火驱移动式电点火技术研究

刘 利，张福兴，杨显志，于晓聪，张成博

(中油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

引 言

火烧油层是一种高效可行的稠油开采方式，油层点火技术是火烧油层开发成败的关键。目前，国内外常用的点火方式主要包括蒸汽点火、化学点火、井下气体燃烧器点火及电点火。蒸汽点火方式成本相对较低，操作安全，但对于低温重质油藏较难实现点火;化学点火技术在辽河油田应用较为普遍，注入的化学剂在蒸汽环境下瞬间产生高温点燃油层，但该技术纵向上点火效果差，多发生低温氧化现象;井下气体燃烧器点火可以实现高温燃烧，但该技术温度控制难，安全性差;电点火技术由于点火温度高、可控性好等特点，已被国内外油田火驱现场普遍采用，但目前的捆绑式电点火器具有不能重复利用、工艺复杂、运行成本高等问题。针对上述问题，研制了一种移动式电点火器，并形成了完整的移动式电点火工艺。该工艺简便可靠，经现场试验，各项指标均能达到稠油油藏的高温点火要求，点火器可重复使用和带压起下，有效降低了火驱生产运行成本。

1 工艺原理及系统组成

1.1 技术原理

移动式电点火技术现场实施工艺原理见图1。现场点火时，先将测温热电偶穿越封隔器后连接在特制的喇叭口上，将喇叭口与隔热管连接好下入井中，封隔器安装在隔热管与油管连接处，再顺次下入油管并逐级安装油管接箍型电缆保护器，直至设计位置;测温电缆随管柱下入后经地面上的井口四通及电缆密封器引出至地面的信号采集系统，测温点根据设计要求进行布点。

图1 火驱移动式电点火工艺原理

待管柱完全下入后，连接井口装置及过连续管密封装置等。在注气过程中，利用连续管起下装置将电点火器下入到预定位置，点火器在隔热管内通电点火，对注入空气进行加热，根据多点温度监测结果调整注气量和点火器功率，当点火参数完全满足方案要求后，点火井转入正常火驱。待点火完成后，利用连续管起下装置提出移动式电点火器。

1.2 系统组成

移动式电点火技术系统主要由移动式电点火装置、井下工艺管柱、井下温度监测系统及点火器配套起下装置等组成。

1.2.1 移动式电点火装置

移动式电点火装置主要由电点火器及功率调节装置组成，移动式电点火器采用MI电缆制作工艺，以镍铬丝作为加热电阻，通电后在电流的焦耳效应作用下，将电能转变成热能并对注入的空气介质加热，通过高温空气点燃油层。电点火器整体外径为25.4 mm，额定功率为80 kW，工作温度达到800℃。电点火器缠绕在滚筒上，可反复使用，现场点火时，可以根据设计的点火位置自由移动，可实现分段、分层点火。

功率调节装置是电点火供电装置的核心部分，可根据油层的点火温度，进行加热功率的无级调节，从而满足不同温度的点火要求。

1.2.2 井下工艺管柱

火驱移动式电点火工艺管柱主要包括专用喇叭口、隔热管、过测温电缆封隔器、油管及接箍型过电缆保护器(图2)。喇叭口为特殊制作的专用喇叭口，主要用来固定保护测温热电偶，并防止电点火器发生落井事故;隔热管下深与移动式电点火器热端下深位置匹配，有效地降低了点火过程中所造成的散热损失;过电缆封隔器采用热力坐封方式，坐封温度为225℃，通过向上移动点火器，加热封隔器，实现坐封。在点火过程中起隔热作用，可降低热耗、保护套管;在正常注气阶段起隔气作用，防止氧气对管柱的氧化腐蚀;同时，为测温电缆提供通道。

1.2.3 井下温度监测系统

测温热电偶采用氧化镁填充的绝缘方式，最高耐温为700℃，精度范围为±1℃，热电偶捆绑在注气管柱外侧下至喇叭口处。测温点可根据需要设置，通常至少在封隔器以上1 m左右、隔热管外侧和喇叭口处设置3个测温点。井下温度监测系统为点火过程中封隔器的坐封验封、电加热器及电缆的保护、各加热阶段加热功率的调控提供了依据，是实现高温电点火的关键，为火驱的成功实施提供指导依据。

图2 移动式电点火井下工艺管柱

1.2.4 点火器配套起下装置

该装置主要由电动滚筒、导向器、注入头装置、连续管井口密封装置、计深装置及电控装置等组成。点火时，通过注入头向下的摩擦力将点火器下入到指定位置，完成点火后，通过滚筒的收卷力及注入头向上的摩擦力顺利提出点火器。该装置可提供30 kN的注入力和65 kN的上提力，起下速度为0～1 200 m/h，可以安全、准确、快速地实现移动式电点火器的带压起下。

2 现场试验

2013年11月14日，在辽河油田曙1-39-041井进行了现场试验。按照试验方案要求，本次试验的点火过程分为3个阶段。

(1)初期预热阶段。注气量为3 000～3 500 m3/d，点火器出口空气温度设计为150～200℃，主要作用是预热油层，驱替近井地带水分及轻组分;点火期间向上移动点火器，将封隔器加热至250℃实现热力坐封，然后恢复原位。

(2)点火阶段。注气量为4 500～5 000 m3/d，点火器出口温度为350℃左右，该阶段作用是使水分蒸馏并加热油层，点燃稠油部分重组分。

(3)加强点火阶段。注气量为6 500 m3/d，点火器出口温度为450～520℃，点燃近井地带焦炭，促进火线前缘快速扩展，实现油层高温燃烧。

根据试验方案要求，点火器下至油层段914.5 m处，监测系统设置3个测温点:914、915 m处测温点主要用来监测点火器的出口空气温度;865 m处测温点监测封隔器上界面油套环空温度。现场实际点火温度监测曲线见图3。

图3 曙1-39-041井下三点温度实测曲线

由图3可知，在试验期间，点火器出口的空气温度完全达到方案设计要求，特别是点火加强阶段，点火器出口空气温度最高达527.6℃，充分达到高温燃烧的条件;865 m处的测温点除了在封隔器坐封阶段达到248.9℃外，其他阶段均低于105℃，表明封隔器起到了较好的保温隔热作用，防止了高温空气进入油套环空，避免了油、套管的氧化腐蚀。

3 结论

(1)采用MI电缆整体拉拔制作工艺制作的等径连续管电点火器，不仅实现了高温点火，还可以在注气过程中自动移动，反复使用。

(2)移动式电点火工艺管柱可在点火过程中起隔热作用，可降低热耗、保护套管;在正常注气阶段可起隔气作用，防止氧气对管柱的氧化腐蚀;同时，为测温电缆提供了通道和依托。

(3)井下温度监测系统为点火过程中封隔器的坐封验封、电加热器及电缆的保护、各加热阶段温度的调控提供了依据，是实现高温电点火的关键。

(4)配套的起下装置可实现电点火器的带压起下，为电点火器的重复使用提供了保障。

(5)以等径连续管电点火器系统、电点火工艺管柱、井下温度监测系统以及配套的起下装置为载体的火驱移动式电点火技术，为火烧油层开采工艺提供了一种高效的点火方法，对实现油层的高温燃烧、提高火驱效果将发挥重要的作用，具有广阔的应用前景。

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