超临界注汽配套工艺研究与应用.ppt

超临界注汽配套工艺研究与应用 一、前言 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 四、超临界井下注汽工具优化设计 五、现场应用情况 六、认识 目目 录录 蒸汽吞吐及水驱是稠油油藏的主要开发方式 胜利油田稠油热采产量 l热采开发3.55108t 探明储量 13.83108t 已动用 12.68108t 未动用 1.15108t l特超稠油及薄层稠油油藏 l水驱开发9.13108t 一、前 言 胜利油田稠油储量概况 (1)已动用稠油老区进入高轮次、高含水开发阶段, 开发效果变差 u开发形势分析 一、前 言 单10块EdS1分周期油汽比柱状图 单10块EdS1分周期产油量柱状图 l老区已进入高轮次吞吐阶段，吞吐效果越来越差 （2）稠油后备资源品位差，开发难度大 一、前 言 u开发形势分析 l新区储层品位低 近几年新投入热采开发的稠油区块多为难动用储量，储层 物性较差：一是油层有效厚度薄；二是储层敏感性强；三是原 油粘度高，多为特超稠油油藏；四是具有大量的边底水。 采油厂稠油区块块热热采时时 间间 油 藏 特 征 胜胜利T82和T11南东东二段2003非均质质性强(渗透率变变异系数0.6-2.3)；强水敏；油稠、差 异大(4935-76098mPas)；层层薄(平均4.25m)、夹层夹层 多 河口陈陈3732004各小层层砂体厚度较较薄（2-6m）；易出砂；中等偏强水敏 沾182007 边边底水稠油油藏，边边水体积为积为 油层层体积积的10-15倍； 油层层胶结结疏松易出砂；具有强水敏 桩桩西桩桩斜1392003 东东部砂体为为底水油藏，西部砂体为边为边 水油藏； 具有强水敏 东东辛 营营27、营营8-24东东 二、 营营8-63、营营47-8 2005 以断块块油藏为为主；边边底水较为较为 活跃跃；主力油层层有效厚度薄 ，净总净总 比低 开发发中心 草104、草4S2+3、 草4S44、郑郑411、 草109、草128 2003 储层储层 厚度平均不到8m；油藏埋藏浅，一般在950-1400m；胶 结结疏松，出砂严严重；大部分具有较较强的边边底水； 储层储层 具有较较强的敏感性；油稠，以特、超稠油为为主 （2）稠油后备资源品位差，开发难度大 未动用储量1.15亿吨 一、前 言 u开发形势分析 l未动用储量开发难度大 1.特超稠油、薄互层、深层稠油油藏的注汽压力 高，约为22MPa-26MPa，目前的注汽工艺(最高工作 压力21MPa)不能满足超临界压力安全注汽的要求； 2. 油层埋藏深、井筒热损失大，影响后备稠油资 源的热采效果。 一、前 言 u超临界注汽应用的意义 后备资源热采难点 湿蒸汽发生器主要参数对比 为了开发特超稠油、薄互层、深层稠油油藏，胜 利油田已具有注汽压力为26MPa的超临界蒸汽发生器。 但常规的注汽配套工艺不能满足超临界注汽热采的要 求。 生产生产 厂家厂家 胜利亚临胜利亚临 界湿界湿蒸汽 发生器发生器 美国美国 热力热力 公司公司 美国美国 HSMCHSMC 公司公司 日本日本 川崎川崎 重工重工 美国美国 丹尼尔丹尼尔 公司公司 工作工作 压力压力 MPaMPa 21.021.018.218.218.218.217.517.518.318.3 一、前 言 u超临界注汽应用的意义 通过研究，建立一套超临界注汽热力参数计算 数学模型，在此基础上，对超临界压力注汽参数进 行优化设计；通过对超临界注汽条件下的井下工具 进行优化设计，以形成超临界压力注汽工艺配套技 术，实现特超稠油、薄互层、深层稠油的注汽热采 ，为胜利油田后备稠油储量的开发提供技术储备。 一、前 言 u超临界注汽应用的意义 目目 录录 一、前言 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 四、超临界井下注汽工具优化设计 五、现场应用情况 六、认识 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 建立了能描述超 建立了能描述超 临界压力、亚临界压临界压力、亚临界压 力及饱和水三种状态力及饱和水三种状态 下的注汽井筒流动与下的注汽井筒流动与 传热模型。传热模型。 超临界注汽井筒流动与传热的精细描述 研究了注汽井筒油套环空几何尺寸、隔热油管研究了注汽井筒油套环空几何尺寸、隔热油管 接箍等注汽管柱热点对井筒流动与传热的影响。接箍等注汽管柱热点对井筒流动与传热的影响。 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 超临界注汽井筒流动与传热的精细描述 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 超临界压力蒸汽参数变化规律 超临界压力注汽井筒温度变化规律 超过临界点后 ，蒸汽的比容急剧 上升，压力越低， 比容越大；在超临 界状态，井筒内蒸 汽压力升高，焓下 降，而温度既可能 升高也可能降低 。 超临界压力蒸汽热力参数变化规律 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 井口 燃烧烧同样样燃油时时不同压压力下产产 生的蒸汽质质量倍数（压压力17MPa 、干度0.7蒸汽的热焓为热焓为 1） 井底蒸 汽比焓焓 kJ/kg 燃烧烧同样样燃油时时不同压压力下产产生 的蒸汽在井底的焓焓（蒸汽比焓焓 蒸汽质质量） kJ 压压力 MPa 比焓焓 kJ/kg 2618201.2616922132 2418561.2417252135 2122091.0420532135 172294121322132 超临界压力注汽时蒸汽的比焓低，在同样蒸汽量的情况下 注入油层的热焓低；但在燃烧同样燃油的情况下,与亚临界压 力蒸汽发生器发热量相同；而超临界压力蒸汽发生器的本体热 损失小于亚临界压力蒸汽发生器；因此在锅炉发热量相同，超 临界压力比亚临界压力注入油层的热焓多。 不同状态下注汽的比焓、总焓对比 超临界压力注汽热焓分析 目目 录录 一、前言 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 四、超临界井下注汽工具优化设计 五、现场应用情况 六、认识 三、超临界压力注汽参数优化 温度下 降 温度 上升 温度先下降 后上升 超临界注汽井筒热力参超临界注汽井筒热力参 数数值模拟为优化设计数数值模拟为优化设计 注汽工艺提供了手段注汽工艺提供了手段 编制了超临界注汽参数优化软件 三、超临界压力注汽参数优化 超临界注汽井筒参数变化规律 随着井口注汽压力的提高，井筒沿程压力梯度呈增加 趋势。 23MPa，380注汽时井底蒸汽焓值最大 超临界注汽井筒参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 超临界注汽井筒参数变化规律 随着压力升高，比容下降。 三、超临界压力注汽参数优化 沿着井筒密度逐渐增大 超临界注汽井筒参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 超临界注汽井筒参数变化规律 沿着热损失逐渐增大 三、超临界压力注汽参数优化 三、超临界压力注汽参数优化 隔热油管接箍等注汽管柱热点对井筒热损失 影响很大。 8%8% 4%4% 超临界注汽井筒参数变化规律 目目 录录 一、前言 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 四、超临界井下注汽工具优化设计 五、现场应用情况 六、认识 位置位置汽汽压压压压, , MPaMPa套套压压压压, , MPaMPa抗内抗内压压压压, , MPaMPa抗外抗外挤挤挤挤, , MPaMPa 井口井口24.9624.9616.2216.2247.6747.6739.9039.90 井底井底37.6337.6337.6137.6137.7837.7838.9438.94 超临界压力注汽高真空隔热油管强度校核（P110管材） l超临界注汽井底的蒸汽压力为37.63MPa l目前在用的隔热油管其抗外挤强度为25MPa, 不能满足要求 lP110管材在此工况下的抗外挤强度为38.94MPa,能满足机械 性能的要求。 超临界注汽隔热油管优化设计 四、超临界井下注汽工具优化设计 超临界注汽隔热油管0.04w/m. 生产产厂家 日川崎公 司TC-650 日川崎公 司TC-750 美国贝贝克 公司 美国贝贝克 公司 美国贝贝克 公司 超超临临临临界注界注 汽隔汽隔热热热热管管 导热导热 系数 W/m. 0.0260.0170.0350.0260.0170.040.04 工作压压力 MPa 3535 超临界注汽隔热油管优化设计 四、超临界井下注汽工具优化设计 超临界注汽井下工具优化设计 n注汽井口安全系数：3.2 n井口补偿器安全系数：1.78 n井下补偿器内管安全系数：2.23 n井下补偿器外管安全系数：1.87 (1)优选了管材，高温 下强度提高了30%-50% (2)优选了密封材料( 由柔性石墨+改性聚四 氟乙烯换为柔性石墨+ 紫铜)和密封结构 超临界注汽配套工艺已全部设计完成，并完成了试 制，超临界压力井口补偿器、封隔器等工艺已配合超临 界锅炉注汽2井次。 四、超临界井下注汽工具优化设计 隔热油管悬挂丢手装置结构示意图 隔热油管悬挂器结构示意图 四、超临界井下注汽工具优化设计 超临界注汽井下工具优化设计 人工井底 补偿器 高真空隔热管 封隔器 补偿器 高真空隔热管 插入密封 热敏封隔器 针对隔热油针对隔热油 管最大下深只有管最大下深只有 1600m1600m的状况，的状况， 研究设计了分段研究设计了分段 注汽工艺管柱，注汽工艺管柱， 实现了深层稠油实现了深层稠油 井全井筒隔热注井全井筒隔热注 汽，井筒热损失汽，井筒热损失 小于小于10%10%。 高真空隔 热管 油管 深层稠油超临界压力注汽工艺管柱设计 四、超临界井下注汽工具优化设计 目目 录录 一、前言 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 四、超临界井下注汽工具优化设计 五、现场应用情况 六、认识 五、现场应用情况 YZG9.0-26/395-H超临界注汽锅炉主要技术参数 额定蒸发量 9.0t/h 额定蒸汽压力 26.0MPa 额定蒸汽温度 395 额定热效率 88% 额定热功率 5.6MW 负荷调节 70-100% 排烟温度 250 炉体表面温度 平均温度 80 控制方式 PLC+触摸屏 安装方式 拖车式（液压升降） 射孔井段 1166.8-1171.8m 1173.9-1175.3m 厚度 5.0m 1.4m 原油粘度21505mPa.s防砂方式绕丝筛管 井段，m孔隙度，渗透率，10-3m2 1166.8-1167.936.912704 1167.9-1168.936.71922 1168.9-1169.935.521161 1169.9-1170.935.33608 1170.91171.833.38165.2 1173.9-1175.334.65320 储层纵向上非均质性较强，渗透率差异较大，储 层较好的井段只有3m，导致注汽压力高。 草104-斜31井注汽情况 五、现场应用情况 注汽管柱示意图 177.8mm套管 喇叭口 1120.0m 人工井底1211.0m 油管短节 井下补偿器 1020.0m 热敏封隔器 11462mm 高真空隔热管 防砂鱼顶1127.41m 1166.8m 1175.3m 油层井段: 1166.8-1175.3m 厚度:6.4m/2层 防砂方式:绕丝筛管 设计注汽量:1200t 设计注汽速度:610t/h 注汽设备：超临界压力锅炉 五、现场应用情况 日期注汽时时 间间 注汽压压力 注汽温度 注汽速度日注累注 备备注 hMPat/htt 8.122.319.536692121 8.1320.521.73749185206水处处理故障 8.144243888.333239 8.1721.522.43799194433 8.182222.53809203636 8.192423.23829216852汽窜窜停注 注汽参数达到超临界压力状态（注汽压力大于22MPa、 注汽温度大于374）。该井成功注汽表明，注汽锅炉及注 汽井口、井口补偿器等超临界压力注汽配套工具安全可靠。 草104-斜31注汽参数 五、现场应用情况 u8月1125日注汽，注汽量1400t； u注汽压力22.124.8MPa，注汽温度22日380 388； u9月1日投产，平均日液8.5，日油34t，含水 55%； u超临界注汽前，水力喷射泵生产，日液23t， 日油1.3t。 生产情况 五、现场应用情况 目目 录录 一、前言 二、超临界蒸汽热力参数变化规律 三、超临界压力注汽参数优化 四、超临界井下注汽工具优化设计 五、现场应用情况 六、认识 六、认 识 1.超临界压力状态下注汽井筒流动、传热规律与饱和 蒸汽不同；超过临界点后，蒸汽的比容急剧上升，压力越 低，比容越大；在超临界状态，井筒内蒸汽压力升高，焓 下降，而温度既可