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采油地质基础知识

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采油 地质 基础知识
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第一章 采油地质基础知识第一节 油气藏及其油、气、水每个油藏都是位于地下深浅不一、形状和大小也不一样的封闭空间;里面的原油如同浸在豆腐里的水一样浸在岩石(如砂岩)里的。一、油气藏概念及类型(一) 油气藏的地址含义是,同意圈闭内具有同一压力系统的油气聚集。圈闭有三种类型,可参见图 1、图 2、图 3、图 4 所示来理解。(1) 构造圈闭:由于构造运动使岩层发生变形和位移造成的圈闭叫构造圈闭,包括背斜圈闭和断层遮挡圈闭。(2) 地层遮挡圈闭:由于地层因素造成遮挡条件的圈闭。(3) 岩性遮挡圈闭:由于储集层岩性改变或岩性连续性中断而形成的圈闭。(二) 油气藏类型圈闭中只聚集和存储石油和水的叫油藏,圈闭中只聚集和储存天然气的叫气藏。当在采出的 1t 石油中能分离 1000上的天然气时,叫油气藏。油气藏分三大类,即构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏。1、 构造油气藏构造油气藏是指油气在构造圈闭中的聚集。2、 地层油气藏地层油气藏是指油气在地层圈闭中的聚集。3、 岩性油气藏岩性油气藏是指油气在由于储集岩性的改变或岩性的连续中断而造成的岩性遮挡圈闭中的聚集 。如图 5。二、油气藏中油、气、水的分布油气藏内油、气、水的分布具有一定规律,如在单一背斜圈闭内,由于重力分异作用,油、气、水的分布规律是气在上,油居中,水在下。从而形成油气界面及油水界面。如图 6.(一) 油气边界(1) 外含油边界:油水界面与油层顶界的交线称为外含油边界,也叫含油边界。(2) 内含油边界:油水界面与油层底界的交线称为内含油边界,也叫含水边界。(3) 气顶边界:油气界面与油层顶面的交线成为气顶边界。(二) 含油面积(1) 含油气面积:内(外)含油边界所圈闭的面积,称内(外)含油面积,外含油面积也常叫含油面积,对油气藏来讲即为含油面积。(2) 含气面积:气顶圈闭的面积称为含气面积。对于纯气藏,则为气水边界所圈闭的面积。(三) 油气藏高度(1) 油藏高度:油水边界到油藏最高点的高度,称为油藏高度。当有气顶时,油藏高度即为油水接触面与油气接触面之间的高度值。(2) 气藏高度:气藏高度是指油气界面与油气藏最高点的高度差。对于纯气藏,则为气水界面与气藏最高点的差。(3) 油气藏高度:油藏高度与气顶高度之和为油气藏高度。第二节 油、气、水的物理性质和化学性质一、石油的物理、化学性质(一) 石油的物理性质石油是由各种碳氢化合物混合而成的一种可燃有机油状液体。天然石油是从油气田中开采出来的。石油在提炼以前称为原油,从原油中可提炼出汽油、柴油、煤油及一系列石油产品。石油一般呈棕黑色、深褐色、黑绿色等,也有无色透明的。石油有特殊的气味,含硫化氢时有臭味,含芳香烃而有香味。选择油井工作制度等都必须有准确的地层原油物性分析资料作为依据。分析地层原油的物理性质,一般要取得以下几个参数(1) 饱和压力:地层原油在压力降低到开始脱气时的压力称饱和压力。单位为兆帕(。(2) 溶解气油比:在地层原始状况下,单位重量(或体积)原油所溶解的天然气量称为原始气油比,单位是立方米每吨(m3/t)或立方米每立方米(m3/ 。油井生产时,每采出 1t 原油伴随采出的天然气量称生产气油比,单位是立方米每吨(m3/t) 。(3) 原油密度和相对密度:原油密度 是指单位体积原油的质量。单位是千克每立方米(kg/ 。原油的相对密度 是指原油在 20 摄氏度,标准状态下脱气原油的密度与温度为 4 摄氏度时同样体积纯水密度之比值,为无因次量。(4)原油粘度:石油在流动时,其内部分子之间产生的摩擦阻力称为原油粘度,单位是毫帕秒(m Pa×s) 。(5)原油凝固点:原油冷却到失去流动时的温度,叫做原油凝固点。凝固点在 40 摄氏度以上的原油叫高凝油。(6)原油体积系数:地层条件下单位体积原油与其在地面条件下脱气后的体积之比值,称为原油体积系数,为无因次量。原油体积系数是用来计算石油地质储量、注采比、地下亏空等主要开发指标的换算系数,它的数值一般都大于 1。(7)原油收缩率:地层原油采到地面后,天然气逸出使体积缩小,收缩的体积与原体积的百分比称为收缩率。(8)原油压缩系数:单位体积的地层原油的压力每增加或减小 1,体积的变化率称为压缩系数(又称压缩率) ,单位是每帕或每兆帕( (二)石油的化学性质石油主要由碳(C) 、氢(H)元素组成,碳含 83%~87%,氢为 10%~14%,还有氧、氮和硫。上述的各元素在原油中不是游离状态,而是结合成不同的化合物而存在,多以烃类化合物为主,另外还有少量的含氧、硫、氮的非烃类化合物。胶质是原油中相对分子质量较大的烃类,并含有氧、氮、硫等杂质。它溶解性较差,只能溶解于石油醚、笨、氯仿、乙醚和四氯化碳等有机溶剂中,能被硅胶吸附。石油蒸发或氧化后,胶质成分增加。密度较小的石油一般含胶质 4%~5% ,而较重的石油胶质含量可达 20%或更多。原油中所含胶质的百分数称为胶质含量。原油中的沥青质为暗褐色至黑色的脆性物质,含有碳、氢、氧、氮、硫等元素的高分子多环有机化合物,其相对分子质量比胶质大许多倍,不溶于石油醚或酒精,可溶于苯、三氯甲烷及二硫化碳,也可被硅胶吸附。原油中所含沥青质的百分数称为沥青质含量。二、天然气的物理、化学性质(一) 天然气的物理性质天然气是以气态碳氢化合物为主的气体组成的混合气体。有的从独立的气藏中采出,有的是伴生在石油中被采出。天然气一般无色,有汽油味或硫化氢味,易燃烧。天然气的物理性质主要由以下几项参数描述。(1) 体积系数:气体在油层条件下所占的体积与在标准状况(20℃所占体积的比值,为无因次量,其值远小于 1.(2) 天然气压缩系数:是指压力每变化 1气体体积的变化率,单位是每帕或每兆帕。(3) 天然气粘度:是天然气流动时气体内部分子间的摩擦阻力,单位是毫帕秒(s) 。(4) 天然气密度和相对密度:单位体积气体的质量称天然气密度,单位是千克每立方米(kg/。相对密度则是指在某一压力和温度下的天然气密度与在标准状况下同体积干燥空气的密度之比值,为无因次量。(二) 天然气的化学性质天然气与石油相似,主要由碳、氢、硫、氮、氧及微量元素组成,也是以碳、氢为主,碳约占 65%~80%,氢约占 12%~20% 。天然气的化合物主要有甲烷() 、乙烷(C 2、丙烷(C 3、丁烷(C 4重烃,还有数量不等的二氧化碳() 、一氧化碳(、氢(H 2) 、硫(S)和氮(N 2)等。甲烷在天然气中含量最多,占 42%~98% 。当其含量超过 95%时,则称为干气;而乙烷以上的重烃含量超过 5%时,称为湿气。干气多产自纯气藏,而湿气则多与石油伴生。天然气分析一般要进行常见的以下几个组分含量的分析,即甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、二氧化碳、硫化氢、氮气和一氧化碳等。三、地层水(油田水)的物理、化学性质(一) 地层水状态地层水在岩石(油层)空隙中呈油水(气)混合状态;油藏边水和底水呈自由状态。(二) 地层水化学成分地层水化学成分主要有:、K +、+、阳离子和 O 42-、2-、际各油田地层水水型通常有: 型(氯化钙型) ,又称硬水,一般是封闭条件较好的油藏; 型(碳酸氢钠型) ,又称碱性水,也是油田常见的类型。(三) 地层水的物理性质(1) 外观颜色:地层水一般都带有颜色,并视其化学组成而定,通常是透明较差,呈浑浊状。(2) 相对密度:是指单位地层水的密度与同条件下纯水的密度比值。(3) 粘度:地层水粘度一般比纯水高,温度对其影响较大,随温度升高粘度降低。第二章 油井完井与试油完井是指裸眼钻达设计井深后,使井底和油层以一定结构联通起来的工艺。它是钻井工程最后的一个重要话环节,又是采油工程的开端,与以后采油、注水及整个油气田的开发是紧密联系的。因此,了解完井的知识,对采油技术人员来说显的十分重要。第一节 油井完成完井是衔接钻井和采油工程而又相对独立的工程,是从钻开油层开始,到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液,直至投产的一项系统工程。一、井身结构井身结构是指油井完成后,所下入套管的层次、直径、下人深度及相应钻头直径和各层套管外水泥的上返高度等。如图(一) 导管 导管是钻井一开始就建立起泥浆循环,保护井口附近的地层,引导钻头正常钻进的通道。(二) 表层套管表层套管又叫地面套管、它的作用,是用来封隔地下水层,加固上部疏松岩层的井壁,保护井眼。(三) 技术套管技术套管用来保护和封隔油层上部难以控制的复杂地层。(四) 油层套管油层套管也称生产套管其作用是保护井壁,形成油气通道、隔绝油、气、水层二 钻开油气层三完井方式完井方式是指油层与井底的连通方式、井底结构及完井工艺。完井要满足以下要求。(1) 油层和井筒之间应保持最佳的连通条件,油层所受的损害小;(2) 油层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积,油气流入井筒阻力最小(3) 应能有效地防止油层出砂,防止井壁坍塌,确保油井长期生产;(4) 应能有效地封隔油、气、水层,防止气串或水串,防止层间相互干扰;(5) 应具备便于人工举升和井下作业等条件;(6) 工艺简便、先进、安全可靠,成本低。(一)裸眼完井方式裸眼完井是指在钻开的生产层位不下人套管的完井方式。 (二) 射孔完井方式射孔完井是国内最广泛、最主要的一种方式,分为套管射孔完井和尾管射孔完井。套管射孔完井钻穿油层直至设计井深;然后下套管到油层底部注水泥固井;最后射孔。尾管射孔完井是在钻头钻至油层顶界后,下套管注水泥固井,然后用小一级的钻头钻开油层至设计井深,用钻具将尾管送下并悬挂在套管上,再对尾管注水泥固井,然后射孔。(四) 衬管完井方式衬管完井方式是钻头钻油层顶界后,先下套管注水泥固井,再从套管内直径小一级的钻头钻穿油层至设计井深。最后在油层部位下人预选割缝的衬管,依靠衬管顶部的封隔器,将衬管挂在套管上,并密封衬管和套管之间的环形空间,使油气通过衬管的割缝流入井筒。(五) 砾石充填完井方式先将绕丝筛管下入油层部位,然后用充填液把地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼,或绕丝筛管与套管之间的环形空间内,构成一个砾石充填层,以阻挡油层砂流入井筒,达到保护井壁防沙的目的。四 水平井完井方式第二节 试油试油是指一套专用设备和工具,对井下油、气进行直接测试,以取得有关目的层的油气产能、压力温度和油、气、水样物性资料的工艺过程。试油工作的目的是:(1) 探明新区、新构造是否工业性油气流;(2) 查明油气田的含油面积及油水边界或气水边界以及油气藏的产油气能力、驱动类型;(3) 验证对对储集层产油气能力的认识和对测井资料解释的可靠程度;(4) 通过分层试油、试气取得各分层的测试资料及流体的性质,确定单井(层)的合理工作制度,为制定油田开发方案提供重要依据;(5) 评价油气藏,对油、气、水层做出正确结论。一 射孔二 诱喷排液(一)替喷法(二)抽吸法(三)气举法三 试油工艺(一)注水泥塞试油(二)用封隔器分层试油(三)中途测试工具试油(四)试油资料(1)产量数据(二)压力数据(三)原油及水的特性资料(四)温度数据热力采油热力采油是指向地层注入热或在地下产生热的采油法。热力采油主要用于稠油开采。稠油,就其物理特性来讲,主要是黏度高,密度大。在地层温度和脱气的条件下原油黏度大于 1×102s,相对密度大于 0℃)的原油视为稠油。稠油还可分为普通稠油(1×10 2~1×10 4 s) 、特稠油(1×10 4~5×10 4 s)和超稠油(〉5×10 4 s) 。我国稠油资源丰富,分布很广。目前已在很多大中型油气盆地和地区发现众多的稠油油藏。大部分稠油油藏分布在中新生代地层中,埋藏深度变化很大,一般在 10~2000m 之间。 新疆克拉玛依油田九区浅层稠油油藏埋藏深度在150~400m 之间,红山嘴浅层稠油油藏埋藏深度在 300~700m 之间。但在全国范围来看,绝大部分稠油油藏埋藏深度为 1000~1500m。稠油黏度高,在开采过程中流动阻力大,因而难于用常规方法进行开采。一般使用降低稠油黏度、减小油流阻力的方法进行开采。因为稠油的黏滞性对温度非常敏感,所以热力采油已成为强化开采稠油的重要手段。 稠油热采方法在提高油藏采收率中起着重要作用。利用热能降低原油黏度从而增加原油产量的方法的有效性一直是得到公认的。由于热力采油方法已取得实际成就,而且具有经济、简便的优点,因此,利用热力开采稠油提高油藏采收率,已被石油工业广泛应用。 已在辽河油田、胜利油田、新疆克拉玛依油田得到了广泛的应用。 目前使用的热采工艺可根据热量产生的地点分为两类。一类是把热量从地面通过井筒注入油层(如蒸汽驱或蒸汽吞吐);另一类是热量在油层内产生(如火烧油层)。热力采油可进一步作如下分类: 一、 注热 法注热法 主要指注蒸汽。这里的蒸汽 是指水蒸气。之所以选用 水蒸气作为注热法的热载体,除了由于水价格便宜,易得外,还由于水的质量热容大。质量热容是指单位质量物体升高 1℃时所需的热量。表 4一些物质的质量热容。从表 4看出,水的质量热容仅次于氨的质量热容。表 4一些物质的质量热容物质 质量热容/(kJ·1·℃ 质 质量热容/(kJ·1·℃ 醇 醇 酮 烷 种是蒸汽吞吐;另一种是蒸汽驱。作业:1、什么是热力采油?答:是指向地层注入热或在地下产生热的采油法。2、热力采油分哪几类?答:热力采油注热法地下燃烧法注蒸汽注热水注热气蒸汽吞吐蒸汽驱地下正向燃烧法地下反向燃烧法干式湿式热力采油注热法地下燃烧法注蒸汽注热水注热气蒸汽吞吐蒸汽驱地下正向燃烧法地下反向燃烧法干式湿式(一)蒸汽吞吐蒸汽吞吐是单井操作的,即蒸汽注入井和生产井是同一口井。①将高压、高温蒸汽注到井底附近地层内,在此期间保持高的注入速度,将油层加热到蒸汽温度,随后关井几天,进行所谓的"焖井"。热量向地层内部传递,扩大被加热区。由于加热区域的扩大和热量的损失,蒸汽温度降低变成热水。 ② 重新开井生产。这些井以较高的产量可生产几个月甚至达到一年时间。由于热量被采出的油和水带走以及油层热损失,地层温度下降,产量也逐渐下降,则又可重新进行蒸汽吞吐,这个过程构成一个循环(故也称为循环注蒸汽)。如果产量足够高,在经济上可行,则循环过程可进行若干次,直到达到经济极限为止。由于油层驱油入井的能量逐步消耗,因此各处理周期的产量是逐步下降的。图4—12 注蒸汽吞吐产量变化情况 图4热地层内原油黏度大幅度降低,与热水一起从油层中流出,对提高原油产量起着主要作用。热膨胀和溶解气因温度升高而从地层液体中逸出也对提高原油产量起着一定的作用。同时,井底附近地层受热可解除蜡堵。 由于油的黏度降低,蜡堵的解除,使油流向井的渗流条件得到改善。因此,清除井筒或地层污染也常是蒸汽吞吐增产的原因之一。蒸汽吞吐的驱油动力有油层压力、重力、岩石和流体膨胀,以及地层压实作用等。其作用程度大小取决于油藏和流体条件。 将热量从一口井中注入油层,经过一段时间及关井“反应”几天,然后开井生产,直到产油量降到必须再次注蒸汽时为止,操作反复进行。在蒸汽吞吐过程中,这种将油井加热和冷却的工艺过程,使油井遭到频繁的、人为的和显著的温度循环。油井的这种反复而大范围的温度变化要求,在蒸汽吞吐工艺设计和操作时应给予特别的注意。 蒸汽吞吐的注汽时间长短取决于地层的注入能力和原油黏度,在美国加州,每一周期注入蒸汽量约为,注汽时间约为两周。在加拿大冷湖油田,原油黏度是美国加州的10~20倍,注汽量高达4800m 3左右,注汽时间超过一个月。根据国外经验,每次油层注入的蒸汽量,一般每米厚度油层应注入多数情况下,每一周期采出的油量与注入的蒸汽量是成正比 的。注蒸汽后的焖井时间与注入油层的蒸汽量有关。注入蒸汽量小,焖井时间短;注入蒸汽量多,焖井时间长。一般从几天到一周,长的可达几十天。关于焖井时间的经济性存在着不同看法。如果焖井时间很短或不焖井,投产初期会产出大量蒸汽,造成额外的热损失,但可缩短停产期。如果焖井时间很长,注入的蒸汽压力将完全消散,停产期过长会造成产量损失。但是,注入蒸汽后,由于一些工艺上的原因,至少要关井一个短暂时间。 另外,在采用蒸汽吞吐工艺时,对于比较疏松易出砂的稠油层,应注意采取防砂措施,一般尽量采用先期绕丝砾石衬管完井方法。施工时,注入蒸汽的压力和温度、蒸汽的干度、注入速度必须稳定,变化幅度越小越好。操作是否平稳、直接影响增产效果。 蒸汽吞吐工艺开采稠油因施工简便,收效快而受到人们的欢迎。尤其在某些油藏条件下,例如油层厚,油层埋藏浅,井距小,特别是重力排油能达到经济产量时,可获得较高的采收率。总的说来,蒸汽吞吐在蒸汽驱中可作为一个启动手段,当油藏的连通性差时,又可作为主要开采手段。因此蒸汽吞吐在稠油开发中仍将继续占有重要地位。作业:1、蒸汽吞吐方法一般分为哪两个步骤?答: ①将高压、高温蒸汽注到井底附近地层内,在此期间保持高的注入速度,将油层加热到蒸汽温度,随后关井几天,进行所谓的"焖井"。 ② 重新开井生产。:受热地层内原油黏度大幅度降低,与热水一起从油层中流出,对提高原油产量起着主要作用。1、蒸汽吞吐的注汽时间长短取决于什么?2、答:地层的注入能力和原油黏度。4、每一周期采出的油量与注入的蒸汽量的关系是什么?答:是成正比 的。(二)蒸汽驱蒸汽驱油法是一种驱替式的采油方法,其过程与注水开采类似,即以井组为基础,向注入井连续注入蒸汽,蒸汽将油驱至生产井,在生产井采出。于稠油油藏来说,蒸汽是一种有效的驱动液体。注入油层的蒸汽在完全冷凝之前,在油层内扩散蔓延,与温度较低的储层岩石接触时开始冷凝并释放出潜热,而蒸汽温度保持不变,从而将岩石及所含流体(原油和地层水)加热到蒸汽温度。冷凝水流向生产井,形成一个不断扩大的蒸汽带。最接近注入端的原油被汽化并向前推进,前进的蒸汽在蒸汽温度下冷凝成水,形成一个热的冷凝带( 即热水带)。热水带在其流动中向前驱动原油,逐渐冷却到油藏温度。从这点向前,驱替工艺继续进行,形成所谓的冷油区,其温度等于油层原始温度,驱替方式可能转为常规水驱。在整个蒸汽驱过程显然有三个不同的流动状态,即蒸汽带、热水带和冷水带。 (1)蒸汽带 蒸汽带的主要作用是蒸汽蒸馏。蒸汽蒸馏是指某种液态混合物中的挥发性组分在直接引入蒸汽时,可以在低于其沸点的温度下蒸发为气态。在蒸汽蒸馆过程中,蒸汽从原油中把比较轻的组分抽出,可从原油中得到比它的沸点分布更多份额的轻质组分。 高温和气相的存在,使轻质烃汽化,并由蒸汽携带向前,直到它们在油藏较冷的区域发生冷凝。由于原油流动性提高和经过大量的蒸汽冲刷,驱替原油的效率相当高。蒸汽前面的原油高含轻质烃,利于提取和驱替原始原油,从而提高石油采收率。一定条件下( 17℃ 时有50%的可蒸馏原油) ,蒸汽蒸馏的增产油量可高达20%地下原油储量。 (2)热水带 热水带的采油量主要受所含原油的热特性控制。在热水带内,原油主要受热降黏和热膨胀作用。原油黏度随温度的提高而大幅度地降低,有时可降低到原有黏度的千分之一或更低,这与单纯的热水驱机理相同。但是,由于蒸汽带内蒸馏作用所产生的轻质烃类馏分在热水带的凝析下来,这些轻质馏分与当地原油混合,进一步稀释了稠油,改善了流度比,使得蒸汽驱比单纯热水驱具有较低的残余油饱和度 。 原油的热膨胀可采出3%~5% 地下原油储量,热水驱的采收率可高达10%~20%蒸汽未波及油藏的下伏岩层的原油。 (3)冷水带 冷水带的石油采收率近似等于一个等效水驱的采收率。汽驱工艺设计内容包括井网格式、井距、蒸汽注入速度、蒸汽干度、注入井和生产井完井方法及完井层段的选择等。 最佳井网类型和井距需通过反复研究确定。需要进行不同方案的动态预测和经济效益分析,确定最佳方案。高生产井/注入井比的井网,会得到更高的采收率。井网类型一般采用 五点井网系统。当油很稠时,油井产能很低,采用七点系统(一口注入井对两口生产井)会更有效。蒸汽驱油是一种热力学不稳定过程。要求在蒸汽冷凝完全变成水之前完成驱油过程,因此,蒸汽驱一般采用较小的井距,多采用70~100为消除一些几何因素影响,一般以单位油层体积为基础表示蒸汽注入速度,以这种形式 表示的蒸汽注入速度对油藏采收率几乎没有影响。 蒸汽干度是指在单位重量的湿蒸汽(含有水分的饱和蒸汽)中,干蒸汽所占的重量百分数。以有效注入热量(总注入热量减去热损失)为基础,最佳蒸汽干度能最大限度地提高原 油采收率。蒸汽干度约为40%时能产生最佳蒸汽效果。 注入井和生产井需要特殊的完井方法。用于蒸汽开采的井应考虑热损失和热应力。对于比较疏松易出砂的稠油层应采取防砂措施。汽是地层加热的传热介质。锅炉产生的蒸汽作为载热体进入储集层 驱替原油时,仅有一部分热量用于地层加热。有效加热油层的范围取决于油层各种热损失的大小。热损失包括:(1)地面(蒸汽发生器和管道系统)热损失;(2)井筒(油管一套管) 热损失;(3)相邻层(上覆岩层和下伏岩层)热损失。蒸气吞吐与蒸气驱虽然是注蒸气的两种方式,但它们是注蒸气采油的两个相连的阶段。通常在蒸汽驱前,所有生产井和注入井都进行 5~7 次蒸汽吞吐循环,然后再进行蒸汽驱,这样做可以得到更高的产量、采收率和更大的经济效益。二、火烧油层火烧油层也称火驱法,是油层本身产生热的一种热力采油方法。火烧油层是使油层内部的油燃烧,并维持该燃烧,将油层加热降低原油黏度,从而提高稠油油藏的采收率的一种方法。(一)燃烧过程向储层中注入空气,使油层对空气有足够大的相对渗透率,注入井眼附近地层的原油氧化。如果氧化反应快,原油将自燃点火,并开始燃烧。如果氧化反应慢,则用井下点火器下入到注入井底加热油层,使其点燃。点火成功后,继续注入空气,使燃烧维持下去。燃烧从注入井沿油层向外推移。 由于高温,使近井地带原油蒸发和焦化,轻质油蒸汽向前流动并与冷油层发生热交换而凝析下来,焦化的重烃变成残留的可燃炭继续燃烧和提供热量。残炭燃烧的热废气在往前流动时加热稠油和岩层。只要有足够的残炭量,足够的温度和足够的空气量,燃烧便可维持,并形成一个火线,不断向纵深发展。 在火驱过程中,沿油层驱动方向的燃烧可分为若干带。燃烧前缘处产生的热量(高峰温度通常为315~980℃)把靠近前缘的地层水汽化,形成一个蒸汽带。燃烧前缘的高温使原 油蒸馏和裂解出来的轻油蒸汽与燃烧废气一起向前流动,被蒸汽前缘下游的原油吸收,并在 那里逐渐形成一个富油带,见图4、燃烧方法图 4—13 点燃注入井附近油层。燃烧从注入井向生产方向发展,燃烧带与供气方向一致。(1)这种燃烧法有下列特点:①不加水;②在注入井点火;③燃烧前沿从注入井移向生产井;④不烧原油,只烧去原油裂解后留下的焦炭。(2)这种燃烧法有下列缺点:①只适用于密度小于 为密度太高,油太稠,流体不易通过油层的低温区;②从注入井到燃烧前沿这一段地层的热没有充分利用,因为空气是一种不好的热载体。燃法是向生产井注入空气,并点火燃烧。燃烧带从生产井移动一个较短距离后,生产井停止注空气,而在邻井连续注空气,将原油驱向先前点火的生产井,见图4烧从生产井向注入井方向发展,燃烧带与供气逆向而行。这种方法多用于特稠原油的开发。(1)这种燃烧法有下列特点:①不加水; 图4—14 逆燃法火烧过程示意图②空气由注入井注入,但从生产井点火;③燃烧前沿从生产井到注入井。(2)这种燃烧有下列缺点:①烧去了一部分原油,留下了焦炭;②空气用量比正向燃烧法多;③注入井附近可能发生自动燃烧,影响逆燃法的进行。燃法火烧 地下所产生的热量约一半存在于燃烧前缘和注入井之间,为有效地利用这部分热量,必须将 其移至燃烧带的前方,为此,采取注水方法。 注入水与燃烧前缘后面的高温岩层接触则蒸发, 岩石则冷却,同时,燃烧前缘前面的蒸汽便凝结成热水,扩大了高温带和蒸汽带的范围,使更多的原油驱向生产井。(二)火烧油层对采收率的影晌燃烧带向前移动时,火线波及的地区由于热力降黏和膨胀作用、轻油稀释作用,以及水汽的驱替作用,除了部分重烃焦化作为燃料外,洗油效率几乎达到100%。热力或温度对稠油的影响比较大,使稠油黏度降低的幅度很大,提高了稠油的流动性。因此,火烧油层法用于稠油油藏,可取得明显效果。火驱法采收率可达50%左右,而且采油速度高,可加速稠油油藏的开发。三、适合热力采油油田的筛选标准表 4合蒸汽驱油藏的筛选标准参数 要求原油密度 /(g·3)黏度/(s)>6>>热力采油热力采油是指向地层注入热或在地下产生热的采油法。热力采油主要用于稠油开采。稠油,就其物理特性来讲,主要是黏度高,密度大。在地层温度和脱气的条件下原油黏度大于 1×102s,相对密度大于 0℃)的原油视为稠油。稠油还可分为普通稠油(1×10 2~1×10 4 s) 、特稠油(1×10 4~5×10 4 s)和超稠油(〉5×10 4 s) 。我国稠油资源丰富,分布很广。目前已在很多大中型油气盆地和地区发现众多的稠油油藏。大部分稠油油藏分布在中新生代地层中,埋藏深度变化很大,一般在 10~2000m 之间。 新疆克拉玛依油田九区浅层稠油油藏埋藏深度在150~400m 之间,红山嘴浅层稠油油藏埋藏深度在 300~700m 之间。但在全国范围来看,绝大部分稠油油藏埋藏深度为 1000~1500m。稠油黏度高,在开采过程中流动阻力大,因而难于用常规方法进行开采。一般使用降低稠油黏度、减小油流阻力的方法进行开采。因为稠油的黏滞性对温度非常敏感,所以热力采油已成为强化开采稠油的重要手段。 稠油热采方法在提高油藏采收率中起着重要作用。利用热能降低原油黏度从而增加原油产量的方法的有效性一直是得到公认的。由于热力采油方法已取得实际成就,而且具有经济、简便的优点,因此,利用热力开采稠油提高油藏采收率,已被石油工业广泛应用。 已在辽河油田、胜利油田、新疆克拉玛依油田得到了广泛的应用。 目前使用的热采工艺可根据热量产生的地点分为两类。一类是把热量从地面通过井筒注入油层(如蒸汽驱或蒸汽吞吐);另一类是热量在油层内产生(如火烧油层)。热力采油可进一步作如下分类:一、 注热 法注热法 主要指注蒸汽。这里的蒸汽是指水蒸气。之所以选用水蒸气作为注热法的热载体,除了由于水价格便宜,易得外,还由于水的质量热容大。质量热容是指单位质量物体升高1℃时所需的热量。表 4一些物质的质量热容。从表 4看出,水的质量热容仅次于氨的质量热容。表 4一些物质的质量热容物质 质量热容/(kJ·1·℃ 质 质量热容/(kJ·1·℃ 醇 醇 酮 烷 种是蒸汽吞吐;另一种是蒸汽驱。热力采油注热法地下燃烧法注蒸汽注热水注热气蒸汽吞吐蒸汽驱地下正向燃烧法地下反向燃烧法干式湿式作业:1、什么是热力采油?答:是指向地层注入热或在地下产生热的采油法。2、热力采油分哪几类?答:(一)蒸汽吞吐蒸汽吞吐是单井操作的,即蒸汽注入井和生产井是同一口井。①将高压、高温蒸汽注到井底附近地层内,在此期间保持高的注入速度,将油层加热到蒸汽温度,随后关井几天,进行所谓的"焖井"。热量向地层内部传递,扩大被加热区。由于加热区域的扩大和热量的损失,蒸汽温度降低变成热水。 ② 重新开井生产。这些井以较高的产量可生产几个月甚至达到一年时间。由于热量被采出的油和水带走以及油层热损失,地层温度下降,产量也逐渐下降,则又可重新进行蒸汽吞吐,这个过程构成一个循环(故也称为循环注蒸汽)。如果产量足够高,在经济上可行,则循环过程可进行若干次,直到达到经济极限为止。由于油层驱油入井的能量逐步消耗,因此各处理周期的产量是逐热力采油注热法地下燃烧法注蒸汽注热水注热气蒸汽吞吐蒸汽驱地下正向燃烧法地下反向燃烧法干式湿式步下降的。图4—12 注蒸汽吞吐产量变化情况 图4热地层内原油黏度大幅度降低,与热水一起从油层中流出,对提高原油产量起着主要作用。热膨胀和溶解气因温度升高而从地层液体中逸出也对提高原油产量起着一定的作用。同时,井底附近地层受热可解除蜡堵。 由于油的黏度降低,蜡堵的解除,使油流向井的渗流条件得到改善。因此,清除井筒或地层污染也常是蒸汽吞吐增产的原因之一。蒸汽吞吐的驱油动力有油层压力、重力、岩石和流体膨胀,以及地层压实作用等。其作用程度大小取决于油藏和流体条件。 将热量从一口井中注入油层,经过一段时间及关井“反应”几天,然后开井生产,直到产油量降到必须再次注蒸汽时为止,操作反复进行。在蒸汽吞吐过程中,这种将油井加热和冷却的工艺过程,使油井遭到频繁的、人为的和显著的温度循环。油井的这种反复而大范围的温度变化要求,在蒸汽吞吐工艺设计和操作时应给予特别的注意。 蒸汽吞吐的注汽时间长短取决于地层的注入能力和原油黏度,在美国加州,每一周期注入蒸汽量约为,注汽时间约为两周。在加拿大冷湖油田,原油黏度是美国加州的10~20倍,注汽量高达4800m 3左右,注汽时间超过一个月。根据国外经验,每次油层注入的蒸汽量,一般每米厚度油层应注入多数情况下,每一周期采出的油量与注入的蒸汽量是成正比 的。注蒸汽后的焖井时间与注入油层的蒸汽量有关。注入蒸汽量小,焖井时间短;注入蒸汽量多,焖井时间长。一般从几天到一周,长的可达几十天。关于焖井时间的经济性存在着不同看法。如果焖井时间很短或不焖井,投产初期会产出大量蒸汽,造成额外的热损失,但可缩短停产期。如果焖井时间很长,注入的蒸汽压力将完全消散,停产期过长会造成产量损失。但是,注入蒸汽后,由于一些工艺上的原因,至少要关井一个短暂时间。 另外,在采用蒸汽吞吐工艺时,对于比较疏松易出砂的稠油层,应注意采取防砂措施,一般尽量采用先期绕丝砾石衬管完井方法。施工时,注入蒸汽的压力和温度、蒸汽的干度、注入速度必须稳定,变化幅度越小越好。操作是否平稳、直接影响增产效果。 蒸汽吞吐工艺开采稠油因施工简便,收效快而受到人们的欢迎。尤其在某些油藏条件下,例如油层厚,油层埋藏浅,井距小,特别是重力排油能达到经济产量时,可获得较高的采收率。总的说来,蒸汽吞吐在蒸汽驱中可作为一个启动手段,当油藏的连通性差时,又可作为主要开采手段。因此蒸汽吞吐在稠油开发中仍将继续占有重要地位。作业:1、蒸汽吞吐方法一般分为哪两个步骤?答: ①将高压、高温蒸汽注到井底附近地层内,在此期间保持高的注入速度,将油层加热到蒸汽温度,随后关井几天,进行所谓的"焖井"。 ② 重新开井生产。:受热地层内原油黏度大幅度降低,与热水一起从油层中流出,对提高原油产量起着主要作用。1、蒸汽吞吐的注汽时间长短取决于什么?2、答:地层的注入能力和原油黏度。4、每一周期采出的油量与注入的蒸汽量的关系是什么?答:是成正比 的。(二)蒸汽驱蒸汽驱油法是一种驱替式的采油方法,其过程与注水开采类似,即以井组为基础,向注入井连续注入蒸汽,蒸汽将油驱至生产井,在生产井采出。于稠油油藏来说,蒸汽是一种有效的驱动液体。注入油层的蒸汽在完全冷凝之前,在油层内扩散蔓延,与温度较低的储层岩石接触时开始冷凝并释放出潜热,而蒸汽温度保持不变,从而将岩石及所含流体(原油和地层水)加热到蒸汽温度。冷凝水流向生产井,形成一个不断扩大的蒸汽带。最接近注入端的原油被汽化并向前推进,前进的蒸汽在蒸汽温度下冷凝成水,形成一个热的冷凝带( 即热水带)。热水带在其流动中向前驱动原油,逐渐冷却到油藏温度。从这点向前,驱替工艺继续进行,形成所谓的冷油区,其温度等于油层原始温度,驱替方式可能转为常规水驱。在整个蒸汽驱过程显然有三个不同的流动状态,即蒸汽带、热水带和冷水带。 (1)蒸汽带 蒸汽带的主要作用是蒸汽蒸馏。蒸汽蒸馏是指某种液态混合物中的挥发性组分在直接引入蒸汽时,可以在低于其沸点的温度下蒸发为气态。在蒸汽蒸馆过程中,蒸汽从原油中把比较轻的组分抽出,可从原油中得到比它的沸点分布更多份额的轻质组分。 高温和气相的存在,使轻质烃汽化,并由蒸汽携带向前,直到它们在油藏较冷的区域发生冷凝。由于原油流动性提高和经过大量的蒸汽冲刷,驱替原油的效率相当高。蒸汽前面的原油高含轻质烃,利于提取和驱替原始原油,从而提高石油采收率。一定条件下( 17℃ 时有50%的可蒸馏原油) ,蒸汽蒸馏的增产油量可高达20%地下原油储量。 (2)热水带 热水带的采油量主要受所含原油的热特性控制。在热水带内,原油主要受热降黏和热膨胀作用。原油黏度随温度的提高而大幅度地降低,有时可降低到原有黏度的千分之一或更低,这与单纯的热水驱机理相同。但是,由于蒸汽带内蒸馏作用所产生的轻质烃类馏分在热水带的凝析下来,这些轻质馏分与当地原油混合,进一步稀释了稠油,改善了流度比,使得蒸汽驱比单纯热水驱具有较低的残余油饱和度 。 原油的热膨胀可采出 3%~5% 地下原油储量,热水驱的采收率可高达10%~20%蒸汽未波及油藏的下伏岩层的原油。(3)冷水带 冷水带的石油采收率近似等于一个等效水驱的采收率。汽驱工艺设计内容包括井网格式、井距、蒸汽注入速度、蒸汽干度、注入井和生产井完井方法及完井层段的选择等。 最佳井网类型和井距需通过反复研究确定。需要进行不同方案的动态预测和经济效益分析,确定最佳方案。高生产井/注入井比的井网,会得到更高的采收率。井网类型一般采用 五点井网系统。当油很稠时,油井产能很低,采用七点系统(一口注入井对两口生产井)会更有效。蒸汽驱油是一种热力学不稳定过程。要求在蒸汽冷凝完全变成水之前完成驱油过程,因此,蒸汽驱一般采用较小的井距,多采用70~100为消除一些几何因素影响,一般以单位油层体积为基础表示蒸汽注入速度,以这种形式 表示的蒸汽注入速度对油藏采收率几乎没有影响。 蒸汽干度是指在单位重量的湿蒸汽(含有水分的饱和蒸汽)中,干蒸汽所占的重量百分数。以有效注入热量(总注入热量减去热损失)为基础,最佳蒸汽干度能最大限度地提高原 油采收率。蒸汽干度约为40%时能产生最佳蒸汽效果。 注入井和生产井需要特殊的完井方法。用于蒸汽开采的井应考虑热损失和热应力。对于比较疏松易出砂的稠油层应采取防砂措
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