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第三章-稠油热采

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第三 稠油热采
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第三章 稠油热采主要内容:第 1节 稠油热采概论第 2节 稠油的定义、物性及分类标准第 3节 水、蒸汽的热特性第 4节 蒸汽吞吐第 5节 蒸汽驱第 6节 火烧油层第 1节 稠油热采概论石油资源存在于天然形成的油藏之中,其开采技术随油藏类型、原油特性不同而不同。稠油也称 重油 ,即高粘度重质原油,在油层中的粘度高,流动阻力大,甚至不能流动,因而用常规技术难以经济有效地开发。最近 10多年我国采用注蒸汽热采技术有效地开发了一批稠油油田,打开了稠油开发的新局面。§ 国稠油的特点及稠油资源的分布一、我国稠油的特点( 1)粘度高,而相对密度低(我国稠油胶质成分多,一般为20~ 40%,沥青含量少,一般为 0~ 5%。);( 2)含硫较低,一般仅为 右;( 3)轻质馏分少, 300℃ 时轻质馏分约为 10%;( 4)金属钒( V)、镍( 量低。△ “双高原油”是指胶质沥青质含量高、石蜡含量高的原油 。二、我国稠油资源的分布及特点我国目前已在 12个盆地发现了 70多个稠油油田。我国陆上稠油油藏多数为中新生代陆相沉积,少量为古生代的海相沉积,储层以碎屑岩为主,具有高孔隙、高渗透、胶结疏松的特征。重质油主要分布在盆地边缘斜坡带、凸起边缘或凹陷中断裂背斜带的浅层。陆相重质油由于受成熟度较低的影响,沥青含量低而胶质含量高。 目前,稠油储量最多的是东北的辽河油区,其次是东部的胜利油区和西北的克拉玛依油区。§ 国稠油热采技术的发展历程从 1980年到目前,我国稠油开发技术的发展大致经历了三个阶段,即( 1) 1980~ 1985(六 · 五):以稠油蒸汽吞吐开采技术为目标;( 2) 1986 ~ 1990(七 · 五):以稠油蒸汽吞吐技术推广应用与稠油蒸汽驱先导试验为目标;( 3) 1991 ~1995(八 · 五):以改善蒸汽吞吐、蒸汽驱开采效果为目标。另外, 1966 ~ 1967年在克拉玛依油田、胜坨油田及扶余油田开展了三个火烧油层的先导试验,由于“文革”而中途停止。§ 要技术成就总结起来,稠油热采有 十项重大技术成就 :一、油藏描述技术取得很大进展;二、热采数值模拟及物理模拟技术在稠油开发中发挥重要作用;三、深井井筒隔热及保护套管技术;四、丛式定向井及水平井钻采技术;五、稠油油井防砂技术(机械防砂、高温化学防砂);六、分层注汽及注入化学剂助排技术;七、稠油热采井机械采油技术;八、井下高温测试技术(辽河油田研制的温度、压力双参数测试仪);九、注蒸汽专用锅炉及热采井口设备;十、稠油集输、计量、脱水及输送技术。 § 本理论热力采油方法是指利用热能加热油藏,降低原油粘度,将原油从地下采出的一种提高采收率的方法。热力采油包括蒸汽吞吐、蒸汽驱和火烧油层三种常规的方法。蒸汽吞吐 是指 将蒸汽注入到生产井中,然后关井一段时间 ,重新开井生产的稠油热采方法 。注入的蒸汽,一方面加热原油,降低原油粘度,降低油流动阻力;另一方面,注入的蒸汽为油藏提供了一定压力,使稀化的原油能够流到地面,蒸汽吞吐的一个最大优点是油井几乎可以一直生产,因为注入蒸汽及关井时间很短,而且投资少,成本低。蒸汽驱 是指 蒸汽从注入井进入油层,加热油层及原油,蒸汽穿过整个油层,把原油推向生产井而产出地面 。蒸汽驱需要至少一口注入井和一口生产井,而不像蒸汽吞吐只需一口生产井即可,蒸汽驱与蒸汽吞吐相比能更大范围地加热油层,从地层中产出更多的稠油,采收率更高。火烧油层 的过程指 将空气注入油层,然后在井底点火,使部分原油产生就地燃烧,燃烧产生的热量加热油层,产生的燃烧气体驱动原油 。火烧油层方法是在地下就地产生热量,而不像蒸汽驱一样地面用锅炉产生热蒸汽。热力采油涉及到油藏岩石、油藏流体、注入水和蒸汽的物理化学性质及热力学参数,下面介绍与水、蒸汽、油层有关的一些基本概念。( 1) 比热 :定义为是 单位质量的物质温度升高 1℃ 所需的热量 ,用 位为 )。比热越高说明原油的吸热量越多,放热量越大。对于液态物质来说,除了氨水以外,水的比热最高,为 ) 。由于水比其他任何液体能载更多的热能,因而可作为热力采油中的热载体。( 2) 汽化潜热 : 当温度达到液体的沸点时,继续加热,温度不再上升,吸收的热量完全用于使液体汽化的热能称为为汽化潜热 ,用 位为 kJ/化潜热用于把液体分子从其表面“拉”出来进入气相,同时因体积膨胀做功。汽化潜热随压力而变化,压力越高,汽化潜热值越小。当压力增加到临界压力时,汽化潜热为零。此时为饱和蒸汽,即在蒸汽中完全不存在雾状的分散水滴。( 3) 焓 :是指一定量的物质在高于规定的蒸汽温度和压力下,所具有的热能参数。 单位质量所具有的焓,称为比焓 ,它由单位质量的内能和流动能组成。焓用 位为kJ/ 4) 蒸汽干度 : 是指蒸汽质量与被加热液体的总质量比值 ,通常用百分数表示。即:331133(1 中 ρ1, ρ3—分别表示体系中液体和气体的密度;别表示体系中液体和气体的体积;( 5) 饱和液体 :在可产生蒸汽的温度和压力下只存在液体。这种液体是被蒸汽完全饱和的,其蒸汽干度为零。( 6) 饱和蒸汽 :是在某一温度和压力下,液体 100%由液体转化为蒸汽。( 7) 显热 : 对一定质量的液体,要提高其温度又不能使相态变化,必须添加的热量 。它和潜热的最大区别在于显热体现温度变化,相态不变;而潜热体现温度不变,相态变化,如图 1 8) 饱和水的热焓 :水和蒸汽在不同压力下所含的热量图 1 水的热焓 —压力关系不同,水从冰点温度加热到某一压力下的饱和温度时吸收的热量为饱和水的焓。显热通常用 W=1中 的比热, );和温度, ℃ ;和水的焓, kJ/ 9) 湿蒸汽的焓 :含有水的饱和蒸汽为湿蒸汽。湿蒸汽焓表示为:H= 1中 H—湿蒸汽焓, kJ/W—饱和水焓, kJ/V—蒸发潜热, kJ/—湿蒸汽的干度, %。( 10) 过热蒸汽 :是指 蒸汽温度超过饱和压力下温度的蒸汽 。过热蒸汽中没有液相,热采中采用的蒸汽一般都是湿蒸汽,即蒸汽干度小于 100%的蒸汽,而不是过热蒸汽。( 11) 比容 : 单位质量的饱和液体占的体积称为比容 ,用 位 m3/蒸汽的比容( 干蒸汽和饱和水的比容之和。即:1w (1中 汽干度,小数;汽比容, m3/w—饱和水比容, m3/ 12) 热容 :是 单位体积物质的温度上升 1℃ 所需热量 。热容与比容的区别在于前者是指体积,后者是指质量,油藏岩石的热容量用 :Cr=r ( 1中 石的比热容, );ρr—岩石的密度, kg/r—岩石的热容, )。( 13)热扩散系数:热扩散系数是导热系数与热容之比,即:cC r   ( 1中 λ— 导热系数;热容。( 14) 导热系数 : 是指在稳态条件下,单位时间内单位温度梯度通过单位截面积所传递的热量 。导热系数高的物体为热导体,导热系数低的物体为绝热体。导热系数用 λ表示,单位为 W/(m·K)。导热系数是温度和压力的函数。( 15) 反应热 : 指单位质量的反应物在化学反应期间所释放的或吸收的热量 。氧气与原油在燃烧期的反应就会释放热量,该反应为放热反应,而石灰岩的热裂解是吸热反应。( 16) 油层有效热容 :包括固体岩石、原油、水和气 4个相的热容。§ 蒸气及原油性质一、蒸汽性质热力采油中采用水作为热载体将热量引入油藏,来加热油层。图 1热焓图。图中两相包络线和临界点将水的相态分为蒸汽相、液相和汽液两相三个区。泡点线左侧为液态水,露点线右侧为过热蒸汽,而两相区内为湿蒸汽。蒸汽的临界压力为 。由于汽化潜热是液体转化为蒸汽时温度不变而产生的热量,在热焓 —压力图中,汽化潜热是在一定压力下露点线与泡点线之间横坐标的差值,如图所示。临界点不存在汽化潜能。图 1水的比容 —压力关系图右图是水的压力 —比容关系图。包络线内为水 —蒸汽两相区,两相区内有等组成线(或称等蒸汽干度线)。包络线左侧为饱和水,即蒸汽干度为零;右侧为饱和蒸汽线,蒸汽干度为 100%。从图中可以看出,饱和蒸汽的比容要比饱和水的比容大得多,而且干度越高比容越大。因此,在注蒸汽开采过程中,无论是蒸汽吞吐还是蒸汽驱,注蒸汽干度越高比容越大,蒸汽带的扩展体积越大,加热范围越大,开发效果越好。二、原油粘度温度关系稠油的粘度对温度的变化非常敏感。温度上升,稠油的粘度急剧下降,这就是稠油热采的加热降粘机理。稠油粘度与温度的关系满足 :e /(1中 T—绝对温度, K;µo—稠油粘度, s;A, B—常数,不同稠油 A, 1明,稠油粘度与绝对温度的倒数关系为指数关系,在半对数坐标中,粘度与时间的倒数的关系为直线。由于稠油的粘度随温度的变化范围非常大,不能采用常规的等坐标纸作出粘温关系曲线。通常采用 1系。图 1 中国几个稠油油田的原油粘温曲线从图中可以看出,不同稠油油田的原油粘度随温度增加而大幅度地下降,变化规律满足斜率十分接近(如图中直线的斜率)。第 2节 稠油的定义、特性及分类标准§ 油的基本定义稠油是指在油层条件下原油粘度大于 5000s、原油相对密度大于 国 > 原油。我国一般采用稠油的定义,西方国家一般采用重油的定义,以原油重度( ° 为第一指标。原油重度与相对密度的换算关系为:)(2 4 4 02 5 0 1 I § 油的一般特性1、 胶质沥青质含量高、轻质馏分少。高粘度和高相对密度是稠油最主要的特性;2、硫、氧、氮等杂原子含量较多。例如:美国、加拿大、委内瑞拉的重油中含硫量高达 3%~ 5%;3、稠油中含有较多的稀有金属,如: V、 、稠油中石蜡含量一般较低,但也有极少数“双高原油”;5、同一稠油油藏中,原油性质在垂向油层的不同井段及取样井段( m) 50℃ 下脱气原油粘度( s)15419515483341582012160640616520202平面上各井之间常常很大的差别;在同一油田或油区,原油性质相差更大。例如辽河高升油田高 3 油的热特性1、 稠油的粘温特性(是稠油热采的理论基础);2、稠油的蒸馏特性(蒸汽驱、火驱采油机理之一);当温度升高到泡点(原油开始汽化时的最低温度)时,原油中的轻质组分将分离为气相,重组分仍保持为液相;3、稠油的热裂解特性(在火烧油层过程中表现的比在蒸汽驱过程中更加突出);稠油的热裂解是指当温度升高到某一程度时,稠油中的重质组分将裂解成焦炭和轻质组分;4、稠油的热膨胀特性;原油的热膨胀系数最大,相当于水的 3倍多,岩石的 10倍。原油、水及岩石的体积膨胀将产生不可忽视的驱油作用。§ 油的分类标准一、国际上对重质原油的分类标准表 2 2下)。表 2内瑞拉的分类标准突出强调以下几点:重油的粘度下限值为 100s,上限值为 10000s,超过 10000、我国稠油的分类标准表 2下)。表 2国稠油分类标准注: *指油层条件下的原油粘度;无 *者为油层温度下脱气原油粘度。突出强调以下几点:1、分类标准尽可能和国际标准一致,以便进行国际交流,便于进行稠油资源评价和开发方法的研究,但还要考虑到我国稠油的特点,粘度高,相对密度小,国际标准不适用。2、以原油粘度为主要指标,以相对密度为辅助指标。3、分类标准与油田开发方法相联系,更有实用性,将稠油分为普通稠油、特稠油及超稠油,有利于开发方法的选择。a、 普通稠油 ( 粘度在150于 150类油藏是最好的注蒸汽开发的对象。b、 特稠油 ( 蒸汽吞吐是成功的。c、 超稠油 ( 估计这种稠油的资源超过全部稠油资源的一半以上,采用非常规的蒸汽驱技术,如水平井热采等 (例如 汽辅助重力泄油技术 )。4、考虑到注蒸汽技术已有了新的发展,将特稠油及超稠油的粘度上限值较国际标准提高了。( 10000s~50000s) § 国稠油热采筛选标准本节讨论的是蒸汽驱筛选标准,如表 2表 2要考虑以下五组参数:宜于蒸汽驱的原油粘度上限值有所提高。相对密度是次要的。 勘院) “ 双模 ” 实验结果表明, 原油粘度越高,注蒸汽开发效果越差,蒸汽驱开发指标随粘度增大而显著降低。层深度存在最小极限值和最大极限值。油层太浅,注汽压力不能超过油层破裂压力,因而注入压力低,注入速度低(热损失大),蒸汽温度低,蒸汽驱采收率低;随着油层深度增加,井筒热损失率增大,井底蒸汽干度降低,套管温度高,超过安全极限而受损。我国注蒸汽开采深度是世界上少有的,国外现有商业性注汽开采深度一般在 1000未达到 1400m,我国进一步技术提高后可达到 1800m。纯厚与总厚比( hn/汽驱油藏最重要的油层条件是必须有足够的油层厚度,而且油层中的非含油致密夹层(页岩、泥质粉砂岩、粘土层等)要尽量少。ø 量系数油蒸汽比,是指注入单位水当量蒸汽所产出的原油量。下图是 关系曲线(取可流动油饱和度△ S=△ 对 10济极限( 蒸汽驱成功与否最直接的标志)时的孔隙度( ø)下限值为 øS 油量,它是判断热采项目是否合算及能否补偿实际燃料需要量的重要依据。 øS 相当于每公顷 · 米岩石中含有 10001公顷 =10000h/µ值原油粘度很高时,油层渗透率不能太低, 00× 10),传导系数 大于 (0)× 10· m/s。补充 : 稠油储量品位分级标准对稠油储量,除了按探明程度分级外,还应按储量的质量和品位分等级,这样有利于择优部署,多找高质量的储量。储量分等和热采筛选标准的基础是一致的,因而,为了便于使用,将两个标准统一起来。储量分等标准分为四等,主要是 按油藏地质参数适宜于热采的程度及工艺技术水平 确定的:一等储量 ,即优质储量,是目前能成功进行蒸汽吞吐及蒸汽驱开发的普通稠油,也是开发效果及经济效益最好的油藏。二等储量 ,即中等储量,是能成功进行蒸汽吞吐开采的特稠油,但蒸汽驱开采技术还须提高。三等储量 ,即较差储量,属于天然沥青或油层较薄、油层物性较差,或油层深度超过 1600m,热采技术难度大的油藏。四等储量 ,即等外储量,凡不够三等储量的油藏。第 3节 水、蒸汽的热特 性在注蒸汽开采稠油技术中,向油层注入的是高温高压湿饱和蒸汽,实践证明注热水的效果不如蒸汽好,更不能注入过热蒸汽。本章是注蒸汽开采稠油的基础知识。§ 、蒸汽的热物理特性一、注热载体的选择若将水连续加热,水吸取热量,水温升高,当液态水吸取的热量达到饱和点时,水开始沸腾,此时对应的温度叫做某个压力下的沸点或饱和温度,此时的压力称饱和压力。图 3下)。图 3同压力下水的饱和温度线△ 沸点称为常压沸点( )。换算:1Kg/的温度低于此压力下的饱和温度,则水是热水(如点 A );水的温度等于饱和温度,则称作饱和水(如点 B)。若将饱和水继续加热,液态水开始汽化,成为水与汽两相混合液体,此时温度并不增加,但是吸收的热量用于水的汽化,水的汽化所需要的热能很大,通常称作汽化潜热( 例如在绝对压力为 的 g,远比此压力下饱和水的比热焓( W·T W=g)高。和其它任何液体相比,水具有最大的比热焓及汽化潜热焓,因此水是最好的注热载体。(除了液态氨外,比热为 g·℃ ,其它任何液体的比热都比水小,水的比热为 g·℃ , 1态氨的汽化潜热 370g。 )当将蒸汽注入油层时,加热油层所需热量主要来自蒸汽中的潜热,蒸汽释放潜热时,它的温度并不降低。水相的热量通常称作显热( 蒸汽凝结水(热水)释放显热时,它的温度要降低 。若将饱和水继续加热到完全汽化时,此时的蒸汽称作饱和蒸汽。若继续加热饱和蒸汽吸收更多的热量后,在固定压力下蒸汽温度将升高,超过了饱和温度,此时的蒸汽称作过热蒸汽(如点 C)。蒸汽的饱和温度( 饱和压力( 对应关系式为:‥‥‥‥‥‥‥ ( 3修正式: T=P—‥‥‥ ( 3可计算蒸汽的 可判别实测压力、温度下的饱和状态:是湿饱和蒸汽还是热水。补充: 饱和蒸汽)实测温度 实测压力 全与蒸汽特性表(见表 3温度 =实下 , 者实测压力 水)实测温度 者实测压力 和水及饱和蒸汽的热力学特征二、x)若继续加热饱和水,则饱和状态的水部分汽化,直到完全汽化。 汽相占有的质量分数称作蒸汽干度 。稠油油田注入的蒸汽干度在注汽锅炉出口处一般控制在 80%~ 85%,以防结垢。完全饱和状态的蒸汽,其干度为 100%,也叫干蒸汽。 w+‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ( 3饱和蒸汽的热焓随压力变化很大,如图( 3 3同压力下湿饱和蒸汽的热焓从图 3热和显热之和(总热焓)在较低压力下最大,随压力升高而减小。当压力达临界点时, ,总热焓降至最低点。蒸汽)占据的体积称作 饱和蒸汽的比容 ( 单位重量的饱和水占据的体积称作 饱和水的比容 ( 湿饱和蒸汽的比容( 干蒸汽与饱和水的比容之和,即 1 ‥ ‥ ‥ ‥ ‥ ‥ ( 3论: 度越高, 汽带的扩展体积越大,加热范围越大,开发稠油效果越好。 )1(  ‥ ‥ ‥ ‥ ‥ ‥ ‥ ( 3和蒸汽的密度 ρ如在 00℃ 、 250 ℃300℃ 时, ρ和水的密度 ρ于蒸汽的密度非常小,因此, 注入油层中的蒸汽很容易发生重力分离(蒸汽与凝结水),引起蒸汽向油层顶部超覆 ,这是注蒸汽开采稠油的普遍规律,也是不利因素。第 4节 蒸汽吞吐§ 汽吞吐提高采收率的机理一、蒸汽吞吐过程蒸汽吞吐( 单井作业,每口井既是注汽井又是生产井。它有时又称油井激励处理 (循环注蒸汽 (周期注蒸汽、蒸汽浸泡等。蒸汽吞吐这一工艺技术的每一循环包括三个步骤(如图 4吞蒸汽 );井)阶段;自喷,后下泵转抽,当抽油生产达经济极限后开始下一循环。)图 4据设计要求的施工参数(注入压力、注汽速度、蒸汽干度、周期注气量),把高温高压饱和蒸汽注入油层。注入蒸汽优先进入高渗透带,而且由于蒸汽与油藏流体的密度差,蒸汽 占据油层的上部。油层内的温度分布并不均匀,靠近井眼处的地层及油层的上部温度相对较高,随着注汽过程的进行,被蒸汽加热的区域越来越大。当注入蒸汽量达到设计的周期蒸汽注入量时,油层平均温度达到最高。止注汽,关井,也叫焖井,焖井的时间一般为 2~ 7天,如图 4井的目的在于:( 1)使注入近井地带的蒸汽尽可能地扩散到油层深部,加热那里的原油;( 2)腾出时间准备回采条件,如下泵等。在焖井阶段,由于蒸汽的热损失(上下盖层油层深部)导致蒸汽扩散区域的蒸汽冷凝,变成热水带,该热水带温度较高(有一定的压力)仍然可以加热地层和原油。井生产进入回采阶段,如图 4回采阶段,由于油层压力较高,一般油井能够自喷生产(尤其是首轮蒸汽吞吐),装上较大的油嘴以防止油层出砂,开井生产最初几天,通常是含水率很高,有的甚至全是热水,但很快出现产油峰值,气产量为常规产量的几十倍。当油井不能自喷时,立即下泵生产。随着回采时间延长,由于注入地层的热量损失及产出液带出大量的热量,被加热的油层逐渐降温,流向井筒的原油粘度逐渐升高,原油产量逐渐下降(如图 4当产量降至某一极限产量时,结束该周期的生产,重新进行下一周期的周期吞吐,如此多周期地吞吐作业,最后转入蒸汽驱开采。在多周期吞吐中,前一周期回采结束时留在油层中的余热对下一周期的吞吐将起到预热作用,有利于下一周期的增产。图 4蒸汽吞吐生产动态示意图总的生产有规律时,原油峰值产量随着吞吐周期的增加而降低,而且在同一生产周期内原油回采产量随回采时间增加而降低,其原因在于油层产量在逐渐下降,产出的油来 自同一加热层;即使在注入相同量的蒸汽时,由于加热带的增加而使热损失增加,因此,为了增加下一周期的原油产量,需逐次增加周期注汽量,以扩大加热带,同时及时把地层中的冷凝水回采,降低热损失。二、油的粘温特性);图 4 温度对原油粘度的影响这是蒸汽吞吐增产的一个重要机理。相油层注入高温高压蒸汽后,近井地带相当范围内的地层温度升高,将油层和原油加热,加热带中原油粘度将下降 1~ 2个数量级,从几千甚至几万毫帕秒降至几百个毫帕秒(如图4实验结果表明:当温度上升时,水与石英的接触角将变小,亲水性增强,相渗曲线右移(如图4图 4度对接触角的影响▲ 24℃ 下的水与 600 3%30含 3%8含 3%温度上升时,界面张力略有减小的趋势);注入的蒸汽以及注入蒸汽后原油的受热膨胀使油层的弹性能大为提高,原来油层中少量的溶解气以及游离气,低流动阻力 ;稠油油藏在钻井、完井、井下作业及采油过程中,外来的钻井液及油藏的石蜡、沥青质很有可能污染地层甚至堵塞地层,造成严重的地层伤害。在蒸汽吞吐注入过程中,注入蒸汽的高温使沉积在井筒附近孔隙中的沥青胶质的相态发生变化,使其由固态变为液态,溶于原油中。在回采过程中,由于液流方向的改变,在放大压差下高速流入井筒时,油、蒸汽、水产生了对井筒附近地层的冲刷作用,将堵塞物排出地层,大大改善了井筒附近地层的渗透条件,提高了原油的流动能力。如图 4图中可以看出油层伤害越严重,蒸汽吞吐效果越好。图 4 随着蒸汽吞吐的进行,油层压力,岩石的有效地应力增加,胶结疏松或沥青胶结的沙粒可能发生重排,孔隙度减小,从而增加原油驱动能量。)此外,回采过程中的蒸汽驱动作用,以及冷凝水的闪蒸作用也是蒸汽吞吐增产的机理。而高温下油层原油产生某种程度的裂解,使原油的轻馏分增多,表现为采出原油的馏分随回采时间的增加而逐渐变重,而且后一周期比前一周期变重,这种蒸汽使部分原油轻度的裂解无疑对油井的增产起了积极作用。§ 响蒸汽吞吐开采效果的因素一、油粘度对蒸汽吞吐的效果影响很大,原油粘度越高,蒸汽吞吐效果越差。图 4 4 原油粘度对蒸汽吞吐效果的影响从图中可以看出,原油粘度越低,吞吐的峰值产量以及周期累积产油量都增大,增产期也相应地延长。原油粘度对吞吐效果影响结果的解释如下,一方面,尽管原油的粘度随温度的升高而降低,当油层温度高到某一程度,高粘原油的粘度仍比低粘原油的粘度高,但高粘原油的流动阻力较大;另一方面,在同样的蒸汽加热半径内,低粘原油的泄油半径大,供油量多,而高粘原油的泄油半径小,供油量少。当原油粘度高到不加热不能流动时,冷原油很难进入泄油区,因而产出量有限。原油粘度不仅影响蒸汽吞吐时原油的产量,而且影响原油的累积产量和最终采收率。厚度越小,热损失越大,开发效果越差);图 4 4 油层厚度对蒸汽吞吐效果的影响从图中可以看出,油层越厚,吞吐效果越好,油层越薄,效果越差。这是因为油层越薄注入的热能向上下层的热损失越大,油层中的汽油比越小,热能利用率越低。这一现象尤其在蒸汽驱中更加明显。 K< 200× 10的油藏不适宜于热采 ); 油层含油饱和度越高,增产效果越好,蒸汽吞吐的峰值产量越高,反之亦然。这是由于油层含油饱和度较低时,相对来说油层中可动油量和可动油相饱和度较小,水相饱和度较大,由相对渗透率曲线可知,水相渗透率增加,产出水量较大。另外,由于水的比热比原油大很多,相同热量情况下,加热半径就比较小。因此,在蒸汽吞吐的油藏筛选时,要确定 出含油饱和度的下限。一般含油饱和度下限为 稠油油藏油水粘度比大,底水锥进十分严重,蒸汽吞吐效果差。完井时应将水层可靠地封闭,在注蒸汽开发过程中避免打开含水层)。二、汽干度 ↑,峰值产油量和周期产油量 ↑ , ;采水周期愈短,存水率愈低,回采水率愈高。)图4下)。注蒸汽注蒸汽常规图 4汽吞吐生产动态示意图从右图可以看出,峰值产油量递减,这是因为近井地带含水饱和度随着吞吐周期的增加而增加,存水量过高。蒸汽干度是影响蒸汽吞吐开采效果的主要因素 。在总蒸汽量相同的条件下,蒸汽干度越高,回采期原油峰值产量越回采水率:是指采出的水量与注入地层中的水量的比值。正常回采水率为 40%~ 60%,越高越好。提高回采水率的途径:a、举升能力要足以将油井动液面降至油层附近,大压差生产;b、周期注汽量不能超过最优值;大。而且整个回采期的累积产油量越高。因此,在现场操作过程中尽可能保证注入蒸汽干度较高。原因主要如下:( 1)在相同注入汽量下,蒸汽干度越高,热焓越大,加热油藏体积越大;( 2)由湿饱和蒸汽性质可知,在相同压力下,干度越高,比容越大,这种情况在高压油藏明显。c、提高井底蒸汽干度至 60%以上,切忌注低干度蒸汽;d、采用化学剂防止粘土膨胀及改变岩石表面性质,有利于增油排水。般每米注汽 100~ 130( t),记为注汽强度 100 ~ 130t/m,针对具体油藏有一个最合适的注汽量,与油层厚度有关。)在其他因素条件相同时,注入蒸汽量增加,吞吐增产油量也增加,但原油蒸汽比下降。对于某一具体油藏,注入量越大,肯定是加热范围越大,热油产量越高。但注入量太大,原油蒸汽比下降,油井停产作业时间延长,对生产不利。注气量也不能太小,否则峰值产量低,增产周期短,周期累积产量低。 针对具体油藏有一个最合适的注汽速度,过小时使热损失增大,过大时会压破地层。)蒸汽吞吐中注汽速度主要受两个因素控制,一是井底蒸汽干度,二是地层破裂压力。注汽速度过小,井筒热损失会增加,导致井底干度降低,从而降低吞吐效果;注汽速度不能过大,否则注入蒸汽就会压裂地层,造成裂缝性气窜,使下一周期的蒸汽吞吐以及后续的蒸汽驱开采效果恶化。 在油层破裂压力以内,注汽速度高,可以提高蒸汽干度,缩短油井停产注汽时间,有利于提高增产效果。值得注意的是注汽速度还要受地层的吸汽能力所控制,吸汽能力取决于油层厚度、原油粘度、油层压力、水汽相渗透率。焖井进行热交换,并使蒸汽完全凝结为热水,避免开井时将过多的热量带出地面。)对厚油层一般只打开油层下部的 1/3~ 1/2,以抑制蒸汽超覆。); 尽力降低注汽压力,以保证有足够的注汽速度为下限,此时有足够高的井底蒸汽干度;严格防止超高压、超高速注蒸汽导致油层压裂,形成蒸汽窜流。)注汽压力对吞吐效果的影响主要取决于生产压差的大小,增大生产压差,有利于提高吞吐效果。对于气举生产来说,井口压力对吞吐效果的影响,如图 4口压力越小,吞吐周期内累计产油量越高。焖井时间不能太长,否则就会增加油层热量向上下层损失量,降低热能利用量。而焖井时间太短,会导致注入地层的蒸汽在回采阶段吐出来,降低了蒸汽的加热范围,因此焖井时间存在一个最优值,一般该值为 3~ 6d。图 4 般来说,加热原油会自喷或下泵生产而产出地面。 有时采用气举方法能够提高油井产量,气举速度的大小之直接影响油井蒸汽吞吐效果,气举速度越大,吞吐周期内累计采油量越高, 如图 4§ 汽窜”现象实质分析一、“汽窜”现象“汽窜”现象的现场表现有三种。井不进行蒸汽吞吐,油井产量要低得多 。图 4 气举井气举速率对蒸汽吞吐效果的影响( 1)相邻井注汽时,生产井产油量增加,井口温度上升,有时可从井口(闸门刺漏处或取样口)看到蒸汽冒出来。( 2)相邻井注汽时,生产井产液量上升,含水上升,井口温度上升,此时从井口可看到蒸汽冒出来。( 3)最严重的情况是:相邻井注汽时,生产井产水量急剧上升,甚至含水接近 100%,此时从井口可看到蒸汽冒出来。二、“汽窜”现象的实质三维渗流理论认为,垂向渗透率一般小于水平渗透率,所以不管注入的什么流体都会出现往 х方向推进更快些的局面,从而出现椭圆形推进形状。蒸汽吞吐过程中方向性 “ 汽窜 ”的形成示意图(见图 4蒸汽驱过程中的 “ 汽窜 ” 示意图如下:中心井 、 井出现“汽窜”,而另外一个方向上的 D、 液速度、井口温度都低于 B、 汽窜”现象实质:邻井注汽导致本井生产压差增大,产液速度增加,必然导致井口温度上升,一旦井口温度大于100℃ (对应压力下饱和蒸汽温度),则可从井口见到闪蒸出图 4汽驱过程中的“汽窜”低注汽速度; b、关闭汽窜井; c、注泡沫段塞。共同的局限性: 蒸汽渗流规律不变,无法从根本上解决方向性汽窜。汽吞吐一旦出现汽窜,则应高于地层破裂压力高速注汽;三、解决方向性“汽窜”的对策来的蒸汽,这些蒸汽并非注入的蒸汽直接窜到了相邻生产井,而是由于热水闪蒸所致。热水在井口闪蒸成为蒸汽,即显热向潜热的转换。b、蒸汽驱过程中出现汽窜现象之后,也应周期性地或脉冲式地高于地层破裂压力高速注汽。岩石力学研究表明: 油层温度对油层地应力有影响,高温区域地应力大,低温区域地应力小,裂缝优先在低温区形成。第 5节 蒸汽驱按驱动方式,可将稠油注蒸汽开采分为 蒸汽吞吐和蒸汽驱 两个阶段,这是国外通常的做法。蒸汽吞吐:方法简单,经济风险性小,每口井可进行 5~8周期的吞吐作业,采油速度高达 3% ~ 8%,但原油采收率仅10% ~ 20%,损失大量可采储量。蒸汽吞吐有效加热半径小于 30m。(数模结果)蒸汽驱 (高技术、高投入、高速度、高能耗,是否高收益、高水平取决于油藏地质条件和工艺技术的先进性。§ 汽驱提高采收率的机理一、蒸汽驱过程蒸汽驱是指从注汽井持续注汽而从相邻生产井持续产油的过程。 汽驱过程示意图(如图 5示,从注汽井到生产井之间形成了五个不同的驱替带:①蒸汽带;②凝结混相带,也叫凝析带;③热水带;④冷水带;⑤冷油带。图 5汽驱过程示意图1—蒸汽带; 2—凝结混相带; 3—热水带; 4—冷水带; 5—冷油带二、蒸汽驱提高采收率的机理对于蒸汽驱过程中的每一个区带,其驱替机理都不同,因此,由注入井到生产井,形成了一个含油饱和度和温度不同的剖面(如图 5图 5 蒸汽驱的温度及饱和度分布蒸汽驱过程中的含油饱和度主要取决于它的热力学性质,蒸汽带中的残余油因经受的温度最高而降至最低的饱和度;凝结带中,由于蒸汽带前缘形成的溶剂油带的抽提作用以及蒸汽带的温度也较高,因此,其残余油饱和度远远低于冷水驱。蒸汽带和凝结带的不断推进,推动可动原油前进,因而形成了前面原油饱和度高于原始值的油带及冷水带,此处的驱油方式和水驱相同,在油层原始区,温度和含油饱和度仍
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本文标题:第三章-稠油热采
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