稠油热采技术.ppt
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1、稠油热采技术,概述 稠油资源及其开采概况 配套工艺技术 注蒸汽开发油藏工程设计 不同类型稠油油藏开采方法 稠油油藏注蒸汽开发采收率预测 稠油开采前沿技术,稠油热采技术,稠油是指油层温度下脱气原油粘度大于100mPa.s、相对密度大于0.92的原油,国 外称之为重油(Heavy Oil、Heavy Crude Oil),一、概述,一、概述,表2 委内瑞拉能源矿业部的分类标准,一、概述,表 3 中国稠油分类标准,一、概述,表4 原油性质对比,一、概述,一、概述,一、概述,一、概述,一、概述,表4 原油性质对比表,一、概述,一、概述,(三)稠油油藏主要地质特征,辽河油区,一、概述,一、概述,辽河油区
2、探明储量101309 104 t;动 用73633 104 t;1、油藏类型多构造油藏、地层岩性油藏、构造岩性油藏、古潜山油藏等。按储层产状分类;薄互层状:占探明储量的15.5%中厚层状:占探明储量的39.7%块状:占探明储量的44.8%,一、概述,辽河油区:2.油藏埋藏深 超过1300m深层稠油油藏占探明储量的42.92%;9001300m中深层稠油油藏占探明储量的41.39%;600 900m浅层油藏稠油占探明储量的15.69%。,一、概述,表1.1 国外大型注蒸汽稠油油藏,一、概述,2002年稠油主要生产国注蒸汽项目,一、概述,辽河油区:,m2,辽河油区:4 原油粘度差别大普通稠油其储量
3、占探明储量的77.82%特稠油其储量占探明储量的13.11%超稠油其储量占探明储量的9.07%,一、概述,新疆油区探明储量25502104t;动用储量12603104t。,一、概述,一、概述,新疆油区,表1.2 分油田探明稠油地质储量,一、概述,新疆油区分布广、埋藏浅,一般为200600m;油层厚度较小,一般815m;储层物性好:渗透率0.3 5 孔隙度 25%30%;原油粘度差别大:普通稠油储量占33.77%,特稠油占32.93%,超稠油占33.30%;油藏压力低溶气量小:地层压力 1.8 4.0MPa 温度 16 27 原始气油比 5m3/t。,m2,二、稠油资源及其开采概况,稠油资源世界
4、稠油开采概况我国稠油开采概况,二、稠油资源及其开采概况,(一)、稠油资源,二、稠油资源及其开采概况,(一)、稠油资源,二、稠油资源及其开采概况,(一)、稠油资源,二、稠油资源及其开采概况,(二)、开采现状,二、稠油资源及其开采概况,(二)、开采现状,二、稠油资源及其开采概况,(二)、开采现状,二、稠油资源及其开采概况,(二)、开采现状,二、稠油资源及其开采概况,(二)、开采现状,二、稠油资源及其开采概况,(二)、开采现状,,,二、稠油资源及其开采概况,辽河油区:,生产井8529口,开井6059口,单井日产3.5t/d;年产油875.71104t,占油田产量63.2,采速1.17%;累积采油11
5、262.4104t,采出程度15.28,采出可采储量71.05;年油汽比0.5,累积油汽比0.65;吞吐开采,年产744.67104t,占稠油产量85.0,年油汽比0.5;汽驱年产7.9104t,年油汽比0.27。,二、稠油资源及其开采概况,辽河油区历年产量构成曲线,辽河油区:1985年占辽河油田总产量的17.0%2001年占辽河油田总产量的63.2%,二、稠油资源及其开采概况,辽河油区:产量由1995年起,辽河稠油年产量跃上 840104t后,已连续7年保持该水平,并略有增加。,稠油产量构成曲线,二、稠油资源及其开采概况,新疆油区:生产井7061口,开井5584口,单井日产1.3t/d;年产
6、油291.4104t,占油田产量30.1,采速2.2%;累积采油2837.3104t,采出程度22.5,采出可采储量81.7;年油汽比0.206,累积油汽比0.25;吞吐开采,年产199.2104t,占稠油产量68.4,年油汽比0.219;汽驱625个井组,年产92.3104t,年油汽比0.184。日注汽量37708t,2001年注汽1413104t,累积注汽量11299.7104t,累积产水量9948.7104t,综合含水81.8,年,二、稠油资源及其开采概况,新疆油区:1996年年产量由191.2104t至2001年上升到291.4104t,五年增长了100104t平均每年增加20104t
7、。,历年产量油汽比变化图,三、配套的工艺技术,1 油藏描述技术 油藏复杂;反复认识、不断深化;制定统一标准。,三、配套的工艺技术,2、热采物理模拟、数值模拟技术 STARS、THERM、NUMSIP热采模型 高温高压物理模拟装置高温相渗透率测试装置高温高压蒸汽驱装置稠油PVT相态特性及流变性研究装置 岩石热物性测定装置高温高压三维注蒸汽物理模型火驱单管模型等 装置最高压力25.5MPa、最高温度340,三、配套的工艺技术,高温高压物理模拟装置,三、配套的工艺技术,高温高压物理模拟装置,三、配套的工艺技术,高温高压物理模拟装置,三、配套的工艺技术,高温高压物理模拟装置,三、配套的工艺技术,3、井
8、筒隔热及保护套管技术 予应力套管完井:在注蒸汽井对套管柱进行予应力处理。先求出因温升而使套管产生的最大热应力,而后计算出对套管柱应施加的予应力值,并算出套管予应力施工时井口应提的总拉力值。总拉力值拉长套管的长度即热应力所伸长的长度,套管柱在受拉力伸长的状况下注水泥固井,水泥返至地面。候凝后拉伸的套管柱即不在缩回,从而防止了套管柱反复拉伸及压缩导致接箍漏失或螺纹滑脱损坏。如何拉长套管柱:主要靠固井地锚将套管柱与井壁锚死,再利用钻机大钩提拉套管柱。耐高温固井水泥:即在油中水泥中掺入35%_40%硅粉,纯度大于96%。防氢害隔热油管、真空隔热油管在325注汽条件下视导热系数为0.008W/(m.K)
9、。,三、配套的工艺技术,3、井筒隔热及保护套管技术 我国东部稠油油藏大部分埋藏深,注入蒸汽沿井筒的热损失大。为提高井底蒸汽干度,必须降低井筒热损失。隔热油管主要用于热采井注蒸汽时减少井筒热损失、提高井底蒸汽干度、保护油层套管及管外水泥环免遭损坏。,三、配套的工艺技术,隔热油管随着使用时间的增加,在高温高压条件下氢气易渗入隔热层,导致其隔热性能下降,这已为国内外现场资料所证实,氢气是一种高热导率气体,导热系数是回充惰性气体(氪Kr)的19倍。针对氢渗危害,近几年研制成功防氢害隔热油管、真空隔热油管,现已批量生产并投入现场应用。,3、井筒隔热及保护套管技术,三、配套的工艺技术,三、配套的工艺技术,
10、3、井筒隔热及保护套管技术,三、配套的工艺技术,真空隔热油管是在III型隔热油管基础上对隔热系统进行了全面的改进,整体结构上消除了散热和材料放气对其隔热性能的影响,保持较高的真空度,视导数系数大幅度下降,其隔热性能、机械性能均达到国际先进水平。,3、井筒隔热及保护套管技术,三、配套的工艺技术,3、井筒隔热及保护套管技术,三、配套的工艺技术,蒸汽吞吐开采,在采油井应用有杆泵采油过程中,随着油层温度和压力逐渐下降,原油在举升中将不断脱气和降温,导致井筒原油粘度升高,流动阻力增大,产量降低,机杆泵故障增多,过早结束生产周期。为此,有必要采用井筒降粘技术。如掺活性水降粘、掺稀原油降粘、掺乳化剂降粘等,
11、均收到了不同程度的增产效果。此外,热载体采油技术、电热空心抽油杆采油技术、自控温拌热电缆采油技术,也已在油田得到了大规模应用。,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,电热空心抽油杆开采技术 其基本工作原理是遵循焦耳_楞次定理,高效地将电能转换为热能,提高井筒流体温度,以达到降粘增产之目的。空心抽油杆三相电缆加热法 工频集肤电热空心抽油杆加热法 空心抽油杆过泵电热采油法,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,空心抽油杆三相电缆加热法 结构和原理在抽油机井中,将三相加热电缆芯线尾部联成
12、Y结法(配有电缆头、加重杆)下入充满散热液(变压器油)的空心抽油杆内;空心光杆顶部设有电缆悬挂器,散热液入口装置和电缆护罩装置;地面电缆、三相加热电缆、温度传感器、电控柜和380V电源联成回路。特点空心抽油杆三相加热电缆使电网保持三相平衡;在同等功率下,单相工作电流比三相工作电流大1.732倍有利于延长设备使用寿命;加热电缆和空心抽油杆之间充满变压器油,既能有效地传导热量,而且改善了绝缘性能,以利延长电缆使用寿命。,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,工频集肤电热空心抽油杆加热法 结构原理利用从空心抽油杆中心穿过的电缆,在接通交流电源时,产生交变磁场,当
13、导线与钢管内壁距离较小,在磁通作用及邻近效应的作用下,引起空心抽油杆断面上的电阻变化,产生内集肤效应。实践了证明,流经空心抽油杆内表面的电流占总电流的99.995%,而外表面通过的电流占0.005%。因此,这种加热技术,是在需加热的井段内下入内装电缆的空心抽油杆,利用电缆与空心抽油杆形成回路。特点由于这种加热技术是将电缆发热量设计为总发热量的20%,而空心抽油杆发热约为80%,从而延长了系统使用寿命,绝大部分热量直接加热井液,热效率高。缺点是单相运行,影响电网平衡。,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,空心抽油杆过泵电加热采油技术 这种工艺是将上述电热的供电电缆通过电路连接器与泵下加热器、空
14、心泵、空心抽油杆构成电回路,实现电热转换,对井内流体进行加热。其特点是a、由于采用空心泵,可以提高泵内、泵下和井眼附近油层温度,减小流动阻力,增强供液能力,提高泵效。b、由于空心抽油杆穿越深井泵,因而加热深度较深。,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,自控温伴热电缆采油技术 自控温伴热电缆是一种能根据环境温度自动调整其发热功率,从而保证加热处的设计温度达到要求的一种新型电缆。在80年代曾进口美国瑞侃(Raychem)公司的伴热电缆系统。胜利油田和芜湖科华研究所在90年代合作研制了SW型自控温油井伴热电缆,也取得了油田应用的良好效果。主要技术特性,4、井筒
15、降粘技术,三、配套的工艺技术,4、井筒降粘技术,三、配套的工艺技术,5 稠油井防砂技术高温固砂工艺热采井人工井壁防砂工艺TBS金属烧结筛管防砂工艺,三、配套的工艺技术,高温固砂工艺 在注汽结束后的高温条件下,挤入疏松地层固砂剂中的活性有机硅化物经过水解,表面脱水使有机硅化物的一端与地层砂以硅氧键的形式结合,将地层砂固结在一起,形成具有一定渗透性和强度的人工井壁,从而起到防砂的目的。通过室内岩心试验,高温固砂剂满足以下指标:固化温度200,固化时间8h;固砂剂合理使用浓度为5%;地层砂表面干净,无油膜。,5 稠油井防砂技术,三、配套的工艺技术,热采井人工井壁防砂工艺 将树脂及其它添加剂在阻砂剂表
16、面,形成树脂“预包砂”;在地层温度下发生固化,形成具有一定强度和渗透性的人工井壁,阻止地层砂流入井底,实现人工井壁防砂。其中阻砂剂粒度的选择是人工井壁能否防治细粉砂的关键,现场施工要选择合适的阻砂剂的粒度,使它的粒度中植与地层中砂样的粒度中值相匹配,不发生砾/砂互混。技术指标:树脂预包砂固化温度200;人工井壁抗压强度6MPa;人工井壁耐温350;固化时间2428小时。,5 稠油井防砂技术,三、配套的工艺技术,5 稠油井防砂技术,三、配套的工艺技术,6、分层注汽及调剖工艺技术针对多油组互层状油藏应用耐热金属封隔器和投球选择性注汽工艺化学剂调剖工艺,分注选注技术 针对我国稠油油藏纵向非均质严重,
17、吞吐开采时吸汽不均、蒸汽波及效率低,油层纵向动用程度差的问题,开发了“分注选注”新技术。诸如机械选层注汽、投球选择性注汽、分层配汽等工艺,配套了四种管柱结构,成功地研制了膨胀式金属封隔器和热敏压差式封隔器。可根据需要采取封上注下、封下注上、封两端注中部等方式,以达到调整吸汽剖面,提高吞吐效果的目的。,三、配套的工艺技术,6、分层注汽及调剖工艺技术,三、配套的工艺技术,6、分层注汽及调剖工艺技术,三、配套的工艺技术,6、分层注汽及调剖工艺技术,三、配套的工艺技术,封堵调剖技术.高温泡沫剂,6、分层注汽及调剖工艺技术,三、配套的工艺技术,6、分层注汽及调剖工艺技术,封堵调剖技术.高温泡沫剂,三、配
18、套的工艺技术,凝胶类高温调剖剂 PST-Na高温堵剂(胜利油田研制),是以PST共聚物和Na膨润土为主剂,用高价金属离子和其他有机交联剂交联的一种高温封堵剂。该封堵剂成胶时间并具有可调性、胶体强度大、封堵性能强(岩心突破压力一般为0.33.5MPa)、耐高温(280)、热稳定性好等优点,在单家寺油田试验中,获得了较好的效果。,6、分层注汽及调剖工艺技术,封堵调剖技术,三、配套的工艺技术,GW系列高温堵剂是辽河油田研制并较为广泛应用的一种系列型高温堵剂,该剂是木质素与胶联剂、增强剂在高温下反应形成由树脂充填的网状结构凝胶体。该剂具有耐高温(330)和成胶时间短,并具有可调性(随主剂、交联剂、增强
19、剂浓度增大,成胶时间缩短)、成胶温度低(60)、封堵强度大(岩心突破压力为10MPa/m),以及封堵能力可在给定时间内人工或自行解除、施工简单、不存在风险(配制液粘度为40mPas左右)等特点。,6、分层注汽及调剖工艺技术,封堵调剖技术,凝胶类高温调剖剂,三、配套的工艺技术,HMF高温调剖剂是由新疆克拉玛依油田研制并较为广泛应用的一种凝胶类调剖剂。该剂以褐煤(主要成分为腐植酸)为主剂,按不同比例加入各种交联剂、添加剂复配而成。其封堵机理是将HMF水溶液注入注汽井,该剂将优选进入高渗透层或汽窜通道在地层温度下恒温一定时间后形成一种耐高温凝胶体,从而起到调剖封堵作用。该剂具有耐300高温、成胶时间
20、短(848h)(可调)、具有选择性、封堵强度高、原料广泛、施工简单等特点。岩心突破压力为4.15.6MPa,强度为4.7-5.1MPa/m。,6、分层注汽及调剖工艺技术,凝胶类高温调剖剂,封堵调剖技术,三、配套的工艺技术,7、化学剂增油助排、解堵、降粘技术,三、配套的工艺技术,7、化学剂增油助排、解堵、降粘技术,三、配套的工艺技术,8、高温监测技术锅炉干度控制仪便携式蒸汽干度测试仪高温高压双参数测试仪井下干度取样器TPS9000型高温测试仪四参数测试仪,三、配套的工艺技术,8、高温监测技术,三、配套的工艺技术,8、高温监测技术,三、配套的工艺技术,9、热采油井机械采油技术各种类型抽油机各种深井
21、泵注采一次管柱泵、防砂泵、空心泵等空心抽油杆加热技术、越泵加热技术等,三、配套的工艺技术,10、注蒸汽专用锅炉及热采井口设备6t/h、9.2t/h、11.5t/h、23t/h锅炉、工作压力17.0Mpa热采井口耐温370、耐压27MPa,三、配套的工艺技术,11、稠油集输、计量、脱水处理技术稠油集输、处理全密闭工艺技术稠油三相分离器、脱水器、输送泵、球形等干度分配器、蒸汽两相流量计等形成技术系列,三、配套的工艺技术,12、丛式定向井、水平井钻采技术 13、侧钻井技术,四、注蒸汽开发油藏工程设计,1、蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,在蒸汽驱过程中,蒸汽由注入井被连续不断地注入到油层中,把原油驱向周
22、围的生产井。蒸汽驱过程如图所示。注入的蒸汽不断加热井筒周围的地层,并形成随蒸汽的不断注入而逐步扩展的蒸汽带,蒸汽可将蒸汽带中的含油饱和度降到很低,并将可流动原油(即原始含油饱和度与残余油饱和度的差值)排出蒸汽带。蒸汽加热地层损失完其潜热后冷凝成热水,在蒸汽前缘的前面形成凝结热水带加热和驱替原油。蒸汽带中剩余油部分馏分会蒸发到汽相中,并被流动的蒸汽携带到蒸汽前缘,在蒸汽前缘,烃蒸汽冷凝后形成一个轻烃蒸馏物富集带,即溶剂带,因而,在蒸汽驱油过程中,从上游到下游会形成蒸汽带,蒸馏物带,冷凝热水带和冷水带及油藏流体带。,四、注蒸汽开发油藏工程设计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,四、注蒸汽开发油藏工程设
23、计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,四、注蒸汽开发油藏工程设计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,在蒸汽驱过程中蒸汽驱油、热水驱油和冷水驱油是同时并存的。蒸汽驱油的特征与热水驱、冷水驱显著不同,图是一维模型岩心驱替物模实验获得的不同驱油方式的采收率曲线。从图中可见,蒸汽驱与热水驱、冷水驱的见水时间区别不大。但见水后驱出的油量远远高于热水驱与冷水驱,而且大部分油是在见水后蒸汽突破前驱的,蒸汽突破后驱出的油量很少,而对于热水驱和冷水驱相当一部分是在水驱前缘突破后驱出的,另一方面,驱出同样体积的油,蒸汽驱的驱替孔隙体积倍数(水当量)要远远小于热水驱和冷水驱,岩心出口端见水后,热水驱和冷水驱的驱替效率是非常
24、低的,需要大量孔隙体积倍数的注入水连续冲刷才能驱出有限的油量。,四、注蒸汽开发油藏工程设计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,蒸汽驱的垂向波及效率与蒸汽的重力超覆作用、油藏的非均质性及注汽参数等多种因素有关。由于蒸汽与原油密度和粘度差异很大,蒸汽总是倾向于超覆于原油之上,对蒸汽驱的垂向波及效率造成十分不利的影响。蒸汽驱现场和实验室研究的许多资料表明,在垂向连通充分的情况下,蒸汽上浮到油层顶部。重力超覆的程度取决于重力与粘滞力。,四、注蒸汽开发油藏工程设计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,四、注蒸汽开发油藏工程设计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,蒸汽驱的面积波及系数与井网的几何形状、大小、油藏的非均质
25、程度、原油特性及注汽参数等诸多因素密切相关。法鲁克阿里对五点井网、均质油层进行了数值模拟研究,作出了蒸汽突入生产井后的面积波及系数与原油粘度的变化关系曲线,如图所示,图中的直线段表示受注入速度等因素的影响表现出的变化范围,可以看到,面积波及系数受原油粘度的影响很大,原油粘度越高,面积波及系数越低。,四、注蒸汽开发油藏工程设计,蒸汽驱油过程中驱替和波及特征,蒸汽的粘度很低,流度很高,在蒸汽驱替油水时会产生指进现象,但由于蒸汽是可凝结气体,与非凝结气体不同,当蒸汽指进进入油藏的冷区后要凝结成热水,凝析物充满高流度蒸汽所形成的指进空间,降低了蒸汽的速度,从而使蒸汽指进得以减缓,保证了蒸汽前缘的稳定性
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