1、稠 油 开 采 技 术,提 纲,一、稠油分类、特点 二、稠油油藏开采原理 三、稠油油藏开发方案的制定 四、胜利稠油开采配套技术现状 五、稠油开采配套技术应用 六、胜利稠油开采技术发展方向,稠油概念,一、稠油分类、特点,在油藏(温度、压力、含气)条件下,粘度大于50mPas的原油称为稠油。,稠油概念,稠油=高粘重质原油 =50(100)mPa.s D4200.92,国内:沥青质含量低、胶质含量高,稠油=重质原油 重油 Heavy oil 沥青 Bitumen 沥青砂 Tar sand oil,一、稠油分类、特点,国外:沥青质含量高、胶质含量低,1.分类标准,UNITAR(联合国培训研究署)推荐的
2、 重质原油及沥青分类标准,指油藏温度条件下的脱气原油粘度,国际,一、稠油分类、特点,中国稠油分类标准,指油藏温度条件下粘度,无是指油藏温度下脱气油粘度,国内,一、稠油分类、特点,1.分类标准,一、稠油分类、特点,2.特点胶质和沥青质含量高,单家寺油田单6块稠油族组份,胶质含量高,一、稠油分类、特点,2.特点胶质和沥青质含量高,塔河油田稠油族组份,沥青质含量高,一、稠油分类、特点,2.特点粘度高,粘温关系敏感,一、稠油分类、特点,2.特点粘度高,粘温关系敏感,陈375井脱水脱气油粘温关系,一、稠油分类、特点,2.特点乳状液粘度与含水有关,塔河油田S71井乳状液粘度与含水关系,60陈375油样不同
3、含水率粘度曲线,一、稠油分类、特点,2.特点流变性受温度影响(非牛顿流体与牛顿流体的转变),陈373井脱水油60流变曲线,陈373井脱水油90流变曲线,提 纲,一、稠油分类、特点 二、稠油油藏开采原理 三、稠油油藏开发方案的制定 四、胜利稠油开采配套技术现状 五、稠油开采配套技术应用 六、胜利稠油开采技术发展方向,提高稠油油藏产量 降低稠油粘度 提高油藏渗透率 增大生产压差,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采,火烧油层,热水化学吞吐(驱),携砂冷采,注蒸汽热力采油是把水蒸汽作为热载体注入油层,利用高温湿蒸汽所携带的热量加热储层和孔隙中流体,降低原油粘度、改善渗流条件和补充驱动能量来提高原油采收率
4、。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采,在压力和温度不变的条件下,对饱和水加热至开始沸腾汽化,这种蒸汽和水的混合物称为湿饱和蒸汽。 饱和水被继续加热到完全汽化时产生的蒸汽叫干饱和蒸汽 饱和蒸汽在固定压力下继续加热到超过了饱和温度,产生的蒸汽叫过热蒸汽。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采,水蒸汽热物理性质,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采,饱和蒸汽温度与压力的对应关系温度 () 压力(MPa)100 0.1200 1.55300 8.6374 22.1( 临界),水蒸汽热物理性质,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采,不同干度蒸汽的热焓,湿饱和蒸汽中饱和蒸汽占有的质量百分数叫做蒸汽的干度(Xs),注蒸
5、汽热采增产机理,提高稠油 采收率,蒸汽辅助 重力泄油作用,加热降粘,岩石骨架 受热膨胀 压缩孔隙,乳化作用 提高波及体积,稠油高温裂解 蒸馏、稀释及 混相驱作用,高温下溶解气 脱出,汽驱 作用加强,高温油水流 度比减小, 油相渗透率提高,岩石受热表面 亲水化,降低 残余油饱和度,流体受热膨胀 弹性能量增加,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-(1)加热降粘,改善流变性,随温度升高束缚水饱和度增加,残余油饱和度降低。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-(2)高温改善油相渗透率,稠油高温相渗端点值,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-(2)高温改善油相渗透率,束缚水饱
6、和度增加,残余油饱和度降低,相对渗透率曲线右移,向有利于改善油相渗透率的方向变化。高温下油相渗透率改善的主要原因是升温降粘后油水粘度比大幅度降低,以及岩石润湿性向亲水方向转变等综合作用的结果。,高温水蒸汽注入油层后,储层骨架及孔隙中的流体被加热后产生热膨胀作用,骨架膨胀造成孔隙缩小,以及油、水气体积增大产生的膨胀弹性能都有利于排油。热胀弹性能是一种相当可观的能量。与压缩弹性能量相比,热膨胀弹性能量要大得多。原油的热膨胀能量不但与温度有关,还与原油的组成有关,即轻质原油的热膨胀率大于重质原油。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-(3)热膨胀作用,湿蒸汽注入油层,既补充了油层热量和能量,也对油层有
7、一定冲刷驱替作用。特别是高温水蒸汽分子与液态水分子相比具有更高的能量,可以进入热水驱液态水分子驱替不到的微喉道和微孔隙中。加之高干度蒸汽的比容大,注入油层后波及体积大。因此,高温高干度的水蒸汽的驱油效率远高于冷水驱和热水驱。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-(4)蒸汽(热水)动力驱油作用,原油溶解天然气的能力随温度的升高而降低,注入蒸汽后,油层和原油被加热,溶解气从原油中脱出,脱出的溶解气体积膨胀成为驱油的动力之一。这在蒸汽驱过程中更为突出些。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采- (5)溶解气驱作用,原油和水的蒸汽压随温度升高而升高,当油、水总蒸汽压等于或高于系统压力时,混合物将沸腾,使原油
8、中轻组分分离,即为蒸馏作用。蒸馏作用引起混合液沸腾产生的扰动效应能使死孔隙中的原油向连通孔隙中转移,从而提高驱油效率。高温水蒸汽对稠油的重组分有热裂解作用,即产生分子量较小的烃类。在蒸汽驱过程中,从稠油中被蒸馏出的烃馏份和热裂解产生的轻烃,进入热水前沿温度较低的地带时,又重新冷凝并与油层中原始油混合将其稀释,降低了原始油的密度和粘度,形成了对原始油的混相驱。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-(6) 对稠油的蒸馏、热裂解和混相驱作用,蒸汽驱过程中,蒸汽前沿的蒸馏馏份凝析后与水发生乳化作用,形成水包油或油包水乳化液,这种乳化液比水的粘度高得多。在非均质储层中,这种高粘度的乳状液会降低蒸汽和热水的
9、指进,提高驱油的波及体积。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采- (7)乳化驱作用,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-方式,注蒸汽热采,蒸汽吞吐,蒸汽驱,SAGD,二、稠油油藏开采原理,蒸汽吞吐示意图,蒸汽吞吐是先将高温高压湿蒸汽注入油层,加热降粘后再开井采油。同井注采一次称为一个吞吐周期。,注蒸汽热采-方式,二、稠油油藏开采原理,蒸汽吞吐示意图,注蒸汽热采-方式,蒸汽吞吐的注汽参数主要是指周期注汽量、注汽速度、注汽干度和焖井时间。注汽时间一般为1015天。焖井过程是将注入蒸汽的热量充分释放给油层,合理的焖井时间应该满足蒸汽释放完潜热为止,焖井时间过长或过短都将影响注入蒸汽的热效应,焖井时间一般
10、为35天;生产阶段是将蒸汽凝结的流体和被加热的油藏流体一起开采到地面上来,与常规生产井的过程基本相同,生产时间可长达上百天甚至一年多。,蒸汽吞吐剩余油饱和度分布,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-方式,蒸汽吞吐通常只能采出井点周围油层中有限区域内的原油,井间存在大量蒸汽难以波及到的死油区,随着吞吐轮次的增和加絷区含油饱和度的减少,采油效果将逐渐变差,油藏处于低效或无效吞吐阶段,蒸汽吞吐的原油采收率最高只有30。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-方式,我国稠油蒸汽吞吐筛选标准,二、稠油油藏开采原理,蒸汽驱示意图,蒸汽驱是从注入井连续注入蒸汽,由周围油井将加热的稠油采出。,注蒸汽热采-方式,二、
11、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-方式,蒸汽驱过程大致可分为三个阶段:一是蒸汽驱启动阶段,由于油层原油的初始粘度较高,蒸汽驱初期主要依靠提高注入压力维持生产。因此启动阶段的原油产量较低;二是蒸汽驱受效阶段,随着蒸汽注入量的增加,受热原油越来越多,产量达到高峰;三是蒸汽突破阶段,当蒸汽在生产井突破以后,注入蒸汽的热效率降低,同时油层中被驱原油越来越少,产量逐渐下降。,二、稠油油藏开采原理,注蒸汽热采-方式,在开发实践中,蒸汽吞吐和蒸汽驱是注蒸汽采油的两个有机过程,蒸汽吞吐不但降低了油层压力,同时注入油层的热量能使油层温度在较大范围内得到提高,有利于提高蒸汽驱的产量。蒸汽驱阶段的原油采收率一般可提高2
12、030。对于整个稠油油藏,有计划地实施蒸汽吞吐向蒸汽驱转换,可以巧妙地避开蒸汽吞吐和蒸汽驱的低效期,保持稠油的稳产。,二、稠油油藏开采原理,SAGD示意图,采用上、下两口水平井的布井方式,上部水平井注入高干度的蒸汽,蒸汽中的汽相依靠与油层流体的重力差异进入油层的上部,加热原油并逐步在油层上部形成蒸汽腔,加热后的原油和冷凝水依靠重力分异作用流到下部的水平井并被采出。,注蒸汽热采-方式,二、稠油油藏开采原理,火烧油层是将空气注入到油层并点火燃烧,加热裂解稠油后由生产井采出。,火烧油层,二、稠油油藏开采原理,火烧油层,具有注蒸汽、CO2、N2等多重作用。,二、稠油油藏开采原理,热水化学吞吐(驱),在
13、地面向油井注入热水的同时加入化学剂,使近井地带的原油层粘度降低、渗流阻力减少,油流易入生产井并被采出的采油工艺方法。,二、稠油油藏开采原理,稠油携砂冷采,增产机理 在井筒周围形成 “蚯蚓洞”网络,渗透率提高100倍以上 稠油以泡沫油形式产出,井底压力大幅度降低,二、稠油油藏开采原理,稠油携砂冷采,携砂冷采基本油藏条件,提 纲,一、稠油分类、特点 二、稠油油藏开采原理 三、稠油油藏开发方案的制定 四、胜利稠油开采配套技术现状 五、稠油开采配套技术应用 六、胜利稠油开采技术发展方向,注蒸汽热力采油是一项投资大、经济风险性大、技术难度和管理难度较高的系统工程,为了减少工作上的盲目性和经济风险性,必须
14、做好早期的论证、预测和先导试验,取得技术上成功和开采经验后再进行工业性推广。,三、稠油油藏开发方案的制定,三、稠油油藏开发方案的制定,注蒸汽热采开发程序,稠油热采投资大,技术和管理难度大,经济风险大。因 此,稠油热采开发节奏可以加快,程序不可超越。,蒸汽驱线性模型,模型尺寸50mm150mm1000mm 最高工作压力 4.1MPa 最高工作温度 250,实验与物理模拟,三、稠油油藏开发方案的制定,高温高压的驱油试验、敏感性实验、稠油渗流机理研究、流变性实验等,高温高压界面张力仪(IFT-03),测试不同温度、不同压力下原油与各种溶剂之间的界(表)面张力测定范围10-3102mN/m。温度:03
15、00;压力:常压20MPa。,实验与物理模拟,三、稠油油藏开发方案的制定,注汽工艺优化设计软件 CMG公司STARS热采模块 稠油举升工艺设计软件,优化设计注采工艺和开发方案,数值模拟技术,三、稠油油藏开发方案的制定,注蒸汽井筒热力参数数值模拟软件,超临界、亚临界、饱和蒸汽、过冷水 直井、水平井 模拟隔热油管接箍、封隔器、补偿器、环空介质等对流动与传热的影响 可进行井底压力约束模拟计算,1.优化注汽参数和注汽工艺管柱 2.为油藏工程设计提供边界条件,数值模拟技术,三、稠油油藏开发方案的制定,CMG-STARS热采模拟软件,引进加拿大CMG软件热采模块STARS最新版本 (2003.10) 具有
16、模拟稠油油藏注水、蒸汽吞吐、蒸汽驱、泡沫驱、SAGD、火烧驱油等功能,是稠油油藏开发最有利的方案优化设计工具。,数值模拟技术,三、稠油油藏开发方案的制定,CMG-STARS热采模拟软件,数值模拟技术,三、稠油油藏开发方案的制定,提 纲,一、稠油分类、特点 二、稠油油藏开采原理 三、稠油油藏开发方案的制定 四、胜利稠油开采配套技术现状 五、稠油开采配套技术应用 六、胜利稠油开采技术发展方向,超稠油油藏开发 疏松砂岩特稠油海油陆采开发 敏感性稠油油藏开发 深层稠油油藏开发,五、稠油开采配套技术应用,1.超稠油油藏开发,至1997年,胜利油田有3700万吨的超稠油资源不能动用 埋深:1200m 粘度
17、:50000-100000mPa.s 油层厚度:20m 具有中等强度的水敏和碱敏,五、稠油开采配套技术应用,主要表现为“两高三低” 原油粘度高、注汽压力高; 注汽干度低、回采水率低、油汽比低。,超稠油开采的主要难度 (1)注汽压力高,注汽质量差 (2)井筒举升困难 (3)超稠油油藏防砂难度大,单家寺油田超稠油油藏探明地质储量2386104t,1.超稠油油藏开发,超稠油开采配套技术,1.超稠油油藏开发,单6东试1井周期开采曲线,1.超稠油油藏开发,1998年至2000年,以单6东为主要试验阵地,先后对15口井进行矿场先导试验,累计增油8.2104t,吞吐油汽比达到1.13。,超稠油油藏开发效果,
18、2001年应用该项技术已在单56等单元建成了22.7104t超稠油年生产能力,实现了原油粘度510410104mPas深层疏松砂岩敏感性超稠油油藏工业化开采。,1.超稠油油藏开发,桩西油田桩139块位置位于桩西北部滩海区。探明储量620104t(1998年发现),2.疏松砂岩特稠油海油陆采开发,开采难度 地层出砂严重 原油粘度高 高造斜:350m 大斜度:55度 埋藏深(1600m),埋深1550m1650m 原油粘度9196mPa.s,乳化后粘度超过60000mPa.s 井身长度海油陆采,大斜度井,井身长度1900m,2.疏松砂岩特稠油海油陆采开发,大斜度井压 裂防砂技术,大斜度井高 效注汽
19、工艺,大斜度井防偏 磨举升技术,(1)增加油 井产量 (2)减少注 汽热损失 (3)提高举 升效率,桩斜139井2002年3月30日转抽,至2003年10月17日, 累油11343t,峰值日油27t/d。,2003年动用含油面积1.22km2,储量363104t;钻定向井17口,水平井2口;先期蒸汽吞吐,第八年转蒸汽驱。,2.疏松砂岩特稠油海油陆采开发,2003年在桩139块动用含油面积1.22km2,储量363104t;建产能9.7 104t。2004年在桩13830块动用储量156104t,建产能3104t。,2.疏松砂岩特稠油海油陆采开发,王庄-宁海沙一段: 粘土含量高,储层敏感性强-极
20、强:渗透率损失率达80%90% 油层胶结疏松、油稠,出砂严重,防砂难度大 层薄,油井供液能力差,自然产能低,3.敏感性稠油油藏开发,加强油层保护工艺:渗透率保留率达到60%86% 配套挤压(压裂)防砂工艺:提高防砂效果,增加油井供液能力 优化注汽、降粘举升工艺,完成11井次试采,平均单井日油10.3t,其中郑364井取得日油20.9t的高产油流。,郑364井生产动态,3.敏感性稠油油藏开发,2003年 上 报 探 明 储 量:3456104t 2004年建产能(郑36、郑41):23.5104t,3.敏感性稠油油藏开发,罗家-垦西深层稠油:井 深:2400m储层物性差: 孔 隙 度:7%-12渗 透 率:5010-3m2含油饱和度:53,4.深层稠油油藏开发,开发方式优化 超临界压力注汽井完井技术 深层稠油油层改造工艺 超临界压力注汽工艺 井筒降粘举升工艺,深层稠油开采配套技术,利用深层稠油开采配套技术,2004年在罗9块、罗321块动有储量277万吨,建产能3.75万吨,4.深层稠油油藏开发,稠油开采技术发展方向,多轮次吞吐后稠油油藏提高采收率技术研究 特超稠油油藏开采配套技术研究(SAGD) (敏感性稠油油藏)火烧驱油技术研究 普通稠油油藏热水+化学驱技术研究 薄层、敏感性稠油油藏开采配套技术研究,谢谢!,