油田稠油热采技术.docx

1、油田稠油热采技术 题 目： 油田稠油热采技术 班 级：石油工程08-3班姓 名： 张福泉 指导老师： 张鉴益 完成日期：2011年4月07日目录摘要.3前言. 4第一章 热力采油 5 1.1热力采油简介5 1.2国内外稠油热采技术发展现状6 1.3 有关蒸汽吞吐与蒸汽驱的特点7第二章 稠油热采工艺方法研究9 2.1 注蒸汽井抽稠油工艺9 2.2改善注蒸汽效果工艺措施15 2.3 结论21 摘要 随着世界对石油需求量不断增加，石油作为有限非再生能源，再发现较大储油田的机遇减少，已开发油田正在老化，未开采的油田多为稠油油田，这就迫使人们把注意力投向提高老油田采收率和稠油开发的技术。本课题对稠油油田

2、热采技术进行研究，用新技术新工艺等对油田的开发进行了方案设计与开发时间，从热力采油的定义、机理、方法，国内外稠油热采的发展现状，提出了本课题的任务与目的。针对稠油油田进行了热菜方案设计，主要是从蒸汽吞吐、蒸汽驱两个方面进行了方案设计，并在实践过程中，不断地堆开采技术与方案进行了改善，达到提高稠油油田开发的科学性和合理性，开县稠油油田的开发效果，降低生产成本，提高采收率和油气比的目的。关键词：稠油；热采；工艺前言 在我国东部的辽河、胜利等油田相继发现了多个较大型的深层稠油油田，这些稠油油田用常规方法试油试采较难过的工业油流，若利用现有技术进行注蒸汽热采，预计热利用率低、产能低、储量不集中，难以形

3、成有规模的产能建设阵地。因此应探索和利用新技术、新工艺、新开发方式，建立难动又丑又开发新概念，才能经济有效地开采未动用的地下稠油资源。采用新的工艺技术来开发动用我国的稠油资源已成为中国石油工业发展的重大课题。 本课题就是针对稠油油田用常规方法试油试采较难过的工业油流、也有可能造成油田的幽静的巨大损失的具体情况，对稠油油藏的注蒸汽开采方法进行研究与方案设计。达到提高稠油油田开发的科学性和合理性，改善稠油油田的开发效果，降低生产成本，提高采收率和油气比的目的。第一章：热力采油1.1热力采油简介1.1.1 定义热力采油就是指运用热力学的理论和方法进行石油开采的采油工艺方法，是通过对油藏加热来降低地下

4、原油的粘度、溶解与溶化油层的堵塞、改善递呈的渗流特性，从未提高原油在地层的渗流能力，达到底稿原油产量、采收率和开采效益的目的，是以重质原油和高凝油为主要开采对象而发展起来的采油工艺技术。1.1.2 机理 热力采油具有其独特的采油机理。首先是加热降粘机理，即地下原油被加热升温后粘度大幅度下降，尤其稠油对温度的敏感性极强，在通常的油藏加热温度范围内，温度没升高10，稠油的粘度则会下降50%（见图1-1），地下原有的流动性编号，这是热力才有的最主要的增产机理。其次是油层热弹性能量释放驱油机理，油层被加热后，油层种岩石骨架及流体（有、气、水）受热膨胀而产生弹性驱油能量。再次是谁整齐对稠油的蒸馏、裂解、

5、乳化而产生的稀释和混相驱作用。高温条件下岩石表面润湿性变为亲水化和油相渗流量的改善等。上述综合左蓉打打岱山稠油的渗流能力，实现稠油的工业化开采。1.1.3 按照加热油藏的不同方式，常用的热力采油方法可分为蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层、电磁加热、热化学法等几种方法，其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是使用范围最广、采出油量最多的方法。目前世界上约有80%以上的热采产量是通过注蒸汽采油法而获得的。1.2国内外稠油热采技术发展现状 1.2.1 国外稠油热采技术发展现状 据记载，早在1931年美国得克萨斯州的一个油藏中就曾注过蒸汽。1960年委内瑞拉MeneCrande油田在进行蒸汽驱先导试验过程中，当试图释

6、放底层压力把一口注气井打开时，意外地获得15.931.8m/d的产油量，这就是第一口蒸汽吞吐井。同年美国加利福尼亚州的YorbaLinda油田也传出蒸汽吞吐获得成功的消息。1960-1970年间前苏联、美国、加拿大、罗马尼亚开展了火烧油层的工艺研究与现场试验。1980-2000年间，加拿大、美国、委内瑞拉、中国、前苏联、罗马尼亚、印度尼西亚等国家稠油热力采油技术获得了突飞猛进的发展。目前，全世界已探明的稠油储量近1000108t，注蒸汽年采油量在2108t以上。年产量依次为加拿大、美国、委内瑞拉和中国，其中，在委内瑞拉95%的产油量是用注蒸汽方法得到的。加拿大、美国和中国的注蒸汽采油技术和装备

7、最为先进。罗马尼亚的火烧油层规模最大，技术最为先进。 1.2.2 国内稠油热采技术发展现状 早在1958年，我国新疆准噶尔盆地西北缘断阶发现了乌尔禾-夏子街浅层稠油，打井48口，发现两套浅层稠油层系，分布面积多达几十平方公里。在克拉玛依黑油山可以看到浅层稠油露头油砂，其原有粘度较高，用常规方法难以开采。为探索热采稠油的可能性，1964年11月在大庆一区进行了第一口井的注蒸汽采油试验，试验过程中因套管伸长等技术问题而中止。1965年开始在新疆的黑油山浅层进行了蒸汽吞吐采油试验。自1965年下半年到1971年在黑油山8024井组进行了蒸汽驱试验，此次蒸汽驱试验历时1年零5个月，累计油气比为0.11

8、5，原油采收率高达68%，产量高峰期油气比达0.148.取得了对蒸汽驱采油最初认识。后来又在其它浅层油井相继进行了蒸汽吞吐稠油热开采试验。1.3 有关蒸汽吞吐与蒸汽驱的特点 1.3.1 蒸汽吞吐的特点蒸汽吞吐的机理主要是加热近井地带稠油降低粘度，靠溶解气驱、重力泄油和压实作用等天然能量驱动生产；当生产压力下降时，底层束缚水和蒸汽的闪蒸，提供一些额外的气体驱动力。蒸汽吞吐具有响应较快，油气比较高，井间地层不需要连续，并且一井可多次吞吐等优点，但随着油藏天然能量的消耗（地层压力降低）和吞吐周期的增加，近井地带含油饱和度降，束缚水饱和度增加，蒸汽热效率降低，周期生产效果逐渐变差。今年来，为提高蒸汽吞

9、吐的采收率，国内外油田都比较重视化学添加剂的作用，研究和推广了薄膜扩展剂、驱油助剂、破乳剂的应用技术，新疆、辽河、胜利现场试验均见到了成效。胜利乐安油田草20断块19口井应用KW-1高温驱油剂，平均油气比从0.48提高到0.75，回采水率从38.6%底稿到102%。据调查，委内瑞拉在80年代开展了在蒸汽中加入高温泡沫剂、天然气及溶剂等新的蒸汽吞吐方法。注入泡沫剂能够调整吸气剖面；注入天然气可降低原油粘度，增加油层的加热体积和油层能量，在回采过程中发挥气驱作用；注入溶剂对于粘度很高的特超稠油能发挥溶解降粘作用。1.3.2 蒸汽驱的特点 注蒸汽开采一般包括蒸汽吞吐和蒸汽驱两个阶段，而蒸汽驱是主要开

10、采阶段。起机理主要是：降低稠油粘度，开山稠油的流动性；蒸汽蒸馏作用。这种蒸馏作用导致蒸汽相不仅有水蒸汽组成，同时也含烃蒸汽。烃蒸汽与蒸汽一起凝结，驱替并稀释前缘原油，从而留下较少但较稠的残余油。 蒸汽驱采油法的产量约占整个稠油提高原油采收率发的3/4，特别适合超稠油和沥青砂油藏开采。蒸汽去的累计油气比一般在0.150.25之间。 蒸汽驱存在纵向波及效率差、热水带去油笑了底等问题。目前，行之有效的方法是应用有机凝胶或水泥浆体系封堵注气井的高深通道。另外，使用表面活性剂在地下形成蒸汽泡沫可降低蒸汽在高渗通道上的流速，从而改善吸气剖面，壳牌。雪夫龙等石油公司已开展该技术的现场试验证明，可提高原油采收

11、率，获得较高的经济效益。 第2章 稠油热采工艺方法研究 2.1 注蒸汽井抽稠油工艺 稠油粘度高，流动阻力大，抽稠油工艺是稠油生产中的一大难题。为攻克这一难关，胜利油田研制、引进并推广了一批适于稠油注汽开发的抽稠油泵和井筒降粘新工艺、新技术，并在现场应用中见到了较好的效果。2.1.1 稠油井注蒸汽转抽一次套管技术1.浸入式稠油油泵及配套工艺（1）结构 浸入式抽稠油泵山密封总成、回馈活塞、泵筒、排出阀、侵入阀和柱塞等组成。配套工艺装置由连通管和导通接头等组成，结构及工作原理见图2-1。技术参数见表2-1。（2）工作原理 柱塞上行时，回馈活塞与泵筒形成的环形腔容积减小，压力增大，沉没阀关闭。当压力超

12、过有关液柱压力时，交换阀打开，泵内液体经过排油接头、交换阀、回馈活塞强行排入油管直至地面。同时，井内液体在沉没压力的租用下，充满整个泵筒。柱塞下行时，环形腔溶剂增大，压力减小，交换阀在油管液柱压力作用下关闭，油管液柱压力中用在回馈活塞上，对抽油杆产生一个向下的拉力，使抽油杆住在整个下行过程中处于受拉状态，解决了光杆因油稠摩擦阻力大下行困难的问题。同时沉没阀打开，侵入式柱塞随抽油杆的下行侵入泵筒内液体之中，整个下行过程中，已经充满整个泵筒的稠油相对泵筒不需要流动，利用稠油惯性和泵腔内外压差充满泵腔。 此外，在泵的侵入过程中，泵筒内部部分液体受侵入式柱塞和回馈柱塞挤压通过尾管排至泵筒外，造成一定的

13、方向压差，进一步提高泵的充满程度。下放抽油杆使特殊接头坐于密封总成上，此时导流短节进入泵腔，使泵上油管空间与泵腔连通。同时，浸入式柱塞进入连通管，其环形空间使泵腔与泵下尾管连通，从而使泵上油管与油套环形空间形成一通道，实现一次管柱注汽抽油注汽工艺循环。并且不动管柱和杆柱，即可实现正、反向洗井，作业或杆柱断脱时可以自动卸油。上提抽油杆，利用异径接头外径大于密封短节内径的部分将密封短节拔离定位接箍起出井筒，使油管形成通道，即可直接冲砂，从而减少作业工序。 （3）技术特点该泵具有液体回馈作用，可克服杆柱下行阻力，使下不抽油杆柱处于受拉状态，缩小了抽油机上、下承载简便幅度，可减少抽油油杆断脱事故，适宜

14、于稠油生产。该泵具有浸入式充满和强制排液功能，可提高泵效。 根据设计和现场试验结果，该泵适用于年度低于4000MPas50的稠油井抽油。与该泵配套的技术可实现作业时泄油，可进行正、反向洗井、冲砂等工艺。结构简单，工作可靠，配套工艺实施简单，减少作业工序，改善作业条件，有利于文明施工。不动杆柱和管柱可实现注汽抽油再汽注汽再抽油生产循环，充分利用热能，减少作业井次，提高经济效益。2.自打捞固定阀抽稠油油泵（1）自打捞固定阀抽油泵该泵由泵筒，柱塞、游动阀、固定阀、自打捞机构和蜜蜂机构等组成，见图2-2. 自打捞固定阀抽油泵的抽汲工作原理与常规泵基本相同。所不同的是该泵增加了固定阀的投放、打捞机构，以

15、实现既可注汽，又能抽油、反洗井的目的。抽油泵下至设计位置后，下放柱塞。自打捞机构将固定阀捞出泵筒一定高度，并悬挂在油管短节内，即开启注汽通道。转轴时，下放光杆，使固定阀和柱塞进入泵筒，锁爪固定阀锁紧在密封筒上，上提防冲距，即可抽油生产。（2）井口两用光杆密封器 两用光杆密封器能保证高压注气和常规稠油密封可靠，实现顺利注气和正常生产，其结构由卡箍密封筒、垫圈、下压盖、下压帽、上密封筒。上压盖、上压帽组成。 （3）主要技术参数及适应范围 两用光杆密封器：使用压力：3.519MPa，使用温度：0355，总长360mm。 自打捞固定阀抽油泵：公称直径：56mm；冲程：5.1m；最大外径：76mm，总长

16、：7150mm；配合油管内径：62mm；配合抽油杆外径：22mm；泵排量系数：3.5467. （4）适用范围 该技术适应于井深1200m以内的中深井斜角小于50的定向井，特别适用于油层薄、产能低、周期生产时间短的蒸汽吞吐井的注气和转抽，也可用于常规稠油井和稀油井的抽汲生产。 2.1.2 强制启闭阀式抽稠油泵 1.结构特点 该泵将传统的游动阀球结构改变为强制启闭连接阀结构，由上、下行程控制连杆强行开启与关闭。固定阀则是加大的流通信道阀结构并设计阀球复位轨道。这样可有效地克服稠油阻力，提高充满系数，降低冲击载荷，减少脱杆现象。同时，自由柱塞结构又可减少上下行程瞬间摩擦载荷，流线型结构可减少轻砂粒对

17、蜜蜂面的磨蚀。 该泵结构简单、作业施工方便、性能可靠、泵效高、生产周期长、增油效果明显。结构见图2-3. 2.工作原理 上行程，阀座、柱塞随抽油杆上行，迫使游动阀快速强制关闭，柱塞上面的油排至泵上油管；同时，泵下液体在沉没压力作用下，通过加大 通道后的固定阀迅速充满柱塞下面的泵筒腔室。 下行程，抽油杆通过连杆带动阀开始下行。此时，由于抽油杆的重力直接传递到游动阀，迫使游动阀强制开启。当定位滑套到位时，同柱塞一起下行，同时固定阀关闭，柱塞下部油液通过游动阀进图柱塞上部泵腔。游动阀的强制打开，克服了泵因油稠阀球滞后和气体干扰造成的气锁现象。 2.1.3 螺杆泵抽稠油工艺 1.井下螺杆泵结构及工作原

18、理 井下螺杆泵又称移动腔室泵，有转子和定子（或称为螺杆和衬套）所组成。 转子泵的唯一运动部件，用抽油杆下入 。定子则用油管下入，并且固定在油管内。转子与定子咬合，行程一系列密封腔室。其工作原理为：地面动力通过抽油杆驱动转子在定子中转动，密封腔室由泵的吸水端排出端移动门前面的腔室密封后，后面的行程敞开腔室。随着转子的移动，泵入口处不端行程的敞开腔室将以此被井液充满，充满井液的密封腔室逐渐向泵的排出端移动，将液体排出泵体。 2.地面驱动井下螺杆泵稠油配套装置 井下螺杆泵驱动方式可分为地面驱动和井下驱动两类，目前广泛应用的是地面驱动螺杆驱动泵。该泵稠油配套装置主要由地面驱动设备（电机）、系统控制柜、

19、抽油杆、井下螺杆泵及井下配套装置组成（见图2-4） （1）地面驱动设备（电机） 驱动方式有两种：一种是侧置式电机皮带传动，一种是空心立式电机同轴线驱动。（2）LBG-10系列控制柜 该控制柜具有相序监测和保护功能。当逆相序时，电路自锁保护，保证电机运转，放置抽油杆脱扣；同时还具有超载保护、断相不平衡保护、短路瞬时保护功能。他动作可靠，调整方便，是一种理想的采油控制设备。（3）井下螺杆泵 目前应哟的螺杆泵主要由LB40/150型和LBJ8010型两种。3.主要特点 （1）地面设备简单、紧凑，质量仅约300kg，直接装在井口上，占地面积较小，利于海上平台和丛式井组采油。 （2）只有转子一个运动部件

20、，不会出现常规抽油泵那样的阀卡、气锁、腊卡等现象，适于稠油非和出砂井应用。 （3）泵内无阀件和复杂的流道，水里损失小，在相同举升参数下，螺杆泵系统效率为有杆泵效率的1.7倍，节电效果显著。 （4）无脉动排油特征，与常规泵相比，电能可得到充分利用。 （5）在停泵后，砂子会沉积到泵的顶部，螺杆泵在恢复运转要比常规泵容易。 （6）泵实际扬程受液体粘度影响大，粘度上升，泵扬程下降较大。2.2改善注蒸汽效果工艺措施2.2.1调剖工艺1.高温泡沫调剖（1）泡沫稳定理论及高泡沫调剖机理泡沫剂分子结构分为两部分：一部分是亲油性的非极性集团，零一部分是亲水性的极性集团。泡沫剂的发泡机理，主要是由非对称分子的深入

21、而改变体系分子之间的作用能，降低便面张力，使气体很容易混入液体。同时，泡沫剂分子吸附于包在气体外面的液膜上，亲水的极性集团在液膜内，亲油的非极性集团伸向气层，这种定向排列使表面上饱和的力场得到平衡，从而在液膜上形成一个双层的吸附膜，使气泡不易破裂而具有一定的稳定性。泡沫的未定机理有两种理论，即液膜的排液速度（评价指针为泄液率）和液膜的刚性（评价指标为泡沫的半衰期）。第一种理论认为泡沫的稳定性取决于液膜的排液速度，而排液速度受到液体表面粘度的控制，所以泡沫剂表面粘度决定了泡沫的稳定性。第二种理论认为泡沫的稳定性由泡沫的刚性所决定，即表面活性剂在液膜上的吸附率越高，分子排列越紧密，液膜透气性越低，

22、泡沫越稳定。此外，液膜还有一种表面张力“修复”作用，又称之为Maragoni效应，即液膜受冲击时局部变薄，变薄处液膜表面积增大，便面吸附分子的密度减小，使液膜处得表面张力大于周围的表面张力，于是周围的分子就试图向变薄处迁移，同时带动临近的薄层液体一起迁移，结果表面张力恢复，使受外力冲击而变薄的液膜变厚，导致液膜强度恢复。这种是泡沫具有一定稳定性的Maragoni效应的大小也与泡沫剂在液膜上的吸附率有关，是由表面活性剂的分子结构，亲水性和疏水基的截面积大小及电荷高低所决定的。在注蒸汽开采稠油的过程中，经过蒸汽吞吐开发后，采用蒸汽驱开发是一种既经济又有效的方法。但由于整齐的特性及地质条件等因素的影

23、响，极极易发生气窜现象，从而产生不均匀的垂直扫油效果，使底层中残余油饱和度较高，蒸汽波及系数小，降低了蒸汽驱油的效果和采收率。在现场泡沫调剖施工过程中，稳定的泡沫剂与空气或氮气等飞凝结性气体的混合，通过泡沫发生器而获得。由于泡沫在油层中有迭加的气阻效应，能够在气窜通道上形成泡沫封堵层，控制蒸汽迁移率，改善油层吸气剖面，增大蒸汽扫油波及面，而且泡沫剂具有降低油-水及油-岩石之间的接口张力的能力，能够提高蒸汽驱油效率，从而提高原油最终采收率。（2）蒸汽泡沫调剖工艺方案研究 泡沫注入方法 目前的蒸汽泡沫调剖注入方法主要有段塞注入法、连续注入法和断续注入法三种：段塞注入法：将一定量的泡沫剂原液与氮气一

24、起注入到注气井中，然后正常注气，待一定时间后，再注入泡沫剂和氮气。该方法一般用于封堵蒸汽吞吐井之间的气窜，对于蒸汽驱井虽也有一定效果，但是很不理想。连续注入法：将一定浓度的额泡沫剂溶液与氮气随蒸汽一起注入到地层中，该方法的封堵调剖效果好，但因对注入设备要求高，所需费用高，其经济效益不是最佳的。断续注入法：将以上两种方法结合优化而成，即将一定浓度的泡沫剂也氮气混合均匀，采用这样的注入方案对蒸汽驱调剖是最为经济和有效的。泡沫剂注入流量 根据室内最佳注入浓度和最佳液气比试验结果，泡沫剂注入流量应按泡沫剂在井底蒸汽液相的有效浓度1%计算。氮气注入流量应按蒸汽气相重量的1%摩尔分数计算。超细水泥调剖（1

25、）泥技术性能 超细水泥结石的强度（见表2-2），由表可见，纯超细水泥的结石强度随W/C增大而下降。结石强度比普通水泥大。研究结果表明，如适当加入石英砂、膨胀剂等添加剂，会使其封堵性能更为可靠。（2）超细水泥在油田开发中的研究与应用当固井水泥环本身或与套管接触的第一接口及与地层接触的第二接口存在缝隙，油层套管的某一段存在微缝，分层开采油、气井的某一段严重地水淹，失去开采价值，油水层之间薄夹层抵抗不住射孔震动或层间压力差的作用而串通时，最有效的方法是挤入油井水泥进行永久性封堵。普通油井水泥的粒径大于100m，极难进入微孔，而超细水泥的最大粒径小于30m，且50%的粒径小于10m，他能够进入可渗透的微缝孔。并且超细水泥具有遇油不凝固的特性，有选择性堵水的功能。参 考 文 献刘文章 稠油注蒸汽热采工程 北京：石油工业出版社 1997.7岳青山 稠油油藏注蒸汽开发技术 北京 石油工业出版社 1998.9胡常忠 稠油开采技术 北京 石油工业出本社 1998.6玉雷绪，余倩，周建华 稠油热采井封堵调剖技术研究 石油钻采工艺 2011 123（6），68-71