7 多元热流体不同注入量下的累产油从模拟结果看，随着多元热流体注入量的增加，累产量随着增加。在注入量超过2000m后，累产油增加幅度变小，建议注入量选2000m。 图8 现场实际注入多元热流体后相关参数2013年XX月XX日开始注热作业，XX日注热结束，注入温度240，注入水量2000t，达到设计方案要求。焖井48小时后，开始放喷。表4 焖井放喷后测试成果表日期 当天产液（m）
14、 累产液（m） 日产油（m） BSW（含水）6月27日05:00-6月28日05:0098.4698.4672.8626.0%6月28日05:00-6月29日05:00104.58203.0482.2021.4%6月29日05:00-6月30日05:00102.97306.0179.2923.0%6月30日05:00-7月01日05:00109.45415.4684.2823.0%7月01日05:00-7月02日05:00102.15517.6178.6623.0%7月02日05:00-7月03日05:0098.04615.6585.2013.1%7月03日05:00-7月04日05:0098
15、.68714.3385.7513.1%7月04日05:00-7月05日05:0085.85800.1874.0013.8%8天累计产液量800.18100.0280.2819.6%通过复合热载体发生器在海上油田稠油探井测试工艺中实际应用和测试放喷数据分析得：多元热流体吞吐技术对该井进行热采测试，达到了测试求取地层产能、获得地层物性资料的目的，为后期ODP编制开发提供了详实有效的地层资料。5结论与认识（1）复合热载体发生器可成功应用于海上油田稠油探井测试作业中，多元热流体吞吐技术适合海上油田稠油探井测试作业，通过该技术可得到稠油井真实产能。（2）复合热载体发生器具有诸多作业优势，多元热流体吞吐技
16、术能够有效降低温室气体排放，降低作业过程对大气污染，实现了节能减排的目标。（3）复合热载体发生器为节能、环保产品，可显著提高石油采收率，并节约投资与运行费用，有巨大的经济效益和社会效益。（4）多元热流体吞吐技术在海洋石油稠油探井测试中可发挥更大的作用，为诸多在常规试油测试作业中得不到工业油流的稠油油藏找到了更好的评价方法，是准确地认识、开发、开采稠油油藏的有效手段。参考文献1 刘军，郭伟，等蒸汽吞吐工艺技术在试油井上研究与应用，油气井测试J,2007年8月第16卷第4期.2 李鹏飞，等稠油开采技术现状及展望，油气田地面工程J，2009年2月第28卷第2期.3 聂惟国，李仁多，等稠油热采过热蒸汽
17、发生器，石油机械J，2010年第38卷第3期.4 黄伟强，王利华，等复合蒸汽吞吐提高稠油采收率实验，新疆石油地质J,2010年2月第31卷第1期.第一作者简介：赵启彬，男，2004年毕业于中国石油大学（华东）资源勘查工程专业。现就职于中海石油（中国）有限公司勘探部，主要从事测试作业管理、测试工艺研究工作。【地址：北京市东城区朝阳门北大街25号；邮编：10010；电话： 010-84521503】The Application and Research of Composite Heat Carrier in Offshore Oil Exploration Well Testing Zhao
18、Qibin1 Yangzi2 Feng Weihua3 Shiyang2 Zhang Xinghua2 Gao Kechao2 Qian Dawei2 Lu Zhongyuan2（1. CNOOC (China) Ltd, Beijing, 100010）(2.CNOOC Energy Technology & Services Ltd. Engineering & Technology Co. Tanggu,300452)（3.Tianjin Branch of CNOOC (China) Ltd, Tanggu, 300452）Abstract: Composite Heat Carrie
19、r is a new technology and equipment for heat exploitation of viscous oil. This device produces high temperature, high pressure gas mixture and directly injects oil layer according to the principles of Combustion, Hydrodynamics, Heat transfer as well as Engineering Thermodynamics. It can be monitored
20、 by computer and convenient to move. It is able to replace and supplement the current traditional process of boiler single water vapor as well as only to inject hot water. Besides, this device is an energy-efficient and environmental product which can significantly improve the oil recovery ratio and
21、 cut down the investing and operation cost. Through the successful application in offshore viscous oil well testing operation during recent years, it proves this device has high use value and gets good application effects.Key words: the multiple hot liquid huff-puff technology heavy oil well-testing
