热采稠油开采分析及注汽技术介绍课件.pptx
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1、稠油开采浅析及注汽系统新技术发展方向,第一部分 稠油开采浅析第二部分 注汽技术理论基础第三部分 注汽系统技术介绍,3,稠油开采浅析,2022/12/9,4,稠油开采浅析,注蒸汽热采根据稠油的温变特性,按周期运行。注汽-焖井-生产;等没能量后停井注汽-焖井-生产。这样的结果就是地层能量越来越低,形成地层压差,出现边地水、井窜等不利于生产的情况。,5,稠油开采浅析,胜利热采稠油探明地质储量6.6亿吨,东部探明5.78亿吨,动用4.86亿吨;西部探明8209万吨,动用4139万吨。2017年蒸汽吞吐产量428万吨,油汽比0.6。处于“高轮次、高含水、中高采出”阶段。,胜利热采稠油开发现状(20171
2、2),年产油104t,年度,热采不同开发方式年产量图,6,稠油开采浅析,在蒸汽流场分布规律研究的基础上,继续开展现有蒸汽流场调整技术的创新完善,解决油层纵向、平面上的开发矛盾,提升周期油汽比。,现有蒸汽流场调整技术,7,稠油开采浅析,如何利用蒸汽的特性,来进行油层流场的调整是提高稠油采收率的关键。,能量,流动,提高稠油采收率,原油物性,蒸汽特性,热交换方式,油藏动用体积,2022/12/9,8,稠油开采浅析,在稠油生产过程中,工艺设计应分三个阶段: 初期:以注汽降粘为主,注汽量设计不易量大,以热量的注入、生产井周围地层压力快速下降为主,加快周期开采速度。 中期:以快注快采、提干增效为主。由于地
3、层压力适中,提高地层热波及面积,强化地层热对流换热,提高周期产油量。 后期:地层压力降低,以地层能量补充、热量补充为主。利用蒸汽与其它气体一体注入的方式设计,即“注汽+”技术 。蒸汽补充热量,其他气体补充能量、增大波及体积等。如:烟气、二氧化碳、氮气等。建议:以PVQ为主线分析稠油油藏生产规律,找准工艺提高稠油热采效益。,第一部分 稠油开采浅析第二部分 注汽技术理论基础第三部分 注汽系统技术介绍,10,注汽技术理论基础,一、蒸汽特性及关键参数,二、传热形式及特点,三、注汽锅炉设计及关键点控制,2022/12/9,11,一、蒸汽特性及关键参数,2022/12/9,12,一、蒸汽特性及关键参数,2
4、022/12/9,13,一、蒸汽特性及关键参数,14,一、蒸汽特性及关键参数,15,一、蒸汽特性及关键参数,2022/12/9,16,一、蒸汽特性及关键参数,2022/12/9,17,2022/12/9,一、蒸汽特性及关键参数,有以上水蒸汽特性可以看出:在湿蒸汽区压力和温度是对应关系,一旦压力确定了,温度就固定下来。在稠油生产中,蒸汽的三参数决定了加热能量的利用及稠油油藏的开发效果: 温度高传热速度快,有利于油藏中原油的加热,蒸汽的温度高低是有蒸汽压力决定的,而蒸汽压力是有地层压力决定的,因此,要保证油藏开发效果就要油藏维持一定的压力。 比容大蒸汽放热后体积迅速缩小,加快油藏中蒸汽与油层物质的
5、传热,直接效果为排水期大大缩短。在不同压力下比容相差也较大,如:10MPa下液态水的比容为0.00145m3/kg、蒸汽的比容为0.01802m3/kg,体积比为12.4倍;16MPa下液态水的比容为0.00171 m3/kg、蒸汽的比容为0.00931 m3/kg,体积比为5.4倍;干度同为100%时10MPa下的传热效果要好于16MPa,波及范围也大于16MPa时。 蒸汽所含热量的高低决定了稠油粘度的降低比例,直接影响稠油的流动性。,2022/12/9,2022/12/9,18,一、蒸汽特性及关键参数,10MPa状态下饱和温度为311、汽化潜热1317kj/kg(饱和水焓值1407.2kj
6、/kg、饱和蒸汽焓值2724.4kj/kg)、饱和蒸汽比容为0.018m3/kg;此压力下500蒸气的焓值为3372.8kj/kg、过热度189、每提高一个过热度所需热量为3.43kj/,此时的蒸汽比容为0.0327m3/kg。体积增大1.8倍。 14MPa状态下饱和温度为336.6、汽化潜热1067kj/kg(饱和水焓值1570.4kj/kg、饱和蒸汽焓值2638.3kj/kg)、饱和蒸汽比容为0.0115m3/kg;此压力下500蒸气的焓值为3323kj/kg、过热度163.4、每提高一个过热度所需热量为4.19kj/,此时的蒸汽比容为0.0225m3/kg 。体积增大1.95倍。 20M
7、Pa状态下饱和温度为365.7、汽化潜热586.7kj/kg(饱和水焓值1827.2kj/kg、饱和蒸汽焓值2413.9kj/kg)、饱和蒸汽比容为0.0059m3/kg;此压力下500蒸气的焓值为3239.2kj/kg,过热度134.3 ,每提高一个过热度所需热量为5.86kj/,此时的蒸汽比容为0.0148m3/kg 。体积增大2.5倍。,2022/12/9,2022/12/9,19,二、传热形式及特点,热流密度:单位时间内通过物体单位横截面积上的热量。,传热,传热方式:热传导:热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。热传导基础公式: q= t热对流:指流体流经
8、固体时流体与固体表面之间的热量传递现象。 q= h t热辐射:高温物体直接向外发射热的现象叫做热辐射。 q= f()其中:q热流密度, 黑度,为绝对温差,h换热系数,t为温差, 传导系数。,2022/12/9,2022/12/9,20,炉管传热,炉管吸热:炉管吸收火焰燃烧放出的辐射热,同时与高温烟气对流换热;热量聚集于炉管外表面,通过热传导将热量传递于炉管内表面;炉管内水或湿蒸汽与内壁进行对流换热,最终将热量传递给管内介质。若热量不能及时传递与介质,将聚集与炉管形成局部或整个炉管的温度升高而过热,称为传热恶化。,传热恶化:局部热阻增大而使得热量传递受阻,如炉管结垢称为第一类传热恶化。第二类传热
9、恶化:当热流密度达到由核态沸腾转变为过度沸腾所对应的值时,加热表面上的气泡很多,以致使很多气泡连成一片,覆盖了部分加热面。由于气膜的传热系数低,加热面的温度会很快升高,而使加热面烧毁。锅炉运行必须消除传热恶化。,二、传热形式及特点,2022/12/9,2022/12/9,21,输汽管道总的热损失: Q=(Ts-T0)L/R kj/(hm); L-注汽管线的长度,m。 R单位长度管线上的热阻,kj/(hm2)-1; Ts注汽管线内蒸汽的温度,; T0注汽管线外环境温度,。如:10MPa下输汽管道一定的情况下,外部环境风速、温度等不变、热阻相近,假设环境温度为20 ,此时饱和蒸汽的热损失为: Q1
10、0= =(311-20)L/R =291L/R 而500 、10MPa蒸汽的热损失为Q10500= (500-20)L/R =480L/R 热损失增加480/291=1.65倍。 饱和温度时1000米距离理论上热损失4.5%,500 蒸汽的热损失就为7.4%;损失热量为249.6KJ/kj,蒸汽温度降降低到410 ,再加上阻力带来的损耗,预计在400 左右。,注汽管线传热,二、传热形式及特点,2022/12/9,22,2022/12/9,dQ=(Ts-Th)dz/R式中 Ts蒸汽温度,; Th水泥环外缘处温度,; R热阻ki/(hm)-1; dz井筒长度,m; dQ单位时间内,dz长度上的热损
11、失,kal/h。,井筒传热,二、传热形式及特点,23,2022/12/9,三、注汽锅炉设计及关键点控制,注汽锅炉是为稠油生产而设计的专用设备。是一种直流式锅炉,根据压力等级规定分为:高压(16MPa)、亚临界(大于16MPa小于23MPa)、超临界(大于23MPa),根据习惯小于17.2MPa的注汽锅炉称为常规注汽锅炉、21MPa注汽锅炉称为亚临界注汽锅炉、26MPa称为超临界注汽锅炉;其生产的产品为湿蒸汽;所需燃料有煤、油和天然气。由于环保等因素的要求,现胜利东部油区全部采用天然气运行。,辐射段,对流段,24,2022/12/9,三、注汽锅炉设计及关键点控制,炉,燃烧:燃烧过程的物质平衡主要
12、确定燃料燃烧所需要的氧化剂量(或空气量),燃烧产生的烟气量及其成分。原油中一般都含有硫及氮元素,而商业天然气和LNG中不含硫组分,而自产气不处理硫直接应用就含有硫组分。碳、氢元素为主要燃烧热量提供因子,燃料中硫、氮燃烧会产生污染物,必须控制,同时当温度达到850以上时空气中的氮和氧反应产生氮氧化物,当达到1300以上时,氮氧化物会成倍增长。,燃料:油田主要燃料有原油和天然气作为燃料。原油是由碳氢化合物和少量的硫化物、氧化物、氮化物、水分以及矿物杂质等组成。天然气主要成分是甲烷CH4,此外还有少量烷族重碳氢化合物(如乙烷C2H6、丙烷C3H8)和H2S、N2、CO2等惰性成分。,2022/12/
13、9,25,三、注汽锅炉设计及关键点控制,炉,烟气:燃烧后的产物,主要有空气中燃烧后的剩余部分、燃烧生成的二氧化碳和水蒸气、硫化物、氮氧化物、尘等。,烟气露点:指在固定气压之下,烟气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。烟气露点随烟气中水蒸汽的分压力(体积比)不同而不同;标准原油烟气露点为121、标准天然气烟气露点为58 。,发热值:燃料完全燃烧,生成之水呈蒸汽状态时所放出的热量,叫燃料的低发热值。燃料完全燃烧,生成之水呈液态时所放出的热量,叫燃料的高发热值。在我国热效率的测试中规定应用低发热值计算。,2022/12/9,26,三、注汽锅炉设计及关键点控制,锅,注汽锅炉基本结构:
14、由于注汽锅炉的功能,燃烧器的选择上兼顾了燃油及天然气,现主要有北美、扎克、将军、艾诺基等美国、德国、意大利等品牌;去年胜利油田东部由于全部应用天然气,在改造的注汽锅炉上选择了燃烧天然气燃烧器;全部为微正压燃烧器。注入动力主要有柱塞泵提供,炉型上设计为直流式,结构上有辐射段(辐射热)、过渡段、对流段(烟气热量)组成。,注汽锅炉设计关键点:烟气低温辐射、炉管传热恶化、炉膛压力(烟阻)、压降(水阻)、干度、热流密度的分配、热效率等。,设计流程:根据功能选择介质、压力等级、蒸发量等参数,确定燃料及燃烧器、根据燃烧特性曲线设计基本炉型,根据烟气特点(成分、露点)、炉膛压力、炉管流态变化等确定锅炉整体效率
15、,优化换热面确定最终加工工艺。,2022/12/9,27,三、注汽锅炉设计及关键点控制,电站锅炉流程,2022/12/9,28,三、注汽锅炉设计及关键点控制,传统注汽锅炉流程,第一部分 稠油开采浅析第二部分 注汽技术理论基础第三部分 注汽系统技术介绍,30,以主业核心能力提升为主线,重点做优”技术集成创新、风险管控有力、管理运行高效、创业氛围和谐”四个方面,把准“担当有为、支撑得力、创新创效、绿色发展”方向,全力锻造一支国内领先、国际一流的技术服务、油藏支撑的专业化队伍。,注汽系统技术介绍,31,按照全程“热”管理的理念, 以提升井底蒸汽质量为目标,发挥专业化优势,开展注汽系统制、输、注核心技
16、术攻关,引领行业进步。,注汽系统技术介绍,32,一、技术研究开展情况及认识,依托中石化重大科技项目稠油热采新型高效制输汽节能装备及技术,在对现有设备设施状况做出正确分析评价的基础上,通过开展一系列综合测试、效能分析评价,制定技术研究方向,突破现有制汽装备效率低、结构布局退化以及输汽系统热损失大、地面设计缺乏优化等技术瓶颈,有效提高制汽质量、提升锅炉效率、降低输汽热损失,实现稠油热采经济、高效开发。,注汽系统技术介绍,33,油田注汽锅炉高温溶盐机理研究,确定沉积盐为硫酸钠,得到高温溶盐溶解度曲线,提出将干度提升至90%对应的水处理条件;油田注汽锅炉水平管段环状流研究,指导注汽锅炉设计中质量值(运
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