稠油热采及水平井注汽

稠油热采及水平井注汽工艺技术白文海金马公司工艺研究所第一部分稠油开采技术综述第二部分稠油注蒸汽开采技术第三部分水平井注汽工艺技术稠油一般是指地层条件下粘度大于50mPa.s（或地面脱气情况下粘度大于100mPa.s）的原油。世界：约15500×108t，美国、加拿大、委内瑞拉、中国等中国：预计80×108t以上，松辽、渤海湾、准噶尔等1.世界稠油资源的分布全球常规油和重油的分布是不均衡的，具有“西稠东稀”的特征。西半球：约69.3%的可采重油储量南美61.2%，北美8.1%）；约82%的可采天然沥青（北美81.6%）。东半球：约有85%的稀油储量。第一部分稠油开采技术综述世界各主要稠油国基本情况分析表国家主要分布油田预测储量（108吨）可采储量（108吨）采收率主要开采技术加拿大阿萨巴斯卡和冷湖以及和平河等8个油田2680～4000200050%～80%冷采技术委内瑞拉波利瓦尔油区、东委内瑞拉盆地及奥里诺科重油带200060025%注水及注蒸汽技术中国辽河油田、河北大港油田，克拉玛依油田及渤海油田3008020%左右蒸汽吞吐技术、蒸汽驱及表面活性剂等技术俄罗斯伏尔加~乌拉尔油气区及西西伯利亚油气区20652采收率较低蒸汽驱技术美国克恩河油田90～16060～11055%～70%蒸汽驱技术1.世界稠油资源的分布第一部分稠油开采技术综述从全球各地区拥有的剩余重油和油砂资源量来看，南美地区居首位，其次是北美、中东。世界前三位剩余重油可采储量国家排名国家储量/108bbl委内瑞拉2700加拿大1740俄罗斯225l常规油和重油合计储量排名：委内瑞拉、沙特阿拉伯、加拿大。1.世界稠油资源的分布第一部分稠油开采技术综述2.中国稠油资源的分布我国稠油资源分布很广，其中陆地稠油约占石油总资源的20%以上。稠油突出的特点是含沥青质、胶质较高。胶质、沥青质含量较高的稠油产量约占原油总产量的7%。现在，我国已在松辽盆地、二连盆地、渤海湾盆地、南阳盆地、苏北盆地、江汉盆地、四川盆地、珠江口盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地、吐哈盆地等12个盆地中，发现了70多个重油油田。第一部分稠油开采技术综述中国石油资源分布图2.中国稠油资源的分布第一部分稠油开采技术综述从1992年起，全国陆上重油年产量上升到1000万吨以上。中国主要稠油油田2006年产量排名油田产量/104t油田产量/104t辽河油田800胜利油田200克拉玛依油田500塔河油田150大港油田220河南油田40

重油油田主要集中在辽河油区、胜利油区、克拉玛依油区以及河南油区。2.中国稠油资源的分布第一部分稠油开采技术综述成熟的稠油开采技术列表成熟技术始用时间开采机理应用效果蒸汽吞吐20世纪50年代在一口井中注入蒸汽后关井，让蒸汽与油藏岩石进行热交换，然后再开井采油。最成熟的稠油热采技术，在所有稠油油田均有应用蒸汽驱20世纪50年代向注入井连续注入一定量的蒸汽，蒸汽将油驱向生产井，在生产井中采出。较为成熟，应用较为广泛。冷采20世纪80年代中期出砂形成蚯蚓洞渗透率提高，油层中溶解气析出驱油同时油层大量出砂，发生压实作用使驱动能量增加。加拿大发明，现在主要应用在加拿大及委内瑞拉地区效果较好表面活性剂20世纪20年代改变岩石的润湿性，改变油水界面的粘度，但产生超低的油水驱替液界面张力是主要原因之一。研究较早，50年代美国和苏联相继进行了试验，70年代后达到了高峰。微生物采油20世纪20年代利用微生物对原油中的沥青质等重质组分进行降解，降低原油粘度，提高油藏采收率。从1926年开始研究，到80年代，美国和前苏联进入矿场试验阶段，进入90年代驱如成熟，很多国家用于稠油开采3.稠油开采技术状况第一部分稠油开采技术综述发展中的稠油开采技术发展技术始用时间发明国家/人开采机理磁降凝降粘20世纪60年代前苏联靠地层压力或机械力量使原油沿油管向上流动，当温度下降到凝点时，出现结蜡现象，磁化作用产生诱导磁距，抑制蜡晶形成，降低原油的粘度声波采油20世纪90年代前苏联通过声波处理使流体的物性及流态发生变化，改善井底近井地带的流通条件及渗透性，使停喷、低产井提高产能。地震采油20世纪60年代前苏联通过研究天然地震的弹性波及传播规律，运用人工振动设备提高原油采收率。蒸汽辅助重力泄油技术1994年Bulter等人在接近油柱底部油水界面以上钻水平生产井，蒸汽通过井上方与平行的水平井持续注入，形成蒸汽室。蒸汽凝析水和被加热的原油在重力驱替下产出。地下催化反应法20世纪90年代MichaelGondouin首先进行吸热反应，将蒸汽和甲烷转化成氢和一氧化碳，后将冷却气体输进井内催化反应器，气体反应产生蒸汽和甲烷，热量传到油层，气驱采油。3.稠油开采技术状况第一部分稠油开采技术综述中国主要油田稠油开采技术列表油田曾用稠油开采技术现用稠油开采技术辽河油田蒸汽吞吐、蒸汽驱、超声波采油、火烧油层、表面活性剂蒸汽吞吐、蒸汽驱表面活性剂、超声波采油胜利油田蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、化学吞吐、表面活性剂、微生物蒸汽吞吐、蒸汽驱、表面活性剂克拉玛依蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、微生物、表面活性剂蒸汽吞吐、蒸汽驱微生物、表面活性剂大港油田蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、冷采、化学吞吐、表面活性剂蒸气吞吐、蒸汽驱、冷采、表面活性剂塔河油田蒸汽吞吐、蒸汽驱、表面活性剂蒸汽吞吐、蒸汽驱、河南油田蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、冷采、表面活性剂蒸汽吞吐、蒸汽驱、表面活性剂、冷采3.稠油开采技术状况第一部分稠油开采技术综述热采总产量的80%热力采油方法蒸汽吞吐蒸汽驱热水驱火烧油层3.稠油开采技术状况第一部分稠油开采技术综述（1）蒸汽吞吐蒸汽吞吐采油是一种单井作业，在一口井中注入一定量的蒸汽(一般在几百吨以上)，随后关井，让蒸汽与油藏岩石进行热交换，然后再开井采油。此过程可循环往复进行，又称循环注蒸汽工艺。3.稠油开采技术状况中国重油开发始于20世纪80年代。自1982年辽河油田第一口蒸汽吞吐井开采试验成功后，开采规模不断扩大。1980年～1985年蒸汽吞吐试验阶段1986年～1990年蒸汽吞吐技术推广应用和蒸汽驱技术先导试验阶段1991年至今改善蒸汽吞吐开采效果及蒸汽驱扩大试验阶段蒸汽吞吐的三个阶段（3）火烧油层法开采稠油火烧油层也称火驱法，是指空气或含氧气体注入到油层，在油层中与有机燃料起反应，用产生的热量来帮助采收未燃烧的原油。3.稠油开采技术状况（2）蒸汽驱蒸汽驱油法是一种驱替式采油方法，类似于水驱；即以井组为基础，向注入井连续注入一定量的蒸汽，蒸汽将油驱向生产井，在生产井中采出。（4）表面活性剂开采稠油技术在油层中加入一定量表面活性剂溶液，可使堵塞地层孔道的稠油重质成分分散，将原来油包水型的原油乳状液转化成水包油型，具有降低油水界面张力和乳化分散原油的能力，改变稠油流动性；同时可改变岩石表面的润湿性为亲水性，降低岩石对原油的吸附性和运动阻力，减少油流喉道堵塞。乳化润湿机理3.稠油开采技术状况降凝机理

加入适量表面活性剂，当油井出油温度降低到某值，蜡晶刚形成时，可阻止蜡晶分子集合体间相互粘接，防止生成连续的结晶网，降低高凝稠油的凝点，有利于油蜡水分子集合体通过岩石孔隙。（5）冷采技术①大量出砂形成“蚯蚓洞网络”,储层孔隙度从30%提高到50%以上,渗透率提高几十倍,极大地提高了稠油在油层中的渗流能力。②出砂冷采井中的稠油通常都溶解一定量的天然气。当压力不断下降时,气泡不断变大。这时,这些气泡形成一个“内部驱动力”,驱动砂浆由地层向井筒流动。使原油密度变得很低，从而使粘度很大的稠油得以流动。3.稠油开采技术状况③由于油层中产出大量砂粒,使油层本身的强度降低，在上履地层的作用下，油层将发生一定程度的压实作用，使孔隙压力升高，驱动能量增加。④远距离的边底水可以提供一定的驱动能量。

（6）微生物采油技术利用微生物降解技术对原油中的沥青质等重质组分进行降解，可以降低原油粘度，提高油藏采收率，这一技术在采油过程中得到了一定的应用并有继续发展的趋势。3.稠油开采技术状况（7）溶剂萃取技术(VAPEX)

VAPEX不是注蒸汽，而是注一种烃类气体或多种烃类气体的混合物。注入的气体在地层温度及压力条件下处于临界状态，溶解重油和沥青，并降低其粘度，稀释油在重力作用下流向水平井。可通过控制溶剂压力将原油沥青脱到所期望的程度，采出的原油品位较高。析出的沥青留在油藏中，因此减少了运输和炼制过程中许多可能出现的问题。SAGD方法不能使原油品位明显提高，只能将一些沥青组分热降解。（8）化学吞吐向稠油油藏中注入化学药剂即吞吐液，通过吞吐液在油层中分散，将稠油乳化成为水包油乳状液，改变稠油的流动性，提高地层渗透率，增加原油的流动能力。3.稠油开采技术状况（9）磁降凝降粘技术当原油通过磁场时，诱导磁距的产生破坏了石蜡分子结晶时的定向排列，破坏和延长蜡晶的生成，起到防蜡降凝的作用。同时，磁化作用破坏了原油各烃类分子间的作用力，使分子间的聚合力减弱，从而使原油的粘度降低，流动性增强。（10）超声油采油技术通过声波处理生产油井、注水井的近井地带。使地层中流体的物性及流态发生变化,改善井底近井地带的流通条件及渗透性。3.稠油开采技术状况（11）地震采油技术①震动可以降低原油粘度机械波使孔隙里的原油连续不断地受到拉伸和压缩，破坏了原油的流变结构，使原油粘度降低。②机械波可以降低液体的表面张力，增加原油的流动性。③震动有利于清除油层堵塞，提高地层渗透率。④震动可以改变岩石表面的润湿性，减小渗流通道中的“贾敏效应”降低残余油饱和度。3.稠油开采技术状况（12）井下催化反应法利用一定的化学试剂作催化剂，针对油藏中以沥青质为主的重质组分进行一定程度、选择性的化学降解，预期可以改善油藏的理化性质和提高油藏采收率，更可望在给其他后期过程带来好处。（13）水热催化裂化降粘技术采用过渡金属元素催化剂在地下实现稠油水热裂解降粘，改变原油的化学结构，进而改善流动，提高稠油采收率的方法。第二部分稠油注蒸汽开采技术1稠油分类

1982年2月在第二届国际重油及沥青砂学术会议上提出了统一的定义和分类标准。第二部分稠油注蒸汽开采技术由UNITAR推荐的重质原油及沥青分类标准①指在油藏温度下的脱气原油粘度，用油样测定或计算出。②UNITAR：联合国训练研究署③℃=5/9（℉-32），60℉=15.6℃重质原油是指在原始油藏温度下，脱气原油粘度为100-10000mPa.s或在60℉（15.6℃）及在大气压下的密度为934～1000kg/m3的原油。中国稠油分类标准第二部分稠油注蒸汽开采技术①指油层条件下粘度；其它指油层温度下脱气原油粘度。1稠油分类金马公司原油物性统计表第二部分稠油注蒸汽开采技术1稠油分类第二部分稠油注蒸汽开采技术2注蒸汽热力采油的基本方法有两种（1）蒸汽吞吐蒸汽吞吐采油是一种单井作业，是指在本井完成注蒸汽，焖井和开井生产三个连续过程，当从注蒸汽开始至油井不能正常生产即完成一个吞吐周期。此过程可循环往复进行。属于衰竭式开采方式。（2）蒸汽驱蒸汽驱油法是一种驱替式采油方法，类似于水驱；即按一定的基础井网，向注汽井连续蒸汽，蒸汽将油驱向生产井，在生产井中采出。当油汽比达到经济极限（0.15），蒸汽驱结束。3稠油注蒸汽开采机理（1）降粘作用稠油粘温特性；改善水油流度比；提高驱油效率和波及系数。第二部分稠油注蒸汽开采技术新海27-H9井粘温曲线图（2）热膨胀作用15.00.01509.90.00993.10.003130910.017.00.017011.20.01123.30.00333029.022.60.022614.60.01454.00.00402847.032.40.032420.70.02075.10.00512625.054.60.054634.50.03457.80.00782323.0158.60.158699.50.099520.80.02081791.0倍数比容，m3/kg倍数比容，m3/kg倍数比容，m3/kg80%干度50%干度10%干度温度℃压力MPa不同干度的蒸汽在不同压力下的体积与水的体积对比表地层温度升高，岩石和稠油产生膨胀；同时蒸汽比容高，大大提高地层能量。第二部分稠油注蒸汽开采技术3稠油注蒸汽开采机理（3）岩石渗流物性改变的作用岩石表面更加水湿岩石的热膨胀原油粘度的降低提高原油采收率束缚水饱和度增加，残余油饱和度下降被驱替相的相对渗透率增大相渗透率曲线向含水饱和度增加方向移动第二部分稠油注蒸汽开采技术3稠油注蒸汽开采机理（3）岩石渗流物性改变的作用温度对束缚水饱和度和残余油饱和度的影响0.5110.20860℃油汽驱替系统0.2680.2770.2760.351120℃0.1720.5710.1310.3660.1940.395200℃SorSwiSorSwiSorSwi参数0.2360.2980.5480.2300.4670.3240.2110.415200℃油水驱替系统油田0.2600.4470.3120.256曙光0.2640.192高升0.2910.365单家寺120℃60℃第二部分稠油注蒸汽开采技术3稠油注蒸汽开采机理（4）蒸汽的蒸馏作用蒸馏作用扩大井底蒸汽带的体积产生扰动，死油流动，增加驱油能力产生部分轻质原油，降低了原油粘度和密度提高原油采收率第二部分稠油注蒸汽开采技术3稠油注蒸汽开采机理（5）蒸汽对矿物及孔隙结构的影响粘土矿物成分的增加大大降低油层的渗透能力矿物的重新胶结有可能增大油层的渗流能力存水率的变化和注蒸汽开采效果的好坏是密切相关的会改变岩石的原有孔隙结构第二部分稠油注蒸汽开采技术3稠油注蒸汽开采机理（6）蒸汽使自渗吸作用加强提高稠油产量在注汽压力作用下，注入汽强行进入油砂层；蒸汽驱在低注入或间歇停注阶段，形成不稳定压力降，促使油层中出现毛细管力的自吸反驱作用、液流重力分异和闪蒸；第二部分稠油注蒸汽开采技术3稠油注蒸汽开采机理(1)注蒸汽开采油藏标准（世界石油大会，1984）1原油重度，°API10～342原油粘度，mPa.s<150003深度，ft(m)<3000（914.6）4厚度，ft(m)>20（6.09）5孔隙度，小数>0.26渗透率，10-3μm2>2507油藏压力，psi(MPa)<1500（10.34）8最小含油饱和度，小数>0.19岩石类型砂岩或碳酸岩4注蒸汽开采筛选标准第二部分稠油注蒸汽开采技术（２）中国注蒸汽开采筛选标准4注蒸汽开采筛选标准第二部分稠油注蒸汽开采技术油藏地质参数一等二等常规吞吐蒸汽驱特殊吞吐技术1原油粘度，mPa.s50～1000050～1000010000～1000002原油密度，kg/m3>0.92>0.920.92～1.03原油深度，m150～1500150～1000150～10004油层厚度，m≥5.0≥10≥105净总厚度比>0.4>0.5>0.46孔隙度，>20>20>207原始含油饱和度Soi，>50>50>508φ×Soi≥0.1≥0.1≥0.19储量系数104t/km2.m>10>10>1010渗透率，10-3μm2≥250≥250≥2504注蒸汽开采筛选标准第二部分稠油注蒸汽开采技术（3）注蒸汽开采筛选标准与金马区块对比推荐标准油藏地质条件不大<5倍油区体积边底水体大小11>0.1>0.1φ×Soi5K/μ>3<0.9>0.5>0.2>0.5<1400国外标准块状10～45，互层状>15特殊要求一般界限油藏条件及开发条件<0.6/10(反韵律)纵向渗透率变异系数/级差10>10油层厚度，m950～10000原油粘度，mPa.s8>200渗透率，10-3μm27<0.95原油密度，kg/m36>0.5原始相对密度，小数4>0.2岩石有效孔隙度，%3>0.5净总厚度比2<1400油藏埋深，m1（4）蒸汽吞吐转蒸汽驱筛选界限4注蒸汽开采筛选标准第二部分稠油注蒸汽开采技术第三部分水平井注汽采油技术辽河油田自1992年在冷家堡油田冷43块实施第一口水平井冷平1井以来至2012年共完钻各类水平井已超过1200口,形成了年产油250×104t以上的生产能力，其中稠油水平井800余口。目前水平井的数量在以每年约200口的规模递增。第三部分水平井注汽采油技术金马公司自2004年5月实施海平1井以来，至2013年底共完钻各类水平井113口,形成了年产油50×104t的生产能力。其中稀油井8口，稠油井105口井，目前日产油水平310t。1、水平井概况辽河油田稠油水平井均采用筛管完井，注汽过程都采用笼统方式注汽，受油层非均质及周边采出影响，造成蒸汽局部突进、水平段动用不均。通过对2006年260多口水平井温度测试资料分析，水平段动用不均的油井约占水平井总井数80%，单井动用较好的井段约占总井段的1/3～1/2。2、水平井注汽现状第三部分水平井注汽采油技术第三部分水平井注汽采油技术3、水平井有效注汽技术1）高效注汽管柱注汽工艺管柱是水平井最大限度地增大注汽效率，提高井底干度，减少井筒热损失和保护油层套管安全的关键。注汽管柱包括注汽井口和井下注汽管柱结构两部分。注汽管柱主要由真空隔热管、隔热管接箍密封器、双作用封隔器等组成。注汽前采用氮气替换出套管环空的液体，同时对双作用封隔器以下部分环空进行隔热保护主要参数为：耐压21MPa，耐温370℃。Φ339.7mmΦ114mm隔热管伸缩管RY361-210悬挂器Φ244.47mmΦ177.8mm图5.2高效注汽管柱图图2.1KR21-370型注汽井口1）高效注汽管柱工具隔热管

辽河油田总机厂真空隔热管材质N80钢级，内外管间采用“多层铝箔+真空+吸氢剂”隔热注汽封隔器RY361-210双作用注汽封隔器最大外径，φ210mm；内通径，φ100mm；初封温度，230℃；工作压力，18MPa；工作温度，360℃。伸缩管Ss60-148压力补偿式隔热型汽驱伸缩管最大外径，φ148mm；内通径，φ62mm；总长，6m；工作压力，17MPa；工作温度，350℃。接箍密封器适用于Φ114mm隔热油管、Φ88.9mm隔热油管外径，Φ105mm；内通径，Φ62mm；总长，230mm；工作压力，20MPa；工作温度，350℃3、水平井有效注汽技术第三部分水平井注汽采油技术3、水平井有效注汽技术2）双管注汽管柱管柱组成：同心式管柱结构1)地面部分：等干度分配装置2)井口部分：双管注汽井口3)管柱部分：无接箍油管+隔热管适用范围：1)稠油热采水平井；2)水平井段动用不均；3)注汽过程中需要调整水平井段配汽量；4)不出砂或少量出砂油井3、水平井有效注汽技术2）双管注汽配套工具双管注汽井口闸阀公称通径：Φ65mm，工作压力：21MPa，工作温度：-35—370℃，内管流道通径：Φ50mm1.9″无接箍油管等干度分配注汽装置最大外经：53.6mm，基管外径：48.3mm，基管内径：38.1mm，单根长度：9.6m由旋流器、混相器、等干度分配室、蒸汽流量调节阀、蒸汽计量仪表、和去各井的注汽管线组成外注汽管41/2″真空隔热管，内径76mm，视导热系数：0.01W/(m.℃)温度计保护器外径：60.3mm，内经:38.1mm，长度：310mm，上下为1.9″油管扣第三部分水平井注汽采油技术3、水平井有效注汽技术3）多点分段注汽技术管柱组成：1、真空隔热管+油管+多点注汽阀2、真空隔热管+油管+分段注汽阀+蒸汽伞+扶正器适用范围：1)长水平井段动用不均；2)不出砂或少量出砂油井蒸汽伞油管扶正器3、水平井有效注汽技术3）多点分段注汽配套工具分段注汽阀多点注汽计算软件“水平井注汽动态分析软件系统”(Version4.0)，简称HPDA)是专为该项目研制开发的应用软件。主要用于计算注汽井筒中的压力分布、干度分布、压降分布以及配汽孔径分析。分中心管及外套两部分，孔眼大小由设计软件计算得出，外套以改变蒸汽的流动方向保护套管。最大外径：Φ89-110mm，长度：430mm，内通径：Φ50mm，扣型：27/8＂TBG蒸汽伞蒸汽伞采用自封结构设计。注汽时，受到注汽管柱内外压差作用，蒸汽伞撑开密封油套环空。接箍压帽密封胶筒压帽滑动外套长度：650mm，刚体外径：Φ110mm，内通径：Φ62mm，耐温：350℃，工作状态最大外径：161mm，扣型：27/8“TBG，常温耐压7MPa，高温耐压5MPa。滑块式扶正器刚体外径：140mm，长度：500mm，刚体最小内径：62mm，最大外径：158mm，扣型：27/8＂TBG从六年现场应用情况来看，取得了提高注汽压力、水平井段动用程和油井生产能力的效果，尤其是双管注汽可以实现将高焓值蒸汽注入主要吸汽井段，延长油井的高产周期，为金马公司水平井的高效开发做出了贡献，是我公司水平井注采配套措施之一，具有广阔的发展应用前景。3、水平井有效注汽技术4）现场应用情况水平均匀注汽生产效果统计表谢谢!互相学习共同提高（２）中国注蒸汽开采筛选标准油藏参数现有技术近期技术改