（石油与天然气工程专业论文）塔河油田碳酸盐岩油藏稠油井筒降粘工艺技术研究.pdf

塔河油田碳酸盐岩油藏稠油井筒降粘工艺技术研究 王景瑞( 石油与天然气工程) 指导老师：李明忠( 教授) 王世虎( 教授级高工) 摘要 塔河油田碳酸盐岩稠油油藏埋藏是目前我国埋藏最深的稠油油藏， 由于地层温度较高，原油能够顺利地流入井筒，但在沿井筒向上流动的 过程中，随着井筒温度的降低，原油粘度不断升高，导致原油无法由井 筒流动到地面，需采取井筒降粘工艺方能正常生产。本文在分析塔河油 田原油物性的基础上，通过对国内外井筒降粘工艺的调研，确定了塔河 油田井筒降粘的研究和攻关方向；建立了井筒的温度场、压力场和粘度 沿并筒分布模型，通过模拟计算确定了最佳的并筒降粘深度点和掺入量； 开展了掺稀、化学降粘和电加热等降粘工艺的优化，结合现场工艺配套 了不同的原油粘度条件下的井筒降粘工艺，在现场开展了试验，部分工 艺已经推广应用。现场试验表明，研究的井筒降粘工艺能成功解决塔河 油田稠油正常生产的要求。多种降粘工艺的综合运用，改善塔河油田稠 油开发效果，提高了稠油的综合开发效益。本文的研究成果可以用于同 类稠油油藏的开发。 关键词：塔河油田，碳酸盐岩，稠油，降粘，举升 c a r b o n a t er o c kh e a v yo i lr e s e r v o i rw e l l b o r ev i s b r e a k i n g t e c h n o l o g yr e s e a r c hi nt a h e o i l f i e l d w a n gj i n g - r u i ( o i la n dn a t u r a lg a se n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl im i n g - z h o n g p r o f e s s o rs e n i o re n g i n e e rw a n gs h i - h u a b s t r a c t t h ec a r b o n a t e - r e c kh e a v yo i lr e s e r v o i r si nt a h eo i l f i e l da l et h ed e e p e s t b u r i e dd e p t hi no u rc o u n t r y , a n dt h i so i lc a nf l o wi n t ow e l l b o r e 鲫e c e s s f u l l y b e c a u s eo ft h ei n e a s eo fh e a v yo i l sv i s c o s i t yd u r i n gf l o w i n gt h r o u g ht o s u r f a c e , w e l l b o r ev i s - b r e a k i n gt e c h n o l o g yi l e e d gt ob ed e v e l o p e dt o e n s u l o n o r m a lp r o d u c t i o n i nl l l i sp a p e r , b a s e do na n a l y s i so fp h y s i c a lp r o p e r t i e so f h e a v yo i li nt a h eo i l f i e l da n da c c o r d i n gt oi n v e s t i g a t i o no fw e l l b o 他 v i s - b r e a k i n gt e c h n o l o g yh o m ea n da b r o a d , r e s e a r c hd i r e c t i o no fw e l l b o r e v i s b r e a k i n gi nt a h eo i l f i e l di sd e t e r m i n e d d i s t r i b u t i o nm o d e lo fw e l l b o r e t e m p e r a t u r ef i e l da n dp r e s s u r ef i e l di se s t a b l i s h e d t h eb e s tv i s b r e a k i n gd e p t h i nw e l l b o r ei sd e t o n n i n e db ys i m u l a t i n gc a l c u l a t i o n w ea l s od e v e l o p e dt h e o p f l m i z i n gv i s b r e a k i n gt e c h n i q u e s ，s u c h a sa d m i x t u r e , c h e m i c a lv i s c o s i t y r e d u c t i o na n de l e c t r i ch e a t i n g , e t e a n ds o m et e c h n o l o g i e sh a v eb e e na p p l i e d i nt h eo i lf i e m o p t n n i z a t i o no fm d i n gt i g h to i lc h e m i c a lv i s b r e a k i n ga n d e l e c t r i ch c a t i n gi sc a r r i e do u t w e l l b o r ev i s b r e a k i n gt e c h n o l o g i e sf o rd i f f e r e n t o i lv i s c o s i t i e sc o m b i n i n gw i t hf i e l dt e c h n o l o g i e sa 砧d e v e l o p e d f i e l dt e s t s a 托c a r r i e do u ta n ds o m et e c h n o l o g i e sa l ew i d e l ya p p l i e d f i e l dt e s t si n d i c a t e t h a t , w e l l h n r ev i s b r e a k i n gt e c h n o l o g i e sc a l lm e e tt h en e e do fn o r m a l p r o d u c t i o ni nt a h eo i l f i e l d t h ec o m b i n i n gu t i l i z a t i o no fv a r i o u sw d l b o m v i s b r e a k i n gt e c h n o l o g i e si m p r o v e sh e a v yo i lp r o d u c t i o ne f f e c to fi nt a h e o i l f i e l da n de l 】l l a n c e sc o m p r e h e n s i v eb e f i to f h e a v yo i lp r o d u c t i o n k e y w o r d s ：t a h eo i l f i e l d ，c a r b o n a t er e c k , h e a v yo i l ，诎妇l d i 骣l i f t i n g i i i 独创性声明 本人声明所呈交的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，除了文中特j i i j j n 以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名： 别年岁月如日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅：学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 途遂 鲤 即 知 f 歹 年 年 叫叫 冲国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 第1 章前言 1 1 研究的目的及意义 自塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏勘探开发以来，在短短的数年之内 先后探明和投入开发了塔河油田2 区、3 区、4 区、6 区、7 区、8 区、9 区、1 0 区和l l 区，并在外围碳酸盐储层勘探中取得了突破，使得西北 亿公司原油产量由2 0 0 1 年的2 5 0 x1 0 4 t 上升到2 0 0 5 年底的4 2 0 x1 0 4 t ， 成为中国石油化工股份有限公司主要的上产阵地。 在已经探明的奥陶系油气藏中，除了3 区、9 区为中质、高油气比 油气藏外，其他2 、4 、6 、7 、8 、l o 、1 1 区都是中至重质原油为主。由 于油藏埋藏深、成藏的多批次及奥陶系油藏的特殊性，造成油井原油物 性差异变化大，相邻油井的原油性质即存在较大的差异，同一油井在不 同的开采阶段，原油性质也会发生一定的变化，对采油工艺制定和实施 提出了更高的要求。 塔河油田为适应不断增加的稠油油藏的开发要求，在稠油开采方面 进行了有益的尝试，先后形成了具有塔河油田特色的稠油开采工艺技术 系列，如掺稀自喷、掺稀机械采油工艺、电热杆降粘工艺和水力喷射泵 降粘举升工艺、化学降粘辅助举升工艺等，成功地使塔河油田的大部分 稠油井实现了正常生产。 随着稠油井开井数的不断增加，对各种稠油采油工艺的配套和优选 的要求日益迫切。通过稠油开采工艺室内理论研究，将增加稠油开采工 艺的适用性，提高工艺的针对性，有效实现稠油油藏的高效开发，实现 开发经济效益的最大化。 1 2 存在的问题 塔河油田的稠油油藏由于埋藏深，地层温度高，原油能轻易地从地 层中流入井筒，而原油在井筒中向上流动的过程中，由于温度、压力的 降低，原油的粘度上升，造成井筒中的垂直管流和井筒举升困难。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 塔河油田于2 0 0 1 年在t 6 0 6 井采取了电吊杆加热的稠油降粘工艺取 得了成功，后又在$ 7 1 井、t k 6 0 5 井采取了不同的电加热方式降粘，均 取得了一定的效果。 2 0 0 2 年塔河油田开始了掺稀油降粘试验，首口试验井采用了套管掺 入稀油、油管自喷生产试验成功，后来在稠油自喷井采取了油管掺入稀 油，油套环空生产，不但使稠油井正常生产，而且产量比油套环空掺入、 油管生产有所提高；在机械采油井采用了油套环空掺入稀油，使得稠油 井掺稀油辅助降粘开采获得成功。2 0 0 3 年在充分进行室内试验研究的基 础上，现场开展了化学降粘剂试验，化学降粘的稠油井选择的为机抽的 稠油井；2 0 0 5 年对掺稀降粘效果较差的稠油井采用了水力喷射泵掺稀的 工艺，成功地实现此类油井的高效采油。 所有的这些采油工艺都是在试验的基础上，然后大面积的推广应用， 工艺的应用有一定的盲目性。由于稠油降粘工艺的效果受到原油性质、 降粘工艺实施深度、降粘方式和井筒条件方面的影响，许多稠油井采取 了一种降粘工艺效果无效后又采用另一降粘工艺，即使对于同一种降粘 工艺，由于降粘工艺参数的不合理，造成降粘工艺的更替。对于工艺的 适应性及工艺的优化未进行过系统的研究，已经影响到稠油油藏的高效 开发。 1 3 研究内容和思路 针对塔河油田井深、油稠、原油性质变化大的特点，通过国内外稠 油井筒降粘工艺的调研，结合塔河油田的稠油采油工艺现状，开展井筒 降粘配套工艺技术研究，对目前降工艺进行优化和完善，形成适合于塔 河油田稠油降粘的稠油开采工艺技术系列。 ( 1 ) 稠油降粘工艺国内外调研 开展国内外稠油降粘工艺技术调研，了解国内外稠油降粘工艺的研 究的新进展，指导塔河油田稠油井筒降粘工艺的研究和配套。 ( 2 ) 塔河油田原油组分及原油物性分析 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 对塔河油田的稠油开展组分及原油物性分析，开展原油粘温关系、 流变性及原油含水对粘度变化规律研究，确定最佳的原油降粘温度、不 同含水率下的降粘方式及最佳的井筒降粘深度。 ( 3 ) 井筒传热与流动规律计算 开展井筒传热方面的研究，建立井筒流态特征研究，确定电加热降 粘、掺稀油降粘的方式及降粘工艺参数。 ( 4 ) 塔河油田不同降粘工艺的分析与评价 结合原油流变性、井筒温度场、压力场研究结果，结合不同降粘工 艺的模拟研究结果，对塔河油田已经采用的井筒降粘工艺进行分析评价， 并对工艺进行完善和配套。 ( 5 ) 塔河油田稠油井筒降粘现场试验。 1 4 研究的创新点 ( 1 ) 通过稠油的掺稀油降粘，使得塔河油田大于1 7 0 0 0 0 m p a - s ( 5 0 1 的稠油开采成功，为塔河油田稠油油藏的高效开发做了工艺上的准备； ( 2 ) 稠油开采室内研究及理论研究为塔河油田稠油井筒降粘工艺的 优化奠定了理论基础； ( 3 ) 化学降粘工艺的研究和现场试验开创了耐高温、抗高盐降粘剂 进行稠油降粘的先河，为塔河油田奥陶系稠油油藏的经济高效开发积累 了经验： ( 4 ) 采用稀油为动力液进行稠油降粘并实施井筒举升，为塔河高含 h 2 s 的稠油油藏机械举升提供了借鉴。 3 中国彳i 油大学( 华东) j t ：程硕士学位论文第2 章稠油降粘 ：艺国内外调研 第2 章稠油降粘工艺国内外调研 目前国内外在稠油开采过程中常用的井筒降粘工艺主要有：掺化学 剂乳化降粘工艺、电加热降粘工艺及掺稀油降粘工艺f i 】o 2 1 井筒化学降粘 2 1 1 化学降粘原理 井简化学降粘技术是通过向井筒流体加入化学药剂，使流体粘度降 低的稠油开采技术。其作用原理是：在井筒流体中加入一定量的水溶性 表面活性剂溶液，使原油以微小的油珠分散在活性水中，形成水包油乳 状液或水包油型粗分散体系，同时活性剂溶液在油管壁和抽油杆表面形 成一层活性水膜，起到乳化降粘和润湿降阻的作用。 其主要的降粘机理：由于原油中含有天然乳化剂( 胶质、沥青质等) ， 当原油含水后，易形成w o 型乳状液，使原油粘度急骤增加。原油乳状 液的粘度可用r i c h a r s o n 公式表示吐 = ( 2 - 1 ) 式中：一乳状液粘度，m p a - s ：s o 一外相粘度，m p a s 妒一内相所占 体积分数；r 一常数，取决于；f ，当5 0 7 4 时茁为7 ，兰o 7 4 时r 为8 。 由式( 2 1 ) 可看出，对于w o 型乳状液，由于乳状液的粘度与油的 粘度成正比，并随含水率的增加而呈指数增加，所以含水原油乳状液的 粘度远远超过不含水原油的粘度；而o w 型乳状液，由于乳状液的粘度 与水的粘度成正比，与原油含水率的增加成反比，而水在5 0 的粘度仅 为o 5 5 m p a s ，远远低于原油的粘度，而且含水越高，原油乳状液粘度越 小。所以如果能设法将w o 型乳状液转变成o w 型乳状液，则乳状液 的粘度将大幅度降低。 对于原油来说，含水小于2 5 9 8 时形成稳定的w o 型乳状液，含 水大于7 4 0 2 时形成稳定的o w 型乳状液，在2 5 9 8 7 4 0 2 范围内， 属于不稳定区域，可形成w o 型，也可形成o w 型。但由于原油存在 天然的w o 型乳化剂，所以一般形成w o 型单方面液，使原油粘度大 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘 二艺国内外调研 幅度增加。乳化降粘就是添加一种表面活性剂或利用稠油中所含有的有 机酸与碱反应，生成表面活性剂，其活性大于原油中天然乳化剂的活性， 使w o 型乳状液转变成o w 型乳状液，从而达到降粘的目的。 2 1 2 井筒化学降粘应用情况 自2 0 世纪6 0 年代，s i m o n 和p o y n t c r 在井筒中注入表面活性剂，使 高粘原油由w o 型转变成o w 型乳状液，从而提高采油效率并降低管 输阻力。井筒化学降粘可分为泵上乳化降粘和泵下乳化降粘，见图2 1 p j 。 图2 1 a 空心杆泵上掺降粘剂图2 1 b 空心杆泵上掺降粘剂 l 譬 三mu= 一 一 高 ， _ 一 图2 - i c 有杆泵泵上掺降粘剂图2 1 d 有扦磊幕下掺降粘剂 图2 - 1 机械采油井井筒化学降粘工艺掺入方式 我国自2 0 世纪9 0 年代以来，在胜利，南阳，辽河，大港等油田也 相继进行了掺活性水管输高粘原油的试验。积累了许多经验，取得了初 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘工艺国内外调研 步成果。表2 - l 是我国采用化学降粘对稠油进行开采和输送方面的部分 研究应用情况( 4 j 。 表2 - l我国采用化学降粘对稠油进行开采和输送方面的部分研究应用情况 乳化剂开发单位原油效果 加入0 3 药剂( 对活性水) ，在油水比为7 0 ：3 0 胜利单家的条件下，使稠油3 0 1 2 的粘度由9 6 0 0 m p a s 降 寺稠油到其原油乳状液粘度为3 4 0 m p a s ，降粘率为 石油大学 9 6 4 。2 4 h 沉水1 8 3 。 b - - 3 一l 炼制系 加入0 5 药剂( 对活性水) ，在油水比为7 0 ：3 0 大港羊三的条件下，使稠油3 0 c 的粘度由4 1 0 0 m p a - s 降 木稠油到其原油乳状液粘度为1 3 0 m p a - s ，降粘率为 9 6 8 。 石油大学 辽河油田 加入o 0 5 0 5 药剂，在油水比为7 0 ：3 0 的条 g l 一1冷家堡特 件下，使持稠油5 0 c 的粘度由3 2 4 6 0 m p a , s 降到 炼制系 稠油 其原油乳状液粘度为3 0 m p a s ，降粘率为9 9 1 。 加入0 3 药剂，在油水比为7 0 ：3 0 的条件。r ， 华北石油华北冀中使晋4 0 1 井稠油4 5 ( 2 的粘度由9 8 7 a m p a s 降到 h r v 一1 管理局南部油田其原油乳状液粘度为7 0 9 m p a , s 降粘率为 9 2 1 。 加入o 1 3 药剂，在油水比为6 0 ：4 0 及剪切速率 北京科技1 0 0 s l 的条件下，使奥里油3 0 1 2 的粘度由 y 十z奥里油 大学7 0 0 m p a s 降到其原油乳状液粘度为1 8 0 m p a s 降 粘率为7 4 3 。 辽河油田辽曙一区 加入o 3 药剂，在油水比为8 0 ：2 0 的条件下， l s 一2 8 使超稠油8 0 1 2 的粘度由5 4 6 4 3 m p a s 降到其原油 设计院超稠油 乳状液粘度为2 3 0 m p a s 降粘率为9 5 8 。 胜利草桥 加入o 5 药剂，在油水比为7 0 ：3 0 的条件f ， 胜利采油 稠油 使超稠油5 0 1 3 的粘度由3 7 6 2 0 m p a - s 降到其原油 s 一5 乳状液粘度为2 1 5 m p a s 降粘率为9 9 4 3 。 院 加入o 3 药剂，在油水比为7 0 ：3 0 的条件下， 大港南区 稠油 使超稠油5 0 c 的粘度由6 7 5 2 4 m p a s 降到其原油 乳状液粘度为3 4 2 m p a - s 降粘率为9 9 4 9 。 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘工艺国内外调研 从表2 1 可以看出，近年来，我国在采用化学降粘对稠油进行开采 和输送方面取得了很大的进展，原油乳化降粘率达到9 0 以上，并对原 油乳状液的相对稳定性即破乳脱水性能进行了考察研究，为实现原油乳 化的常温输送奠定了技术基础。其中，华东理工大学对辽河超稠混合油 进行了乳化降粘研究，加入0 3 3 药剂，在油水比为7 0 ：3 0 的条件下， 使超稠混合油3 0 ( 2 的粘度由1 4 1 4 9 6 0 m p a s 降到1 2 4 m p a s ，降粘率达到 9 9 9 9 ，制备成常温粘度低于2 0 0 m p a s 的稳定原油乳状液，可实现辽河 超稠混合油乳化降粘的常温输送，大大降低了输油温度。同时还可以为 制备稳定的乳化燃料油提供依据，具有重大的经济效益和社会效益【5 】。 化学降粘操作成本低，同时对稠油井井筒采取化学降粘后，由于化 学剂的作用，地面集输工艺也可以简化，掺入的部分化学剂还可以重复 利用，因此化学降粘是国内井筒降粘的发展趋势。化学降粘的主要影响 因素是降粘剂豹降粘率，降粘率与原油及地层水的性质有关，虽然国内 目前降粘剂产品较多，但都有一定的适用范围，为了提高降粘率，需要 针对具体区块的特点对降粘剂开展相应的研究和筛选。 2 2 电加热降粘 2 2 1 电加热降粘工艺原理 目前国内外油田应用的电加热采油方式主要有电热杆加热、电缆加 热、电热油管加热三种方式。其工作原理是利用稠油粘度的温度敏感性， 降低原油的粘度，提高原油的流动性，使油井恢复生产能力。一般而言， 高粘原油的粘度对温度更敏感，随着温度的升高，原油粘度里明显下降 的趋势。在通常的油藏加热温度范围内，温度升高1 0 ，稠油的粘度下 降5 0 。另外，高粘原油的凝固过程是随温度降低，粘度增大，最后失 去流动性的渐变过程，而一般原油在反常点以下呈突变过程，这表明高 粘原油的加热降粘效果比一般原油更显著嘲。在电加热降粘技术采油设 计中，关键是确定加热深度和加热功率及电加热降粘技术对油井的适应 性。电加热选井时，应选择含水较低的井，发挥电加热优势，提高加热 井的经济效益。 啐国石油火学( 华东) i ：程硕士学位论文第2 章稠油降粘：1 ：艺国内外调研 1 鼬口 1 4 0 0 0 0 1 2 0 咖 i o o o 0 o o o 4 0 0 2 0 0 0 04 0 08 0 01 2 0 0 井潍( _ 图2 - 2 电加热降粘r 艺对温度及粘度的影响 2 2 2 电热杆降粘工艺 电热杆采油工艺的井筒杆柱和管柱结构如图2 3 所示。电热杆采油 工艺中除常规采油工具外，主要由电热杆、电三通、电控柜等组成，工 作时通以交流电即可。与其它井筒加热工艺相比，该工艺具有投资少、 热效率高，对地层无损害的特点。电热杆由空心杆及电缆芯等组成，电 缆芯通常采用直径5 l i l l n 左右铜丝、外包绝缘体，固定于空心杆内，在空 心杆与电缆之间充满淀子油，目的为平衡电缆芯工作温度，避免局部温 度过高而烧坏【2 l 。 卜产液2 一动液面3 _ 油管 套管5 一油层 6 _ 电热杆7 实心抒8 一抽油泵 图2 - 3电热杆降粘工艺井筒管柱结构示意图 _o鼍-雠簿搿氍 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘一i ：艺国内外调研 目前，电热杆加热采用自控温装置，自控温电热杆工艺可自动控制 温度，p t c 自控温电热杆可使每单位的温度自控自限，使整个伴热段 温度一致，消除低温区和过热点，增加原油的流动性，减少电热损失。 电热杆规格：巾3 4 r a m x 6 m m ，硬度 2 2 4 h b ，抗拉强度较大，工作温度 可达到2 6 0 ，加热深度最大可达2 5 0 0 m 。 我国自2 0 世纪9 0 年代以来，在胜利、江苏、冀东、辽河等油田相 继进行了电热杆井筒降粘现场试验，取得了一定的成果，由于故障率较 高，该技术正逐步被空心杆电加热取代。 2 2 3 电缆加热降粘工艺 电缆加热采油工艺管柱如图2 4 所示 2 1 。在生产高凝油和稠油的油井 中，将三芯加热电缆利用卡箍固定在油管外部，电缆接在三相电源两线 之间，通电后电缆发热，热量通过油管传给井筒内的原油，达到加热井 筒稠油的目的。可控温度为7 0 5 ，功率为4 0 - - 6 0 w m 。 卜产液2 动液面3 - 油管4 - 套臂5 一油层6 一伴热电缆 图2 - 4 电缆加热降粘i ：艺井筒管柱结构示意图 华北油田第一采油厂的楚2 9 5 井于1 9 9 5 年2 月2 8 日投产，试验前 曾4 次断毛辫子，一次悬绳器坏，生产一直不正常，停井达1 个月。自 1 9 9 5 年9 月份应用油管外敷设电缆加热技术，生产正常，日产油1 8 t ， 含水3 7 。 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘工艺国内外调研 扁电缆捆扎在油管外壁，电缆表面温度达6 0 ，油套环空产生的温 度场通过管壁将能量传递给管内，使井口出油温度由原来的2 0 提高到 3 0 c 以上，原油温度升高，增加了对蜡的溶解能力；同时油井环空温度 高于管内原油温度，产生逆温差，从而起到防蜡降粘作用。如辽河油田 曙三区3 0 1 0 8 井原油粘度高达5 3 4 0 7 m p a s ，含蜡1 2 9 ，胶质、沥青质 含量4 0 8 ，试验前油井结蜡严重，下扁电缆后，连续正常生产2 5 5 天 无异常。 该工艺最大的优点是下入深度深，但与电热杆等相比，加热效率低， 同时，电缆绑在油管外面，作业等过程也可能对其造成损害，该工艺的 应用越来越少。 2 2 4 电热油管降粘工艺 工作原理：当电流通过导体时，导体因本身具有的阻抗而发热，产 生的热量与电流的平方成正比。油管加热系统主要是基于此原理设计而 威的。在油管加热系统中，电源变压器供给系统能量，电能由电源变压 器输出，经电缆输入到控制柜，经控制柜调整后，将电能经电缆传送到 油管，再经油管下部的油套接触器到套管，形成一个完整的回路。把油 井中生产油管作为热源体，将电能转化为热能，直接加热井简中的液体。 绝缘隔离管连接油管，使地面设施与地下带电油管绝缘；油管扶正器安 装于油管上，保证了油管与套管隔离；同时，地面设施直接埋地，确保 了地面设施的安全。 优点：电热油管转化效率比电热杆高，达9 6 ，电热杆的电热转化 效率为7 0 。 电热油管降粘工艺技术特点： 电热油管加热利用油井的生产管柱做发热体，加热功率大； 油管抗拉强度较高，下入深度大，且不影响机械采油的实施，但 油管加热要采取措施，保证油套环空绝缘，对高含水和原油含盐较高的 油井不适用； 一次性投资大； 加热功率o 2 0 0 k w ，加热深度最深2 5 0 0 m 。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘工艺国内外调研 表2 - 2 我国采用电热油管降粘工艺的应用情况 研究单位油田条件应用效果 胜利油田 东辛采油 油层埋深2 5 5 5 m ， 1 9 9 7 年1 2 月底投产一次成功，该 厂营9 3 平 地层原油粘度 井未实施加热前测得井口温度为 采油院7 7 8 m p a s ，原油凝 2 9 ( 2 ，实施后，井口温度达4 9 ( 2 ， l 井日产量为$ 0 m 3 。含水为零，运行 固点4 0 正常。 1 9 9 7 年8 月实施油管加热【：艺后， 改善了生产条件，温度由原来的 胜利油田 孤东采油2 8 升高到5 1 ，解决了光杆下 8 - 2 3 2 0 0 2 原油粘度6 0 4 4 行困难的问题，提高了生产参数。 采油院 m p a - s 井油井产液量由原来的每天4 m 3 提 高到2 0 m 3 ，其中含水4 3 6 0 ，产 油1 1 3 t 。 葡萄花油层油层埋 深2 5 5 5 m ，5 0 原 吉林油田 油粘度 1 9 9 8 年7 月实施电热油管加热， 乾安采油乾2 0 2 井 2 0 0 - - 1 2 0 0 m p a - s 。凝 抽油机负荷变得平稳。采油作业运 固点3 5 4 0 ， 厂转正常，始终没有实簏洗井作业。 沥青质、胶质含量 高，流变性、粘度 对温度敏感。 胜利油田 高含蜡油井，采油 9 6 年油管加热装置投入运行，采 胜利油田东胜公司 层位为e 3 s 2 段，日 用间接加热方式工作，平均每天加 采油院车4 4 2 1 产液4 t 6 t ，不含 热6 h ，油井在未采用其它清蜡工 水，原油含蜡量大 艺的情况下生产正常，日产原油 井9 t ，已累积增油近6 0 0 t ，取得了明 于2 5 显的经济效益和社会效益。 胜利油田 河口油田 原油粘度：自2 0 0 0 年以来，应用高粘稠油井 河口采油大古3 1 1 2 4 1 - - 6 9 0 0m p a s ，泵下加热及高凝、结蜡井泵上加热 加热深度两种工艺，取得了预期的加热效 厂等8 口井 8 5 0 1 5 0 0m 果，成效显著。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘：【艺国内外调研 2 2 5 空心杆整体热电缆加热技术 空心杆整体热电缆加热是国内目前应用于机采井主要的井筒加热工 艺。加热电缆通过空心杆及泵的中心通道下入井内，通过泵下集中加热 器和杆壁构成回路，当送入工频交流电时，依靠集肤效应原理，实现对 泵下原油的直接加热和泵上油管内原油的全程加热，以降低原油粘度， 提高原油的流动性，使原油顺利进泵，并依靠抽稠泵提供的动力，把原 油举升到地面例。 现场应用的整体热电缆有三芯和单芯两种。 ( 1 ) 空心杆柱内下三芯热电缆加热工艺： 该加热系统主要由空心抽油杆、三芯整体热电缆、配电控制柜和井 口配套装置组成。加热电缆置于空心杆中，三组导线在端部短接形成星 形负载，通过芯线发热，电能转化为热能，使井筒内原油温度升高、粘 度降低，流动性增强，达到降粘、清蜡、增产的目的。专用的电源控制 柜控制电缆通电电流和所需的加热温度。 ( 2 ) 空心杆柱内下单芯整体热电缆加热工艺： 该工艺系统主要由地面特种单向变压器、空心抽油杆、单芯整体热 电缆、地面控制系统及井口配套装置5 部分组成。其工作原理和分体式 电热杆类似，交流电在空心杆柱和电缆问形成回路，产生集肤效应，集 肤效应产生的热量和电缆产生的电阻热加热原油。 空心杆整体热电缆加热技术可实现泵上或泵下加热，对于原油粘度 较高、进泵困难的油井，可采取过泵电加热技术，该技术是国内目前主 要的电加热工艺。井筒电加热工艺是目前国内井筒降粘的主要工艺之一， 但该工艺操作成本高，且受各种因素的影响较大，加热功率、加热深度、 液量、含水、动液面等都能影响加热降粘效果。 2 3 掺稀降粘工艺 2 3 1 掺稀降粘工艺原理 掺稀降粘采油是通过油管或油套环空向油井底部注入稀油，使稀油 和地层产出的稠油充分混合，从而降低稠油的粘度和稠油液柱压力及稠 油流动中的阻力，使油井恢复自喷或达到机械采油条件的一项工艺技术。 主里互塑盔兰! 圭查! | 王堡堡主堂垡笙奎 蔓! 兰塑塑堕塑二苎里塑! 竖旦里 一般当稠油和稀油的粘度指数接近对，混合油粘度符合下式川： l g l g 以= x l g l gu i + ( 1 一x ) l g l g a h ( 2 2 ) 式中心、鸬、几一混合油、稀油及稠油在同一温度的粘度，m p a s x 一稀油的质量分数，。 稠油掺入稀油后可起到降凝、降粘作用，但对于含蜡量和凝固点较 低、胶质和沥青质含量较高的高粘原油，其降凝、降粘作用较差；所掺 稀油的相对密度和粘度越小，降凝、降粘效果也越好；掺入量越大，降 凝、降粘作用越显著。在低温下掺入稀油后可改变稠油流型，使其从屈 服假塑性体转变为牛顿流体l 研。 掺稀油方式有空心抽油杆注入、单管柱注入、油管注入和套管注入 4 种。 ( 1 ) 空心抽油杆注入：稀油由空心抽油杆注入井下，在泵筒内与地层 稠油混合后由油管举升到地面如图2 - 5 ，减小了流动阻力。 c 2 ) 单管柱注入：平行于油管下一条l i n 管柱，将稀油注入到泵下与 地层液混合，经油管将混合液采出。其工艺原理如图2 - 6 。 ” o = 图2 - 5 空心杆注稀油降粘示意图 图2 - 6 油管注稀油降粘示意图 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第2 章稠油降粘：i j 艺国内外调研 ( 3 ) 套管注入：稀油从油、套环形空间注入，在泵下与地层稠油混合 后经油管举升到地面。工艺原理见图2 7 。 ( 4 ) 油管注入：稀油从油管注入与地层液混合，经抽油泵上的带孔短 节进入油、套环形空间被举升到地面。工艺原理见图2 8 。 _ l r _ ， 2 0 0 ) ，压力为对应温度 下的饱和压力，降粘的效果更加明显： 1 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章稠油降粘工艺国内外调研 4 ) 井筒热流体循环工艺是针对稠油依赖于温度的强热敏感性； 5 ) 井筒热流体循环工艺基本不受井深的限制，它除了提高产液的温 度外，还可以通过提高井筒中混合液( 产液+ 掺入的热流体) 的含水量来降 低粘度。 2 5 小结 通过调研，并结合塔河油田稠油油藏的特点和目前井筒降粘工艺的 应用现状，取得了以下认识： ( 1 ) 化学降粘是一种经济有效的井筒降粘工艺，是目前国内外井筒 降粘的发展趋势。该工艺应作为塔河油田井筒降粘工艺的攻关方向，着 重开展适合塔河油田油藏特点的化学降粘剂的研制，结合本油田的实际 情况，对化学降粘工艺进行完善、配套，对工艺参数进行优化设计。 ( 2 ) 空心杆电加热是目前井筒电加热降粘的主要工艺，它具有工艺 简单、操作成本高的特点，受各种因素影响大，加热深度受限；塔河油 田高矿化度的地层水对降低其使用寿命有一定的影响；因此该工艺可作 为辅助工艺，在塔河油田部分含水低、原油粘度较低的机抽井上应用。 ( 3 ) 掺稀降粘工艺是目前塔河油田应用最多的一种井筒降粘工艺， 它以牺牲稀油资源为代价；在油井含水达到一定程度，产出液出现反向 乳化的情况下，降粘效果较差。 ( 4 ) 热流体循环工艺主要依靠稠油的强热敏感性，适用于油层较浅、 粘度较低的稠油油藏；施工工艺类似于化学降粘，但降粘效果不如 化学降粘。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章原油组分及原油物性分析 第3 章塔河油田原油组分及原油物性分析 塔河油田原油以塔河6 区西北部粘度最高，向东、向南逐渐降低。 稠油主要集中在6 区、7 区和4 区，其中以$ 7 1 井区、t k 6 0 6 井区、t k 6 2 3 井区和t k 4 3 3 井区的原油粘度最高。 3 1 稠油族组份分析 对塔河油田8 7 1 、$ 7 4 、s 6 6 、1 6 0 6 ，t 4 3 3 、$ 8 1 ，$ 6 7 、$ 8 0 、t k 6 0 2 ， t k 6 0 8 、t k 6 1 0 、t k 6 11 等1 3 口井的油样，进行了组分分析，其结果见 表3 1 。 表3 1 塔河油田原油组成分析 总烃胶质、沥青质相对密度 粘度( 5 0 x 2 )凝固点 井号 d 2 0 im p & s s 6 64 4 3 33 8 1 3i 0 0 4 72 0 0 2 62 l s 6 75 5 6 73 3 9 8o 9 6 67 1 7 - 4 s 7 1 4 4 6 3 4 8 3 71 0 2 7 22 9 6 9 94 5 s 7 44 3 0 32 6 3 l0 9 9 5 97 0 4 91 8 s 踟6 8 0 33 0 9 70 9 6 2 58 6 3 2 s 8 15 2 7 64 7 0 31 0 2 23 7 0 0 0 2 6 t k 6 0 24 2 0 94 5 9 4o 9 6 2 57 2 36 t k 6 0 45 8 9 23 8 6 70 9 8 5 l3 3 0 91 7 t 6 0 64 9 3 84 4 s 21 0 0 5 71 0 1 5 72 2 t k 6 0 8 5 3 63 7 6 10 9 8 9 56 6 2 71 9 t k 6 1 06 9 0 82 8 5 80 9 5 7 63 7 5 - 7 t k 6 1 l6 5 7 83 2 5 5o 9 6 3 55 6 5一1 1 t 4 3 35 1 0 44 0 6 41 0 1 7 22 3 8 0 0 1 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章原油组分及原油物性分析 其中对$ 7 1 、$ 7 4 、$ 6 6 、t 6 0 6 、t 4 3 3 等5 口井的总烃进行了进一步 的分析，实验结果见表3 2 【1 1 j 。 表3 2 塔河油田6 区油样组分分析结果 烷烃芳烃非烃沥青质 总烃 井号层位 s 7 l奥陶1 6 9 52 7 6 81 5 9 92 6 7 3 4 4 6 3 $ 7 4奥陶2 0 0 52 2 9 81 5 8 92 8 6 l 4 3 0 3 $ 6 6奥陶2 0 4 42 6 8 91 5 3 32 0 2 2 4 7 3 3 t 4 3 3奥陶2 1 9 42 9 1 01 7 5 52 3 0 9 5 1 0 4 t 6 0 6 奥陶 2 1 4 62 7 9 21 6 8 8 2 7 0 84 9 3 8 从表3 1 、表3 - 2 看，塔河油田稠油烷烃、芳烃的含量较低，为5 0 左右，而沥青质含量较高，均大于2 0 ，易在油水界面形成强度高的界 面膜，使稠油粘度增加，阻碍了w o 型稠油乳状液向o w 型乳状液的 转相。沥青质含量越高，w o 型稠油乳状液越稳定，转变为o w 型乳状 液的过程越困难。我国东部稠油的特点为胶质含量高沥青质含量低【9 】， 而塔河油样沥青质含量高，这是其主要特点。 3 2 塔河油田原油粘度分析及粘温曲线 对塔河油田部分稠油降粘井原油进行分析结果如表3 3 。从表3 3 原 油物性纵横向具有明显分异性。地面原油密度介于0 9 5 7 6g c m 3 1 0 2 2 9 c m 3 ，平均密度为0 9 8 9 2 9 c m 3 ；原油粘度范围广，地面脱气原油 动力粘度介于3 7 8 x 1 0 4 m p a s 2 0 x 1 0 4 m p a s ；凝固点介于1 l 4 5 ， 燃点介于5 0 c 1 7 0 。c 。塔河油田奥陶系原油属中高含硫、含蜡、高粘 的重质油藏。 从表3 - 4 的粘温表可以看出：粘度随温度的变化非常明显，温度 7 0 时，温度每升高l o c 粘度降低2 3 左右。无论采用掺稀降粘、化学降 粘及复合降粘工艺，都应在室内实验的基础上确定掺入比，达到最佳的 降粘效果。部分并的粘温曲线见图3 - 1 。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章原油组分及原油物性分析 表3 - 3 塔河油田部分稠油降粘井原油分析 含 密度 5 0 粘 凝固 燃点 含盐含硫 含 井号水 g m 3 度 点蜡 备注 m g l m p a s 1 4 3 3 2 0 40 9 8 3 4 1 6 0 4 0 6 62 8 7 5 1 0 0 5 72 8 52 5 t k 4 4 l5 61 0 0 6 61 6 9 6 9 9 92 8 】0 1 6 2 1 3 5 9 2 9 9 0 9 6 $ 6 62 8 90 9 7 73 2 8 2 7 2 l7 2 3 12 9 50 8 4 $ 6 70 9 7 0 28 5 3 5 0 8 7- 4 6 7 4 6 1 7 2 5 02 0 7m p a s $ 7 1 1 6 61 0 2 8 51 8 8 5 7 2 34 5 1 7 0 1 7 1 0 1 7 62 8 80 ，9 8 $ 7 46 6 70 9 9 5 97 4 2 3 6 91 8 7 5 6 2 1 3 3 l3 2 91 1 $ 8 0o0 9 5 9 49 6 9 3 221 0 1 7 7 6 2 5 2 3 4 0m p a s $ 9 11 0 0 7 55 0 5 2 6 61 8 21 0 0 31 9 4 9 0 7 2 3 4 82 6 2 m l - f l z o s t k 6 0 2o0 9 5 6 75 3 7 8 265 6 4 3 0 2 6 0 2 8 0 t k 7 2 51 0 0 6 92 1 8 3 9 7 52 5 3 3 9 4 3 9 1 7 4 3 0 43 2 5 t k 6 0 3 2 4 0 9 5 8 85 3 7 8 25 6 21 1 1 0 1 62 9 61 8 4m p a s t k 6 2 71 1 70 9 9 7 89 1 2 41 61 0 82 3 0 1 62 9 33 1 l 彷 凸_ 目 瑙 耀 2 04 0 5 0 7 08 09 0 温度( ) 图3 1 部分稠油井的粘温曲线 2 1 啪啪咖咖咖咖咖伽栅咖啪咖。 馋记弘醇让绷埽心自 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章原油组分及原油物性分析 表3 4 塔河油田部分稠油降粘井原油温度粘度表 不同温度下的原油粘度，m p a s 井号 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 $ 6 6 2 0 2 2 6 8 66 3 9 3 4 4 3 4 2 6 6 $ 6 71 5 7 9 9 2 7 5 5 4 8 3 8 8 6 6 7 1 0 0 03 2 5 0 01 6 0 0 01 8 7 5 0 1 4 5 0 07 8 0 0 $ 7 1 2 7 2 01 3 2 06 0 04 7 0 $ 8 6 ：7 1 = 4 ：6 1 8 6 0 03 9 5 08 5 0 s 8 6 ：7 l = 3 ：7 $ 7 4 1 4 6 0 0 1 9 0 0 01 5 7 0 06 1 5 03 3 4 0 1 5