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稠油出砂冷采技术及其在蒸汽吞吐井中的应用

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稠油出砂冷采 技术 及其 蒸汽 吞吐 中的 应用
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    文 章 编 号 : 1000 - 2634 (2002) 03 - 0043 - 03稠 油 出 砂 冷 采 技 术 及 其 在 蒸 汽 吞 吐 井 中 的 应 用 ,陈 晓 喜 ,杨 建 辉 ,刘 新 福 ,王 红 涛 ,赵 淑 范(中 国 石 化 河 南 油 田 分 公 司 ,河 南 南 阳 473132)摘 要 : 稠 油 出 砂 冷 采 技 术 是 油 层 大 量 出 砂 形 成 蚯 蚓 洞 和 稳 定 泡 沫 油 而 形 成 ,该 技 术 的 使 用 可 获 得 较 高 的 原 油 产 量 。河 南 油 田 通 过 攻 关 ,在 稠 油 出 砂 冷 采 领 域 取 得 良 好 的 应 用 效 果 ,形 成 了 普 通 稠 油 出 砂 冷 采 开 采 技 术 ,成 功 地 将 特 薄 互层 和 中 深 层 普 通 稠 油 难 采 储 量 投 入 开 发 。 第 一 口 出 砂 冷 采 先 导 试 验 井 日 产 油 量 是 常 规 试 油 产 量 的 8 倍 以 上 、 是 蒸 汽吞 吐 产 量 的 4 倍 以 上 ,开 采 成 本 比 蒸 汽 吞 吐 降 低 47 %。 同 时 ,还 成 功 地 将 出 砂 冷 采 技 术 应 用 于 普 通 稠 油 低 周 期 蒸 汽吞 吐 井 中 ,日 产 油 提 高 1~ 3 倍 ,进 一 步 拓 宽 了 该 技 术 应 用 领 域 。关 键 词 : 稠 油 开 采 ; 出 砂 ; 蒸 汽 吞 吐中 图 分 类 号 :                 文 献 标 识 码 : 言稠 油 出 砂 冷 采 技 术 是 20 世 纪 80 年 代 末 、 90 年代 初 国 外 发 展 起 来 的 一 项 稠 油 开 采 新 技 术 ,属 一 次采 油 范 畴 ,不 需 要 向 油 层 中 注 入 蒸 汽 ,通 过 以 砂 带 油方 式 开 采 稠 油 ,具 有 日 产 油 量 高 、 开 采 成 本 低 的 特点 ,适 应 于 地 层 原 油 中 含 有 溶 解 气 的 疏 松 砂 岩 稠 油油 藏 ,是 降 低 稠 油 开 采 成 本 、 提 高 稠 油 资 源 利 用 率 的重 要 开 采 技 术 \[1 \]。 目 前 ,该 技 术 已 在 加 拿 大 得 到 大规 模 推 广 应 用 ,单 井 日 产 油 一 般 在 3~ 50 t 之 间 ,大大 高 于 常 规 降 压 开 采 和 注 蒸 汽 开 采 产 量 ,采 收 率 一般 可 达 8 %~ 15 % ,最 高 达 20 %\[2 \],与 蒸 汽 吞 吐 相当 ;开 采 成 本 仅 4~ 6 加 元 / 桶 ,大 大 低 于 蒸 汽 吞 吐 等原 有 开 采 方 式 。河 南 油 田 稠 油 油 藏 具 有 浅 、 薄 、 稠 、 散 的 特 点 ,资源 品 位 低 ,基 本 达 不 到 国 内 外 通 用 的 稠 油 注 蒸 汽 开采 筛 选 标 准 。 河 南 油 田 经 过 “ 七 五 ” 以 来 的 科 技 攻关 ,取 得 了 这 类 低 品 位 稠 油 资 源 注 蒸 汽 开 采 的 成 功 ,形 成 了 相 应 的 注 蒸 汽 开 采 筛 选 标 准 和 配 套 开 采 技术 ,大 大 拓 展 了 稠 油 注 蒸 汽 开 采 领 域 ,使 河 南 油 田 稠油 资 源 利 用 率 由 8. 3 %提 高 到 60. 8 %\[3 \]。 由 于 油 藏条 件 的 先 天 不 足 ,平 面 和 纵 向 上 油 层 分 布 过 于 零 散 ,导 致 注 蒸 汽 开 采 热 损 失 大 ,出 砂 严 重 ,开 采 成 本 较高 ,严 重 制 约 着 经 济 效 益 和 资 源 利 用 率 的 进 一 步 提高 ,仍 有 近 40 %的 稠 油 资 源 无 法 投 入 开 发 。为 进 一 步 提 高 低 品 位 稠 油 资 源 利 用 率 ,降 低 稠油 开 采 成 本 ,确 保 稠 油 持 续 稳 定 生 产 ,在 广 泛 调 研 的基 础 上 ,河 南 油 田 从 1996 年 开 始 着 手 “ 稠 油 出 砂 冷采 可 行 性 研 究 及 现 场 试 验 ” 课 题 攻 关 ,取 得 了 卓 有 成效 的 攻 关 研 究 成 果 和 可 喜 的 矿 场 试 验 效 果 ,可 望 为国 内 数 亿 吨 稠 油 难 采 储 量 的 开 发 提 供 有 益 的 技 术 借鉴 。1   稠 油 出 砂 冷 采 技 术 策 略稠 油 出 砂 冷 采 可 以 产 生 非 常 高 的 速 度 和 生 产 动态 ,这 不 易 用 传 统 的 油 藏 理 论 来 解 释 。 因 此 ,为 了 了解 矿 场 观 测 到 的 采 油 速 度 和 采 收 率 ,冷 采 油 藏 机 理是 研 究 部 门 广 泛 关 注 的 课 题 。 虽 然 对 实 际 过 程 的 了解 仍 然 不 充 分 ,但 工 业 和 研 究 部 门 出 砂 冷 采 可 提 高生 产 能 力 。 现 场 实 践 表 明 ,利 用 出 砂 冷 采 技 术 开 采地 下 稠 油 要 做 好 以 下 工 作 。1. 1   完 井 与 引 流出 砂 冷 采 的 目 的 是 :在 保 持 经 济 产 油 量 的 情 况下 ,保 持 出 砂 稳 定 。 由 于 油 井 刚 开 始 启 动 时 ,产 液 量较 低 ,而 出 砂 又 较 多 ,经 常 出 现 卡 泵 事 故 。 矿 场 实 践中 大 约 有 10 %~ 20 %的 油 井 因 泵 干 磨 或 泵 被 砂 埋在 开 始 时 失 败 ,所 以 ,采 取 必 要 的 完 井 与 引 流 措 施 是第 24 卷   第 3 期                   西 南 石 油 学 院 学 报                   24   32002 年   6 月                               J 2002  X 收 稿 日 期 : 2001 - 11 - 06基 金 项 目 : 中 石 化 集 团 公 司 “ 九 五 ” 科 技 攻 关 项 目 “ 薄 层 稠 油 、 特 — 超 稠 油 开 采 新 技 术 ” ( 。作 者 简 介 : 王 晗 (1966 - ) ,男 (汉 族 ) ,河 南 南 阳 人 ,工 程 师 ,学 士 ,从 事 稠 油 油 田 开 发 研 究 。必 要 的 。最 好 采 用 大 尺 寸 、 高 孔 密 和 全 方 位 的 射 孔 枪 ,使产 生 的 射 孔 孔 眼 遇 到 大 砂 粒 不 会 堵 塞 ,或 形 成 稳 定的 砂 拱 ,从 而 起 过 滤 作 用 \[2 \]。 推 荐 采 用 高 射 孔 密 度(26 弹 / 米 ) 、 大 口 径 子 弹 (32g 弹 ,目 标 直 径 25 ,射 孔 后 必 须 立 即 清 洗 射 孔 碎 屑 并 诱 导 油 流 入 井 ;通常 配 备 旋 转 驱 动 的 渐 进 式 空 腔 泵 系 统 (螺 杆 泵 ) 。 底部 入 口 位 于 炮 眼 下 约 1 m 处 ;油 井 启 泵 时 ,通 常 低 速运 行 ,产 出 流 体 和 砂 稳 定 后 ,缓 慢 提 高 泵 速 并 达 到 最佳 产 量 。1. 2   井 筒 降 粘稠 油 从 井 底 向 地 面 流 动 过 程 中 ,随 着 温 度 降 低 ,粘 度 大 幅 度 上 升 ,特 别 对 特 、 超 稠 油 来 说 ,由 于 原 油粘 度 太 高 不 利 于 油 井 生 产 能 力 的 充 分 发 挥 。 因 此 ,应 进 行 井 筒 降 粘 工 艺 。1. 3   泡 沫 驱 油 和 控 砂 采 油室 内 实 验 发 现 ,诱 发 泡 沫 溶 解 气 驱 所 需 的 衰 竭速 度 比 现 场 的 衰 竭 速 度 高 得 多 。 应 用 古 城 油 田 泌125 区 油 、 砂 样 所 作 的 室 内 物 模 实 验 结 果 表 明 \[3 \]:在无 溶 解 气 实 验 条 件 下 ,平 均 产 油 速 度 为 0. 2 g/ s ,最终 采 收 率 为 4. 2 % ,产 出 液 峰 值 含 砂 量 为 28. 5 %(体积 比 ) ;在 溶 解 气 含 量 为 10. 8 t 的 实 验 条 件 下 ,产出 油 呈 泡 沫 油 状 ,平 均 产 油 速 度 为 1. 3 g/ s ,采 收 率达 24. 5 % ,峰 值 含 砂 量 达 56. 6 % ,平 均 产 油 速 度 和采 收 率 分 别 比 无 溶 解 气 情 况 下 提 高 6 倍 和 5 倍 (表1) 。 泡 沫 驱 油 开 采 机 理 也 在 河 南 油 田 矿 场 试 验 过 程中 得 到 充 分 体 现 。表 1   古 城 泌 125 区 油 砂 样 室 内 实 验 结 果实 验 号 实 验 1 实 验 2含 气 量 / (t) 0 10. 8原 油 粘 度 / (s) 45000 23000平 均 产 油 速 度 / (g/ 0. 2 1. 3峰 值 产 油 速 度 / (g/ 1. 7 216. 0平 均 体 积 含 砂 率 / % 21. 8 43. 1峰 值 体 积 含 砂 率 / % 28. 5 56. 6采 收 率 / % 4. 2 24. 5为 进 一 步 考 察 原 始 溶 解 气 油 比 对 冷 采 效 果 的 影响 程 度 ,还 对 溶 解 气 油 比 在 4. 5~ 10. 5 围内 的 注 采 情 况 进 行 了 数 值 模 拟 ,结 果 见 表 2。 由 所得 结 果 可 以 看 出 ,溶 解 气 油 比 对 冷 采 有 较 大 影 响 。溶 解 气 油 比 越 大 ,采 出 程 度 越 高 ,因 此 溶 解 气 油 比 是确 定 是 否 采 用 冷 采 方 式 的 关 键 因 素 之 一 。表 2   溶 解 气 油 比 对 冷 采 极 限 采 出 程 度 的 影 响原 始 气 油 比 / (10. 5 8. 5 6. 5 4. 5采 出 程 度 / % 25. 7 21. 7 14. 3 9. 94冷 采 的 基 础 是 自 然 出 砂 时 原 油 产 量 和 采 收 率 的提 高 ,多 数 稠 油 油 藏 属 于 浅 层 、 非 胶 结 砂 岩 地 层 ,疏松 砂 粒 可 能 随 稠 油 流 动 。 生 产 数 据 表 明 ,当 非 胶 结油 藏 出 砂 时 ,稠 油 得 以 更 高 效 地 流 动 。 砂 子 的 产 出 ,提 高 了 流 体 流 动 的 油 藏 渗 透 率 ,改 善 了 油 井 的 生 产能 力 。 通 常 油 井 的 出 砂 量 约 为 500 井 。 初 期 砂比 可 高 达 40 % ,一 段 时 间 以 后 ,降 到 1 %~ 2 % (图1) 。图 1   一 次 冷 采 循 环 产 砂 量 与 产 油 量 的 关 系1. 4   废 物 处 理出 砂 冷 采 过 程 中 ,由 于 产 出 液 含 砂 量 高 ,因 此 ,产 出 液 必 须 在 井 口 进 行 脱 砂 处 理 后 才 能 进 入 集 (转 )油 站 。 一 般 采 用 多 级 大 罐 脱 砂 、 脱 水 处 理 技 术 和 洗砂 工 艺 ,除 砂 效 率 可 达 99 %以 上 ,净 化 砂 含 油 率 在0. 03 %~ 0. 26 %之 间 。 有 两 种 废 物 需 要 处 理 :一 是产 出 的 砂 ;二 是 油 、 粘 土 、 粉 细 矿 物 、 水 等 混 合 废 物 。通 常 既 经 济 又 满 足 环 保 要 求 的 处 理 废 物 的 方 法 有 :(1) 直 接 用 溶 剂 、 蒸 汽 、 燃 烧 的 方 法 清 洗 ;(2) 就 地 掩 埋 或 撒 在 当 地 石 子 路 上 ;(3) 生 物 降 解 ;(4) 注 入 合 适 的 深 部 地 层 。2   出 砂 冷 采 技 术 在 低 周 期 蒸 汽 吞 吐井 中 的 应 用稠 油 蒸 汽 吞 吐 井 能 否 转 入 出 砂 冷 采 ,何 时 转 入出 砂 冷 采 ,是 我 们 最 关 心 的 问 题 。 河 南 油 田 部 分 热44 西 南 石 油 学 院 学 报                                       2002 年采 开 发 单 元 蒸 汽 吞 吐 过 程 中 出 砂 十 分 严 重 ,相 当 部分 井 无 法 正 常 生 产 。 为 此 ,我 们 应 用 已 经 取 得 的 攻关 成 果 ,在 古 城 油 田 泌 125 区 和 井 楼 油 田 七 区 这 两个 出 砂 最 严 重 的 开 发 单 元 开 展 了 低 周 期 吞 吐 井 转 出砂 冷 采 现 场 试 验 。 试 验 总 井 数 为 10 口 ,均 取 得 了 良好 的 试 验 效 果 ,周 期 生 产 时 间 延 长 1~ 2 倍 ,日 产 油量 提 高 1~ 3 倍 。古 4911 井 位 于 古 城 油 田 泌 125 区 东 北 部 ,试 验目 的 层 为 下 第 三 系 核 三 段 Ⅳ 9 层 。 泌 125 区 Ⅳ 9 层为 一 断 层 遮 挡 的 呈 条 带 状 分 布 的 边 水 油 藏 ,油 带 宽度 仅 200~ 300 m。 古 4911 井 与 河 南 油 田 第 一 口 出砂 冷 采 试 验 井 古 4906 井 属 同 一 油 藏 ,且 构 造 部 位 相当 。 泌 125 区 Ⅳ 9 为 胶 结 疏 松 的 细 、 粉 砂 岩 ,细 砂 和粉 砂 含 量 分 别 为 67. 2 %和 23. 7 % ,粒 度 中 值 0. 122泥 质 含 量 2. 8 % ;油 层 埋 深 470~ 510 m ,油 层 温度 38 ℃ ,压 力 4. 5 油 层 温 度 下 脱 气 原 油 粘 度6 800 s。古 4911 井 油 层 深 度 486. 8~ 497. 6 m ,砂 层 厚 度13. 4 m ,有 效 厚 度 7. 4 m ,孔 隙 度 34. 2 % ,渗 透 率5. 586μ 该 井 于 1997 年 投 入 蒸 汽 吞 吐 开 采 ,1998 年 12 月 按 照 出 砂 冷 采 技 术 要 求 转 入 出 砂 冷采 。 该 井 转 出 砂 冷 采 前 共 吞 吐 三 个 周 期 ,累 积 注 汽1 867 t ,累 积 产 油 372 t ,平 均 日 产 油 只 有 2. 0 t ,蒸 汽吞 吐 过 程 中 回 压 高 达 0. 4~ 4. 0 经 常 出 现 光 杆下 不 去 、 管 线 砂 堵 等 故 障 ,作 业 频 繁 ,累 计 油 气 比0. 20 (表 3) 。表 3   出 砂 冷 采 试 验 效 果 与 蒸 汽 吞 吐 比 较开 采方 式 阶 段注 汽 量/ 时间 / 油/ 日产 油 / 含水 / %回 压/ 吞 吐第 一 周 期第 二 周 期第 三 周 期吞 吐 合 计50389743718371312640179121931673720. 91. 54. 22. 080. 376. 642. 468. 40. 4~ 4. 00. 4~ 1. 80. 6~ 2. 5出 砂冷 采初 始 阶 段正 常 阶 段  11158324532062. 25. 545. 272. 00. 1~ 0. 30. 1~ 0. 2同 其 它 类 型 稠 油 出 砂 冷 采 井 一 样 ,古 4911 井 出砂 冷 采 初 期 生 产 不 正 常 ,主 要 表 现 在 生 产 时 率 和 产能 低 。 前 6 个 月 经 历 过 多 次 作 业 检 泵 ,此 间 共 生 产111 d ,产 油 245 t ,平 均 日 产 油 2. 2 t ,生 产 时 率 63 %。随 着 大 量 砂 子 的 产 出 ,1999 年 6 月 后 ,该 井 进 入 正常 生 产 阶 段 ,油 井 产 量 增 加 ,截 止 2001 年 6 月 ,该 井出 砂 冷 采 正 常 生 产 阶 段 共 生 产 336 d ,产 油 3 206 t ,平 均 日 产 油 5. 5 t ,峰 值 产 油 量 达 20. 4 t/ d ,含 砂 基 本上 在 2 %~ 6 %之 间 ,且 产 量 的 提 高 与 油 井 大 量 出 砂呈 良 好 对 应 关 系 。 事 实 上 ,产 出 液 实 际 含 砂 量 比 分析 结 果 高 ,因 为 受 气 泡 界 面 张 力 的 影 响 ,粉 砂 以 下 的颗 粒 难 以 分 离 出 来 。 尽 管 出 砂 冷 采 过 程 中 产 出 液 含砂 量 较 高 ,但 井 口 回 压 降 至 0. 3 内 ,可 见 井 下和 地 面 配 套 工 艺 技 术 是 可 行 的 。 泌 125 区 Ⅳ 9 层 属中 等 埋 深 普 通 稠 油 油 藏 ,原 油 本 身 具 有 一 定 的 流 动能 力 ,蒸 汽 吞 吐 初 期 具 有 较 高 产 能 ,但 产 量 递 减 快 。该 区 泌 125 井 试 油 产 量 2. 45 t/ d ,折 算 采 油 强 度0. 208 t/ (d· m) 。 古 4911 井 第 二 周 期 吞 吐 生 产 较 为正 常 ,初 期 产 量 达 11 t/ d ,但 周 期 平 均 日 产 油 量 仅1. 5 t ,折 算 采 油 强 度 仅 0. 203 t/ (d· m) ;采 用 出 砂 冷采 技 术 后 ,产 量 大 幅 度 增 加 ,据 出 砂 冷 采 正 常 阶 段 统计 ,平 均 日 产 油 量 达 到 5. 6 t ,折 算 采 油 强 度 0. 757 t/(d· m) ,是 蒸 汽 吞 吐 的 3. 7 倍 。3   结   论(1) 稠 油 出 砂 冷 采 的 两 个 主 要 机 理 是 大 量 出 砂形 成 高 渗 透 蚯 蚓 洞 网 络 和 稳 定 泡 沫 油 的 形 成 。 这 也是 衡 量 该 技 术 适 应 性 和 制 定 开 发 技 术 策 略 的 基 础 。(2) 河 南 油 田 在 稠 油 出 砂 冷 采 方 面 取 得 了 较 好的 攻 关 研 究 和 现 场 试 验 成 果 ,并 将 该 技 术 成 功 地 应用 于 中 等 埋 深 和 中 深 层 普 通 稠 油 油 藏 工 业 化 开 发中 ,目 前 正 致 力 于 特 浅 层 稠 油 、 特 薄 层 稠 油 、 特 — 超稠 油 出 砂 冷 采 技 术 攻 关 。(3) 河 南 油 田 成 功 地 将 出 砂 冷 采 技 术 应 用 于 低周 期 蒸 汽 吞 吐 井 中 ,产 出 液 含 砂 量 达 2 %~ 6 % ,日产 油 量 比 蒸 汽 吞 吐 提 高 1~ 3 倍 。参 考 文 献 :\[1 \]  程 绍 志 ,胡 常 忠 ,刘 新 福 . 稠 油 出 砂 冷 采 技 术 \[ M \]石 油 工 业 出 版 社 ,1998.\[2 \]  M B of C\]. 7N 7 - 30 ,1998 ,[3 \]  马 超 . 疏 松 砂 岩 稠 油 油 藏 出 砂 冷 采 机 理 及 配 套 技 术 研究 \[J \] 与 岩 石 ,2001 , (2) :73 - 77.(编 辑   蒋   红 )54第 3 期                       王 晗 等 :   稠 油 出 砂 冷 采 技 术 及 其 在 蒸 汽 吞 吐 井 中 的 应 用S S T U M I E , V 24 ,N O. 3 , 28 - 30 , 2002 ( 1000 - 2634 , S E)of as of of It to a is 0 % , to a J N U 57048 ,, L   F S S T U I E , V 24 , N O. 3 , 31 - 33 , 2002 ( 1000 S E)a of It is in of by of by of It of in of is in 24 by of O Y U 37001 , , L I et   F S S T U M I E ,V 24 , N O. 3 , 34 - 38 , 2002 ( 1000 - 2634 , S E)a to in as on as is as of be as of of is of of be on of by F O 37001 , , et   F S S U M I E , V 24 , N O. 3 , 39 - 42 ,2002 ( 1000 - 2634 , S E)on of of in to be to s ab a of 35 % 5. 72 %. In of go . 3 of to ∶ 4. 5 , of of O 73132 , et   S S T U M I E , V 24 ,N O. 3 , 43 - 45 , 2002 ( 1000 - 2634 , S E)of is a is by be o 3                                 in of of 4of 7 % of to - 3 Y 34000 ,, L I   F S S T U M I E ,V 24 , N O. 3 , 46 - 49 , 2002 ( 1000 - 2634 , S E)At of so is is of to is an to at of to to at an in a in2j
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