稠油蒸汽吞吐分层注汽工艺技术研究

1.研究背景

L 区块为中厚层状稠油油藏，主力开发目的层为沙河街组油层，20^∘C 地面原油密度 0.9508g/cm³ ， 50^∘C 地面脱气原油粘度 2500～ 5000mPa·s，采用蒸汽吞吐开发，目前已进入开发后期，平均单井注汽轮次 14.5 轮，年吞吐油汽比0.22，开发中存在主要问题有三方面，一是受储层非均质性影响，纵向上吸汽严重不均，高渗透层强吸汽，低渗层弱吸汽或不吸汽，造成储量无法有效动用；二是纵向上产液结构不合理，各小层间相互抑制，低渗层产液贡献小。三是区块采用一套直井网开发，按照由下至上逐层射孔方式开采，新射孔层、老层之间压力存在差异性，多套层合采导致补层效果差。针对上述问题，亟需开展分层注汽工艺技术研究，改善区块开发效果。

2 .技术路线

为满足 L 区块高温蒸汽吞吐分层注汽开发需要，需要开发展三方面技术研究，一是超高温热力封隔器研制，解决传统封隔器密封不严和解封困难的问题研制新型热采封隔器；二是分层注汽分注阀研制，满足分注需求且安全可靠的分注阀；三是分层注汽管柱研究，适应 L区块井身结构和注汽需求。

3.技术对策研究

3.1 常规热采封隔器优缺点

对于常规热采封隔器，按密封单元分为金属热采封隔器和复合材料热采封隔器两类。首先是金属热采封隔器，其采用金属作为密封单元，内置高温可气化填料，在高温状态下，内置填料发生气化使金属密封单元膨胀接触套管内壁而实现密封，具有耐高温、耐高压，连续注汽时密封效果具有长效性等特点。但在间歇注汽等井况温度降低时易密封失效，且在大斜度井解封困难。使用时易造成解封困难。其次是复合材料热采封隔器，其密封单元采用聚四氟乙烯为主材填充不同增强体制成，座封液缸内置高温可气化填料。高温时填料气化推动液缸压缩复合材料密封单元膨胀接触套管内壁，实现密封。此类封隔器易于解封，可多级使用。但耐高温性能较差，适用温度小于 260^∘C ，高于 260^∘C 短期可耐高压，但长期高温易老化，密封效果差。同时间歇注汽等井况温度降低时，液缸回缩，造成密封失效。

3.2 超耐高温热力封隔器

（1）性能评价

超高热力封隔器密封单元采用复合材料，其比传统聚四氟材料在高温强度、强度保持率等方面均具有巨大的优势，主要表现在三方面，一是坐封性能，温度达到 200^∘C 可实施坐封；二是密封性测试，分别在 30°C 、 260^∘C 、 350^∘C 进行高低温密封性能测试，验封压差17MPa，稳压5min不降；三是解封性能测试，试验温度 30^∘C ，解封力40KN，上提顺畅。

（2）技术参数

总长 800mm 。刚体最大外径 ⊗150/102mm ，内通径 O62mm ，耐压差 17MPa，坐封温度 200^∘C ，适用温度 ⩽400^∘C ，解封力 40KN，适用套管内径 ∅108～∅161mm 。

（3）技术特点

超耐高温热力封隔器具有技术特点，一是耐高温性能，采用耐400℃高温的增强复合材料作为密封单元。二是具有高强度密封性能，采用多级液缸结垢设计，具有强大的坐封力实现高强度密封。三是密封单元具有独有的高温强度，高温工况下的耐压差为 17MPa。四是特殊的压缩距固锁机构，可保证在温度降低时仍可耐高压差。五是针对增强复合材料的高温弹性，设计了负压解封结构，降低封隔器解封力，避免油井大修情况的发生。

3.3 分层注汽分注阀

分注阀安装在注汽管柱并下入到设计的深度位置，根据地质设计中的蒸汽量设计，在下层注汽量达到要求后，通过投球利用蒸汽压力将滑套向下移动，实现注汽通道的变更，使蒸汽注入到上层油藏内。该分注阀的优点在于结构简单，施工方便，其主要技术参数如下：总长 500mm ，刚体最大外径 Ω⊗00mm ，内通径 ∅25mm ，耐压差 17MPa，适用温度 ⩽350^∘C ，适用套管内径 ⊗108～⊗161mm ,滑套启动压力3MPa。

3.4 分层注汽管柱

分层注汽管柱主要是由两级超高热力封隔器和一套分注阀组成。封隔器上部为常规注汽使用的隔热管及伸缩管。管柱的原始状态为上部注汽单元注汽通道关闭，下部单元通道开启， 开始注汽时，蒸汽通过下部注汽通道注入地层，待下部达到预定注汽量后，投入钢球，在主线上封闭注汽通道，在注汽压力的作用下，推动定量注汽阀下行，实现下部注汽单元的关闭和上部注汽单元的开启，完成上部单元的注汽过程。

该管柱的特点是强制注汽，先注一部分单元，达到注汽量后封闭原注汽单元，改注另一单元。由于各注汽单元的注汽量是固定的，不需要通过机械的或孔道的大小去控制或调整，理论上注汽量不存在误差。该管柱的优点在于结构简单，上、下阀间的关闭、开启同步进行，施工简单，投球时不用停注。封隔器密封可靠，解封容易，可应用于侧钻井。

图1 分层注汽管柱结构示意图

4. 现场应用

在上述研究成果指导下，2024 年以来 L 区块先后实施分层注汽56 井次，共投入资金 100 万元，平均单井次周期吞吐产油量增加 100吨，阶段累增油 6600 吨，创效 100 余万元。同时通过对比措施前后吸汽剖面测试资料，纵向上各层相对吸汽量趋于平衡，实现低渗储量有效动用，进一步提高区块蒸汽吞吐开发效果。

参考文献：

[1]刘华军.分层注汽管柱的研究与应用[J].长江大学学报，2007（2）.

[2]冯勇.稠油分层注汽技术及其应用[J].石油化工应用，2009(3).

作者简介：

黎俊良，男，1990 年 12 月出生，盘锦，汉族，工程师，2013 年毕业于中国石油大学（北京），现于中石油辽河油田曙光采油厂从事采油工艺工作。