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硕士论文-稠油注汽系统热力学分析_图文

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硕士论文 稠油注汽 系统 热力学 分析 图文
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分类号:y 858519单位代码:10220学 号:…硕 士 生..…指 导 教师:…申请学位级别:…专业、学科:….提交论文时间._…答辩日期:…授予学位日期:…….稠油洼燕系统热办学翁析……………………~诳一秀…梅…………………………查东.明….熬撬…玉蠢凰….副熬撬………………王…学~碾一±………………………………热..熊一王…程………………………………….2(}151§.年.3.月~翟。.目…………………………一…………….2∞§,年.3.月一旦…………………………一2006年3月稠油产量80%以上的稠油,是以注入蒸汽的方法采出的。在稠油生产过程中,注汽系统各环节均存在不同程度的能量损失。为了分析评价注汽系统的用能状况,找出用能薄弱环节,为企业节能技术改造提供依据,必须对稠油热采注汽系统进行热力学分析。本文首先介绍了蒸汽吞吐开采包括:注汽、焖井和采油三个阶段,在此基础上,结合国内外有关研究成果,对蒸汽吞吐开采增产机理、影响因素及提高蒸汽吞吐开采效果的技术措旋进行了探讨。然后根据注汽系统各个环节组成特点,建立了能量转换分析模型,给出了评定准则,并利用测试数据进行了分析计算。在此基础上对注汽系统及各部分的用能状况进行了分析评价,找出了用能薄弱环节及设备,并对形成原因作了分析。最后从降低注汽锅炉排烟温度和减少空气系数(氧气含量)两个方面开展了提高注汽锅炉运行热效率研究,以及通过计算保温层经济厚度优化输汽管线的保温结构。从理论分析、试验、设计、实际改造运行及节能效益等方面来看,均达到了预期效果。本文研究成果,可作为后续研究工作的基础,对同类情况有指导意义。关键词:稠油热采;注汽系统;用能评价分析;蒸汽吞吐;管线保温结构人庆石油学院硕士研究生学位论文1]oi iS of he ,S 0 iS by n of 0n to of it of he iS jn of t 印er to on iS on nd to to iS is t iS by of is of in of it tO ey of 系统或设备用能过程的有效性和合理性作出评价分材i。对生产系统进行热力学分析是能源应用科学的蒙要组成部分,是组织和改进用能实践必不可少的基本手段。在稠油开采注汽系统生产过程中,各环节均存在不同程度的能量损失。因此,开展稠油热采注汽系统热力学分析,对注汽系统及各部分的用能状况作出分析评价,找出用能薄弱环节,为现场节能技改提供依据。1.1课题研究背景11.1我国石油供需现状20世纪90年代末爆发的亚洲金融危机引起了巨大的经济变化,进而导致石油需求增长。1993年中国成为石油净进口国,此后原油进口量逐年增大,由1996年的2622万吨增加到2002年的6941万吨,2003年中国原油净进口量为8299万吨,2004年我国原油进口量突破1.2亿吨。国际能源机构(其《石油市场报告》中称,“目前中国已经成为世界石油需求增长的引擎,并且中国的工业和交通领域还存在巨大的增长空间”。随着各个石油下游行业的飞速发展,尤其是汽车业等高能耗工业的发展,交通运输业对原油消费需求自然也会增加。最近由国务院发展研究中心所做的一份研究报告表明【国未来20年能源领域将面临一系列挑战。到2020年中国将实现经济翻两番,届时人均一时期是实现工业化的关键时期,也是经济结构、城市化水平、居民消费结构发生明显变化的阶段。反映到能源领域,中国面对的情况要比发达国家在同一历史时期经历的情况复杂得多。随着人均收入水平的提高,石油消费量显著增加。中国原油需求持续膨胀,中石油研究报告预测,2010年、2015年和2020年中国原油需求分别为3.10亿吨、3.5亿吨和4.0亿吨。与持续膨胀的石油需求相比,中国的原油自给能力几乎达至前中国剩余可采储量为23.8亿吨,储采比仅为14.8,已开发油区的储采比只有10.9。在这样的储采比配置下,中国原油稳产已处于临界状态,目前年产油在1.8亿吨,到2020年至多也就能达到2.0亿吨。在一份报告中曾披露:中国既是发展中的石油消费大国,同时又是人均占有油气资源相对比较贫乏的国家,人均石油资源量和入均产油量仅为世界平均水平的~成八和二成一。近几年来,新增石油储量基本处于入不敷出的状态。到2010年,国内石油产量将不足需求量的一半,当国内石油需求一半以上需要进口的时候,将对国民经济发展和经济安全产生重大影响。从以上的分析可看出,我国石油消费需求的增长速度明显高于原油产量增长速度,供需矛盾日益显著。有关近几年石油消费量和生产量的比较,见图1.1。通过对图中的数据分析比较,我们可以看到2000国的石油年消费量上升了92%,而石油产量只上升了石油供应_宣处予供不应求状态。解决这一矛盾的主要办法是大量进口石油。从1993年起,我国由石油净出口国转变为净进口国,此后原油进口量逐年增大。1996石油消费年均增长率为产量年均增长率的7倍,分别为6.5%和O.9‰石油净遴日年均增长率离达42.4%。2001年进口石油滔163.2万吨,出口石油1674.1万吨,净进口石油6489.1万吨。2002年进口霸油8974.4万吨(含石油和成品油),出121石油1798.2万吨,净进口石油7185.2万,第一章绪论比2001年净进口量增长10.7%"J。2002年进口石油花费外汇165.6亿美元7.6亿美元,成品油进口为38亿美元1。2003年,中国石油原油(原油加成品油)净进口量大幅增长35.6%,达到创记录的9759万吨。原油和成品油的净进口量分别达到8299万吨和1459万吨。石油净进口总额达到203亿美元,比上年增长了57%14 J。2004年,原油进口量突破1.2亿吨,增幅达34.8%:成品油进口量首次超过3700万吨,增幅达34.1%;原油和成品油净进口量达到创记录的1 437亿吨,石油净进口量总量高达1.515亿吨,同比增长43%,石油进口依存度已经接近50%。中国石油进口总额高达431.5亿美元,同比增长11 2.56%[51。图1—1 in in 为我国进口的石油有~半左右来自中东,而美国通过控般或参股的方式对这些地区加以控制,有时甚至不惜动用武力以达到控制中国油气供应的中亚源头的目的。此外,我国进口右油的海上运输同样受制于人,中石油、中石化等石油公司的油运业务大部分是由外嗣航运公司所承运,因此一旦遇到不可抗拒的风险,我国石油能源的供给将会变得非常被动。1.1.2石油安全所谓石油安全【6J,就是保障数量和价格上能满足经济社会持续发展需要的石油供应。石油不安全主要体现在石油供应暂时突然中断或短缺、价格暴涨。对一个国家经济的损害,其损害程度主要取决于经济对石油的依赖程度、油价波动的幅度以及应变能力。应变能力包括战略储备、备用产能、替代能源、预警机制等。2003年我国共进口原油9112.63万吨,同比增长31.29'/.,数量超过日本成为世界第二大石油进口国,2004年我国石油进口量超过反跌了我国原油的对外依存度仍以一个褶当侠豹遮度在上升,而进口这么大量的原油,价格却完全控制在其他国家的手中,这构成了我国缀济发展的一个很大的风险。因此.要使经济持续、健康发展,石油安垒姆题就显褥异常突出。从国内外豹有关部门预测数据来看川,未来我国盼石油供需缺口及进口依存度还将继续扩大。中国能源研究所、国琢能源机构(美国能源部欧佩克(测表明,到2010年和2020年中国的石油产量将会分掰位予1.5乒1.87亿吨和1.35~2.2亿吨区间;而同时中国石油需求量将会分别达到3.3s~3.6亿吨相4.30亿吨区间,供求缺口在不断扩大。仅以石油消费量低方案计算即(4.5亿吨),2010年、2020年分别需要进口石油2人庆石油学院硕士研究生学位论文1.4亿吨和2.5亿吨,届时的石油对外依存度将达到44%313 56%尽管以上各方的预测结果有一定差异,但中国石油将越来越多地依靠进口确是各方一致的看法。石油是具有高度垄断性和投机性的战略物资,国际市场产量及价格起伏不定,对进口依赖性较大的国家来说,已成为影响其国内经济社会发展的不安定因素。中国石油供应的一大半将依赖国际资源,如此高的依存程度,使中国的石油安全问题变得十分突出:对外石油依赖程度不断加深,使中国的国内石油市场与国际石油市场的联系必将国际石油市场的变化,特别是国际油价的波动,可能会对中国石油安全产生重大、甚至是深远的影响。据美国经济专家估计,油价每提高1美元,全球消费名一年就要损失120亿美元;油价上涨1美元并维持~年的话,世界经济的年增长率就会减少0.5个百分点,而发展中国家经济的年增长率则会减少0.75个百分点。因此如何保障我国的“能源安全”,已成为能源供给关注的主要问题之~。我国“能源安全”已引起高度的重视【8。1”。随着科学技术的进步和社会工业化程度的不断提高,能源消耗和优质能源的开发增长迅速,而一些新能源和可再生能源发展落后于经济的发展,能源的保障程度引起了人们的关注。对我国来说,煤炭储量丰富,在一定时期内能够满足社会发展需要。但石油供给缺口较大,已对社会经济发展产生了一定的负面影响。因此,从某种意义来说,我国“能源安全”主要是“石油安全”问题。1.1.3我国石油保障战略要解决好石油供不应求的问题,国内一些专家提出了“充分利用国内和国际两种资源,立足国内,走向国际,增加储量,增加产量,建立石油战略储备”的多元化石油生产及供应战略。我国作为一个发展中的大国,要实现国民经济的可持续发展,在石油供应方面必须采取确保安全的战略。这就需要首先做到在国内加强西部和海域丰富的石油资源勘探开发,继续坚持陆上石油工业“稳住东部,发展西部”和海上石油工业“扩大自营,稳步提高”的方针。其次是扩大开放,采取多种途径利用国际石油资源和市场,实行多元化石油贸易战略。石油进1:3要以经济效益为前提,既可从国际市场购买石油,也可“走出去”到产油国投资开采石油。要解决我国石油供应短缺问题,确保我国石油安全供应的另一途径是采取石油进口替代战略。这个战略包括合理开发和优质利用国产煤炭,发展核能,加大水能、风能、太阳能和煤层气等可再生能源和清洁能源的开发,尽可能地增加我国石油和天然气产量,并将节约石油列为我国能源节约的重点领域。目前世界上常规原油的可采储量预计为1272×105油、特稠油及沥青的可采储量约1510×108过了常规原油。有理由预测,随着常规原油产量的递减,21世纪会以稠油开采为重点,弥补石油能源的不足,有人称“我们正进入一个新的石油时代.一重质原油时代”。我国稠油资源量为198.7亿吨,占石油总资源量940.4亿吨的21.12%【l 2J;稠油产量2002年为1300万吨,占当年总产量(1.689亿吨)的7.70%。要使稠油产量达到总产量的20%,应年产稠油3378万吨,实际仅为该产量的38.48%,与此相距甚远。因此提高石油产量,应考虑努力增加稠油产量。1.2常规稠油油藏的特征【13】1.2.1稠油物性特征按我国现行标准,把原油比重>0.934、粘度在称重油)。3第一章绪论按照稠油粘度高低及比重将稠油划分为三种类型。分述如下:普通稠油:脱气油粘度为100s、比重在0.9200(22。上,这类稠油除进行常规注水开发外,主要还是采用热力法开采,目前注汽技术己在这类油藏取得最好的效果。特稠油:粘度在(1~5)×s、比重大于O.9500,采用单井吞吐蒸汽热采,国内外均已获得成功。超稠油(粘度在5重在O.9800(13。上,这种稠油在油层中实际上是不流动的,对这类稠油的开采技术难度很大,注蒸汽开发经济效益很差。概括而言,稠油油藏具有埋藏浅、粘度大、胶结疏松、样品易散;即“浅、稠、松、散”等特点。对稠油本身来浇它与常规稀油不嗣主要特点如下:(1)稠油中的轻质馏分很少,多小于10%,一般仅5%左右,但胶质与沥青含量高。而且,随着胶质与沥青含量增高,稠油的相对密度及粘度也增加。因此,高粘度和高相对密度是稠油最主要的特征,这也是区别于普通轻质原油的主要指标。(2)稠油的粘度对温度非常敏感,总的援律是随温度升高粘一温曲线呈下滑抛物线急剧降低。(3)稠油中的硫、氧、氮等杂原子含量较多。(4)稠油中含有较多的稀有金属,尤其值得注意的是镍(钒(v)。(5)稠油中的石蜡含量一般较低,通常在5%左右,但也有极少数油田是“双高”原油,即沥青胶质含量高、石蜡含量高,表征为高粘度高凝固点原油。(6)同一稠油油藏,原油性质在垂向油层的不同井段及平面上各井之问常常有很大的差别。在同一油田或油区,原油性质差别更夫。1.2.2地质特征常规稠油油田一般属河流相沉积,其沉积募相细分为:主水道微相、砂坝微相、天然堤微相、河漫滩微相、分支水道微相油层埋藏浅,一般都小于2600m,其中绝大部分埋深为1000~1500m,地层压力及温度低、气油比低、饱和压力低、魄饱压差低。知人港羊三木油田地饱压差只有O,58m 层物性好,胶结疏松,非均质严重,非均质系数~般在0.7以上,胜利的孤岛油田高达1.55~2.57,平均孔隙度~般大于30%,空气~般大于渗透率1 u 结物以泥质为主。泥质含量较高,多数超过砂严重.1.3稠油在原油产量的地位和开采现状1.3.1稠油资源分布世界稠油分布范围很广,蕴藏也很丰富,开采规模在逐年扩大,稠油开采在石油工业中已占有重要的位置世界上稠油(含特稠油)资源丰富的国家和地区有加拿大、委内瑞拉、美国、前苏联等,其稠油她质及沥青砂资源量约(4000~6∞田x 10W(禽预测资源量)。加拿大稠油油砂最为丰富,阿尔伯塔盆地是主要的分布区,有辫萨巴斯卡等8大稠油大油田,地质储量(2680×。委内瑞拉4个已知稠油聚集(区)带,地质储量(490~930)×预测稠油资源共约3900×lO*美国稠油和特稠油油田地质储量约(90。160)×108苏联约有300个特稠油油田,稠渣麓量约1200X 大庆年国稠油油藏不具备像加拿大阿尔伯塔盆地和委内瑞拉马图林笳地那样的形成巨型稠油、沥青带的地质条件,但中国大部分含油气衙地稠油多与常规原油有共存和有规律过渡分布的特征。稠油资源丰富,占总原油资源的21.12%。目前我国已在12个平原或衙地发现了70多个稠油油田,其资源量约占石油总资源量的20%(石油资源总量约为940.4亿吨1。发现的稠油油藏一般具有陆相沉积的特点,油层非均质严重,地质构造断层多,已探明稠油储量80%埋深大于800m,其中又有一半埋深在1 300~1700.3.2稠油的开采及产量世界石油需求量不断增加。发现大的、易于开采的稀油油田的可能性越来越少,因此稠油丌采所占比重越来越大。通常把利用油层能量开采石油称为一次采油;向油层注入水、气,给油层补充能量丌采石油称为二次采油;而用化学物质来改善油、气、水及岩石相互之间的性能,开采出更多的石油,称为三次采油,又称提高采收率(法。提高石油采收率的方法很多,主要有以下一些:注表面活性剂;注聚合物稠化水;注碱水驱;注碱加聚合物驱;注惰性气体驱;注烃类混相驱;热采,包括火烧油层、注蒸汽驱等,是指向地下油层内注入热流体或部分油层燃烧产生热量以加热其他油层的开采方式。根据美国《油气杂志》1996年调查统计,全世界三次采油生产能力为1.28×108m3/a,其中O.7世界各主要产油国的提高采收率(量中,美国所占比例最大,一般占40%左右。在这些增加的产量中,热采方法占60%以上。虽然近年来,气驱所占比重有所上升,但对稠油来说热采产量基本稳定,仍将是提高采收率的主要方法之一。从世界范围来看,稠油开采主要以注蒸汽开采(包括蒸汽吞吐和蒸汽驱)为主。我国稠油开采近年来在新储量不断投入,开采技术不断进步,开发水平不断提高的基础上,产量增长较快。从1982年工业化生产起步,每年平均增长100×104吨,1990年产量达到733,4×】04吨,】993年产量达到】000×】04吨,】995年产量达到¨00,4×】04吨,2002年达到1300万吨。随着石油开采进入晚期和石油价格的居高不下,全世界稠油丌采量在不断增加,均是采用热采的办法开采。这期间相继投产了辽河高升、曙光,克拉玛依九区,胜利单家寺,河南乐安等大型稠油生产区。此后,辽河油田先后成功开发了欢喜岭齐40、锦45、曙一区212、小洼、冷家等几个大型复杂稠油油田,成为我国稠油生产的主要基地。我国稠油开采主要以热采为主,在这些热采稠油中,蒸汽吞吐所占份额超过95%,即我国的稠油开采仍以蒸汽吞吐为主。1.4稠油热采开发历程、研究成果1.4.1国外稠油热采开发历程概述世界上最早采用注蒸汽采油的是1931~1932年在美国得克萨斯州伍德森(近的威尔森、斯旺(行的。当时两个油矿油层厚18英尺,井深380英尺,注蒸汽235天【嘲。此后,在姚巴·捌/(17】油田也进行了中间试验。第一批大规模采用注蒸汽驱油的是在二十世纪豹50年代和60年代,荷兰的朔恩比克(内瑞拉的明格兰德(期中间蒸汽驱试验,可以说是最早的蒸汽吞吐试验【20】。1959年委内瑞拉壳牌石油公司暂停在明格兰德油矿(含沥青砂)的蒸汽驱中间试验。原因是当蒸汽注入550英尺深的油层时,上覆岩层压力过大,在注汽井周围发生水和油蒸汽的喷出,因此决定停止试验。当隔5第一章绪论了一段时间后,油井开始了产液(油和水的混合物)。这是最初的循环注蒸汽(蒸汽吞吐、蒸汽浸泡)热采试验。二十世纪60年代末至70年代初,国外普遍采用向油层注2井2~3天,让热量“渗入”油层,然后开井生产,即蒸汽吞吐开采进入工业化应用阶段。与此同时,蒸汽驱也得到了一些应用,但象蒸汽吞吐开采那样规模较大的却较少。马瑟纳(1980年以前的蒸汽驱项目作了一个全面调查12“,当时最大的工业性蒸汽驱是格蒂(石油公司在美国加洲克恩河(一个项目,1979年同产原油5.265万桶。目前,一些稠油开采较晚的国家,如中国仍以蒸汽吞吐开采为主。美国等一些稠浦开采较早的国家已由蒸汽吞吐转向了蒸汽驱,1992年美国提高采收率的60%来自于蒸汽驱。1,4.2我国稠油热采开发历程[22。251概述1958年,在我国新疆维吾尔自治区准噶尔地区发现了乌尔禾——夏子街浅稠油带,打井48口,发现两个浅层稠油带,分布几十平方公里。同时在克拉玛依黑油山可以看到浅层稠油露头油砂。1965年开始,在黑油山浅油层进行了几口油井的蒸汽吞吐试验。接着1967~1971年,在黑油山8024井组进行了蒸汽驱试验。该地油层深度99油粘度10000。汽驱1年5个月,原油采收率高达68%,累计油汽比0.115吨/Ⅱ屯。以后又在其他浅层油井进行蒸汽吞吐开采试验。到1980年底,共进行47井次吞吐作业,拉丌了我国稠油热采的序幕。1978年,辽河油田发现了高升稠油油田,随后又在胜利油田、河南油田等发现了深层稠油油田。到1982年,已陆续发现了20多个稠油油藏。这些稠油油藏多数埋藏深度超过800m,甚至达到1700m,粘度达到数千至数万;但油层较厚,油层物性好,储量丰富。油田引进了美国、日本等园的一些热采设备,借鉴国外已有的技术和经验,开始了独具我国特色的稠油开发历程。综含来看,从1980年开始,我国稠油开采大致经历了三个阶段,即:第一阶段,1980蒸汽吞吐开采技术研究为重点;第二阶段,1985~1990年,以蒸汽吞吐开采技术推广应用与蒸汽驱先导(中间)试验为重点;第三阶段,1990年以后,以改善蒸汽吞吐及蒸汽驱效果为研究为重点,包括采用一些新技术、新工艺等。在第一及第二阶段,稠油蒸汽吞吐开采技术及稠油蒸汽驱先导试验分别作为“六五”及“七五”国家科技攻关项目,由中国石油天然气总公司统一组织、协调,辽河、新疆、胜利、河南等油田及中国石油天然气总公司勘探开发研究院、石油大学、大庆石油学院等科研院所,进行了卓有成效的开创性研究并完成了现场热采的工艺配套,取得了重大科技成果。1982年,我国首次在辽河高升油田的7 600得成功,当年热采产量1.2×104吨,成为我国稠油热采技术发展的新起点。1985年,全国(辽河、新疆克拉玛依、胜利等油田)共进行蒸汽吞吐作业229井次,热采产量75 X 104吨,年油汽比高达1.36吨,吨。1986年,全国进行蒸汽吞吐作业425井次,热采产量150×104吨,年油汽比离达1.67吨/吨。1990年,全国(辽河、新疆克拉玛依、胜利、河南等油田)共进行蒸汽吞吐作业4358井次,热采产量733.4×104吨。1993年,全国共进行蒸汽吞吐作业9229井次,热采产量1066×104吨(其中蒸汽吞吐产量1017×104吨,蒸汽产量49.2×104吨、。2002年我胃稠油产量在1300×104吨左右,其中85%以上为热采产量,年均油汽比在0.4吨/吨左右.近几年,中国每年稠油的产量在不断增加,均是采用热采的办法开采。6大庆_.3研究成果1 4油藏描述技术研究国内外注蒸汽开采的研究及实践表明,影响注蒸汽开发效果的主要地质参数是油臧深度、储层性质及流体性质等。因此,稠油油藏描述的主要内容应侧重于油藏类型描述、储层描述、流体性质描述以及渗流物理特征描述等。国外在二十世纪60~70年代就己对此进行了系统研究【2…,建立了油层描述模型,编制了通用的油藏模拟软件。我国的油臧描述研究基本是引用国外技术瞄“,结合中国稠油特点进行了~些改进和完善。目前“油藏分类”、“稠油油藏描述技术要求”、“稠油油藏流体物性分析方法.原油松弛效应测试”、“稠油油减流体物性分析方法一原油渗流流变特性测试”、“稠油油藏流体物性分析方法.原油粘度测试”、“稠油油藏驱油效率的测定”、“稠油油藏高温相对渗透率测定”、“稠油油减注蒸汽开发动态监测录取资料的内容及要求”、“油藏流体性质和分类描述方法”等己作为石油天然气行业标准发布实施【2*w。这些标准的颁布实施,为正确开展油藏描述工作奠定了基础。1.4.3.2热采物理模拟及数值模拟研究热采物理模型的含义是,用实验室内建造的油层模型来研究热采过程中油层内的物理现象[37J。将被模拟的油藏系统,根据其物理现象,用一些适当的数学方程式或方程组来描写,即数学模型。一般来说构成油层的数学方程组是非常复杂的,用解析法求解比较困难。实际求解时,需作一些假设,以便把这些方程组变成适用于数字计算机求解的形式,这样的一组方程组构成了数值模型。为求解这些数值模型方程组需要编制程序,用计算机来求解,这就是解决油藏开发问题研究的数值模拟。一般来说,数学模拟比物理模拟更容易进行方案对比。但因油藏地质情况复杂,求解时做过一些近似处理,数学模拟可能不够全面,甚至会出现偏差,因此数学模拟必须和物理模拟进行对比和标定,同时反过来再重新进行数学模拟,直至二者吻合。数学模拟和物理模拟最后又必须和实际小规模的先导(中间)开发试验开发结果对照,来检验其可靠度,以便对数学模拟和物理模拟进行修正,为实际开发设计提供依据。因此,物理模拟、数值模拟和先导(中间)开发试验是进行热采工程设计、开发的先期研究工作。在物理模拟方面,中国石油天然气总公司勘探开发研究院在二十世纪八十年代就建起了注蒸汽采油的物理模拟装置,随后不久在新疆克拉玛依建立了另外一套模拟装置。此外,各油田研究院也建立了一些相关的模拟装置,以便进行相关的研究。在蒸汽驱油物理模拟及实验研究方面,已有相关标准【3钔。在数模研究及应用方面,我国除引进美国、加拿大的一些热采模拟软件,自己也研制了一些软件,主要有:(1)美国科学软件公司的拿大计算机模拟软件公司的3)中国石油天然气总公司勘探开发研究院研制的4)清华大学核能研究院研制的软件。这些模型的数学公式基本相似,不同之处在予其解法和模拟功能有所差别。这些模型均为三维多组分、多相(油.水.气)有限差分模型,具有模拟冷水驱、热水驱、蒸汽驱和蒸汽吞吐等功能。用这些“双模”技术,完成了我国稠油油田的熟采方案研究。实际应用表明,“双模”技术对稠油的开发起到了重要作用。7第一章绪论1.5本文研究的主要内容及意义能源、环境和可持续发展是2者之中可持续发展是中心,能源和环境是保障和基础。可持续发展[39】,包括了两个概念:“可持续”和“发展”,发展应建立在可持续的基础上。然而由于经济和人口的迅速增长,能源消耗急剧增加,导致能源短缺,影响了社会的可持续发展。因此,可持续发展,首先应该是能源生产的可持续性发展。从而,合理用能及高效节能成为当今科学研究中的重要课题,我国把“高效节能的关键问题”,作为“973”课题。虽然,石油系统在“七五”、“八五”及“九五”均将节能降耗作为重点研究课题,并取得了一些成果,但总的来说,原油生产能耗增加,严重制约了石油企业的快速发展,也影响了企业的经济效益。丌展稠油热采注汽系统热力学分析,对增加注入井底的蒸汽干度,提高采收率和油汽比,具有重要意义。这一研究思路也与中国石油天然气总公司“十五”及2015年科技工作目标相吻合。本论文对稠油注汽系统进行热力学分析,为现场节能技该改提供依据。本文主要研究的内容为:第一章绪论第二章蒸汽吞吐开采过程及影响因素研究第三章注汽系统用能评价分析第四章提高注汽锅炉运行热效率及输汽管道结构优化8大庆』{=】油学院硕十研究生学位论文第二章 蒸汽吞吐开采过程及影响因素研究目前,我国主要稠油热采方法是蒸汽吞吐方法。该方法的主要优点是一次性投资较少,工艺技术较简单,增产快,经济效益好,对于普通稠油及特稠油油藏几乎没有技术及经济上的风险性。稠油蒸汽吞吐丌采方法,也称为周期性注汽或循环注蒸汽丌采方法,是指通过注汽系统向地下油层内注入蒸汽(注汽阶段),以加热油层;当注入的蒸汽量达到设计要求时,关井一段时阃(娴井阶段);然后丌井生产(采油阶段)。当油井产量下降到某一数值时,再重新进行注汽一焖井~采油循环。本章将对蒸汽吞吐开采机理作一介绍,同时结合近年来的一些研究成果对影响蒸汽吞吐开采效果的一些因素进行分析探讨。2.1蒸汽吞口土开采过程蒸汽吞吐开采过程包括三个阶段:注汽阶段、焖井阶段和采油阶段。吞吐过程如图2—1所示。蒸汽注入; 』地层 !卜 ≯夕黼散热0j | i 够t /逶睇黟≮图2油蒸汽吞吐开采过程示意图—1 蒸汽吞吐开采增产机理蒸汽吞吐过程是一个十分复杂的传热和传质过程。注汽过程刚开始时,因原始地层与注入蒸汽温度相差较大,注入蒸汽凝结成水,并释放出热量加热油层。当井底温度达到注入蒸汽温度时,开始形成蒸汽带,继续注入蒸汽时,蒸汽带向前扩展。因此,在注入一定时间后,以注入井筒为中心的油层中,有四种不同状态,即蒸汽带、热水带、冷水带和原始带(未受注入蒸汽影响的原始油层)。如图2.2所示。稠油油藏通过蒸汽吞吐开采,增产效果明显,其主要机理如下:(1)降低原油粘度向油层中注入高温高压蒸汽后,近井地带地层温度升高,将地层及原油加热。当温度升高时,原油粘度大幅度降低。加热带波及的地带原油粘度由几千甚至几万降低到几个,原油流动性增强。(2)油层解堵作用油层在钻井完井、井下作业及采油过程中,各种入并液及沥青胶质容易堵塞油层,造9第二章蒸汽吞吐开采过程及影响因素研究7}入燕汽~热水带 3一冷水带 4~原始带图2—2 蒸汽吞吐过程温度分布图—2 温高压蒸汽对油层的冲制作用可解除井筒附近油层的各种污染,第一周期解堵作用最为明显。(3)形成溶气驱原来油层中的少量游离气溶于热原油中,同时原油中的轻质成分汽化,形成所谓的溶气驱。(4)热膨胀作用地层在加热后,一方面原来的弹性能量释放出来,成为驱油能量;另一方面产生热膨胀,将原油从油层空隙中挤出。(5)降低界面张力高温蒸汽将使油水界面张力降低,从而改善了液阻和气阻效应。使原油流动性增强。(6)对于特殊油层,蒸汽吞吐还可具有一些其它作用。如在非均质油层中,在高温下,油层对水与油的相对渗透率起了变化,油相渗透率增加,水相渗透率降低,使油相流动性增强。总体上来说,蒸汽吞吐开采稠油,是在注入~定量的蒸汽后,油层被加热,产生了~系列的强化采油机理,最主要的还是原油加热降粘作用。2.3注入蒸汽参数对蒸汽吞吐开采效果影响注入井底的蒸汽参数,对吞吐效果有很大影响。本节对此作一简单讨论。2.3.1蒸汽干鏖影响我国稠油油藏一般在800~1600m,而美国、加拿大等国稠油油藏一般均少于1000m。因此,与国外同类油井相比,在蒸汽注入过程中,我国油井井筒热损较大,井底蒸汽干度较低。注蒸汽开采的效果如何,在很大程度上取决于注入到井底的蒸汽干度。研究结果表明,在相同的蒸汽注入盘情况下,蒸汽的干度越大,采收率越高,油汽比越大。图2.3和图2汽干度影响热采效果,体现在两个方丽:(1)在相同的注入量下,蒸汽干度越商,传入到油层的热量越多,加热范围也越大;(2)在相同压力和相同的注入量下,蒸汽千度越高,蒸汽比容越大,蒸汽带、热水带范围扩大。10大庆石油学院硕十研究生学位论文图2 2注汽量影响O 460 440 420 40 380 3620 40 60 80仆底蒸汽干度,%图2
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