1、第 10 章 稠油开采方法,稠油资源及分布 全世界： 稠油（包括高凝油）地质储量：15500108m3,主要稠油国家的稠油储量,中国： 分布：松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、二连盆地等15个大中型含油盆地和地区发现了数量众多的稠油油藏 储量：预测全国稠油(包括沥育)储量在80*108m3 渤海湾盆地稠油储量可达40108m3以上； 准噶尔盆地西北缘稠油储量达l0108m3以上。 南方珠江口盆地、百色盆地也有一定规模的稠油资源,一、稠油的定义和标准定义：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。稠油是指粘度大的原油，重油是指密度
2、大的原油，粘度越高的原油一般密度就越大。,4,稠油的性质,(1)重油：在油藏原始温度下，脱气原油粘度为10010000mPas或在15.6(60)及0.101MPa条件下密度为9341000kg/m3。 (2)沥青砂：在原始油藏温度下，脱气油粘度大于10000mPas或在15.6(60) 及0.101MPa条件下密度大于1000kg/m3。,6,稠油的性质,国内标准：,稠油与高凝油的区别 高凝油是指原油的凝固点比较高,在开发过程主要由于当原油处于凝固点以下温度状态时,原油中的某些重质组分(如石蜡)凝固析出,并沉积到油层岩石颗粒、抽油设备或管线上,造成油层渗流阻力过高,或抽油设备正常工作困难。
3、分类：高凝油尚无统一的划分标准， 我国某些油田有自己的地区性划分方法，例如有的油田将凝固点大于40 ，含蜡量超过35%的原油定为高凝油。,稠油的性质,(1)稠油中轻质馏分很少，而胶质沥青含量很多，而且随着胶质沥青含量增加，原油的相对密度及同温度下的粘度随之增高。 常规油中沥青质含量一般不超过，但稠油中沥青质含量可达10%30%，个别特超稠油可达50或更高。,稠油的一般性质,(2)稠油随着密度增加其粘度增高，但线性关系较差。,稠油的一般性质,(3)稠油中烃类组分低。 我国陆相稀油中，烃的组成（饱和烃芳香烃）一般大于60，最高可达95，而稠油中烃的组成一般小于60，最少者在20以下，稠油中随着非烃
4、和沥青含量的增加，其密度呈规律性增大。,稠油的性质,11,(4)稠油中含硫量低。 在我国已发现的大量稠油油藏中，稠油中的含硫量都比较低，一般小于8。,稠油的性质,12,(5)稠油中含蜡量低。,稠油的性质,13,(6)稠油中的金属含量较低。 中国陆相稠油与国外海相稠油相比，稠油中镍、钒、铁及铜等金属元素含量很低。特别是钒含量仅为国外稠油的1/2001/400，这是中国稠油粘度较高，而密度较小的重要原因之一。,稠油的性质,14,(7)稠油凝固点较低。 大多数稠油油藏属于次生油藏，由于石蜡的大量脱损，以及前部氧化作用强烈，因此，稠油性质表现为胶质沥青含量高、含蜡量及凝固点低的特点,稠油的性质,15,
5、稠油粘温曲线,1粘度对温度的敏感性 粘温曲线：原油粘度随温度变化而变化的曲线。稠油的粘度随温度变化十分敏感，温度升高，粘度急剧下降。这是稠油热采的最主要的原理加热降粘机理，也是决定是否进行热力开采的基础。,稠油的热特性,稠油的性质,2热膨胀性 在热力采油过程中，随着油层温度的升高，地下原油、水及岩石都将产生不同程度的膨胀，为驱动提供能量。 3热裂解性 当温度升高一定值时，稠油中的重质组分将会裂解成焦碳和轻质组分（轻质油和气体）、热裂解生成的轻质组分对改善地下稠油的驱油效果作用很大。,稠油的性质,17,4蒸馏性 馏点：随着温度上升，原油中开始出现汽化时的温度。 当温度大于或等于初馏点时原油中的轻
6、质组分逐渐增多。馏出量的多少除取决于蒸馏温度外，还与原油特性及总压力有关。值得一提的是，在蒸汽驱过程中，蒸汽对原油的蒸馏过程有重要影响，即有蒸汽存在时，相同温度下的馏出量将大大增加，这是蒸汽驱提高稠油采收率的重要机理之一。,稠油的性质,18,5燃烧热 在稠油和沥青的开采和精制中，燃烧热是其能量平衡计算的重要参数之一。室内对沥青砂、稠油和焦炭的燃烧热进行测定和研究表明，稠油及沥青砂的燃烧热与其组分和含量大小有关,稠油的性质,19,蒸气吞吐： 蒸汽吞吐又名蒸汽激励处理、循环注蒸汽、蒸汽浸泡。 过程：蒸汽吞吐，即先向油层注入一定量的蒸汽，关井一段时间，待蒸汽的热能向油层扩散后，再开井投产的一种开采稠
7、油的方法.,稠油油层处理技术,1、基本概念 吞吐周期 又名吞吐轮次，是指蒸汽吞吐生产阶段，从注汽开始到闷井、开并生产直到极限产量关井为止的全过程。 蒸汽干度 指湿蒸汽气相质量与湿蒸汽总质量(气相十液相)的比值。它是衡量蒸汽质量的重要指标。,稠油油层处理技术,纯总厚度比 指开采层段的有效厚度与开采层段的总厚度之比。它是评价油藏能否进行蒸汽吞吐，特别是蒸汽驱的重要参数。 油汽比 油汽比是指采油量与注汽量(水当量)之比，即每吨注汽量的采油量。它是评价注蒸汽开采效果及经济效益的重要指标。,稠油油层处理技术,净产油量 由于注蒸汽开采方式烧蒸汽需要用去一部分原油，因此，净产油量是指采出油量与燃油消耗量之差
8、。 采注比 采注比是指采出液量与注入汽量(水当量)的比值。 回来水率 回采水率是指采出水量与注入汽量(水当量)的比值。,稠油油层处理技术,2、生产过程 每个吞吐周期包括三个过程。 （1）注汽阶段 这一阶段是蒸汽注入到油层中去，注汽时间一般为13周。 （2）焖井阶段 在该阶段将蒸汽注入井关闭焖井，以便注入热量持续向井筒周围扩散，加热油层，降低原油粘废。一般来说，焖井时间为27天。 （3）采油阶段 当焖井到一定时间后开并生产，当产量降低到经济极限产量时，停止采油进入下一周期的注汽。,稠油油层处理技术,24,2、生产过程,稠油油层处理技术,3、采油机理 （1）降低原油粘度，改善流度比 稠油粘度对温度
9、十分敏感，出此，当注入一定热量蒸汽时井筒周围油层温度便会升高，这样就会大大地降低原油的粘度。如井楼油田区，油层温度(26)下脱气原油粘度高达94000mPas，当温度升高到40时，原油粘度降低到17200mPas，温度每升高10，原油粘度下降600。这样就极大地提高了原油的流动性，改变了流度比。,稠油油层处理技术,26,(2)对于油层压力高的油层，油层的弹性能量在加热油层后也充分释放出来，成为驱油能量。 (3)厚油层，热原油流向井底时，除油层压力驱动外，重力驱动也是一种增产机理；美国加州稠油油田重力驱动便是主要的增产机理。,稠油油层处理技术,(4)带走大量热量，冷油补充入降压的加热带,当油井注
10、汽后回采时，随着蒸汽加热的原油及蒸汽凝结水在较大的生产压差下采出过程中，带走了大量热能，但加热带附近的冷原油将以极低的流速流向近井地带，补充入降压地加热带。,稠油油层处理技术,28,(5)地层的压实作用是不可忽视的一种驱油机理 委内瑞拉马拉开湖岸重油区，实际观测到在蒸汽吞吐开采过程30年以来，由于地层压实作用，产生严重的地面沉降。产油区地面沉降达20m30m。据研究，地层压实作用产生的驱出油量高达15%左右。 (6)蒸汽吞吐过程中的油层解堵作用 (7)注入油层的蒸汽回采时具有一定的驱动作用 分布在蒸汽加热带的蒸汽，在回采过程中，蒸汽将大大膨胀，部分高压凝结热水由于突然降压闪蒸为蒸汽。这也具有一
11、定程度的驱动作用。,稠油油层处理技术,29,(8)高温下原油裂解，粘度降低 油层中的原油在高温蒸汽下产生蒸馏作用某种程度的裂解，使原油轻馏分增多，粘度有所降低。这种油层中的原油裂解作用，无疑对油井增产起到了积极作用。,稠油油层处理技术,(9)油层加热后，油水相对渗透率变化，增加了流向井筒的可动油。 在油层中，注入湿蒸汽加热油层后，在高温下，油层对油与水的相对渗透率起了变化，砂粒表面的沥青胶质极性油膜破坏，润湿性改变，由原来油层为亲油或强亲油，变为亲水或强亲水。在同样水饱和度条件下，油相渗透率增加，水相渗透率降低，束缚水饱和度增加。而且热水吸入低渗透率油层，替换出的油进入渗透孔道，增加了流向井筒
12、的可动油。 (10)某些有边水的稠油油藏，在蒸汽吞吐过程中，随着油层压力下降，边水向开发区推进。,稠油油层处理技术,31,4、开采特征 （1）采油速度高，采收率较低 由于蒸汽吞吐采油的能量主要是油藏的弹性能量和部分溶解气驱，因此，对于一个适合蒸汽驱的油藏来说，蒸汽吞吐应作为蒸汽驱的一个重要辅助措施，它只能加快油藏早期的开发速度，而不能更经济有效地提高采收率。目前稠油油藏蒸汽吞吐开采年采油速度约为2一6，吞吐采收率一般为15一20。,稠油油层处理技术,32,4、开采特征 （2）周期峰值产量高，递减快，随着吞吐周期增加，日产油量及油汽比迅速下降,稠油油层处理技术,33,4、开采特征 （3）同一周期
13、内初期含水高、下降快，随着周期数增加，综合含水上升快。,稠油油层处理技术,34,4、开采特征 （4）周期产油量随着油层厚度增加而增加,稠油油层处理技术,5、影响开采效果的因素 （1）油层厚度 油层越厚，效果越好。稠油油藏蒸汽吞吐开采的油层厚度下限是5m。 （2）油层渗透率一般来说，油层渗透率高，油层吸汽、产液能力就强，蒸汽吞吐效果就好， （3）原油粘度 在蒸汽温度下，原油粘度愈低，蒸汽吞吐效果愈好。,稠油油层处理技术,36,5、影响开采效果的因素 （4）蒸汽干度 蒸汽干度越高，蒸汽吞吐效果愈好。,稠油油层处理技术,37,5、影响开采效果的因素 （5）注汽速度 注汽速度愈低，地面、井筒及地层热损
14、失愈大，热利用牢愈低，蒸汽吞吐开采效果就愈差；而注汽速度太高时，必然造成注汽压力升高，容易压破油层，形成蒸汽指进，降低蒸汽波及范围。因此，对一个具体油藏而言，应有一个合理的注汽速度。,稠油油层处理技术,38,5、影响开采效果的因素 （6）周期注汽量 注汽量太低时，达不到加热袖层的目的，随着周期注汽量的增加，加热范围扩大，产油量增多。但是，当注汽量超过一定范围后，又会将井简附近的原油驱向远处，不利于吞吐采油。因此，特定的油藏条件，必有一个合理的周期注汽量,稠油油层处理技术,6.蒸汽吞吐技术评价指标 （1）周期产油量及吞吐阶段累积采油量； （2）周期原油蒸汽比及吞吐阶段累积油汽比；原油蒸汽比定义为
15、采出油量与注入蒸汽量（水当量）之比，即每注一吨蒸汽的采油量。如果油井吞吐前有常规产油量，则按增产油量计算，称作增产油汽比。通常每烧一吨原油作燃料，可生产15m3蒸汽； （3）采油速度，年采油量占开发区动用地质储量百分数；,稠油油层处理技术,6.蒸汽吞吐技术评价指标 （4）周期回采水率及吞吐阶段回采水率。回采水率定义为采出水量占注入蒸汽的水当量百分数； （5）原油生产成本； （6）吞吐阶段原油采收率，即阶段累积产量占动用区块地质储量的百分数； （7）油井生产时率及油井利用率，按开发区计算； （8）阶段油层压力下降程度。,稠油油层处理技术,1、采油机理 注蒸汽开采一般包括两个阶段，即蒸汽吞吐和蒸汽
16、驱。由于蒸汽吞吐生产是在同一口井中进行。不能增加油藏驱动能量，加之蒸汽吞吐加热半径有限，通常情况下，蒸汽吞吐采收率为1520，因此，对于适合蒸汽驱的油藏，通常将蒸汽吞吐作为蒸汽驱的淮备阶段，而蒸汽驱是主要开采阶段。 蒸汽驱不同于蒸汽吞吐，其采油原理类似于水驱，即蒸汽从注汽并中注入，原油从采油井中采出。,稠油油层处理技术,蒸汽驱,42,1、采油机理,蒸汽驱,稠油油层处理技术,43,1、采油机理,稠油油层处理技术,44,稠油油层处理技术,45,1、采油机理 (1)通过注入高温高干度蒸汽加热油层，降低原油粘度，增加原油流动性。 (2)用裂解和蒸馏得到的轻质组分(轻质油和气体)来稀释地层原油，降低原油
17、粘度。,稠油油层处理技术,(3)随着温度升高，原油、水及岩石发生膨胀为驱动提供能量。 (4)温度升高，引起岩石亲水性增强，束缚水饱和度升高，残余油饱和度降低。 (5)由于温度升高，岩石亲水性增强，引起水相相对渗透率降低，油相相对移透率增加。,稠油油层处理技术,使用条件稠油在经过一定时间的蒸汽吞吐开采形成热连通后，只能采出各油井井点附近油层中的原油，井间留有大量的死油区，如单靠吞吐，其加热范围很有限。蒸汽驱是稠油油藏蒸汽吞吐后进一步提高采收率的主要手段之一，蒸汽吞吐采收率一般在10%20%，蒸汽驱的最终采收率一般可达50%60%。,稠油油层处理技术,48,3、蒸汽吞吐转汽驱条件及时机 (1)蒸汽
18、吞吐转汽驱的条件 1)蒸汽驱的起始含油饱和度要高 2)注采井间要形成热连通，但不能出现汽窜。 3)地层压力应有所下降。,稠油油层处理技术,49,3、蒸汽吞吐转汽驱条件及时机 (2)蒸汽吞吐转汽驱的合理时机对于原油粘度较低的普通稠油，由于原油在地层条件下具有一定的流动能力，蒸汽吞吐的目的是降低油层压力，清除井简附近污染，为蒸汽驱作难备，这类油藏主要靠蒸汽驱采油。因此，吞吐转汽驱的时间宜早；对于地层条件下根本不能流动的高粘稠油(如特超稠油)，蒸汽吞吐的主要目的是通过几个周期的吞吐生产，不断扩大加热范围，使注采井间形成热连通。对于这类油藏，吞吐转汽驱时机的选择，应根据井网、井距，考虑注蒸汽开采全过程
19、(蒸汽吞吐十蒸汽驱)的采收率和油汽比。,稠油油层处理技术,50,4、注采参数对蒸汽驱效采的影响 (1)蒸汽干度 因为蒸汽干度越高，单位质量蒸汽的热熔值越大，对稠油加热降粘效果就越明显。,稠油油层处理技术,4、注采参数对蒸汽驱效采的影响 (2)注汽速度注汽速度高，地面及地层热损失小，热利用率高，才能确保必要的并底及地层蒸汽干度，从而实现真正的汽驱，并获得较好的汽驱效果。过高的注汽速度势必会造成注汽压力过高，从而导致压破地层，引起汽窜，影响汽驱效果。因此，对于一个特定的油藏，应有一个合理的注汽速度，而合理的注汽速度与油层厚度、井网等因素有关。,稠油油层处理技术,52,4、注采参数对蒸汽驱效采的影响
20、 (3)采液速度 在确保蒸汽干度，优化注汽速度的条件下各类稠油油藏蒸汽驱开采都存在最低采液速度和合理采液速度，只有达到最低采液选度以上，才能实现有效蒸汽驱。,稠油油层处理技术,53,5.常见问题及对策 (1)干扰和汽窜 干扰：也称为基质驱动，它纯粹是一种压力现象的反映，是由邻近一日或几口井注汽，通过压力、温度的传导作用，将生产井附近的流体驱向井内，从而引起生产井出油温度有所升高、产液量及产油量增加，而含水变化不大。,稠油油层处理技术,汽窜(实为热水在井简附近因压力降低而引起闪蒸、井口冒汽) 也称为流体连通，是指从注汽井注入的蒸汽，以蒸汽或高温热水闪蒸后从邻近生产井中产出，所以，汽窜常常导致生产
21、井井口温度及产液，特别是产水量急剧上升，有时含水率达到100%，井口出液温度达到l00以上，产油量明显下降。,稠油油层处理技术,55,5.常见问题及对策 (1)干扰和汽窜 发生汽窜现象解决措施 1)降低注汽速度 2)关闭汽窜井 3)封堵汽窜通道 4)间歇汽驱,稠油油层处理技术,5.常见问题及对策 (2)油井汽驱见效差异大 由于受油层非均质性的影响，蒸汽吞吐转汽驱后，部分油井见到汽驱反应的时间短，汽驱效果好，而另一部分油井转汽驱后见不到汽驱反应。,稠油油层处理技术,(3)出砂严重 稠油油藏一般埋藏较浅，压实成岩作用差，储层疏松，注蒸汽开采过程中出砂现象较为普遍和严重，经常因油井出砂严重，致使井下
22、泵堵塞，地而设备受到损坏，油井不能正常生产。因此，采用井下防砂和地面大罐沉降除砂的办法，确保注蒸汽开采正常生产。目前国内井下防砂工艺主要有绕丝筛管砾石充填防砂技术、不锈钢金属棉防砂技术和烧结成型微孔筛管防砂技术。,稠油油层处理技术,1、定义 火烧油层：又称油层内燃烧驱油法，简称火驱。它是利用油层本身的部分重质裂化产物作燃料，不断燃烧生热，依靠热力、汽驱等多种综合作用，实现提高原油采收率的目的。,火烧油层,2、发展历史 1947年：室内研究； 50年代：现场小型实验； 60年代：现场应用发展较快； 70年代：受到注蒸汽开采冲击，曾一度进展缓慢； 进入80年代后：由于注氧火烧等先进技术的应用，火烧
23、油层技术的得到较快发展和广泛应用。 火烧油层的采收率可以达到50%80%。,稠油油层处理技术,3、驱油机理通过合理井网，选择点火井，将空气或氧气注入油层，并用点火器将油层点燃，然后继续向油层注入氧化剂(空气或氧气)助燃形成移动的燃烧前缘(又称燃烧带)。燃烧带前方的原油受热降粘、蒸馏，蒸馏的轻质油、气和燃烧烟气驱向前方，未被蒸馏的重质碳氢化合物在高温下产生裂解作用，最后留下裂解产物焦炭作为维持油层燃烧的燃料，使油层燃烧不断蔓延扩大。,稠油油层处理技术,4、驱油特点 1)具有注蒸汽、热水驱的作用，热利用率和驱油效率更高，同时由于蒸馏和裂解作用，提高了产物的轻质成分。 2)具有注汽、注水保持油层压力
24、的特点，且波及系数及洗油效率均较高。 3)具有注二氧化碳和混相驱的性质，驱油效率更高，见效更快，且无须专门制造各种介质及配套设备。,稠油油层处理技术,62,稠油携砂冷采是一种稠油油藏开采技术, 起源于加拿大的稠油开采技术。它通过出砂形成蚯蚓洞, 从而极大地提高了地层孔隙度和渗透率, 并且改善了稠油的流动性。初期经过半年到一年的出砂。,稠油携砂冷采,携砂冷采过程分为三个阶段： 第一阶段是蚯蚓洞初期形成阶段。这一阶段出砂量较少，产油量也相对较低，产出液含沙量低； 第二阶段是蚯蚓洞快速增长阶段。这时随出砂量增多，原油也大量产出，含沙量很高；第三阶段是蚯蚓洞缓慢扩展阶段。此时已形成开放通道，产油量趋于
25、稳定。而含砂量逐渐下降。,64,2、增产机理 (1)大量出砂形成“蚯蚓洞”网络，极大地提高了稠油的流动能力。孔隙度可以从30%提高到50%以上；渗透率可从12m2提高到上百平方微米，极大地提高了稠油的流动能力。,稠油油层处理技术,65,2、增产机理 (2)稠油以泡沫油形式产出，减少了流动阻力。 随着油层压力的降低，地层原油中产生的大量微气泡形成泡沫油流动，且气泡不断发生膨胀。由于稠油粘度高，胶质含量高，形成的油膜强度大，因此，泡沫油不易破裂，即使在非常低的压力情况下，泡沫油仍能保持较长时间的稳定。泡沫油的形成，减少了原油流动阻力。,稠油油层处理技术,66,2、增产机理 (3)溶解气膨胀，提供了
26、驱油能量。 稠油中的溶解气以微气泡的形式存在于地层中，当含气原油向井筒流动时，由于孔隙压力降低，不仅微气泡急剧发生膨胀，形成泡沫油，而且油层中的原油、水以及岩石骨架也会发生弹性膨胀。,稠油油层处理技术,67,3.出砂冷采适应条件 (1) 必须是胶结琉松的砂岩油藏。 (2) 较高的油层孔隙度、渗透率和含油饱和度。 (3)油层埋藏深度最好在300800m之间。 (4)脱气原油粘度宜在200040000mPa.s之间。 (5)地层原油中含有一定量的溶解气(以10m3m3左右为宜。 (6)油层泥质含量较低。 (7)距边水、底水层较远。,稠油油层处理技术,虽然携砂冷采有成本低、见效快、产能高等优点，但是
27、由于它是利用天然能量进行衰竭式开采，所以采收率一般不高，约在1015，而且有关携砂冷采的接替技术目前尚不成熟，如果转注蒸汽或注水开发，由“蚯蚓洞”带来的窜流问题不好解决，所以若想获得较高的采收率，带携砂冷采这种开发方法的选择就要慎重考虑。,SAGD技术简介,近年来，稠油热采中的蒸汽吞吐和蒸汽驱技术日趋成熟，一般先进行蒸汽吞吐然后转入蒸汽驱。蒸汽辅助重力泄油技术简称SAGD，是稠油热采的一项前沿接替性技术，该技术利用水平井、浮力、重力及蒸汽来有效地开采稠油。,地层油在自身重力、蒸汽热力和浮力作用下流向井筒。,蒸汽通过该井上方的井或井组注入；,水平生产井在接近油层底部、油水界面以上完井；,SAGD技术工艺原理,由于蒸汽室内基本保持在恒定压力，没有压力梯度，流动完全是重力所致,在生产井的上方形成蒸汽腔,通过注入井持续注入蒸汽，蒸汽由于浮力而上升，在蒸汽油界面因传导热损失造成蒸汽凝结，凝结水及加热的原油在重力作用下泄向生产井上方的储槽。,生产井,注汽井（组）,在实际开发中，应根据油藏的特征，衡量适合该区块的SAGD组合方式。,直井注气,水平井采油,水平井注气,水平井采油,SAGD组合方式,直井水平井SAGD组合优化结果,水平井位于直井侧下方,直井与水平井的横向水平距离为35 m,辽河SAGD组合方式,成对水平井SAGD水平段垂差：58m,
