（化学工程专业论文）用化学添加剂法提高稠油驱油效果技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本文针对河南稠油粘度高，常规注蒸汽热采方法收率低，大量剩余油仍然滞 留在地下无法采出的问题，从实验、计算机数值分析设计到油田现场试验，系统 饱研究了蒸汽驱一化学试剂驱的采油技术。该技术达到了较好的增效降粘效果，获 得了一定的经济效益。本文研究的主要内容为： ( 1 ) 研制了s e p a 一1 和s e p a 2 型化学增效剂。 ( 2 ) 实验研究了该化学增效剂溶液在高温下的分解反应规律、降粘效果及静态洗 油效果。结果表明，化学增效剂易与稠油发生互溶和乳化，静态洗油率可达9 0 ， 与降粘率可达9 8 以上，具有较好的降粘效果，有效地提高了油井的峰值产油量。 ( 3 ) 比较研究了新型热采增效剂与其它驱油剂在2 0 0 热水驱时提高驱油效率的 效果，通过三管非均质岩芯驱替实验，验证了热采增效剂具有一定的调整吸汽剖 面的特性。 ( 4 ) 数值模拟研究了热采增效剂的注入工艺，给出了蒸汽段塞及增效剂段塞用量 的计算方法。形成了一项适合河南稠油油田热采的增效技术。结果表明，间歇蒸 汽驱尿素驱采收率高，油汽比高，间歇时间在3 0 d 较适宜。同时注尿素过程中加 入添加剂有效地改善了蒸汽驱效果，使处于边际条件的稠油油藏实现蒸汽驱开采。 ( 5 ) 将该技术用于油田的多口井试验，提高了油井的采油率，获得了较好的应用 效果。 关键词：重油熟采增效剂粘度 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t h 1h e n a i lo i lf i e l d ，m e r ea r em a n yd i s a d v a n t a g e si nt 1 1 ec o n v e 埘o n a lt h e m l a l d e v e l o p i n gi n e t l l o df o rh e a v ya 1 1 de x 仃a h e a v yc m d e ，s u c ha sl o wy i e l d ，h i 曲c o s t 柚da 峙t o fc m d e 姗a i n e d1 1 1 1 d e r 廿1 eg r o u n d i f lj t h i s 舭s i s ，m es t e 锄d r i v i l l 争c h e m i c a l a d d i t i v e ( e m c i e n c yi n c r e a s i n ga g c n t ) d r i v i i l gm 础o d i sr c s e a r c h e df b m 曲r e e 船p e c t so f e x p e r i m e n t ，c o m p u t e rn 啪e r i c a la l l a l y s i sa l l d f i e l da p p l i c a t i o n i nm i st e c l l i l 0 1 0 9 y ，t h e c m d ev i s c o s i t yi sr e d u c e da n dt l l ee m c i e n c yo fr e c o v e r yc r u d ei si n c r e a s e d t h em a i n r e s e a r c hc o m e n t sa r ef b l l o w e d ： ，( 1 ) n e ws e p a 一1a i l ds e p a 一2c h e m i c a la d d i t i v e sa r er e s e a r c h e d ( 2 ) t h ed e c o m p o u n d i n gr e g u l a t i o na th i 曲t e m p e r a l = u r e s ，m ee f f e c to fv i s c o s 时 r e d u c t i o na n ds t a d co i lc l e a i l i i l ga b o u tt h ec h e m i c a la d d i t i v e sa r er c s e a r c h e di n l a b o r a t o r y t h es t a t i cc l e a l l i n go i lr a t er e a c h e s9 0 ，a n d 廿1 er e d u c i n gv i s c o s 时r a t ei s m o r e 廿l a n9 8 ( 3 ) c o m p a r i s o ne x p e 曲l e n 诅ls t u d i e so fo i ld i s p l a c i n ge 虢c t sa b o u tt h en e w c h e i n i c a la d d i 廿v ea n do m e ro n e si 1 12 0 0 h o tw a t e ra r ec o n d u c t e d j m e 血r e e - t u b eh e t e m g e n e o u sc o r ed i s p l a c i n ge x p er i ：m e n ts h o 、sm a tt 1 1 ee m c i e n c y i n c r e a s i n ga g e n th a st 1 1 ec h a r a c t e rt o 删u s tt l l ep r o f i l e so fs t e 锄a b s o r p t i o n ( 4 ) t m en 啪e r i c a ls i m u l a t i n gm e 廿l o di sa i d o p t e dt os t l l d y 也e 蛳e c 廿o np r o c e d l l f e a n dc a l c u l a t i i l gm e 也o d sf o r t h ev 0 1 u m e so fs t e 锄s l u ga n dc h e m i c a ls l u ga r ea l s o p r e s e m e d t h er e s l l l t ss h o wt h a ti n t e m j p t i o ni n j e c t i o no fs t e 锄a 1 1 dc h e m i c a la d d i t i v e s c a l lg e th e i 曲tr a t eo f c m d cv s s t e a m t h ec o n v e n i e mi n t e h l 】p t i o nt i m ei s3 0d a y s 1 ( e yw o r d s ：h e a wo i l ， t h e m a lr e c o v 哪 e m c i e n c yi n c r e a s i n ga g e n t ，v i s c o s 时 l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名：彩班华 日期：多钟6 年，月护目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密口，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密吼 ( 请在以上方框内打“”) 言等篆茎馏饥芊言翥甾辔日期：磁j 一月护日日期：沙石年f 月7 日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪言 1 1国内外稠油热采增效技术研究状况 1 1 1 国内外概况 鉴于稠油的特点，可通过降低稠油粘度、减小油流阻力来有效的开采稠油， 提高采收率。提高稠油采收率的方法主要有：物理降粘( 稀释、加温) ；化学降 粘( 乳化湿润、减粘裂化、高温裂解) “。总结各种稠油开采经验，加之稠油 的粘度对温度非常敏感，可以将热力开采工艺做为提高粘性原油油藏采收率的重 要手段“。 蒸汽吞吐采油是一种单井作业，在一口井中注入一定量的蒸汽( 一般在几百 吨以上) ，随后关井，让蒸汽与油藏岩石进行热交换，然后再开井采油。此过程 可循环往复进行，又称循环注蒸汽工艺“8 “”1 。其增产机理是多种多样的，主要 的有如下几种：( 1 ) 升高油层温度，降低原油粘度；( 2 ) 在注入和吐出的过程 中，清除了井筒油层射孔段附近的堵塞，改善了油流的渗流条件，增加流体的流 动性；( 3 ) 气体的膨胀能驱动原油，降低界面张力，减小水相的相对渗透率；( 4 ) 减少残余油饱和度；( 5 ) 改善波及效率；( 6 ) 提高地层油体积系数。 蒸汽吞吐一般作为蒸汽驱的先导叫。这种方式并没有连续不断的增加油藏的 能量，而是依靠注入油藏的热能降低原油粘度。从油藏中驱油入井的动力主要仍 来自油藏原有的能量，这同时加速了天然弹性能量的利用，并不能补充驱替能量， 而且是单井注入蒸汽开采出原油，基本上不产生井间驱替作用。因而随着循环周 期的增加，油层压力的衰减，油藏能量的逐步消耗，产量将大幅度递减，最终结 束有效开发期。一般吞吐1o 周期以后即结束经济开发期：在蒸汽吞吐开采之后， 油井间还存在大片尚未动用的剩余油，纵向上也存在未动用或动用程度很低的油 层段，其采收率仅1 5 左右，不超过2 0 。蒸汽吞吐开采阶段的窜绕加剧了油层的 非均质。因油层条件、吞吐轮次、吞吐效果的不同，以及井间窜绕，采出程度平 面差异大，致使采出不平衡，剩余油饱和度场不均“”“1 。 华中科技大学硕士学位论文 蒸汽驱蒸汽驱油法是一种驱替式采油方法“，类似于水驱；即以井组为基础， 向注入井连续注入一定量的蒸汽，蒸汽将油驱向生产井，在生产井中采出。蒸汽 驱油机理为：( 1 ) 蒸汽蒸馏作用：注入的蒸汽使流过区内原油和水迅速的汽化， 这一作用使部分原油降低粘度而被驱向下游，被热水绕过的那一部分则又受到上 游方向流过来的蒸汽的抽提。( 2 ) 气驱作用：注入的水蒸汽不断向地层散热，干 度下降，水份增加，形成气液联合驱动的状态。( 3 ) 原地溶解作用：大部分轻油 组分和运载蒸汽在蒸汽驱前面的较冷区域中冷凝，并形成冷凝区。这一冷凝区中 的混合物的粘度比蒸汽粘性更大，降低了指进作用，且与原油混合并将原油稀释 使原油的密度和粘度降低。( 4 ) 升温降粘：这是加热稠油油藏的最显著效果。随 着原油粘度的降低，驱替效率和清扫效率得以提高。“”1 。 蒸汽驱的驱油工作剂是蒸汽而不是水，蒸汽在注入井中流动要损失热量，为 了保证向油藏中注入的是蒸汽而不是热水，因此油藏深度一般不能太深。为了避 免热水驱油带现象过早的出现，蒸汽驱油时所用的井距要比常规井距小，一般只 能为1 0 0 1 5 0 米。由于蒸汽比油轻，易出现上部越项现象而形成舌进。此外还由于 储层的非均质性使蒸汽前缘的移动在平面上和剖面上出现不均匀的推进并造成在 一些井中出现汽窜现象，从而大大降低了波及系数，影响了采收率“。 针对稠油蒸汽吞吐及蒸汽驱生产过程中存在问题，近年来逐渐出现了注蒸汽 添加剂开采技术、水热裂解开采技术、热碱复合体系驱油技术和泡沫驱油技术等 多种稠油开采新技术。，在一定程度上改善了稠油开发效果，提高了采收率。其 中蒸汽添加剂增效注汽技术将多种化学剂( 如以酚醛树脂为起始剂的环氧丙烷、 环氧乙烷嵌段共聚物的复配热采添加剂) 组成的吞吐液以蒸汽吞吐的模式从生产 井注入油层，在焖井期间利用化学吞吐液与原油间的低界面张力特性，使注入的 吞吐液与井筒附近的原油发生乳化作用产生水包油型乳状液，降低原油粘度，改 善稠油流动性，改变地层的润湿性和毛管力，从而降低井筒附近的压力降，使原 油更易从地层流入井筒。其次，吞吐处理能使井筒周围泄油半径增大。经现场 试验证明，化学吞吐对于改善稠油井产能、提高原油生产起到了积极作用，是一 种比较有效的方法o 。2 “。 2 华中科技大学硕士学位论文 对于化学增效吞吐的工艺问题”“，结合油层情况在实验室进行模拟实验，从 注入液体温度、注入速度、焖井时间、以及开采强度对产油量和有效期的影响等 进行研究。在可能的情况下建立数学模型，通过数值模拟优化吞吐工艺参数，并 预测吞吐效果。总的说来，用化学添加剂法提高稠油驱油效果技术的研究还只是 个开始，还需开展更广泛的实验研究，使之成为比较成熟的技术“。 1 1 2 国内外稠油开采增效新技术 蒸汽和溶剂混合吞吐采油技术 蒸汽吞吐法是一种单井蒸汽浸泡采油法。这种方法过去是，现在仍然是超重 油开采应用最广泛、最成功的一种方法，有时被作为蒸汽驱采油的前奏。该方法 相对简单，成本低较适于厚的、不带底水的重油油藏。蒸汽吞吐的机理主要是加 热近井地带原油，使之粘度降低。蒸汽吞吐基本上是一种增产措施，需要靠天然 驱动力生产，通常为溶解汽驱、重力泄油和压实作用。蒸汽吞吐另一机理是，当 生产压力下降时，地层束缚和蒸汽的闪蒸，提供一些额外的气体驱动力1 2 5 1 。 与蒸汽驱相比，蒸汽吞吐生产响应较早，油汽比( 0 s r ) 较高，井间地层不需 连续，并且一井可多次吞吐，但随着油藏天然能量的消耗和吞吐周期的增加，生 产响应将减弱。其最终采收率一般不超过2 5 。 近年来，为提高蒸汽吞吐的采收率，常在注入的蒸汽中加入添加剂或将蒸汽 吞吐与其它方法结合起来【2 “。试验表明，在注入蒸气中加入泡剂可降低高渗透区 汽的流动性，增加低渗透区的扫油效率。在蒸气中混入天然气可重新产生溶解汽 驱，油汽比增加两成。 采用蒸汽和溶剂同时注入可提高采收率。在蒸汽吞吐中使用表面活性剂可使 采收率和油气比提高1 2 5 倍在水平分支井中实施蒸汽吞吐可大大提高产量，加 快开采速度，提高采收率【2 7 ，2 8 ，2 9 。 蒸汽和溶剂混合注入是近年来较成功的蒸汽吞吐改进方法。蒸汽和溶剂处理 的机理是 3 。】：注入到蒸汽流中的溶剂发生蒸发，并随蒸汽前缘移动，可抑制粘性 指进从而加热更大的油藏体积。当溶剂到达油藏较冷地带凝结并与重油结合时， 在油藏的加热和未加热之间形成一个低粘度液体带。当油井生产时，这一过渡改 华中科技大学硕士学位论文 善了驱替流体与被驱替流体的流度比，从而改善波及状态，提高原油的总采收率。 委内瑞拉t l aj u a n a 油田用工业柴油作为溶剂在一口井进行了试验川，该 井处理后初产量平均为4 7 8m 2 d ，比邻井平均初产高出6 3 6 ，3 0 个月的累计产 量比邻井高出8 5 。 泡沫一蒸汽驱采油技术 在蒸汽驱开采稠油时存在一些问题，如纵向波及效率差、热水带驱替效果低 等。目前采用的方法是应用聚合物凝胶体系封堵注入井井中高渗透通道。另外一 种新技术是泡沫一蒸汽驱采油技术。 泡沫- 蒸汽驱采油技术机理：使用表面活性剂在地下形成蒸汽泡沫，当泡沫中 的气泡通过直径比它小的孔喉时产生气阻效应，气阻效应的叠加使得流动阻力逐 渐增加，随着注入压力的提高，蒸汽泡沫进入那些渗透性较差的地层，从而控制 注入剖面，提高了波及系数；同时由于分散相间的碰撞，泡沫的粘度大于蒸汽， 这使得泡沫驱替比普通蒸汽驱具有较低的流度比，这从另一方面提高了波及系数。 此方法己被壳牌、雪夫龙等石油公司的现场试验所证实，可提高原油产量、采收 率和获得较高的经济效益。 火烧油层化学辅助采油技术 火烧采油法已有7 0 多年的试验研究史和3 0 多年的较大规模工业应用史，但 是，在历史发展中起伏很大。9 0 年代以来，火烧采油技术取得大进展，一些国家 所进行的火烧采油试验已与传统的采油方式大不相同。发展了多种组合火烧采油 技术。实践表明，用这类火烧采油法比传统的火烧采油法成功的概率更大。到1 9 9 4 年，国外至少近1 0 0 个半工业及先导试验方案，有1 4 个大规模工业火烧采油油田。 这里介绍两种火烧油层化学辅助采油技术口2 ，3 3 】。 火驱注泡沫采油法 对稠油油藏来说，火驱体积驱扫效率通常都较低( 2 5 3 3 ) ，采用火驱与注 泡沫相结合的方法可以使体积驱扫效率大幅度提高。火驱与泡沫相结合就是将泡 沫系统注入到燃烧前缘波及区，降低已燃烧排滞带的氧气相渗透率，提高油藏火 驱波及体积。 前苏联心队k h s t a n 油田进行矿场试验表明，与使用泡沫活性剂前相比， 4 华中科技大学硕士学位论文 平均日产油量增长2 4 倍，含水下降5 0 ，共增产原油8 7 4 5 吨【3 4 j 。 火驱一注碱性水采油法 对于具有高渗透率的非均质油藏，用腐蚀剂调节火烧采油是一种经济有效的 方法。用腐蚀剂调节火驱油层的方法是通过向已火驱区注入碱溶液，使其与原油 氧化产物、残余烃类物相互反应形成泡沫系统，使水汽的移动阻力增加，避免生 产井见水。 匈牙利k a r a 油田在水驱枯竭区进行火驱与注碱溶液和水的综合驱试验，试 验开始时采收率以达5 0 ，注碱液使原油产量增加2 4 ，含水下降3 4 。 增效蒸汽驱采油技术 增效蒸汽驱采油技术是向地层内交替注入蒸汽和增效剂，改善汽驱效果。该 技术的原理是向地层内注入蒸汽和尿素段塞，在1 5 0 温度下尿素分解为和氨， c 0 2 极易溶于原油，使原油膨胀，密度降低，粘度下降，生成的氨( 水) 与稠油中 的有机酸发生皂化反应产生表面活性剂，改变岩石表面润湿性，降低油水张力， 表面活性剂还能与蒸汽形成泡沫，控制油水流度比，从而扩大蒸汽波及体积，该 技术先注蒸汽给地层预热升温，促使尿达到改善汽驱效果的目的。 俄罗斯奥哈油田实施了尿素段塞与蒸汽联合处理稠油工艺，该油田油藏埋深 3 0 7 0 0 m ，地层胶结疏松，渗透率o 3 1 5um i ，油层有效厚度1 2 5 6 m 地层 条件下的原油粘度1 0 0 3 0 0 0 m p a s ，原油密度o 9 3 o 9 4 5 a n3 ，油田自1 9 9 2 年开始，以溶解汽驱方式开采随后采取水驱方式，直到采取该工艺前，1 9 4 6 年的 采出程度1 4 2 6 从1 9 6 8 年采用蒸汽和水混合注入方式，到1 9 8 7 年起，试验 和推广尿素与蒸汽联合处理技术。该油田进行了室内模拟驱替实验，结果表明， 使加热带温度上升到1 5 0 ，需注入的蒸汽量是模拟地层孔隙体积的1 4 倍尿素对 蒸汽驱效果的影响表明，随着尿素注入量的增加，驱替效果增强，当尿素段塞注 入量大于模拟地层孔隙体积的0 1 倍时，采收率几乎不再增加，当注入尿素量是 模拟地层孔隙体积的0 0 5 倍时，采收率增长值最大。奥哈油田从1 9 8 7 年4 月 1 9 9 3 年1 月共进行了6 6 次工艺试验，共注入尿素1 2 0 0 t ，油气比达到o 3 3 ，共增 油2 3 2 1 4 t ，平均每口井注入尿素1 8 t ，平均施工单井次增油3 5 1 8 t ，每注入1 t 尿 素增油1 9 5 t 经济效益明显提甘【3 5 ，3 6 ，3 7 3 8 】。 华中科技大学硕士学位论文 注气体溶剂萃取重油的有效开采技术( v a p e x ) 在心e x 中，不是注蒸汽而注烃类气体，烃类气体包括乙烷、丙烷、丁烷 等，既可以是一种气体，也可以是几种气体的混合物，注入的气体在地层温度及 压力条件下，处于临界状态，重油和沥青被这种气体溶剂溶解，其中的某些较轻 的组分被抽取出来，形成的稀释液较原油或沥青流动性大为提高，采出液在地面 经过加热很易分离，分离出的烃类气体又可注入地层。与s a g d 相比，v a p e x 所需设备便宜。操作简单，而且气体溶解具有选择性，她只溶解在油层，不溶于 水，因此适用范围广。 目前国外对这种方法已开展了大量的研究，包括大量的物理模拟试验研究( 如 单管试验、二维可视型模拟心e x 变化过程、吞吐模拟、测定不同气体，原油体 系的平衡常数、沥青沉淀研究) ，以及数学模拟研究( 包括对s t a r s 模型进行改进、 对物模机关进行拟合，以及初步的经济分析，评价研究等) 已获得的研究成果表明， 注0 1 t 烃类气体溶剂大约可以生产1 t 油。今后将开展更深入的研究，内容包括对 不同的油藏类型及不同方式进行物理模拟，更好地确定溶剂扩散系数( 把实验室测 定数据更好地应用与现场) ，更好地表征不同溶剂原油体系的相态特征，深化沥 青沉淀研究继续提高数模能力，包括应用数值模拟估算油田规模的扩散系数、解 决数模中的数值离散问题以及经济可行性分析等。 油层稠油催化裂化降粘开采技术 众所周知，目前，常用的稠油化学降粘开采技术主要有：( 1 ) 表面活性剂降粘； ( 2 ) 碱液降粘，这两种方法都有局限性，尚不能全面推广使用，最新的稠油化学降 粘开采技术新思路是油层催化裂化降粘。 油层稠油催化裂化降粘机理：在蒸汽驱或蒸汽吞吐的注蒸汽阶段，油层温度 达1 5 0 3 0 0 ，若在此温度范围内，加入少量的催化剂v o s 0 4 、n i s 0 4 、a c c l 3 、 f e c l 3 等，不仅使含碳数高的重油发生部分裂化而成为轻质油，同时能使未发生 裂化的稠油稀释，降低了重油的粘度，而且由于重油的分子量变低，使原油的蒸 汽压增加，亦既增加了油层压力和能量。显然，粘度降低和压力增高更易于重油 的开采，也有利于重油的输送，着对于提高原油采收率及降低开采难度与采输出 成本有利。 6 华中科技大学硕士学位论文 该技术的优点： 重油大分子催化裂化后反应为小分子，不可逆地降低了原油的粘度，改善 了原油在地层孔隙的渗透过程，显然会提高采收率： 粘度降低给原油在井筒内的举升和常温下的集输提供了有利的条件： 重油中沥青质、蜡质和胶质经催化裂化而成为小分子，可补充石油资源的 不足； 大分子重油裂化为小分子稀油或轻质油后，不仅粘度降低，而且蒸汽压升 高，从而增加了油层能量，为后期采油创造了极有利的条件， 重油发生部分催化裂化变为轻质油后，它可以溶解和稀释尚未裂化的重油， 从而改善油品的渗流条件，节省用于稀释的外掺轻质油。 该技术的难点： 催化裂化常是吸热反应，热驱过程可能是很耗能的需要多轮次蒸汽吞吐； 寻找合适于油层条件的高效和长效催化剂将是困难的； 固体催化剂注入地层并尽可能扩大作用半径是十分困难的： 然而，由于重油开采的固有难度急待解决，提高重油采收率的呼声日益高涨， 进行重油开采新思路的探索是十分必要的，它可能带来能够充分挖掘石油资源和 大幅度提高采收率的方法，值得人们做进一步的研究解决上述困难。 过氧化氢重油开采技术 过氧化氢是一种相对稳定的氢氧结合物，其基本特性见表1 1 ： 表卜1 过氧化氢基本特性表 质量百分数( ) 3 55 07 0 凝点( ) - 3 35 24 0 沸点( ) 1 0 81 1 41 2 6 过氧化氢在钡筛上能够十分迅速地被分解，生成氧和水，并放出热，因此， 如果将过氧化氢逐日到油藏砂中它将缓慢分解，释放出热量和氧气，接着氧与残 余油反应生成更多的热量和二氧化碳，分解作用与温度和p h 值的升高成指数关 系，m o s s 等人在一篇论文中报道了这一分解过程，3 0 浓度的过氧化氢能生成 1 2 0 0 英热单位，磅( 1 0 0 干度蒸汽) ，约1 3 热量来自分解，2 3 的热量来自与残余 7 华中科技大学硕士学位论文 油的反应，因此，过氧化氢可以以各种方式用于开采原油，此外，众所周知，蒸 汽吞吐可导致井筒周围的净化作用，因此，5 0 的过氧化氢可产生高达2 0 0 0 的 高温，热传导将对整个井筒附近区域得以处理，其温度至少达5 3 8 ，此温度可 引起粘土收缩，破坏掉碳酸盐以及汽化乳状液，过氧化氢处理可能比诸如酸和溶 剂等其他处理更有效，因为这些液体能形成指进，而过氧化氢的分解在水中能形 成一种抗指进的氧气泡泡沫，同时传导到末处理区域的热量覆盖1 0 0 的油层， 气井可采用预注某种燃料油的方法处理。 用过氧化氢和蒸汽驱开采重油尽管相似但不应直接相比，过氧化氢更能达到 所需的目的( 如在井眼附近加) 并且使用的化学剂量也比蒸汽驱少而效率却是蒸汽 驱的2 5 3 0 倍，用过氧化氢处理的优势是不会有地面或井下的热损失。 乳化剂驱油法 加拿大阿尔伯达中心东区的l l o g d m i n s t e r 和s a k a t t c h e w a l l 中心西区，针对其 大部分重油在油藏状态下粘度高，一次采收率低，只有5 1 0 ，而且油层较薄 进行蒸汽驱通常热损失严重而不划算，热采法开采不适用，而非热采技术如混相 溶剂驱，由于成本高也不经济，同样不划算，于是提出一种取代混相溶剂驱的新 方法乳化剂驱替法，该方法是用凝析气或石脑油作溶剂，商业乳化剂可以制 成溶剂水乳状液进行驱油试验，结果表明这种乳化溶剂同单一的溶剂或水驱相 比，具有明显较高的驱替效率，其驱替机理包括：( 1 ) 由于溶剂稀释，降低了油的 粘度；( 2 ) 乳状液被圈闭于孔吼，控制了流动；( 3 ) 就地乳化原油：( 4 ) 降低油一水面 张力等。研究表明这种方法比混相驱效果还好，而且更经济是薄层重油藏开采的 理想方法，但这种方法仅限于室内研究尚未进行矿场试验。 1 1 3 油热采增效技术的发展趋势 稠油开采技术的发展趋势 根据对国内外稠油开采技术进展调研情况来看，预计到2 0 1 0 年前，超稠油油 藏以注蒸汽开发为主、火烧采油次之，以及其他一切方法为辅的局面不会有很大 的变化。但是，由于注蒸汽开发工艺存在许多局限性及火烧采油法比注蒸汽具有 明显的工艺优越性和好的经济效益，其他开发方法的多样化及在某种油藏条件范 华中科技大学硕士学位论文 围的优势，用火驱和用其他方法采油所用的比重将越来越大，其总和有可能超过 注蒸汽采油法。 不论将来以注蒸汽开发为主还是火烧采油为主，可以肯定的是单一的注蒸汽 开发和火驱开发工艺已过时，取而代之的是，或者注蒸汽与水平井结合，或者水 平井与火烧采油法结合，或者各自与其他采油方法、措施结合，取长补短、协同 发展或者各自进行完善、改进、弥补其不足。 稠油热采增效技术的发展趋势 稠油热采增效技术的发展趋势跟稠油开采技术大的发展趋势一样。许多现场 试验结果表明，对稠油油藏来说，依靠单一的热力采油方式( 如蒸汽吞吐、蒸汽驱、 热水驱) 难以达到理想的开发效果，这是由于重力超覆和蒸汽串槽的影响，蒸汽和 热水主要在高渗透层流动，导致热力驱体积波及系数和最终采收率大大降低，而 大量原油残留在地层里采不出来。所以必须辅助以热采增效技术，包括注表面活 性剂、注气体、注泡沫、碱驱、注聚合物和凝胶体系等，降低油水界面张力，提 高洗油效率，降低流度比，改善流动剖面，提高体积波及系数，改善开发效果。 然而，单一的增效技术都存在各自的局限性，只有各自与其他采油方法、措施结 合，取长补短、协同发展，才能达到比较理想的开发效果。稠油热采化学增效技 术正朝着耐高温稳定性能、成本低廉、施工简单安全、综合措施的方向发展。 1 2 河南油田稠油开发现状 1 2 1 河南油田稠油油藏特点 1 9 8 5 年以来，河南油田先后在泌阳凹陷西北斜坡带发现了井楼、古城、新庄 及表外储量1 6 3 4 1 0 4 t 。这些稠油油藏具有浅、薄、稠、散特点，资源品位低”， 基本达不到国内外稠油注蒸汽开采标准。”。具体表现在以下四个方面： 第一，油藏埋藏浅，成岩作用差。油层埋藏深度9 0 1 1 0 0 m ，绝大部分在2 0 0 9 0 0 m 之间储层胶结疏松。 第二，油层厚度薄，非均质性严重。单层厚度一般在1 4 m 之间，层系组合 厚度一般在3 l o m 之间，平面和纵向最大渗透率级差达1 0 以上。 华中科技大学硕士学位论文 第三，原油粘度高，流动性差。油层温度下脱气原油粘度在9 0 1 6 0 0 0 0 m p a s 之间，其中原油粘度超过1 0 0 0 0 m p a s 的特超稠油储量占6 0 。 第四，油层分布散，热采效益相对较低。纵向上含油井段长，绝大部分区块 只能组合成一套开发层系，开发层系纯总厚度比o 2 o 8 ，一般只有o 5 左右； 油砂体面积小，一般在o 1 o 5 k m 2 之间。 1 2 2 河南稠油的原油性质 河南油田稠油酸值高，含有有机酸和非酸性含氧化物，有机酸主要是c 9 c 2 9 长链脂肪酸，其含量占原油总量的0 9 2 6 ：非酸性含氧化物主要是酚、酯类， 含量为0 5 1 5 。河南油田井楼、古城等四个稠油区块原油酸值统计结果见表 1 2 ： 表卜2 原油酸值统计表( 单位g k o h g 油) 可以看出：河南稠油酸值为0 2 4 8 m g k o h g ，其中普通稠油为0 2 o 9 m g k o h g ，特、超稠油一般为1 2 4 8m g k o h g 。 河南稠油酸值高，与碱水能迅速乳化，乳化性能明显高与国内其它油田的稠 油表卜3 。 表卜3 国内主要油田稠油乳化能力比较 1 2 3 稠油开发现状 注蒸汽一直是河南油田稠油开发的主要开发方式。1 。1 9 9 2 年，稠油热采产量 所占比例最高达8 1 4 ；1 9 9 4 年，热采产量达到峰值，为1 8 0 6 1 0 4 t ，占稠油 1 0 华中科技大学硕士学位论文 年产量的6 2 5 ；1 9 9 9 年，热采产量锐减至1 3 1 2 1 0 4 t ，所占产量比例下降至 5 3 3 。 截止1 9 9 9 年底，稠油地质储量采出程度达儿5 ，可采储量采出程度达 6 2 9 ，储采比只有6 3 ，后备资源缺乏，稠油开发形势十分严峻。如何确保“九 五”以后稠油产能接替，是摆在河南油田面前的十分重要和紧迫的课题。 蒸汽吞吐开发区块地质储量采出程度已达1 5 5 ，采出可采储量的7 8 5 ， 七个热采区块中已有六个可采储量采出程度接近或超过8 0 ，储采比仅为3 7 ；而 且，这些热采区块地层压力下降幅度大，已下降到o 5 2 6 m p a ，压力保持水平 仅3 0 5 0 ，老井综合递减平均达1 8 3 ，部分区块已局部整体报废。也就是说 热采区块在现有技术条件下继续吞吐的潜力很小，且经济效益将越来越差1 。 针对目前稠油开发所面临的严峻形势，如何提高蒸汽吞吐后期开发效果，搞 好开发方式的转换，延长稠油热采开发单元的稳产期并提高采收率，已成为稠油 开发的当务之急。 1 3 项目研究的目的和意义 河南油田浅薄层稠油油藏自1 9 8 6 年投入开发以来，历经了蒸汽吞吐先导试 验、蒸汽吞吐规模开发、吞吐转汽驱试验等阶段，现已形成一套成熟的稠油热采 工艺配套技术。在井楼、古城两大主力稠油油田动用稠油地质储量1 9 6 2 1 0 4 t 。 注蒸汽热采一直是河南油田稠油开发的主要方式，先后有七个区块投入热采。 河南稠油油田随着吞吐轮次的不断增加，以及近几年稠油井网加密，目前热 采吞吐区块地层压力下降幅度大，平均地层压力仅1 0 7 m p a ，保持地层压力的3 0 左右，部分井点地层压力已下降至0 2 0 3 a ，约有一半的吞吐井生产表现出 供液不足等现象，约有四分之一的吞吐井被迫采取间开方式生产。截至2 0 0 1 年 1 2 月底，河南油田稠油井单井吞吐周期平均已达7 8 个周期，吞吐在1 0 个周期 以上的低效井占3 5 ，吞吐采出程度达1 5 5 ，其中四个加密区块采出程度高达 1 9 2 ，老井综合递减达2 0 。由于热采吞吐区块能量下降幅度大，又没有好的后 备储量接替，热采吞吐效果变差，稳产难度日益加大，亟待开采方式的转换，由 华中科技大学硕士学位论文 汽吞吐开采转为蒸汽驱开采，进一步提高采收率。 蒸汽驱是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采以后，进一步提高原油采收率的主要热 采技术。依靠蒸汽吞吐开采，只能采出各个油井井点附近油层中的原油，井间留 有大量的剩余油富集区。采用蒸汽驱开采时，由注入井连续注入高干度蒸汽，注 入地层中的热能将加热油层，从而降低原油粘度，而且注入的热流体将原油驱动 至生产井中采出，采出更多的原油，目前古城油田5 儿1 0 井组、古5 7 7 井组、井 楼油田1 8 2 l 井组、7 3 1 0 井组等已进行蒸汽驱开采，这对进一步提高稠油采收率 和保证河南稠油油田、十五”期间持续稳产有重要的意义。 从目前古城油田古5 7 7 井组、5 1 1 1 0 井组、井楼油田1 8 2 1 、井组7 3 1 0 井组 等蒸汽驱开采试验来看，从目前的技术水平及经验来看，由于稠油的粘度比稀油 高，采用常规的注蒸汽吞吐、蒸汽驱采油方法，热采效果不理想，采收率一般在 2 0 左右，有大量的剩余油仍然滞留在地下、无法采出。 开题意义还在于稠油粘度特别大、吞吐后期剩余油饱和度低等原因，仅依靠 常规蒸汽驱的方法已不适用，- 如果采用”蒸汽驱+ 化学添加剂驱”，可为稠油吞吐 开采后期转蒸汽驱开采提供一条有效途径，具有较好的经济效益和社会效益。 1 4 项目研究内容 新型化学增效剂的研制 化学增效剂研制方案设计 能够分解产生气体的化学剂优选 表面活性剂优选 助剂优选 蒸汽增效剂室内评价试验研究 尿素饱和溶液高温下分解反应规律试验 蒸汽增效剂的降粘效果试验蒸汽增效剂的降粘效果试验 蒸汽增效剂溶液与原油的界面张力 静态洗油效果试验 华中科技大学硕士学位论文 蒸汽增效剂辅助2 0 0 热水驱提高驱油效率岩心流动试验 三管非均质岩芯提高驱油效率试验 稠油热采增效技术数值模拟研究 试验区油藏地质概况及开发现状分析 生产动态历史拟合 尿素辅助蒸汽驱和驱油剂辅助蒸汽驱开发方式优化 最优方式对比评价 1 3 华中科技大学硕士学位论文 2 1 主要试剂和原料 2 实验研究 油样 岩心 地层水 尿素分析纯符合g b 6 7 8 9 0 蒸汽 h b 一1 木质素黄酸盐表面活性剂 碳酸铵分析纯 碳酸氢铵分析纯 碳酸氢钠分析纯 热采添加剂 w p s 一3 高温降粘剂 高温驱油剂k w 一1 高温驱油剂 热采添加剂s e p a i 热采添加剂s e p a i i 2 2 主要实验仪器和设备 实验仪器 恒温烘箱： 高温高压反应釜 热电偶 压力传感器 搅拌器 分光光度计 干燥箱 型号 2 0 2 一s g s o 2 5 r d 0 2 1 3 y l 一1 0 2 d f 1 0 l b z a b 一3 f z k 一8 2 b 取自古城油田油井 取自古城油田油井 取自古城油田油井 南阳令达化工厂 自制 南阳令达化工厂 南阳化肥厂 襄樊化肥厂 襄樊精细化工厂 辽河油田新河化工厂 辽河油田新河化工厂 自制 自制 产地 上海三星电热仪器厂 威海化工器机械有限公司 上海市实验仪器总厂 上海市实验仪器总厂 浙江省乐清市乐成电器厂 上海分析仪器厂 上海市实验仪器总厂 华中科技大学硕士学位论文 计算机数据采集处理系统 s j 0 2 l沙堰仪表厂 测试系统 r v 2 0 沙堰仪表厂 测量头 z 2 6 0 沙堰仪表厂 温度传感器 w 3 0 0 青岛测量仪表厂 高温高压容器d 1 0 0 3 0 0南阳油田油建公司 保温套岩棉d 5 0 南阳油田油建公司 循环器 x h 0 0 2 南阳油田油建公司 储压器 d 1 5 5 0 南阳油田油建公司 机泵y 2 5 3 青岛化工器机械有限公司 2 3 实验方法 2 3 1 尿素溶液分解速率测定 在1 5 0 、2 0 0 、2 3 0 和2 7 0 条件下，测定浓度分别为3 0 、4 5 和6 0 时尿素溶液的分解速率。先按规定向反应釜加入一定的尿素；再规定加入清水； 然后搅拌均匀；利用热电偶逐步给尿素溶液加热，每间隔一段时间测量并记录温 度和压力：然后计算尿素的分解速率。 图2 l 尿素溶液分解速率测定试验流程示意图 华中科技大学硕士学位论文 2 3 2 尿素溶液高温下降粘效果试验 在一定温度( 5 0 ) 下测定其反应前的粘度，将3 0 、4 5 、6 0 浓度的尿素溶 液分别以一定的比例与稠油混合均匀，通过中间容器用泵挤入d l o o 3 0 0 密闭压力 容器，然后升温至2 0 0 ，使尿素溶液充分分解，再降至反应前对应的温度( 5 0 ) ， 当温度压力保持平衡后，测定其粘度。 图2 2原油粘度测试示意图 1 计算机数据采集、处理系统：2 r v 2 0 测试系统：3 驱动马达：4 测量头： 5 温度传感器：6 高温高压容器：7 保温套：8 循环器：9 储压器1 0 泵。 2 3 3 岩心物模试验 不同添加剂辅助2 0 0 热水驱提高驱油效率试验，添加不同的驱油剂进行驱 替，按规定加入一定的驱油剂，再加入水；利用加热管逐步给经过的水、驱油剂 加热，其中使水加热变为2 0 0 热水，使水、驱油剂增效剂等4 种试剂分别进入 装有岩心的单管模型，并作好记录。然后观察和计算不同采油速度下的驱油效率、 岩心含油饱和度、产油量。 1 6 华中科技大学硕士学位论文 图2 3岩心物模试验流程 华中科技大学硕士学位论文 3 数值模拟研究 数模研究是在物模研究的基础上，对尿素辅助蒸汽驱、高温驱油剂辅助蒸汽 驱以及尿素与高温驱油剂联合辅助蒸汽驱三种开采方式建立相应的数值模型，进 行开采方式对比及注入参数优化，并进行开采动态预测，及经济效果评价分析， 在此基础上设计现场试验实施方案并进行开采效果评价。 尿素溶液在高温条件下分解为c 0 。和n h 。气体，其分解满足以下方程式： c o ( n h ，) ，+ h 2 0 尘斗c o ，个+ 2 n h ，个 c o t 溶解于油中，氨与原油中的酸反应，综合表现为原油体积膨胀，粘度降低； 5 0 条件下，当油：尿素溶液= 8 ：2 时，降粘度达到7 3 5 。 目前，还没有专门模拟热采添加尿素的热采油藏数值模拟软件，只有模拟尿 素分解后产生的气体在热采中作用的软件。本文采用s t a r s 软件，该软件是一个 三维三相多组份热采及蒸汽添加剂模型。它可以模拟注热水、注蒸汽、火烧油层 及各种气体化学添加剂( 例如氮气、二氧化碳、泡沫、乳状液、胶束等) 。网格系 统可以是径向坐标、直角坐标，也可以是变深度变厚度系统。它具有模拟水平井、 天然裂缝油藏的功能及局部网格加密功能。该模型将井筒模型与油藏模型联立， 采用最先进的数值解法( 如a i m s 0 l 法) 求解差分方程。另外，该模型加入了地质力 学模型，可以模拟地层压实作用对注蒸汽开发的影响。 本文用s t a r s 软件进行了稠油热采增效技术数值模拟研究，包括试验区油藏 地质概况及开发现状分析；生产动态历史拟合；生产动态历史拟合：以及尿素辅 助蒸汽驱和驱油荆辅助蒸汽驱开发方式优化。 华中科技大学硕士学位论文 4 1 选井选层 4 热采增效技术现场应用 在现场试验阶段，须把好选井选层关，保证施工顺利，施工后油井能够正常 生产，便于效果分析。 ( 1 ) 油井或井组具有一定的增效潜力； ( 2 )由于油稠而无法正常生产的特超稠油井； ( 3 ) 产量递减明显的油井或井组； ( 4 ) 油井或汽驱井固井质量好，无管外窜； ( 5 ) 无严重汽窜和出砂。 在推广应用阶段，当技术相对成熟时，可以结合其它工艺对复杂井和疑难井 实施增效。 4 2 现场试验方法 在现场油井注汽之前，先按比例，如s e p a 一2 型蒸汽增效剂的现场施工，主 剂主要是尿素、h b l 热采添加剂、水组成( 3 0 n s + 0 1 0 h b 1 ) ，用配液装置配 置好药液，再注汽8 小时侯停止注汽，开始向油井注入配置好药液，然后再注汽 3 5 天即可，焖井3 5 天后开始生产，按照注汽、注药、注汽、焖井、开井生产 五步骤进行，计量比较油井的产油量。 华中科技大学硕士学位论文 5 研究结果分析和讨论 5 1 新型热采增效剂研究 5 1 1 新型热采增效剂配方研究 5 ，1 1 1 影响稠油增效热采因煮分析 通过对河南稠油热采现状的系统调查，对低效热采吞吐井和蒸汽驱井组的油 藏特点和生产动态进行跟踪分析，认为稠油热采中后期热采效果差的主要因素是 以下四点： ( 1 ) 地下存水率高 油井经过多周期注蒸汽后，注入蒸汽的凝结水积存于近井地带越米越多，周 期数越多，地_ 卜存水率越高。据统计，低效井回采水率在1 6 6 0 。地下存水量 大，导致蒸汽热效降低，油井排水期长，高含水期长，使吞吐效果逐次变差，产 量下降幅度大。蒸汽驱井组也由于地下存水多造成注汽、采水的恶性循环。 ( 2 ) 油层纵向动用差异大 由于受油藏非均质性影响，各单层吸汽不均，蒸汽波及体积低，油层纵向动 用程度差。据井楼零区l 0 3 井吸汽剖面和l 0 1 0 井产液剖面测试资料，纵向l 占 6 0 以上的油层吸汽不好。而对于井楼一区的厚油层，据l g l 和l g l 0 4 两口观察 井的动态监测资料，蒸汽仅波及油层厚度的1 5 4 ，中下部三分之二的厚度仍是 冷油带，几乎没有动用。因此，扩大蒸汽波及体积，是改善热采效果的一条重要 途径。 ( 3 ) 蒸汽热水带的驱油效率低 由于地下存水量人，导致蒸汽热效降低，油井排水期长；蒸汽驱采用的是间 歇汽驱方式，故目前的热采过程实际是一个热水洗油的过程。但原油粘度大，油 水流度比大，造成蒸汽前沿的冷凝液( 热水带) 只能洗掉易流动的油，驱油效率低。 需要借助表面活性剂来降低油水界面张力和流度比，提高热水带的驱油效率。 需要借助表面活性剂来降低油水界面张力和流度比，提高热水带的驱油效率。 ( 4 ) 采出程度高 华中科技大学硕士学位论文 2 0 0 1 年统计数据表明，稠油油田蒸汽吞吐的累计采出程度已达1 9 5 ，而平 均标定采收率只有1 8 5 ，稠油热采开发进入后期，地层压力和近井地带含油饱 和度较低，常规热采和增效工艺适应性变差，急待改进。 根据以上的调研分析，认为稠油热采中后期的蒸汽增效，不管是蒸汽吞吐还 是蒸汽驱，最佳的途径是提高采注比，强