重力稳定火烧油层介绍

1、重力稳定泄油火燃油层机理及重力稳定泄油火燃油层机理及应用研究应用研究任韶然任韶然 中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）2011年年1月月 内容提要内容提要 重力泄油火烧油层技术重力泄油火烧油层技术 研究目的研究目的 研究内容和技术路线研究内容和技术路线1.技术指标技术指标一、课题立项的必要性分析一、课题立项的必要性分析二、课题目标和任务二、课题目标和任务三、课题技术方案三、课题技术方案四、基础条件和优势四、基础条件和优势五、课题组织方式及管理机制五、课题组织方式及管理机制六、课题预算及筹资方案六、课题预算及筹资方案SAGD and Vapex 原原理：水平井组理：水平井组注井：水平井产油井

2、油水油水蒸汽或溶解油气腔蒸汽或溶解油气腔体体 ( steam or vapour chamber )Unswept zone未被驱替区未被驱替区火烧油层原理火烧油层原理注空气井注空气井燃烧区燃烧区生产井生产井冷油区冷油区油焦油焦高温氧化400-600 C燃料(焦)稠油开发技术稠油开发技术火烧油层火烧油层工艺原理工艺原理Air Injection wellProducer well火烧油层火烧油层-机理机理Burger. J.G. et al: Thermal Methods of Oil Recovery, Insitut Fracncais du Petrole Publications,

3、(1985). Combustion front propagation最大波及最大波及效率效率 62%火烧油层火烧油层-机理机理9Air, O2, Air + H2O, Cycles, etc.Swept zoneCombustion zoneReaction zoneCool zoneOverride-气顶窜气顶窜ChannelingWell burnoutShearGas breakthrough现场经验 (1965-1985)Old Combustion Concepts( Courtesy of Prof. M. Dusseault)9Oil bank(油聚集)反应降低-fail!传

4、统火烧油层工艺传统火烧油层工艺重力稳定泄油重力稳定泄油传统的传统的ISC井位布局：长井距井位布局：长井距Injection wellVerticalproducer wellSAGD and VAPEX：短井距：短井距Injection wellHorizontalproducer well水平井火烧油层新工艺水平井火烧油层新工艺t1t2t3t4Injection wellHorizontalproducer well水平井火烧油层水平井火烧油层Mobile oil zone (MOZ)Air & WaterCombustion zoneProducer wellInjection w

5、ellCold Heavy OilCoke zoneToeHeelCold Heavy Oil注气井Air生产井ToeHeel水平井火烧油层水平井火烧油层Producer wellToeCold Heavy OilCoke zoneInjection wellMOZHeel水平井火烧油层水平井火烧油层起动点火Cold Heavy OilToeHeelInjection wellCoke zoneMOZProducer wellHeavy residual/coke水平井火烧油层水平井火烧油层注气井注气井-生产井生产井 井距短井距短重力稳定驱替重力稳定驱替减少气窜顶减少气窜顶适用于不流动的超稠油

6、适用于不流动的超稠油水平井火烧油层水平井火烧油层高效的燃烧过程高效的燃烧过程英国英国Bath大学大学THAI火烧油层实验研究火烧油层实验研究Gas AnalysersAirN2H2OControllerPCA/D interfaceD/A interfaceGas/LiquidSeparationSamples3-D cell火烧油层实验火烧油层实验0510152005101520253035404550556005油砂填充Injection well温度测试0cm20cm40cm50cm60cm10cm Coke Zone53cm 60 cm油焦在油管内沉淀油焦在油管内沉淀实测的温度场: 1

7、1 小时Horizontal producerInjection well水平井火烧油层实验水平井火烧油层实验Vertical mid-planeHorizontal mid-planeVertical mid-planeHorizontal producerCoke deposit水平井火烧油层实验水平井火烧油层实验(a) t = 35 min(b) t = 120 min(d) t = 600 min(c) t = 360 min水平井火烧油层实验水平井火烧油层实验Time (min)0100200300400500600Oil production rate (ml/min)024681

8、01214Wet combustion产油率： Athabasca Tar Sand BitumenTime (min)060120180240300360420480540600660720API point of the produced oil101214161820Run 984 Dry com bustionRun 985 W et Com bustion实测的产出油实测的产出油API 重度重度(干烧及湿烧干烧及湿烧) ：Wolf Lake oil (viscosity 50,000 mPa.s). Time (min)060120180240300360420480540600AP

9、I density of the Produced Oil10152025Run 2000-01Run 2000-02Wet Combustion 火烧油层过程中产油的火烧油层过程中产油的API重度变化：重度变化：Athabasca tar sand.CatalyticNon-catalytic油藏数值模拟油藏数值模拟 temperaturetemperature 模拟实验室实验：温度场模拟实验室实验：温度场 (600 min)oxygenoxygen实验室实验模拟：氧气分布场实验室实验模拟：氧气分布场oil recovery & in situ upgradingoil recove

10、ry & in situ upgrading实验室实验模拟：产油量及油重度变化实验室实验模拟：产油量及油重度变化油田模拟：温度场油田模拟：温度场燃烧过程稳定燃烧过程稳定 驱替效率高：驱替效率高： 80-85% OOIP80-85% OOIP产产 出出 油油 品品 位位 升级升级 ： 6-8 6-8 o oAPIAPI空气可空气可注性高，注性高， 产油率高产油率高可用于有气顶和底水的油藏可用于有气顶和底水的油藏水平井火烧油层工艺特点水平井火烧油层工艺特点现场试验现场试验 (Pilot)PetroBank Ltd. Canada现场试验现场试验, PetroBank Ltd. Canada

11、三组井, 100m间隔水平井段长水平井段长500m, 井井深深 500m油层厚油层厚10m19口口 观察井观察井：P/T沥青质油砂沥青质油砂, API o8设计产油设计产油 629 桶桶/天天产水产水189 桶桶/天天注气量注气量3百万百万ft3/天天空气空气/油比油比1500 m3/m3总投资总投资$3千万千万*地面设备：空气压缩机, 移动蒸汽发生器，分离装置，管线风险及安全问题风险及安全问题n空气突破到水平井？空气突破到水平井？n高温对生产井结构的影响？高温对生产井结构的影响？n腐蚀腐蚀n点火点火及重新及重新点火点火n注气井：可注性注气井：可注性n生产井生产井: pump? 气举气举?n注

12、空气安全？注空气安全？加加PetroBnak公司公司THAI现场试验设计现场试验设计：设计了设计了3组井组井, 100m间隔间隔水平井段长水平井段长500m, 井深井深 500m油层厚油层厚10m19口口 观察井：测试观察井：测试P/T沥青质油砂沥青质油砂, API o8设计产油设计产油 629 桶桶/天天产水产水189 桶桶/天天注气量注气量 3百万百万ft3/天天预计空气预计空气/油比油比1500 m3/m3燃烧前注蒸汽燃烧前注蒸汽2个月，将地层温度提高到个月，将地层温度提高到200C， 同同时建立注入井和水平产井的通道。时建立注入井和水平产井的通道。现场试验方案设计现场试验方案设计现场试

13、验现场试验结果（结果（WHITESANDS THAI Field Pilot）总井数：三对总井数：三对目标油藏：砂厚大于目标油藏：砂厚大于20m；生产井：水平段长度生产井：水平段长度500-700m，井距，井距100m注入井：垂直井，与生产井距离注入井：垂直井，与生产井距离18m。其它井：其它井：10口观测井，测量口观测井，测量17处温度及处温度及2处压力处压力预热阶段：预热阶段：2006年年3月月7月，注采井均注，累积注入月，注采井均注，累积注入8000m3蒸汽蒸汽开发效果：开发效果：2006年年12月，空气注入速率月，空气注入速率90,000m3/day，燃烧前缘，燃烧前缘温度温度7008

14、00，氧气含量，氧气含量0%，未未“短路短路”窜出，含水率窜出，含水率85%降至降至70%后逐渐降至后逐渐降至50%，日产液量，日产液量159m3，出砂率低于，出砂率低于1%。FIVE RIVER PHASE PROJECT：1、地质情况：、地质情况： 孔隙度孔隙度 34% ， 渗透率渗透率 50008000md，垂向渗透率，垂向渗透率0.9倍倍IJ方方向向 饱和度饱和度80%2 2、点火方式、点火方式- -加热后加热后自燃：注蒸汽自燃：注蒸汽3 3个月加热地层（个月加热地层（ 100100), ), 注空气自燃注空气自燃3、 布井方式布井方式总井数总井数18对，对，4个平台个平台生产井：生产

15、井：18口，水平井段长口，水平井段长500-700m，间距，间距125m；距油层底部；距油层底部2m；射孔；射孔210到到215m注入井：注入井：18口，距油层底部口，距油层底部20m；射孔；射孔225 到到235m四、注入设计四、注入设计预热阶段：蒸汽预热阶段：蒸汽75m3/day 3个月个月燃烧生产阶段：生产井注蒸汽燃烧生产阶段：生产井注蒸汽10m3/day维持井温；空气注入速率：随燃烧维持井温；空气注入速率：随燃烧面积扩大，由面积扩大，由10,000 m3/day升高至升高至125,000m3/day；1 1、 注气井注气井- -生产井井距短，联通性好，生产井井距短，联通性好，适合于高粘

16、（不流动）稠油；适合于高粘（不流动）稠油；2 2、重力稳定泄油（驱替），减少气窜和超覆；、重力稳定泄油（驱替），减少气窜和超覆；有助于维持高效的燃烧过程；有助于维持高效的燃烧过程；3. 3. 与水平井结合，单井控油和泄油空间大，与水平井结合，单井控油和泄油空间大，油藏综合采收率高油藏综合采收率高工艺特点：工艺特点：研究要点研究要点研究目标研究目标1、 针对目标区块，根据火烧油层机理和工艺要求，针对目标区块，根据火烧油层机理和工艺要求，通过加速热力计（通过加速热力计（ARC）、燃烧管和三维模型实验，）、燃烧管和三维模型实验，测定原油燃烧反应动力学参数及反应热焓，建立目标测定原油燃烧反应动力学参数

17、及反应热焓，建立目标区块燃烧反应动力学模型，进行可燃性评价。区块燃烧反应动力学模型，进行可燃性评价。2、 根据室内实验结果，进行目标区块的油藏数值模根据室内实验结果，进行目标区块的油藏数值模拟研究，模拟和监测燃烧前缘的发展及油藏动态，提拟研究，模拟和监测燃烧前缘的发展及油藏动态，提出水平采油井设计、采油工艺和火烧前缘监测方案，出水平采油井设计、采油工艺和火烧前缘监测方案，为矿场方案制定提出指导性的意见。为矿场方案制定提出指导性的意见。主要研究内容：主要研究内容：目标油藏原油可燃性和高温氧化反应可持续性评价目标油藏原油可燃性和高温氧化反应可持续性评价 2. 燃烧燃烧-高温氧化机理研究高温氧化机理

18、研究 高温氧化反应动力学及数值模拟方法高温氧化反应动力学及数值模拟方法火烧前缘监测技术火烧前缘监测技术油藏筛选和适应性研究油藏筛选和适应性研究1. 重力稳定泄油火烧油层工艺设计和方案优化重力稳定泄油火烧油层工艺设计和方案优化主要研究内容：主要研究内容：目标油藏原油可燃性评价和高温氧化反应可持续性评价目标油藏原油可燃性评价和高温氧化反应可持续性评价 通过加速热力计（通过加速热力计（ARC）在近绝热条件下，进行目标油藏的可燃性）在近绝热条件下，进行目标油藏的可燃性评价实验，评价目标油藏原油的可燃性和高温氧化反应的可持续性，即评价实验，评价目标油藏原油的可燃性和高温氧化反应的可持续性，即对一定量原油

19、从低温到高温连续加热，测试氧化反应产生的温度变化，对一定量原油从低温到高温连续加热，测试氧化反应产生的温度变化，分析从低温氧化到高温氧化的转化的可持续性，计算放热量，评价高温分析从低温氧化到高温氧化的转化的可持续性，计算放热量，评价高温燃烧的稳定性。燃烧的稳定性。2. 燃烧燃烧-高温氧化机理研究：高温氧化机理研究： 结合结合ARC实验结果，进行静态氧化反应实验，分析原油燃烧前后的实验结果，进行静态氧化反应实验，分析原油燃烧前后的组分（采用色谱和组分（采用色谱和4组分方法组分方法-饱和烃、芳香烃、胶质和沥青，分析参与饱和烃、芳香烃、胶质和沥青，分析参与燃烧的组分。燃烧的组分。 通过进行一维燃烧管

20、或三维填砂模型实验，研究原油高温氧化反应通过进行一维燃烧管或三维填砂模型实验，研究原油高温氧化反应的产物和反应中温度变化，分析燃烧机理、反应物和产物、反应热焓。的产物和反应中温度变化，分析燃烧机理、反应物和产物、反应热焓。 单组分反应实验：进行不同饱和烃、蜡和沥青的氧化实验，在不断单组分反应实验：进行不同饱和烃、蜡和沥青的氧化实验，在不断加温过程中，测试其低温氧化加温过程中，测试其低温氧化-高温氧化转化的过程，评价保持稳定燃烧高温氧化转化的过程，评价保持稳定燃烧的可行性，分析参入高温氧化反应的组分。的可行性，分析参入高温氧化反应的组分。主要研究内容：主要研究内容：3. 3. 高温氧化反应动力学

21、及数值模拟方法高温氧化反应动力学及数值模拟方法 根据物理模拟实验的拟合，确定数学模型中的裂解和氧化反根据物理模拟实验的拟合，确定数学模型中的裂解和氧化反应相关参数；提出适用于重力稳定泄油火驱技术油藏数值模拟应相关参数；提出适用于重力稳定泄油火驱技术油藏数值模拟的燃烧动力学模型。的燃烧动力学模型。 建立目标区块的油藏数值模拟模型，研究重力稳定泄油火驱建立目标区块的油藏数值模拟模型，研究重力稳定泄油火驱技术对地质参数（合理厚度界限、油品性质、不同物性技术对地质参数（合理厚度界限、油品性质、不同物性Kv/KhKv/Kh等）的敏感性；进行注采系统优化研究（注采井平面、纵向匹等）的敏感性；进行注采系统优

22、化研究（注采井平面、纵向匹配关系优化、注采参数优化），研究试验井组的开发指标：包配关系优化、注采参数优化），研究试验井组的开发指标：包括泄油空间大小、火烧前缘温度、水平井段温度、产液和产气括泄油空间大小、火烧前缘温度、水平井段温度、产液和产气量等，为采油工艺设计提供依据。量等，为采油工艺设计提供依据。4. 4. 火烧前缘监测技术火烧前缘监测技术 研究不同的火烧前缘监测技术的应用，包括监测井测试、物研究不同的火烧前缘监测技术的应用，包括监测井测试、物质平衡分析、失踪剂测试分析、微地震监测等技术，结合油藏质平衡分析、失踪剂测试分析、微地震监测等技术，结合油藏数值模拟结果，提出现场监测方案。数值模拟结果，提出现场监测方案。主要研究内容：主要研究内容：5. 5. 油藏筛选和适应性研究油藏筛选和适应性研究 通过调研、室内实验和现场经验，提出通过调研、室内实验和现场经验，提出重力稳定泄油火烧油重力稳定泄油火烧油层工艺的层工艺的油藏评价及选择方法，研究油藏评价及选择方法，研究其其油藏适应范围和条件，油藏适应范围和条件，包括包括油藏类型、油藏类型、6. 6. 重力稳定泄油火烧油层工艺设计和方案优化重力稳定泄油火烧油层工艺设计和方案优化 根据油藏数值模拟结果，提出空气注入