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热采稠油开采理论与工艺技术


2007中石油采油工程培训班——

主讲人:蒋海岩 中国石油大学(华东) 石油工程学院 upcjhy@yahoo.com.cn

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稠油及高凝油开采技术

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一、稠油及高凝油开采特征 二、稠油开采现状 三、井筒降粘技术 四、油层降粘开采

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一、稠油及高凝油开采特征
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稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的 原油。 通常把地面密度大于943kg/m3、地下粘度大 于50Pa·s的原油叫稠油。因为稠油的密度 大,也叫做重油。
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我国第一个年产上百万吨的稠油油田是辽 宁省高升油田。

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中国稠油分类标准

稠油分类
油层条 件下可 以流动

粘度 50*~100*

相对密度(20℃) >0.9000(<25)

普通 Ⅰ 稠油 Ⅱ

100*~10000 >0.9200(<22) 10000~50000 >50000 >0.9500(<17) >0.9800(<13)

流动较困难 特稠油 基本不能流动 超稠油

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一、稠油及高凝油开采特征 稠油——
(1)粘度高、密度大、流动性差 (2)稠油的粘度对温度敏感 (3)稠油中轻质组分含量低, 而胶质、沥青质含量高

某油井原油粘温曲线

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一、稠油及高凝油开采特征

高凝油是指蜡含量高、凝固点高的原油。
凝固点:在一定条件下原油失去流动性时的最 高温度。

通常把凝固点在40℃以上,含蜡量高的原油叫高 凝油。辽宁省的沈阳油田是我国最大的高凝油田, 其原油的最高凝固点达67℃。

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一、稠油及高凝油开采特征
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高凝油对温度也极为敏感,其粘温关系在ASTM坐标纸 上呈三段折线式特怔,这是高凝油一个独特的性质。

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存在的开发问题
n稠油 —粘度大、流动性差 n高凝油 —凝固点高、在温度 高于凝固点时呈稀油 的特点,低于凝固点 才结蜡 n原油粘度高于2000mPa·s 抽油机无法抽取
对策

稠油:
– 油层降粘 – 井筒降粘

高凝油:
– 避免地层冷伤害 – 井筒降粘

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稠油及高凝油开采技术

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一、稠油及高凝油开采特征 二、稠油开采现状 三、井筒降粘技术 四、油层降粘开采

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二、世界稠油开采现状

Conventional Heavy Oil 15% Oil - 30% Extra Heavy and itumen 55%

Conventional <100 cP Heavy Oil 100 – 10000 cP Bitumen >10,000 cP

World Oil in Place
**注:数据来自SPE Distinguished Lecture Series – 2002-2003

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二、世界稠油开采现状
世界稠油资源量(2004年)
常规石油和天然气0.8~1.0万

亿原油当量桶的剩余储量,而稠油地质储量约6.3万亿桶。
世界主要稠油生产国稠油及沥青资源
国 家 探明地质储量( 10 m ) 稠 油 沥 青 165.4 35.6 5.65 2814 432.44 —— 4 1211 13 4684.09 3
8 3

美 国 加 拿 大 委内瑞拉 前 苏 联 中 总 国 计

资源量( 10 m ) 稠 油 沥 青 ( 165.4 ) 92.4 11.25 4001 1905 —— 135 2146.3 180 8636.35

8

3

世界主要稠油生产国热采产量(104m3)
热 采类 别 国 美 家 国 1988 年 2643 916 16.7 2440 52.0 377 100.4 455.8 37.9 47.2 1990 年 2577 668 13.6 2216 72.1 841.6 100.9 733.4 35.3 39.3 1992 年 2634 667 9.4 1623 71.6 1178 88.2 958.0 27.3 47.5 1994 年 2413 713 45.0 1878 51.3 1538 81.2 1126.5 203.1 14.6 36.3 1996 年 2434 659.2 46.7 1899 57.5 1741 81.3 1307 26.0 36.3 1998 年 2547.5 872 53.9 2197.7 57.5 1798.9 81.2 1283.2 27.7 36.3 2000 年 2423.7 1083 9.6 1890.7 54.8 1642.2 81.2 1245.5 16.1 36.3 1392.7 81.2 1314.2 13.8 36.2 2002 年 2122.2 477.7 9.6 1890.7 加拿 大 特立 达尼 委内瑞拉 注 蒸汽 德 印 国 尼

哥伦比亚 中 国 前苏联 美 国

加拿 大 火烧 油层 委内瑞拉 前苏联 印 美 德 荷 度 国 国 兰

25.7 2.1 16.8 8.0 23.1 0.55 5.3 11.5 0.55 4.3 3.9 0.55 4.6 1.5 0.55 4.5 12.8 0.55 4.5 4.9 2.1 1.7 2.1 19.5

加拿 大 热水驱

前苏联 热 采 共计 7103.8 7314.2 7322.5

15.5 8291.9 8294.55 8975.85 8491.8 7359.9

1998-2002世界稠油热采产量(前苏联地区除外)
9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 年 万立方米

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中国稠油油藏开发现状
我国稠油沥青质含量低、胶质含量高、金属含 量低,稠油粘度偏高,相对密度则较低。 在全国十二个盆地中发现七十多个重油油田, 建立辽河、新疆、胜利、河南以及海洋油区五大 开发生产区,稠油产量占全国原油总产量的 20%,预测资源量达到198亿吨,其中最终可探明 地质资源量为79.5亿吨。

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中国稠油油藏开发现状
n

1982 年 第一 批深 井 蒸汽吞吐试验成功 , 1992 年 稠油产量达到1000×104t 1992-2002 年 连续多 年 保持 在 1000~1100×104t , 包括部分冷采产量,保持在1300×104t水平

n

n

辽河油区及克拉玛依油区,稠油年产量为 1167×104t

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中国稠油油藏开发现状
从1992年起,全国稠油产量上升到1000×104t以 上,2002年达到1314.2×104t。
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
941.2 839.9

总产 ( 万吨 )
1139.1 1056.1 1183.1

1298.2

1334.6 1 3 0 7 . 0 1 2 9 2 . 91 2 8 3 . 2 1277.4 1245.4

1314.2

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目前的技术挑战
l

多数区块已处在蒸汽吞吐中后期,吞吐开采 效果已明显变差
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2001 年稠油产量 1167×104t ,其中蒸汽驱产量仅 100×104t 绝大多数的稠油区块已进入高轮次吞吐阶段,油 层天然能量已明显不足,导致周期产油量减少、 油汽比降低、开采成本上升、经济效益变差 因此,研究和试验经济有效的蒸汽吞吐开采接替 技术,进一步提高原油采收率是目前稠油开发中 丞待解决的技术难题

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目前的技术挑战
l

浅层油藏蒸汽驱已获大 规模应用,但中深 层油藏蒸汽驱技术仍在试验阶段
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克拉玛依 九 区浅层油藏已投 入汽驱 500多个井 组,汽驱产量约92×104t,油汽比达0.2 辽河 油 田 稠油区块油藏 深 , 目前主要 以蒸汽 吞 吐 为 主 。 蒸 汽 驱 仅 在 齐 40 块 先 导 试 验 成 功 , 离工业化应用还有 一定的 距离 。 由于种 种原因,多数区块都没有转入汽驱开采。

?

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目前的技术挑战
l

急需研究与开发综合注蒸汽超稠油热采新技术
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在辽河油田近几年的稠油产量中,主要依靠动用超 稠油储量来弥补产量的递减、保持稳产 2002年 超 稠油年产量已 经 达到 230万吨 ,已 占稠油 总产量的28% 但超稠油蒸汽吞吐周期生产短,稠油产量递减快, 2-3年的时间就会进入高轮次阶段。因此,也面临 着转换开采方式的问题 辽河油田特油公司目前正在试验直井与水平井组合 蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术

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稠油及高凝油开采技术

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一、稠油及高凝油开采特征 二、稠油开采现状 三、井筒降粘技术 四、油层降粘开采

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四、油层降粘开采
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1. 蒸汽吞吐开采 2. 蒸汽驱开采 3. 出砂冷采 4. SAGD开采超稠油技术 5. 火烧油层 6. 其他开采方法

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1、蒸汽吞吐开采
产油 闷井 注汽

蒸汽带

热水带

冷油带

注汽

焖井

生产

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1、蒸汽吞吐开采
常规开采 16.8%
1.5 7.0 0.4

汽驱 4.5%

蒸汽吞吐 78.6%

常规开采 9.8%
110.5 924.8 89.4

汽驱 7.9%

动用储量
蒸汽吞吐 82.2%

稠油产量

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1、蒸汽吞吐开采
一项成熟的开采技术 机 理——
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降低原油粘度和水的粘度,提高油水渗流能 力; 清洗井眼及近井地带,改善油井的完善程 度,一般在第一、二个吞吐周期后就不再有 大的变化了。

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1、蒸汽吞吐开采
u

一个不断补充热能和压能的过程,同时又是不 断泄压和排出热流体的过程。 与自然衰竭式开采不同
è è

u

产出量高于注入量、排出流体的热焓低于注入流体 油层压力渐次衰竭而油层温度缓慢升高的开采过程

p压裂酸化是低渗透油藏最有效的增产和增注措施 p蒸汽吞吐是有机堵塞油藏最有效的增产和增注手段

普通稠油井不同蒸汽吞吐周期生产曲线
(统计平均值)

超稠油井不同吞吐周期生产曲线
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

产油量 (t)

周期数

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1、蒸汽吞吐开采
u

普通稠油蒸汽吞吐的采收率一般在 25%左右,不会超过30% 操作条件
è è è è

u

注汽速率 采注比 井底蒸汽干度 油藏压力

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1、蒸汽吞吐开采
u

为了提高蒸汽吞吐的采收率,人们采取了 多种改进的蒸汽吞吐方式
è è è è è

多井整体蒸汽吞吐 高轮次蒸汽吞吐阶段的开采技术 蒸汽+化学剂吞吐技术 蒸汽+非凝析气体吞吐技术 注氮气辅助蒸汽吞吐

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多井整体吞吐开采技术

1 6 11 16 21

2 7 12 17 22

3 8 13 18 23

4 9 14 19 24

5 10 15 20 25

1 6 11 16 21

2 7 12 17 22

3 8 13 18 23

4 9 14 19 24

5 10 15 20 25

Pad A

Pad A Pad B

Row 1 2 3 4 Row 1 2 3 4

Pad B

注汽

时间

Leming试验区单元不同吞吐方式示意图

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多井整体吞吐开采技术
1、机理简述

?吞吐单井的孤立行为 统一的整体行为。 ?遏制井间汽窜,减少汽窜造成的热量损失,避免周边井
因汽窜造成关井,提高了吞吐井的生产时率;

?可加大单井注汽量,增加对油层的热量补给; ?注入热量相对集中,热损失少,油层升温幅度大,加热
半径加大;

?由于加热半径相对加大,吞吐井泄油体积增加,周期采
油量提高。

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多井整体吞吐开采技术
2、开发特点
?生产油汽比提高 ?有效延长汽驱开采期
新疆油田和辽河油田都有很好的实例。

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高轮次蒸汽吞吐阶段的开采技术
?加密蒸汽吞吐井——>蒸汽吞吐的平面动用率 ?采用分层(段)注采技术——>提高纵向动用程度 ?对于厚层稠油,打水平井或侧钻水平井 ?蒸汽中合理地加入CO2气体、天然气或N2气等非凝析气
体,增加蒸汽腔的弹性能量和提高油水的助排能力

?在注入的蒸汽中合理地加入轻烃,如C5等 ?对于已汽窜井,采取多井整体吞吐的方式注汽采油 ?对于已汽窜区块,在部分井间可以适当采取间歇汽驱 ?注入高温调剖剂,改善注入蒸汽的波及体积

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蒸汽+化学剂吞吐技术
1、目的及意义
将蒸汽的热物理效应和化学剂的化学效应结合起 来,提高蒸汽吞吐开发效果。

2、适用条件
吞吐中后期油藏进一步提高吞吐开发效果。

3、实例
河南油田注驱油剂辅助蒸汽吞吐,驱油剂溶解降粘 且降低界面张力、毛管力,起到稳产、助排作用。

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蒸汽+非凝析气体吞吐技术
1、机理及适用条件
非凝析气体能够降低蒸汽吞吐热损失,减缓地层 能量递减,拓展蒸汽腔的范围。 与常规吞吐相比,油层厚度下限低,对常规吞吐 无法进行的薄油层也适宜。

2、开发特点
增加油层弹性能量,扩大蒸汽腔波及范围,提高 回采水率。

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注氮气辅助蒸汽吞吐
n氮气导热系数低(导热系数为 0.0328),注蒸汽过程中,由光 油管注入蒸汽,油套环空注入
套管 注蒸汽 抽油杆

注氮气

氮气,既可减小井筒热损失, 又能降低套管温度,保护套 管。
一次管柱泵 或杆式泵 油层

光油管

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蒸汽吞吐接替技术
蒸汽驱 热水驱 注CO2驱 热化学驱
热水+氮气+泡沫驱

蒸 汽 吞 吐

SAGD 火烧油层

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四、油层降粘开采
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1. 蒸汽吞吐开采 2. 蒸汽驱开采 3. 出砂冷采 4. SAGD开采超稠油技术 5. 火烧油层 6. 其他开采方法

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2、蒸汽驱开采
生产井 注汽井 生产井

蒸汽带

热水带

冷油带

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蒸汽驱在油层纵向上是驱替流体波及最全面 的,因为蒸汽驱实际上是蒸汽+热水驱。

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2、蒸汽驱开采
u

世界上目前规模最大的热力三次采油
è

到2002年正在开展的注蒸汽采油项目有136个,其中美国55个、加拿 大13个、委内瑞拉49个项目。2002年的蒸汽驱产量约7288.3万吨。 著名的蒸汽驱油田有,美国的克恩河油田,印尼的杜尔油田。 预热部分地层,并解除油层近井地带的污染,为汽驱创造有利条件 还会加深对油藏的认识,为更好地实现汽驱提供新的信息。 汽驱结束后的总采收率,一般在50%OOIP以上 平均采油速度一般在4~6%之间

è u

一般情况下,在蒸汽驱之前要进行蒸汽吞吐
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u

通过蒸汽驱提高的采出程度一般为30% OOIP左右
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蒸汽驱的开采机理
è è è è è è è u

降粘作用 热膨胀作用 蒸汽的蒸馏作用 脱气作用 油的混相驱作用 溶解气驱作用 乳化驱作用 在重油开采中,降粘可能是重要的机理;而蒸汽的蒸 馏作用和脱气作用,则是轻质油开采的主要机理。

哪个机理起主导作用取决于油的类型。
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影响蒸汽驱开发效果的地质因素
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构造
v构造形态 v断层

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储层特性
v沉积相 v储层物性 v非均质性 v隔夹层 v油层厚度 v埋深

è

流体性质
v原油物性 v初始含油饱和度 v水体情况 v气顶

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蒸汽驱油藏筛选标准
油藏条件 油层深度 , m 油层净总比 , f 孔隙度φ , % 初始含油饱和度 ,f -3 2 渗透率 , 10 μ m 原油粘度 , mPaS 油层厚度 , m 渗透率变异系数 ,f 原油丰度 ( φ.Soi) , 其它条件 标准 ≤ 1400 ≥ 0.4 ≥ 0.2 ≥ 0.45 ≥ 200 <10000 ≥8 <0.7 ≥ 0.1 边底水体积 <5 倍油区体积 0 无窜流通道;地 层 倾角 <20

ü对砾岩油藏,孔隙度可适当放宽; ü对于先吞吐预热的油藏,原油粘度可适当放宽; ü对封闭油藏,在有高效隔热油管的条件下,深度可适当放宽。

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四、油层降粘开采
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1. 蒸汽吞吐开采 2. 蒸汽驱开采 3. 出砂冷采 4. SAGD开采超稠油技术 5. 火烧油层 6. 其他开采方法

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3.出砂冷采
稠油出砂冷采就是不注热、不防砂,利用螺杆泵 将原油和砂一起采出。

生 产 机 理

溶解气(泡沫油)作用 岩石压实作用

“泡沫油”是一次开采过程中在稠油油藏中发生的分散气- 液两相流动现象。泡沫油导致高产油速度、高采收率。 泡沫油出现在稠油和超稠油中,因为在这些油中的粘 滞力大于重力。

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3.出砂冷采

生产机理分析

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? 当油藏压力低于泡点压 力时,原油中形成许多 微气泡。气泡的生长并 膨胀将原油驱向油井 ? 当压力降低时,气体能 够滞留在原油中。因此 使泡沫油表现出许多独 特的性质

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3.出砂冷采
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衰竭式开采中最被人推崇的开采方式 如果油层在形成蚯蚓洞的同时,能有较丰富的 泡沫油产生,不仅采油速度较高,而且采收率 可达15%左右,生产成本低 油层很浅,油层物性差,油层条件下形不成泡 沫油,出砂冷采的采出程度会大打折扣

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3.出砂冷采
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在加拿大和委内瑞拉是一种较普遍的稠油冷采开发方式 国内的河南油田和吉林套保油田都有出砂冷采区块 它的突出优点:成本低、产能高、风险小 不利的一面: ü 采收率低,一般为15%左右 ü 另外对油砂的处理是个较大的问题 ü 油砂处理费占开采成本的比例最高。

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四、油层降粘开采
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1. 蒸汽吞吐开采 2. 蒸汽驱开采 3. 出砂冷采 4. SAGD开采超稠油技术 5. 火烧油层 6. 其他开采方法

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蒸汽辅助重力泄油定义
?蒸汽辅助重力泄油(SAGD) 以蒸汽作为热源,依靠 沥青及凝析液的重力作用开采稠油。 ?该技术已经在加拿大、委内瑞拉等国得到商业化应 用,已成为开发超稠油油藏的一项主要技术 ?辽河油田

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SAGD开采超稠油技术
蒸汽辅助重力泄油布井方式
直井

油层 水平井

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SAGD开采超稠油技术
蒸汽室内泄油方式
? 垂向泄油(顶部泄油)蒸汽垂直向上运动并加热顶部沥青 ? 侧向泄油(斜面泄油)蒸汽在向上运动的同时,热量也会向 侧向传递
上覆岩层
绝热区

CH4+oil

蒸汽腔扩展方向
water leg

θ

flow cell
油和水
冷油区

kh kv

液面

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SAGD过程的生产特征
? 利用重力作为驱动原油的主要动力 ? 利用水平井可获得相当高的采油速度 ? 加热原油不必驱动冷油而直接流入生产井 ? 见效快 ? 采收率高 ? 累积油汽比高 ? 除大面积页岩夹层外,对油藏非均质性不敏感

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SAGD 适用条件
油层连续厚度>20m 对于直井与水平井组合,油层连续厚度>10m 原油粘度>10000mPa.s 水平渗透率>200md 垂直/水平渗透率比值>0.1 油藏埋深<1000m 油层中不存在连续分布的页岩夹层

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四、油层降粘开采
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1. 蒸汽吞吐开采 2. 蒸汽驱开采 3. 出砂冷采 4. SAGD开采超稠油技术 5. 火烧油层 6. 其他开采方法

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火烧油层驱油机理

n在高温氧化过程,除了烧掉的燃料,其余全部被 驱替干净 n烧掉的部分是原油中的沥青胶质,数量在每方油 层20-30Kg左右 n驱油效率高最重要的原因是火烧油层过程中强烈 的蒸馏作用

u高温氧化过程(HTO) CHxOy + O2 → CO2 + CO +H2O u低温氧化(LTO)国外又称为加氧反应 CHx + O2 → CHxOy u在许多情况下,氧化是处于高温氧化和低温氧化之间,遗 留大量类似焦炭的固体物质 u低温氧化与高温氧化的重要分界就是结焦物能否燃烧

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火烧油层驱油方式
? 干式正向燃烧 ? 反向燃烧 ? 湿式燃烧

逆燃法 正燃法

现场火烧油层
一次采油 二次采油 三次采油

稠油油藏
衰竭式开采 人工举升 火烧油层

中高渗弹性开采 后的稀油油藏
注水开发 火烧油层

低渗透水驱开采 后的稀油油藏

火烧油层

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现场火烧油层
世界范围内实施过约 300 个火烧驱油现场 试验项目, 目前仍在运行的项目有23个。未 见室内实验及现场蒸汽吞吐后实施火烧油层 的报道。
国内胜利乐安油田、王庄油田、辽河油田稠 油区块进行火烧油层现场试验

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国外筛选标准
作者 年份 油层 深度 m 油层 厚度 m 孔隙 度 %
>20 >152 >152 >3 >3 >22 >16 611372 1.5-15 >3 <3505 >6 >20 >25 >20 >35 >100 >300 >50 >50 >35 >50 >50 <1000 <1000 <5000 <1000

渗透率 10-3μm2
>100

含油饱 和度 %

原油 粘度 mPa.s

储量 系数 φSo
>0.10 >0.05 >0.05 >0.13 >0.077 >0.064 >0.08 >0.08

备注

波特曼 吉芬 雷温

1964 1973 1976 1977

深度不限 用于湿烧

朱杰 1980 1978 爱荷 1978 NPC 1984

干烧井距 <420m 湿烧

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火烧油层驱油机理
电点 火 电点 火 气体 点 火 气体 点 火 高温氧化混相驱 高温氧化非混相驱 稠油 油藏

火 烧 驱 油

油层 自 燃 油层 自 燃

低温氧化混相驱 低温氧化非混相驱

稀油 油藏

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火烧油层和注空气低温氧化技术
1、火烧油层(注空气高温氧化)
高孔高渗油层 单层厚度小于5m 较有利 地层条件下原油粘度 < 2000cp 最好地层倾角 > 5o 主要特点:注入空气的氧化温度超过450℃

2、注空气低温氧化
主要特点:注入空气的氧化温度低于450℃

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火烧油层和注空气低温氧化技术
火烧油层的诱人之处在于: (1)火烧使用的注入流体是最便宜的,它们是空气和水; (2)火烧油层烧掉的燃料主要是原油中的重质组分,而火烧还会改质 油层中的原油; (3)火烧采油油藏的深度较注蒸汽热采的深,对边底水的要求也比注 蒸汽热采宽; 目前没有大规模扩大的原因,主要包括以下有待解决的问题: (1)注气管线、注气井和空压机的安全问题; (2)注气系统的腐蚀问题; (3)产出井及集输系统的腐蚀问题; (4)产出液的高额破乳费用问题; (5)油层非均质性引起的波及范围低及燃烧火线控制难的问题; (6)产出流体的环保问题。

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石油大学 有关火烧油层的研究

火烧油层实验研究

火烧油层实验研究

C1 C2 C3 C4

C7 C5 C6

C 8 C9 C10 C11

C15 C14 C12 C13

C16

火烧油层室内实验装置示意图 燃烧管 测温点分布(C1~C16为测点编号)

通过燃烧管实验能够直观的测量到火烧油层反应区的温度、压力,

组分分布、反应区的扩展方向和速度、产液量等。

燃烧前后的砂样对比

燃烧后燃烧管内不同位置的砂样

600 500 温度 t/℃ 400 300 200 100 12 14 16 时 间 θ /h 18 20

C1 C2 C5 C6 C8 C9 C12 C13 C16

燃烧管内不同位置温度变化(C1,C2,…,C16分别为测温点号)

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火烧油层物理模拟研究

3/h) 33 3/h) 3 3/h) 3 33 实验二 燃烧 实验二 5.47h 燃烧 时 4.57h 燃烧管 时 内 燃烧管 温 度 分 内 布 温 ( 度 注气 分 布 速 ( 度 注气 为 0.495Nm 速 度 为 1.6Nm 10.47h 11.67h 时 燃烧管 内 温 度 分 布 情况 0.677Nm 实验二 燃烧 实验二 燃烧 13.23 h 0.677Nm 燃烧管 内 温 度 分 布 情况 ( 注气 速 度 为 /h) 实验二 实验二 实验二 实验二 燃烧 燃烧 燃烧 燃烧 6.70h 8.23h 5.08h 3.97h 1.19h 时 时 燃烧管 燃烧管 时 时 燃烧管 燃烧管 内 内 温 温 内 内 度 度 温 分 温 分 度 度 布 布 分 分 情况 情况 布 布 ( ( 注气 ( 注气 注气 速 速 速 度 度 度 为 为 为 0.61Nm 0.429Nm 0.53Nm 0.429Nm /h) /h) /h) /h)

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火烧油层物理模拟研究
1.火烧油层原理的深入认识 2.两次实验采用干式燃烧方式,点火均取得成功。得到欢127块兴隆 台油层火烧油层点火温度为340℃ 3.本次实验获得的驱油效率可达到82%,这也说明火烧油层开采技术 可获得较高的采收率 4.火烧油层室内实验的 燃烧前缘可达到660℃ 以上,本实验最高可达 的燃烧 ℃以 687℃ 5.室内实验一 视H/C原子比为3.52,实验二为3.83,两次实验视H/C .室内实验一视 原子比均偏低(一般为3~10),说明燃烧主要以高温氧化为主;燃 料消耗量分别为19.46 kg/m3和19.26kg/m3;空气需要量分别为 256.7Nm3/m3油层和241.93Nm3/m3油层

火烧油层数值模拟研究
累产液量的拟合
实验室火烧驱油历史拟合指标对比

指 标 实验一实际值 实验一计算值

初始含油量(kg) 16.925 16.925

累产油(kg) 12.6 12.93 12.15

相对误差(%) 2.6 3.2

13.7 实验二实 际值 实验一累积产 液量拟合曲线 13.7 实验二计算值

11.77累积产液量拟合曲线 实验二

火烧油层室内实验数值模拟研究

同一位置温度随时间变化规律的拟合
前端
温度2

800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 时间 15

前端 计算前端

800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 5 10 时间 15

温度2 计算温度2

温度

温度

20

25

20

25

实验二5cm处温度变化拟合

实验二40cm处温度变化拟合

(图中散点为实测值,线为计算值)

火烧油层室内实验数值模拟研究
前缘最高温度的拟合
800 700 600 500 温度 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 距点火端距离(cm) 计算值 真实值

实验二前缘最高温度的拟合

随着前缘向前推进,前缘最高温度逐渐下降,数 值模拟也证明了这一趋势。

火烧油层室内实验数值模拟研究
轴线上各点温度分布规律的拟合 12(16.8hr)
600 600

600 500

500 500

温度 温 温度 度

400 400 400
300 300
200 100 0 0

300 200
计算值 实际值 0
计算值 实际值 计算值
实际值

200

100 100
0

0 0
50
50

50

100 100
位 (cm) 置(cm) 位置 位 置(cm)
100

150 150
150

200 200
200

实验二 实验二 实验二 16.8 5.9 20小 小时 时温 温度 度分 分布 布拟合 拟合

火烧油层室内实验数值模拟研究

实验二不同位置温度变化计算曲线

火烧油层室内实验数值模拟研究

实验二燃烧10.47h时燃烧管内温度分布情况(注气速度为0.429Nm3/h)

历史拟合实验二燃烧10.47h时燃烧管内温度分布情况

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火烧油层室内实验数值模拟研究
1.部分参数可以用来对现场数值模拟一些结果进行验证 2.模拟过程中发现,模型网格尺寸的划分、砂粒的热传 导率及重油组分的相平衡常数对计算结果敏感性不强 3.前缘的燃烧速度在一定范围内与注气速度成一定的比 例关系,当速度非常高的时侯,这种关系将被打破,此 时前缘推进速度受燃烧反应的影响。这就意味着在现场 实施火烧油层驱油的过程当中,空气的注入速度对燃烧 前缘的推进速度起主要的控制作用

火烧油层数值模拟研究
欢127块兴隆台油层数值模拟平面网格

25-33井组共9口井, 自1989年9月开始生 产,一直为蒸汽吞吐 开采。本次拟合时间 为1989年9月至2003 年8月。以25-33井为 中心,包括一线生产 井,外扩约半个井距 ,共9口井。模拟面 积共0.097km2,计算 储量为45.2×104t。

蒸汽吞吐历史拟合结果

井组累产液量拟合曲线 井组累产油拟合曲线 (散点为真实值,线为计算值)
指 标 实际值 计算值 相对误差(%) 累产油(104t) 4.39 4.24 3.4 累产水(104t) 5.3 5.5 3.8 累注汽(104m3) 5.28 5.28 0

欢127块兴隆台油层火烧油层数值模拟研究
干式火烧油层的数值模拟研究

干 式 燃烧反 九 点 井 网 注气 速 度 为 50000Nm3/d 时 压力场、 含油饱和度 及 温 度 场 数值 模拟 预 测 变 化演示

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火烧油层现场数值模拟
现场火烧油层可行性论证 生产动态预测 注气参数优化

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火烧油层基础理论研究—实验分析
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(1) 运用多种数学方法处理和分析火烧油层实验数 据可深化对火烧油层燃烧机理的认识。
针对火烧油层的温度场的多尺度特征,结合分形关联维和H/S指 数分析,可得到火烧油层的燃烧特性:

①温度场具有一定稳定性,主要以导热和相间热交换为主,对流 作用很少; ②传热速度较常规湍流火焰慢,其燃烧剖面更具规律性; ③微尺度下的气相和单液滴作用的动力学较为简单和单一; ④介尺度作用下的乳化相动力学存在多种过程耦合,更为复杂; ⑤气液两相流的复杂性是由于液相更随机的运动和团聚造成的。

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火烧油层基础理论研究—燃烧前缘动态
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(2) 奇异摄动法可用来分析燃烧前缘动态。
基于充分大而有限的燃烧反应活化能假设,引用流动坐标

系,建立分区域火烧油层燃烧前缘传播的物理模型,应用奇 异摄动法可得出火烧油层燃烧问题的摄动解。从而克服油田 尺度数值模拟时网格尺寸相对于真实燃烧前缘过大的矛盾。

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火烧油层基础理论研究—生产动态 (3) 除常规数值模拟方法外,亦可用灰色组合模型 和支持向量机模型进行火烧油层的动态预测。
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①数值模拟是火烧油层预测最常用的方法,数学模型较完 善。预测内容多,但所需参数较多,运算时间长。 ②灰色组合模型法应用系统分析方法和时间序列回归方法建 立经验式进行指标预测。建模最为简单,运算快。由于该方法 建模方法缺乏灵活性,不是对所有的火烧油层试验均适用。 ③支持向量机法上基于统计学习理论,根据输入的生产数 据,建立预测模型。对核函数和惩罚因子的选择只能凭经验而 定。适用于所有的现场火烧油层,但预测其他生产井的生产动 态需要重新学习和训练模型。

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火烧油层基础理论研究—生产动态预测
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(4) 由于三种动态预测方法的基础理论不同,导致 其预测精度不同,预测误差来源不同。
对胜利油田郑408火烧油层现场试验的生产动态预测。结果 表明,三种方法预测精度均较高,其中支持向量机方法预测精 度最高,灰色理论建模最简便,而油藏数值模拟方法预测能够 得到包括油藏压力、温度和饱和度在内的动态特征。 在对现场的火烧油层实际生产中,油田情况不同,所适用的 方法会有所不同,有必要利用三种方法对生产动态预测,进行 综合对比,互相补充验证,做出更准确的预测,从而指导油田 生产。

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四、油层降粘开采
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1. 蒸汽吞吐开采 2. 蒸汽驱开采 3. 出砂冷采 4. SAGD开采超稠油技术 5. 火烧油层 6. 其他开采方法

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7. 其他开采方法

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注水水驱 多分支井开采技术 VAPEX(溶剂萃取)

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注水水驱
(1) 常规水驱( 冷水驱)的生产特点: ?见水早,低含水期短; ?中期含水上升快; ?采出程度大多在10-25%; ?5-10%采出程度的原油在高含水期间采出,水油比高, 采出期长,成本高。 因此,常规水驱的稠油油藏转热采是大幅度提高采收率的 出路之一。

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注水水驱
(2) 热水水驱
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热水驱对稠油的开采效果不如注蒸汽显著 其操作简单,与常规水驱基本相同 一直被人们所应用,只不过规模小些 美国有4个热水驱采油项目进行,项目的评价 都是成功的。

稠油多分支井开采技术

MBDCI

稠油多分支井开采技术

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1、适用条件
原油粘度不宜太高 直井开采产能低 远离边底水

2、开发指标
大幅提高采油速度

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VAPEX(溶剂萃取)
1、适用条件
该技术主要机理是,注入溶剂降低原油粘度,发挥原 油重力驱作用。 适用条件与SAGD相近,不同之处在于油层厚度下限 较低,油层的裂缝性有助于VAPEX开采 。

2、开发特点
从该技术的机理角度考虑,在块状特、超稠油藏可取 得很好的开发效果,但溶剂成本较高,目前仍处于室内 研究,尚未看到成功的应用报道。


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