稠油开采活动中稠油热采技术的初步研究

摘要本文详细阐述了国内外稠油资源的分布特征，以及采收率状况，对国内外各油田总结了横向对比，总结了国内外稠油开采的发展状况以及发展稠油开采技术的意义。详细的介绍了稠油的各种开采方法及其优缺点，并介绍了稠油开采各项技术所需要的基本设备。此外，本文中有对稠油热采井下隔热管柱的结构的研究成果，并在理论上详细分析了隔热油管的隔热机理。最后对稠油分层采油中的各项技术逐一详尽的进行了对比介绍，总结了稠油分层开采的技术特点、技术现状以及未来的发展趋势。目录30073摘要 130073前言 3TOC\o"1-3"\h\u2165第1章稠油资源及主要特征 4237671.1稠油的定义、特性及分类标准 492321.2稠油开采的方法 51 27947第2章稠油开采技术分析 792322.1稠油出砂冷采 72.1.1出砂冷采主要配套工艺技术 72.1.2出砂冷采采砂特2.1.3稠油粘度对温度的敏感性 8 2．2注汽采油专用设备27947第3章隔热油管的结构和原理 10237673.1隔热油管的结构 1092323.2隔热油管的隔热机理 1030073第4章稠油分层采油 12237674.1分层采油 1292324.2分层注水 12326984.2.1分层注水的方法 12287364.2.2分层测试 1342324.3分层采油技术 13113404.4分层采油的意义 1311826结论 1531736参考文献 1630962致谢 17前言稠油在我国的石油资源中所占比例较大，其开采技术一直是石油界探索的问题。热采是开采稠油的重要手段，隔热油管的隔热性能直接影响着热采的开发效果。随着油田开发的不断进行，运用热采技术、蒸汽驱技术等，来提高稠油热采油管的隔热性能，减少注汽热损失。常规的注汽管柱是由隔热管、伸缩管、耐高温封隔器组成,其中伸缩管是采用内外双层管同心结构,注汽时内管在外管中自由伸缩。在注汽时伸缩管中心管处于裸露状态,且无任何的隔热措施,这使伸缩管的热损失占整个井筒热损的30%以上,严重影响了注汽效果。隔热油管蒸汽、地下开采稠油说明工具之一、孤立油管说明蒸气有更多的机会来改善抵达油层,稠油利用程度,这使得她们能够防止生产油井大火的污染物,套管和水泥、歪曲特制的使用寿命。随着轮次稠油剥削移民、减少饱和度燃料取暖和基础,压力下降,越来越少的产量降低蒸气、石油开采技术的吞吐稠油原产地高轮监测普遍准入在运行阶段、无效或无效吞吐油藏中。因此,寻求新的稠油研制、生产、新高轮吞吐稠油石油矿床后一个紧迫问题。稠油蒸汽开发改善获得驱虫蚊帐,他们可以有效稠油高轮石油矿床的开采阶段会议稠油缉捕、改善产出突出效果。本文设计了一种新型伸缩管，将伸缩管中心管裸露的部分经行了适当的减少，从而减少了井筒热损失。此外，还在中心管与密封盒连接上进行了设计，将中心管安放在密封盒内，伸缩管依靠密封盒与油管接箍连接。为了使中心管与密封盒不脱离，在中心管的适当部位焊接了一个挡环，通过压块与密封盒自身形成的一段空间，来控制中心管的伸缩量和防治二者脱离的目的。因为中心管与密封盒之间存在很小的缝隙，而密封效果又影响伸缩管的寿命，为了增强密封效果、增加伸缩管的寿命，使用了12个密封件进行密封。第1章稠油资源及主要特征1.1稠油的定义，特性及分类标准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0.943，地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油。因为稠油的密度大，也叫做重油。稠油是石油烃类能源中的非常重要的组成部分，其特点如下：（1）稠油中的胶质与沥青含量比较高，轻质的馏分很少。并且随着胶质和沥青的含量增高，稠油的相对密度和粘度也会相应的增加。（2）稠油的粘度对于温度特别敏感，随着温度的增加，粘度急剧下降。且原油粘度越大，这种变化越明显。（3）稠油中硫、氧、氮等杂原子较多。（4）稠油中石蜡含量一般较低，但也有极少数油田是“双高油田”，即沥青质含量高、石蜡含量也高，表征为高粘度高凝点原油。（5）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间常常有很大的差别。见表1-1：表1-1各个国家油藏参照表国家油田相对密度杂原子含量（%）胶质沥青（%）SON胶质沥青中国辽河高升0.94-0.960.55—0.7242.53.3新疆风城0.96560.31—0.5156.75.7加拿大Athabasca1.0154.610.523.418ColdLake0.9944.51.50.428.315PeaceRiver1.0265.91.60.530.519.5委内瑞拉Jobo1.023—0.625.48.6Laguna0.9893.7—0.5—7.3美国TarSandTriangle0.924.41.10.46—26马达加斯加Remolanga0.990.51.20.73316我国的稠油在物理性质上与国外有着明显的不同，主要区别是：相同密度的稠油，我国稠油的粘度相对比较高。根据我国稠油的物理特点，分类分别为普通稠油、特稠油和超稠油，表1-2是我国石油行业关于稠油分类的试行标准。表1-2中国石油行业稠油分类试行标准稠油分类主要指标辅助指标名称类别粘度，MPa·s相对密度，20oC，g/cm3普通稠油Ⅰ50（或者100）～10000＞0.9200亚类Ⅰ-150～150＞0.9200Ⅰ-2150～10000＞0.9200特稠油Ⅱ10000～50000＞0.9500超稠油（天然沥青）Ⅲ＞50000＞0.98001.2稠油开采的方法第一种方法是HDCS技术。通过优化采矿技术说明,经济政策的明确的参数,是有效的预算分配的数量制剂、二氧化碳和蒸汽消毒、质量、沥青松紧带,特派团的结构,以瓦体沥青厂、权力分散的群体提供高质量的原油的分散体系“持续下去。第二种方法是冷采技术。将原油和砂一起采出采用的是螺杆泵，为获得较高的原油产量让油层大量出砂，形成稳定的泡沫油。提高油层渗透率可在地层中组成“蚯蚓洞”，为油层提供了内部驱动能量的是由泡沫油组成的。此种技术具有较广泛的适用性相对于地层原油中含有溶解气的各类疏松砂岩稠油油藏。第三种方法是添加降黏剂技术。在孔隙介质中，乳化液的流动过程是一个复杂的随机形成过程，降低界面张力，若改善稠油油藏开发效果，就必须要提高毛细管数。降黏剂是表面活性物质，降粘剂在井下与原油相混合后产生乳化或分散作用，以小油珠的形式分散在原油水溶液中，混合出相比而言稳定的水包油型乳状液体系。在流动过程中将原油之间的内摩擦力转化为水之间的内摩擦力，所以流动阻力将会大幅度降低，从而达到降黏开采的目的。第四种方法是电加热。开采稠油、超稠油运用的是电热采油工艺，在技术上来说是可行的。但这种技术的可行性必须要求原油价格高或者电力成本低的基础上来说的。第五种方法是地下燃烧。我们平时讲的火烧油层就是地下燃烧。可以流动的原油，通过加热到生产井从而提供流路，然后进行油藏点火和注空气，综合应用蒸汽燃烧法，可以得到一个更大的经济效益，没有稳定的蒸汽注入经济储液罐。第六种方法是SAGD技术。蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术是一种超重型尖端技术的发展，这一过程的主要机制是传热和流体的对流相结合。蒸汽作为热源，蒸汽喷射和依靠加热以实现重力排水重油回收的作用油和水之间的密度差。用直井+水平井技术相结合，以提高显著以及生产周期。该技术重型，超稠油开采技术开辟了接管新的领域。第七种方法是掺稀油开采。这种技术的优点是不会伤害油层。不同于通过掺活性水降黏开采，掺活性水降黏开采需要去联合站去脱水，最后还需要解决脱下的水的出路问题，这样大大的增加了原油生产的成本;有些区块附近并没有稀油源，掺稀油也是一种较为麻烦的方法。这种技术的可行性与合理性决定于当前原油的价格。第八种方法是微生物驱油。由细菌在油藏的环境中进行繁殖，通过细菌的生长和新陈代谢对原油产生降解的作用，生成的固--液界面性质、渗流特性,来改变原油的物理和化学特性，从而增加洗油的效率。微生物可以降低原油高碳链烃的含量以及他的浓度。第九种方法是地热辅助采油技术。统计C地油田的3400井点地层温度数据。通过研究统计结果发现，地层打的温度和该油层埋深成正比例关系，油层埋藏的越深，地层温度就越高。通过使用广义上丰富的地热资源，包括深层的高温的热流体（油，气，水和它们的混合物），把热量带进浅油层，降低原油的粘度，提高原油的流动能力。为了减少热损失，最好不要进行油、气、水的分离，并且直接注入目的地油层而不经过地表。我国胜利油田在注水开发和稠油热采上的工艺技术非常的成熟，并且具有非常丰富的实战经验，为我国利用地热资源进行热水采油技术提供了不可或缺的实践基础。第2章稠油热采技术分析2.1稠油出砂冷采稠油的出砂冷采是近几年来在加拿大兴起的一种新型的稠油开采的技术。在20世纪60---70年代，加拿大Husky公司在稀松砂岩稠油油藏中采用了“不防砂常规开采”技术，然而这种开采方式便是现在的“出砂冷采”。在80年代后期，加拿大的一些小规模石油公司进行了了出砂冷采的探索性矿场实验，得到了非常好的效果。90年代初，“出砂冷采”这一概念被正式提出。90年代中期，该技术已经成为热点，除了众多小的石油公司外，一些大型石油公司也都纷纷开始涉足这一领域的相关技术。2.1.1出砂冷采主要配套工艺技术(1)射孔技术经过室内实验研究，设计研制出大孔径、深穿透的射孔弹和射孔枪。射孔弹地面穿混凝土靶试验结果平均人口孔径为17.75mm，平均穿深为285.5mm，起爆率、穿孔率达到100%,柞堵率为0。射孔枪地面模拟打靶试验效果达到SY/T5891.2一93标准。（2）井筒降粘技术长期室内试验研究表明，优选出的井筒降粘剂是BSC系列的降粘剂，该降粘剂使用浓度为0.1%---0.6%，采取连续注入或者分批注入，可以重复使用。该技术适合在特、超稠油或埋深较深的含砂量小于15%、含水20%---40%的普通稠油。（3）出砂冷采混砂混砂液处理技术在广泛的论证基础上，最新提出了采用一级沉降脱气、两步沉降出砂、两步活动洗砂的最新地面工艺流程。这种工艺能实现对粒径0.043mm以上的砂子完全脱除掉，除砂率能达到99.4%。在清洗时间为3---10分钟的情况下，通过旋流强化洗涤，净化砂的含油量在0.03%---0.27%之间，都低于我国规定的农用污染物0.3%的含油量标准。2.1.2出砂冷采采砂特征出砂冷采是一个大型的产砂过程，初期含砂一般能达到20%以上，平均单井累积产砂能达到数百立方米。出砂冷采的前2个月内，产出液含砂量能达到20%-60%（体积比）经过0.5-1a时间后，含砂量降到5%以内并趋于稳定。套保油田出砂冷采井在半年时间内单井累产砂量可以达到100-500立方米。产油量与采收率套保油田出砂冷采的单井日产油量能够达到10---30立方米，为常规开采产量的10---20倍。预计的采收率可以达到18%，而通常预测常规采油的采收率仅为4%左右。产出液特征出砂冷采井产出液为砂、油、水及小气泡的乳状液，呈泡沫油状流动，井口需采用沉砂罐进行沉砂处理且对砂进行洗砂处理。2.1.3稠油粘度对温度的敏感性稠油粘度对温度非常敏感，随温度升高而大幅度降低，并且粘度越高，下降幅度越多正是由于稠油升温降粘的敏感性，稠油热采才得以广泛采用。2.2注汽采油专用设备蒸汽发生器蒸汽发生器是用于热力方法开采稠油的关键设备。它以技术参数的先进性、可靠性和运行的经济可行性两方面制约着稠油开采的应用规模。我国几个稠油油田注蒸汽开采所用的蒸汽发生器均为高压直流自控锅炉。70年代末到80年代初期，我国主要从国外引进蒸汽发生器，同时开始了国内的研制工作；80年代中期引进国外制造技术，合作生产；80年代末达到了只需引进部分关键部件，有国内成套生产，已可以满足国内稠油开采的需要。热采井口装置热采井口装置是稠油井注汽和生产全过程中必不可少的控制装置。他主要由大四通、小四通、总阀、生产阀、套管阀、测试阀、节流器、法兰（卡箍）短节、截止阀等零件组成。目前在我国稠油油田现场应用的热采井口装置有三种。RC21/380型适用于各种稠油井；KR-14/340型和14x335型专门用于浅层稠油井。注蒸汽用隔热油管稠油井注蒸汽开采（蒸汽吞吐、蒸汽驱）时，普遍采用了隔热油管以减少井筒若损失，提高注入到油层的蒸汽干度，保护套管及套管外的水泥环免受损坏。在我国，由于大多数稠油井较深，注汽压力较高，不仅必须采用隔热油管，而且对隔热油管的性能要求也较高。注蒸汽高温封隔器注蒸汽高温封隔器是井下隔热管柱的重要组成部分，对于减少井热损失、提高井底蒸汽干度、改善注汽效果是至关重要的，特别是对于井深超过1000m的注汽井就更显的重要。我国先后从美国的贝克（BAKER）公司和凯普森（Guibsion）公司引进过六种注蒸汽高温封隔器，主要在辽河、胜利等油田使用。井底蒸汽取样器井底蒸汽取样是了解高温湿蒸汽从锅炉输出到井下蒸汽注入井段蒸汽干度渐变值的重要手段，有助于检查井筒隔热效果，以便采取隔热措施。辽河和胜利油田都研制了井底蒸汽取样器，其原理都是根据锅炉给水中的可溶性固形含量分别与取样部位蒸汽样品中可溶性固形物含量进行比较，计算各取样点的蒸汽干度，结构类似。形成的砂桥堵塞，鲤鱼“蛆闯洞”的形成眼神。实验室试验数据表明：当孔眼直井小于储层颗粒粒径大小的4倍是，砂粒很容易在孔眼外部形成比较稳定的砂桥，这样不利于砂子产出和“虹蜕洞”的形成；而当孔径大于储层颗粒粒径6倍的时候，会难以形成稳定的砂桥。所以，储层中砾石含量较高时，大孔径的射孔是必不可少的。第3章隔热油管的结构和原理3.1隔热油管的结构蒸汽驱隔热油管采用预应力真空隔热双层结构,主要由内管、外管、隔热材料组成的隔热系统、接箍等组成。在结构上采用给内管施加预应力的方法来补偿内外管的不同热伸长量。内管在常温下处于拉伸状态,当温度逐渐升高时,拉应力也随之减小,温度继续升高,内管由受拉状态转变为受压状态。由于内管的预伸长降低了受热伸长后的压应力,保证了隔热油管的正常工作。蒸汽驱隔热油管结构见图1。图1蒸汽驱隔热油管结构示意图1-接箍；2-密封圈；3-隔热衬管；4-衬管；5-外管；6-隔热材料；7-内管3.2隔热油管的隔热机理注蒸汽或热水(简称热流体)过程中,井筒中径向热流量,即由油管柱径向流向井筒周围地层的热流量,就是井筒热损失量。在注汽过程中,经过一段时间的注汽,井筒温度场基本稳定,可视为稳态过程。根据多层圆筒壁传热学原理,在稳态热流状态下,通过每个圆筒壁的热流速度与圆筒壁介质中的温度梯度成正比,在井筒径向系统中,径向传热的热流速度方程式为（3-1）式中——井筒径向热流速度，w/h；——井筒中介质的导热系数，w/(m2K)；——注聚井单元段长度，m。根据整个井筒传热系统和温度的变化及水膜、钢材传热系数很高,热阻很小,可忽略不计,则可推导出各种井筒结构条件下的总传热系数。当井筒中仅有光油管,下端有封隔器,油套环空为液体或气体时,总传热系数为（3-2）式中——自然对流及热传导的传热系数，w/(m2K)；——辐射热的传热系数，w/(m2K)；——套管的外径，m；——水泥环的传热系数,w/(m2K)；——水泥环外径，m；——光管(油管)的内径，m；当井筒中油管柱是双层隔热管,下端有封隔器,环空是液体或气体时,总传热系数为（3-3）式中——隔热油管的导热系数,w/(m2K)；——光管(油管)的内径，m；——隔热管半径，m。第4章分层采油4.1分层采油油井中有多套层系合采时，由于油层之间的压力、油层物理性质、原油性质等差异，往往互相干扰，使部分油层不能发挥应有的作用。为减少或消除层间干扰，应分层开采，包括分层采油、分层注水及其配套技术。分层注水在决定高渗透的注水量的同时也增加了低渗透层的注水量。因为要维持注水采平衡，采油井就要用分层采油技术来实现。当油田步入高含水期进行开采后，此时的高渗透油层就逐渐变成高含水层，其中中、低渗透层和低、特低渗透层已经进入了开发阶段，在分层采油技术开发中，除了发挥、低渗透层的生产能力以外，一大部分的程度需要更好的应用分层注水技术。4.2分层注水用封隔器之间的配水器调节一口注水井中各层段的注水量，使各层基本上能按分层配水量定量注水。调整注水井的吸水剖面，控制超注层的注水量、增加欠注层的注水量，使各层中的水线推进比较均匀。4.2.1分层注水的方法

分层注水最简单的办法是在油管上接一个封隔器，放在要分开注水的两组油层之间，就像在油管外面套上一个环形胶圈，这个胶圈采用某种方式使其变形而紧贴在套管内壁和油管外壁上，把油管和套管环形空间隔开，并保证在一定的压力和温度下也不会上下窜通。在地面上从套管闸门给环形空间注水进入封隔器上面一个油层（组），从油管给封隔器下面一个油层（组）注水，注入量按各层需要的水量由地面控制，这叫一级两段分注。

4.2.2分层测试分层采油前，要测试分层压力、产量和含水率，根据测试的资料来确定分采的层段和对各层段的调节措施。分层采油过程中，也要用测试仪器检查效果。常用的仪器有压力计、产量计和含水测定计。分层注水前，要用放射性同位素载体法或流量计测吸水剖面，根据测试的资料确定分注的层段以及控制和加强注水层段。分层注水过程中用同样测试方法定期检查。中国在60年代开发大庆油田的实践中，形成了一整套分层采油技术，并已在各油田推广使用，对延长无水开采期和提高采收率起了重要作用。4.3分层采油技术分层有杆抽油系统彻底解决了多层系、非均质构造油田的层间干扰问题，达到了适度开采高压高含水层，同时充分发挥低压、低渗透、低含水层的生产潜力，延长油田稳产期，提高油田整体经济效益的目的。此系统可以很好的完成分层采油分层有杆抽油系统由抽油机、实心抽油杆、空心抽油杆、空心泵、管式泵、调距式封隔器、油管、套管及附件组成。两层分采同步抽油技术是采用封隔器分隔油井内的不同油层，封隔器的上部分采用空心抽油泵，下部分采用普通抽油泵的方法，而中间采用抽油杆连接的方式，同时将抽取采用两个油层，这样也可以高效地防止各个压力系统间的相互干扰，从而提升油井的产量。在油井生产的过程中，下部油层采用管式抽油泵抽采，通过抽油杆、空心抽油泵的开采，分采泵的上凡尔继续流到油管而被抽到地面，而上部油层所生产的原油，而需要对应的空心抽油泵进行抽取采油，实现了两油层在压力系统上将不会互相干扰，油井上也可以实现不同油层单独抽取采油的目的。4.4分层采油的意义1．经过3O多年的发展，分层开采技术已形成技术系列，满足了不同开发阶段分层开采的需要，在油田长期持续高产稳产中发挥了关键作用。随着油田开发的不断发展，机械分层开采技术也将不断发展与完善。2．液力投捞细分注水管柱采用配水器与封隔器一体化结构，一个配水器分注3个层段，使分注层间隔层可降至110rn，采用液力投捞方式进行水嘴调整和测试，一口井测调时间可比偏心配水管柱减少85％以上，一次下井可同时测得各层系的分层指示曲线、压力降落曲线等，这是分层注水技术的重大突破。3．井下滑套开关可调层堵水管柱具有找水和堵水双重功能，堵水层位可任意反复调整，有利于提高堵水成功率，将是高含水后期油田机械细分堵水的一项重要技术。4．两层分采同步抽油技术，将会特别高效的解放层间矛盾中的低压油层。5．技术结构设计，便于现场施工，成本低，非常显著的经济效益，同时也为广泛。6．该技术为中国的油田开发突破了新的采油方法。层间矛盾的经济和高效的开发利用具有低渗透性，具有重要的现实意义。7．进一步研究选井选层方法，可以大大提高施工效率和采油效果。结论1.稠油是粘度高、密度大、胶质和沥青含量较高的重质原油，是石油化工产业中很重要的一种资源，关系到生产生活的各个方面。在开发和应用方面还有一些技术难题等待我们突破。2.通过研究总结，分层注水工艺作为油田开发的基础工艺，在完善助采层系、调整层间矛盾、实现稳油控水3.稠油的热采是主要机理是对稠油进行加热，降低稠油粘度来进行开采，在这系列技术中蒸汽吞吐的开采效果比较显著，该技术在各大油田已经被广泛使用，4.现阶段的稠油开采通常采用直井+水平井技术相结合，以提高显著以及生产能力。但是其结构较为复杂，可以开采的深度也比常规开采技术