稠油蒸汽吞吐技术.docx
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稠油蒸汽吞吐技术
稠油蒸汽吞吐技术
第一节稠油的特性及分类
一、稠油的一般特性
１.稠油中的胶质与沥青质含量高，轻质馏分少。
我国主要稠油油田原油中的胶质与沥青含量在25%-50%之间，而原油轻质馏分（300℃）一般仅10%左右。
２.稠油对温度的敏感性强。
由粘温曲线可见：
随温度升高，其粘度急剧下降。
这一特性也是进行注蒸汽的原因。
３.稠油中的石蜡含量一般较低。
我国多数稠油油田原油中的石蜡含量仅５％左右，因而凝固点也较低。
４.同一稠油油藏其原油性质在平面、垂向上常有较大差别。
５.稠油中的硫、氧、氮等杂原子的含量高，并含有较多的稀有金属。
二、稠油的分类标准
１.国际重油分类标准
２.我国稠油的分类标准
３.应强调的几点：
①国际上称重油、轻油，适于商业贸易的称谓。
我国称稠油、稀油。
适于开采方法的称谓。
②粘度值是指油藏温度条件下的脱气粘度。
③原油粘度为主要指标，相对密度为辅助指标。
④井口取油样时，必须确保油样没有受到化学剂或掺入轻油的污染，并设法含有的水及机械杂质清除干净。
第二节水及水蒸汽的热特性
一、水是最好的注热载体
1.除液态氨外，其余任何液体
的比热（或热容）都比水小。
水的比热是1卡/kg.℃。
2.水的饱和温度随压力的增加
而增加，当压力确定后，饱和
温度只有唯一值。
3.当水的温度低于此压力下的饱和温度，则水是热水；
如果水的温度等于饱和温度，称为饱和水。
当饱和水逐渐被加热，液态水开始沸腾或汽化，称为水与汽两相混合液体，此时的温度并不增加，而吸收的热量用于水的汽化，汽化所需的热能很大，称为汽化潜热。
当将饱和水继续加热达到完全汽化时，此时蒸汽称为饱和蒸汽。
如果继续加热，饱和蒸汽吸收更多的热量后，在固定压力下，蒸汽的温度将升高，超过了饱和温度，此时蒸汽称为过热蒸汽。
二、湿饱和蒸汽的特性
1.干度：
汽相占有的质量分数称为蒸汽的干度，用X表示。
一般直流式注汽锅炉出口的干度控制在80%，而不是再高；因为这可使炉管中有20%左右的水相，以携带走结垢物质，防止结垢。
2.湿饱和蒸汽的热焓（或比热焓）
Hs=Xs·Lv+Hws
式中：
Hs——总热焓
Xs——蒸汽干度
Lv——汽化潜热焓
Hws——水的显热焓
由图中看出：
·显热随压力增加而增加，汽化潜热随压力增加而减小；
·当1MPa时，汽化潜热占总热焓的近5/6，显热仅占1/6；
当20Mpa时，汽化潜热占总热焓的1/4，显热占3/4；
这也是为何千方百计降低注汽压力的原因之一。
3.不同压力、不同干度的热焓
由图中看出：
·在相同压力下，蒸汽干度越高，热焓越大；
·随压力升高，汽化潜热焓和显热焓的差值变小。
4.湿饱和蒸汽的比容：
饱和蒸汽比容：
单位重量的饱和蒸汽
占据的体积：
Vs
饱和水的比容：
单位重量的饱和水
占据的体积：
Vw
湿饱和蒸汽的比容Vws就是干蒸汽与饱和水的比容之和。
Vws=Xs·Vs+（1-Xs）Vw
由图中看出：
·蒸汽的比容远比饱和水的比容要大得多；
·干度越高，比容越大，波及体积越大，加热范围越大；
·随着压力升高，蒸汽比容与饱和水的比容差值变小。
例如：
1Mpa时，蒸汽比容是饱和水比容的近200倍，而20Mpa时只有近2倍。
所以注湿蒸汽，一是追求高干度，二是千方百计追求降低注汽压力。
5.要善于使用饱和蒸汽和水的热物理参数表。
实例一：
实例一
在锅炉出口或井口上测得温度和压力值分别是
（1）温度为364℃，压力为20Mpa；
（2）温度为349℃，压力为18Mpa；
（3）温度为360℃，压力为17Mpa。
试判断其蒸汽状态
由表可以查出：
（1）测得值和查表完全吻合。
说明资料真实准确。
蒸汽是饱和状态。
蒸汽有一定干度。
（2）当温度为349℃，其对应饱和压力应为16.8Mpa，而实测值为18Mpa，高于饱和压力，说明有几种可能：
·当锅炉出口确实是饱和蒸汽时，其压力、温度两值或其中一值肯定错误，或是假资料。
·若资料无误，锅炉出口肯定是热水而非湿蒸汽。
（3）当温度为360℃，其对应饱和压力应为19.2Mpa，而实测值为17Mpa，明显低于饱和压力，说明有几种可能：
·如果资料无误，说明锅炉出口已是过热蒸汽。
这是锅炉安全操作所不允许的，将引起炉管结垢而破坏。
·若锅炉出口确实湿饱和蒸汽，其压力、温度两值或其中一值肯定错误，或是假资料。
实例二：
有某井注蒸汽，在锅炉出口测得压力为17Mpa，温度为350℃，干度为50%，在井口测得压力为16.8Mpa，温度为340℃。
试判断井口蒸汽状态
由表可查出：
锅炉出口压力，温度值是对的，说明确实是有一定干度的湿蒸汽。
但井口压力是16.8Mpa时的饱和温度应为349℃，说明井口已不是湿蒸汽，而是热水。
何以如此？
一种可能长距离输送，管线裸露无保温，散热过多所致；二种可能中间半路分配，到这井口的量很小；三种可能，资料不准。
实例三：
有某井注蒸汽，井口蒸汽干度为50%，注汽压力为18Mpa，注入速度为8T/h，求出每天注入热量是多少？
解：
每天注入热量∑Hs=24×qs×1000（Xs·Lv+Hws）
式中qs—注入速度T/h
Xs—干度
由表查出，当注入压力为18Mpa时，其对应的饱和水比焓Hws为1717KJ/kg
汽化潜热Lv为2523KJ/kg，则
∑Hs=24×8×1000（0.5×2523+1717）=571872000（KJ）
合：
571872000÷4.1868×1000=1.36亿（大卡）
第三节蒸汽吞吐技术
一、蒸汽吞吐概念
周期性的向油井口注入一定量的蒸汽，通过焖井，而后开井产油的一种开采方式。
注汽时，地层分为3个带：
蒸汽带、热水带和冷水带。
传热方式：
热对流是主要传热机理，
把蒸汽的热焓传递给油层。
热传导，油层的部分热量传
递给顶底盖层。
二、蒸汽吞吐机理
降粘作用：
温度升高粘度下降。
解堵作用：
高温高速蒸汽对近井储层的冲刷作用，可解除井筒附近钻井液等的污染。
降低界面张力：
高温蒸汽将使油水界面张力降低，从而改善液阻和气阻效应（即贾敏效应）。
热膨胀作用：
高温将导致原油和水发生膨胀，也导致岩石膨胀，使孔隙体积减少，增加油的产出量。
三、适宜蒸汽吞吐的油藏条件
1.原油粘度：
高原油粘度：
·流动性差
·泄油半径小
·吞吐周期短
·采油量少
2.油层有效厚度
厚油层：
·周期长
·产量大
·油汽比高
薄油层：
·热损失大
·产量低
·油汽比低
3.净总厚度比
·净总厚度比：
油藏有效厚度（净厚度）与油藏总厚度之比。
·净总厚度比越小，热损失越大，吞吐效果越差；
·经验认为：
小于0.4时不适合吞吐开采。
4.原始含油饱和度
5.油层渗透率
6.边底水
7.蒸汽吞吐的筛选标准
四、适宜蒸汽吞吐的操作条件
1.蒸汽干度
2.注汽速度
3.周期注入强度
4.焖井时间
五、蒸汽吞吐开采规律
1.低采出程度、高采油速度
·蒸汽吞吐属于依靠天然能量开采，为一次开采方式。
·加热半径为10-30米，最大不超过50米；
·采出程度一般为15%-20%，不超过25%
·采油速度较高，在2%-5%之间
2.单井周期内产量呈现递减规律
·吞吐生产周期较短，一般稠油250-300天，特稠油180-200天，超稠油为35-150天
·吞吐周期内的递减符合指数递减规律
㏒Q=B-AtA——递减率
·弹性驱递减率为定值，边底水驱递减率变小
·当普通稠油、特稠油和超稠油的油藏分别采出周期产油的40%，45%和60%左右时进入递减阶段。
3.周期产油量，周期油汽比呈周期下降
4.周期回采水率较低，随周期增加逐渐增加，前2-3周期，回采水率在50%左右，到4-5周期达到80%
5.当周期采注比大于1，地层压力持续下降
6.不同类型的油藏，蒸汽吞吐纵向上动用程度不同。
·油层上部动用较好，下部动用较差
·块状油藏动用程度较高，中—厚互层状次之，薄—互层状最差。
一般未动用或动用差的储层能占到1/3。
7.蒸汽吞吐在油藏平面上动用程度也不同
·距油井30米以内动用较好
·距油井30-50米范围内动用较差
·超过50米以外范围基本不动用
第四节注蒸汽系统热效率
一、注蒸汽过程热流程
二、蒸汽发生器的热效率
1.国内外蒸汽发生器的型号（根据蒸发量）
23T/h11.5T/h9.2T/h7T/h6T/h
2.国内外蒸汽发生器的主要生产公司：
美国热力公司
日本川崎重工
上海四方锅炉厂
抚顺第八工程公司
哈尔滨锅炉厂
4.锅炉单元热损失分析主要有三项
.排烟热损失
.炉体散热
.气体未完全燃烧
现场应用、测试的几点结论
（1）锅炉的热效率在80%-85%之间
（2）三项热损失中，排烟热损失最大，占12%-14%；
炉体散热占1.6%左右；
气体未完全燃烧部分占0.01%-0.1%。
5.提高锅炉热效率的主要措施
（1）清灰
（2）最佳燃料空气比
（3）红外涂料的应用
（4）应用换热器最大程度回收烟气余热
三、地面输汽管线的热效率
1.蒸汽吞吐地面管线的构成
（1）管线：
活动管线、固定管线、支座、补偿器
（2）井口
2.各种管线隔热材料及结构的保温性能
3.地面输汽管线热损失分析
.当地面管线保温不好时，热损失很大，一般可达到正常时的2-3倍，故应注意维护；
.活动管线的热损失大大超过正常值，保温效果差；
.管道支架如果裸露，对管线热损失影响大；
.井口未进行保温，其热损失相当可观，所以井口必须保温。
四、井筒的热效率
2.影响井筒隔热的主要因素
（1）目前主要应用的两种隔热油管之性能比
型号
内壁平均温度
℃
外壁平均温度
℃
视导热系数
W/（m.℃）
单位长度热损失
W/m
Ⅲ隔热管
300
57
0.0488
265.5
真空隔热油管
300
27
0.0068
25.7
（2）影响隔热管效果的重要因素
（3）不同环空介质对热传导系数的影响
·环空中充满水时，井筒热损失成倍增加；
·环空中有回流水时，井筒热损失为环空干燥条件的3-6倍。
（3）热点的影响
隔热管接头处的光油管段形成了径向热流最大的点，称热点。
它对热损失影响很大
３.减少井筒中热损失的主要措施
.采用高效隔热管柱；
.及时更换隔热管，一般设计使用次数不超过12次；
.防止新旧隔热管混用；
.减少接头处热损失，隔热管接头处必须加隔热套；
.采用密封可靠、耐久的抗高温封隔器；
.环空排出水，或注入氮气，隔热液等；
.注气时打开套管，将环空蒸干，隔热效果显著；
.提高注气速度，降低热损失。
五、油藏热效率分析
１.影响吞吐效果的主要因素
.原油粘度
.油层厚度
.油层中薄夹层
.油层渗透率
.含油饱和度
.有底水
2.提高蒸汽吞吐热效率的技术对策
.提高蒸汽干度
.选择合理注汽量
既要考虑初产高，累产高，又有要考虑油汽比高；
对多周期吞吐作业，须逐次增加注汽量，一般推荐递增15%。
.优化注汽速度
.焖井时间的选择:
深油层，压力较高，一般2-3天即可（指按设计完成设计量），最长不超过7天。
.边底水避射
.厚油层顶部避射
纵向吸汽更均匀，又可减少热损失。
.分层注汽提高采出程度
.高温调剖改善吸汽剖面
.多井整体吞吐，抑制汽窜
.强排策略
在某种意义上，周期产油是时间的函数，时间越短，热损失越小，周期产油越高。
第五节改善蒸汽吞吐效果的技术
一、井网加密技术
二、蒸汽添加非凝析气体吞吐
1.机理：
⏹扩大蒸汽及热水带的加热油层的体积；
⏹助排作用；
⏹形成次生气顶，可以起到驱油的作用；
⏹通过溶解气驱机理，提高油藏驱动能量；
⏹隔热剂，减少蒸汽热损失；
⏹减少油水界面张力，形成微乳液，
改善原油的流动状况
2.油藏适应性
3.现场试验效果
三、多井整体吞吐技术
四、蒸汽+CO2
1.CO2物理性质
密度：
1.98（1.53倍空气）
临界温度：
31.11℃
临界压力：
7.495MPa
标准液态:
2.1MPa/-17℃
蒸发潜热:
276KJ/kg
混相条件:
37℃，7MPa
2.增油机理
.混相降低原油粘度
.增加注汽的波及体积
.溶解到水成酸，有酸化解堵作用
.提高能量，形成溶解气驱
五、蒸汽加化学剂吞吐
作用：
助排
降粘
防膨、防乳化
六、提高油层纵向动用程度
1.油层纵向动用程度分析方法
（1）现场测试法
.生产测井
.同位素吸水剖面
.TPS-9000型测试
.四参数测试
（2）油藏油值模拟分析方法
２.提高油层纵向动用程度的方法
（1）分层、选层注汽技术
（2）高温调剖剂暂堵技术
（3）氮气泡沫调剖技术
有堵水不堵油的特性
（4）侧钻井技术
第六节蒸汽吞吐的配套技术
一、注蒸汽热采油井完井技术
1.温度对套管钢材物理性能的影响
套管钢材的屈服强度，最大拉力强度及弹性模量等机械性能在温度超过200℃到350℃时，都会明显降低。
2.吞吐过程中套管会引起伸长和收缩
在注气时，由于封隔器失效，隔热管老化、漏失，油层井段处裸露等原因，套管温度会高达250-300℃，引起伸长，如上部套管未固井，可造成井口采油树抬高一米以上。
但对套管拄本身造成的是压缩应力，当停注汽，在冷却过程中，套管收缩引起套管柱本身的是拉应力。
为了提高抗高温能力，现场不用J-55，而用N-80HO或P110级套管。
3.完井方法
.套管提拉预应力
.高温水泥返至地面
.套管热应力补偿器
二、注气井防砂技术
1.砾石充填防砂
注汽井和常规井砾石充填工艺的主要区别
（1）将砾石附加用量由常规井的20%提高到50%
将设计砾石直径适当增加，由最小砾石粒径比筛缝大约1/3提高到1/2。
（2）筛管设计的区别:
考虑到注汽时高温产生巨大热应力的影响，注气井在筛管设计上：
·中心管可以自由滑动；
·高温密封好，筛管与中心管的径向密封由耐高温盘根盒密封；
·中心管渗流面积大，大20%。
（3）耐高温的铅封封隔器替代常规井封隔器，密封砾石充填环空。
2.滤砂管防砂
一般用套管射孔完井将某种滤砂管下入井口，正对油层，将滤砂管上部悬挂封隔器坐封，并实现丢手。
再下生产管柱，采油时地层砂随液流进入井筒，被阻挡在滤砂管周围，逐渐堆积，形成砂拱，阻止地层出砂。
分类：
（1）双层预充填筛管滤砂管，如下图：
目前大斜度井，水平井多采用。
（2）金属棉滤砂管
用金属棉滤砂管替代金属绕丝
（3）陶瓷滤砂管
用多孔的陶瓷取代
3.压裂砾石充填防砂
（1）与常规高压充填绕丝防砂的区别:
.在低于油层破裂压力下将砾石充填到地层的称之为高压充填绕丝防砂。
.在高于油层破裂压力下将砾石充填到地层的称之为压裂充填绕丝防砂
（2）作用:
.压后地层流动特征
压前地层流体进入井筒
的流动为径向流，压后为线性流。
.水力裂缝可以避免和缓解岩石的破坏。
由径向流变为线性流，在一定程度上降低了生产压差和流动压力梯度。
从而缓解或避免岩石骨架的破坏，也缓解了出砂趋势和程度。
.水力裂缝可以降低注汽井的井口注入压力
由径向流变为线性流，对注汽过程也是适用的，自然可以降低井口注汽压力，这对解决困扰我们特、超稠油注汽压力高的难题应是一有效措施。
.裂缝可以降低流动冲刷携带颗粒的能力。
因双线性流模式使压后流速大幅度降低，从而降低了对地层微粒的冲刷和携带作用，大大减轻出砂程度。
.裂缝内充填的砾石对地层颗粒有阻挡作用。
（3）压裂防砂的关键技术——端部脱砂压裂工艺
.定义:
在水力压裂过程中，
抑制裂缝的进一步延伸，
并允许成缝以后扩张和充填，
造出短而宽裂缝的技术。
.施工:
在进入加砂施工过程中，当裂缝达到预定的缝长时，有控制的使支撑剂在裂缝的端部脱出，形成砂堵，阻止裂缝继续向前延伸，同时以一定排量继续泵注高砂比压裂液，裂缝内净压力急剧升高，迫使裂缝在宽度上发展，以获得比常规压裂宽几倍至十几倍的支撑裂缝。
三、高温监测技术
为油藏动态分析，油藏的管理和调整提供了基础资料
.井筒任意深度点取样器
.注汽井高温吸汽剖面测试技术
.放喷期高温产液剖面测试技术
采油期井底流体温度、压力测试仪
四、稠油举升技术
1.各种抽稠油的抽稠泵
（1）流线型抽油泵
为了减少稠油流动阻力，而采用扩大流道或改变流道形状的抽稠油泵。
其机构特点是：
所有安装的阀球与阀座都比常规泵大一个等级。
阀座内孔、柱塞下端孔口均改成圆锥形，固定阀改为大通道减少油流阻力。
（2）液力反馈抽稠油泵
是利用大小柱塞上的进排油阀协同动作
实现液力反馈作用。
其结构和工作原理是，
两台不同泵径的稠油泵由中心管串联而成，
进出油阀都装在柱塞上。
如右图所示：
当柱塞下行时，上柱塞与上泵筒的环形腔
A体积减小压力增大。
A腔的油通过孔B将
出油阀打开，同时关闭进油阀，此时油管内
液柱压力通过进油阀施加在柱塞上，形成液
力反馈力，迫使柱塞下行。
柱塞上行时，A腔
增大，压力减小，进油阀打开，出油阀关闭，
井液经B孔进入A腔。
这种泵与隔热管联用
可实现注采一体化管柱。
（3）ＶＲ—Ｓ油稠油泵
也称强制启闭稠油泵。
是依靠机械力的作用，迫使锥形阀开启，解决了抽稠油时阀球不能及时动作，降低泵效的问题。
（4）防砂卡抽油泵
主要是由在常规泵外面增加了双筒
环形空间沉砂结构、防止砂沉入泵
内的滑阀和沉砂尾管三部分组成。
上冲程时，泵向油管排液，砂子不
易沉淀，而下冲程时滑阀会关闭，
泵上液体基本不流动，砂子下沉时
被滑阀挡住不能进泵，而是通过沉
砂环形空间沉到泵下的沉砂尾管中，
从而防止泵上集砂造成卡泵。
（5）地面驱动螺杆泵
.采油设备：
地面设备，主要包括：
驱动头、驱动动力设备（电机）和井口；
井下设备，主要包括：
螺杆泵、抽油杆、
油管。
下配套工具：
油管锚、防脱器
和扶正器等。
.故障诊断方法：
电流法：
憋压法：
扭矩法：
测光杆工作扭矩变化，诊断工况；
液量法：
用日常油井产量的变化进行分析。
·技术特点：
由于井下抽油杆的旋转运动特点，限制了下泵深度。
另外电动潜油螺杆泵的出现，既克服了现有地面螺杆泵的缺陷，又继承了螺杆泵抽稠的优势。
但国内目前应用尚十分有限。
2.改善井筒流体流动条件的举升技术
（1）化学降粘技术
·机理：
在井筒流体中加入一定量的水溶性表面活性剂溶液，使原油以微小油珠分散在活性水中形成水包油乳状液，从而使油与管壁的摩擦变成水与管壁的摩擦，从而起到降粘和降阻的作用。
·主要设计参数
水油比：
30-60%
活性剂溶液浓度：
千分之几——万分之几
井下掺液器的位置
井口掺入压力和温度
（2）掺轻烃降粘技术
在工艺上与化学降粘技术相似
（3）热力降粘技术
⏹机理：
利用稠油对温度敏感这一特点，通过提高井筒流体的温度，使流体粘度降低。
⏹热流体循环加热降粘技术
将高于井筒生产流体温度的油或水，以一定的流量注入井筒中建立循环通道以伴热井筒生产流体，从而达到提高井筒生产流体的温度，降低粘度，改善流动性目的的工艺技术。
⏹电加热降粘技术
利用电热杆或伴热电缆，将电能
转化为热能，提高井筒生产流体
温度，以降低其粘度和改善其流动性。
电加热降粘技术的工艺设计中关键是确定加热深度和加热功率这两个主要的参数。
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