国外稠油低成本开采新技术.doc

国外稠油低成本开采新技术张义堂张朝晖(中国石油勘探开发研究院热采所)摘要全世界稠油、超稠油储量相当丰富，估计超过251012桶，是常规原油储量的数 倍，但目前动用程度相当低，因此不断发展新的稠油开采技术，大幅度提高稠油单井产量、降 低单位开采成本和提高稠油油藏采收率对促进稠油开发、提高稠油在石油能源中的地位起着至 关重要的作用。本文首先介绍委内瑞拉奥里诺科重油带的z嗽ta油田利用鱼骨状的多分支水平井进行超稠油 冷采开采的情况，这种多分支水平井的几何形态是按照实际的砂体分布和沉积环境来设计的， 该水平井的生产套管直径为9”，水平井的主水平段采用筛管完井，多分支水平段为裸眼完井， 一口井的油层水平井段总长近2万英尺，单井产能相当高；相对应的人工举升系统是利用电潜 泵或螺杆泵来加大采油强度，并加稀油解决举升和输送问题。目前该地区约有306口多分支水 平生产井，是世界上最大的多分支水平井的开发区，平均日产超稠油10万桶，预计2001年可 达到日产12万桶。此项技术对于均质油藏来说可获得长期的高产、稳产，产量递减缓慢，而且 随着生产规模的扩大，多分支水平井的钻井费用将随之下降，由此实现高产能、低成本的开发。本文另一个重点介绍的是可以降低热采成本的新技术，热采技术对于开采稠油、超稠油是 最具吸引力的，它的成功应用使得全世界原油热采产量达130万桶d，而德士古公司应用蒸汽 驱技术的开采产量占其中的346，蒸汽驱可以说是开采稠油最具前景的一项热采技术。而目 前我们面临最大的问题是如何更有效、更充分的利用热能，这些新技术恰恰解决了这一问题， 它们包括井下电蒸汽发生器、蒸汽分配器以及蒸汽优化利用系统。井下蒸汽发生器体积小、结 构简单，它不仅减少热损失、提高注汽干度，还可以省去地面上的蒸汽分配系统，减少50的 投资，而且促进了浅海地区稠油油藏的注蒸汽开发；蒸汽分配器是集蒸汽测量、计量、分配一 体的装置，它可以有效的控制蒸汽分相，精确测量蒸汽干度和计量各分支流量。将高质量的蒸 汽分送到各个注汽井；热能管理是蒸汽驱开采中油藏管理的一个重要方面，它的目的是在最大 限度开采的过程中以最少量的蒸汽获得最大的利润，地质和监控数据的三维可视化就有助于这 一目的的实现。总之，这些技术致力于热采中的蒸汽优化利用，促使稠油更为经济有效的开采。稠油冷采低成本开采技术多分支水平井的应用一、概况petmzuata合资公司在委内瑞拉奥里诺科重油带州a地区西部的zuata油田开发了74000acre的超稠油油藏，共钻306口多分支水平井用于生产，原油产量为10万桶天，计 划2001年达到12万桶d，这是世界上最大的多分支水平井的开发区，整个项目计划进行35a。油藏特性总结于表1。通过三维地震和详尽的地质描述对每一口水平井都进行了专门的设计和地质导向以确保 准确穿过油层。开采初期一般使用电潜泵举升，当单井开采速度下降时，改用螵杆泵开采。 井筒降粘方法采用搀稀油。经过早期几个月的生产阶段，他们认识到加速利用多分支水平井368才能促进油田的开发，可以提高单井产油速度和最终采收率，并且降低原油单位开采成本。衰1油奠基本特性油藏深度 520717孔障度3035 渗透率，时l17 温度3857重度，api8410油气比，m3t 12414 5 脱气原油粘度，田 5000 台气原油粘度cp12002000砂岩特征 胶结疏松压缩系数，画。(8090)106原始油藏压力mpa 4362二、多分支水平井所谓多分支水平井就是从单分支的平面上再分出许多小分支以达到油藏各个部分，即使 水平总长度不变，还是进一步提高了单井开采速度，多分支水平井的设计是针对不同的地质 和地层特征，这样可以有效地连通油藏，经济有效地开发油藏。1叠加式双侧向水平井 图1所示叠加式双侧向水平井的设计，先下9”套管，向东或向西钻370ln单分支，下7”筛管，然后在第一个分支 的上面，在9”套管上开窗钻第二个分 支，r筛管回接到第一分支上面的套管， 根据上部砂岩目的层的实际深度，泵切 线段既可以在套管开窗口和衬管回接处 的附近位置。2鱼骨式多分支水平井 鱼骨式多分支水平井是在东西向的单分支水平井为主通道的基础上，又钻图1叠加式双侧向水平井示意图 了59根鱼骨或鱼刺式的侧向分支，小分支从主干出来通常延伸300m，同时各个小分支之 间的距离为730m。小分支就是用来穿透砂岩中的层流阻挡层，更好地连通局部不连通的 薄层。小分支不下筛管，只在主干上下7”筛管。图2所示为鱼骨式多分支与叠加式双侧向相 结合的式样。对于均质油藏来说，鱼骨式多分支水平井的好处是：稠油穿过砂岩到达小分支的距离比 到达主干的距离要短，这就加速了原油的开采；对于带隔层、夹层或渗透受阻的非均质油藏369来说，它的优点就更加明显：小分支为 原油流向井筒提供了直接的通道，否则 原油只能沿着弯曲、不通畅的通道流向 生产井，另外，它还可以接近与主干所 在砂体不相连的其他砂体，这些砂体本身不足以使用单独一口井或一个常规分支。3侧翼式多分支水平井侧翼式多分支水平井是在原有的油 井的基础上，向两侧各打一个分支，这图2鱼骨式与叠加式多分支井的组合 种设计可大大减少地面井位。井的造斜叠加式双侧向鱼骨式分支井，钻井总长度33753h，段方向为南北向，水平段从中心向东或钻井总时间19d，穿过净产层长度19410h(58)向西370m处开始，钻第一分支向东或向西，第二分支就从套管窗口反方向钻，分支的筛管回接到9”套管柱。三、多分支水平井的特点1经济性 完成一口9根鱼刺分支的鱼骨式多分支井的钻井和完井的费用是一口单分支水平井相对费用的118倍，其他多分支井对于单分支井费用的倍数是：叠加式双侧向井158倍，侧翼式双侧向井167倍，较为复杂的鸟足式三侧向井是254倍。实践中发现用这些多种设计的 油井所得到的开采速度与其投资金额相比是值得的。图3所示为单分支与多分支井开采速度 的比较。图3单分支水平井井与多分支水平井开采速度的比较鱼骨式多分支井表现出与图3近似的结果(图4)。2口最早的鱼骨式多分支井与14口 同层的单分支水平井相比产能明显提高，这2口井开采速度很快，而且12rnon后产能仍然 很高。2风险性当遇到水或自由气体时，多分支水平井当然会有风险性，在这种情况下，一个分支会使370|暑鱼骨式分支井与14口单分支水平井的产鲍对比啪(只计主干长度) m孟燃早井瑚矗宝么乡一。碡嬲割一芒。8_【嚣卜罄k螂半掣辞。121824时问帅n图4 2日鱼骨式水平井与单分支水平井产能的比较整个井都处于危险，这时必须及时采取补救措施。多分支水平井因为机械结构较为复杂，今 后也就需要更多的费用修井。多分支井的连接处的防砂问题也比单分支井难以解决。最后的问题是，对于叠加式多分支井来说，它的设计会使泵的位置较高于生产层之上，这样升高的回压可能在一定程度上限制了产能或最终采收率。然而，目前所钻的井大多数没 有类似情况发生，对于少数井的这类问题，在开采速度降到可以在切线段之下使用较小的泵 时，有可能通过移动泵深来补救。3小结多分支水平井可以提高产能，提高最终采收率，降低原油单位生产成本。鱼骨式多分支水平井可以保持均质油藏长期的高产稳产，提高非均质油藏的最终采收率和开采速度，因为那些细小分支可以通过油藏的隔层，否则泄油会很慢。在生产后期开采速度递减时，通过结合多个目的层的分支，可以长期保持油井的开采 速度在经济极限速度之上，由此多分支井和鱼骨式多分支井的预期采收率高于单分支井。多分支井的开发，尤其是侧翼式双侧向井的开发，减小了区块的井数，从而减小了单 位开采成本和对环境的影响。热采新技术一、热采的难点热采一直是经济有效开采稠油资源的最佳方法。热采技术的成功应用使全球热采日产量 达13兆桶。而热采技术目前面临的问题是如何进一步降低热采成本，如何加强热能管理， 做到利用最少的热能开采出更多的原油。针对这些问题，texac0公司所做的研究包括通过 热分析模型、数值模拟软件以及这两种技术的综合应用，大大地改善热能管理；通过热电联 供的方法大大降低产生蒸汽的成本，并借以得到廉价的蒸汽和电能；还研究了蒸汽驱综合监 控程序以及三维可视化技术，它使地质学家和工程师能够在可视化中心对生产动态进行全方 位的评价。这构成了今天多学科的油藏管理方法(图5)。另外texa公司还研制了井下蒸 汽发生器和地面蒸汽分配系统，并且所有这些技术都在日常热能管理决策中得到了应用。图5热能管理二、井下电蒸汽发生器 目前正在研究开发的井下电蒸汽发生器着眼于深层、海上、受环境限制以及资金投入敏感等稠油油藏。它可在油层部位生成蒸汽，比常规的热采系统更具优越性(图6)。井下电蒸汽发生器避免了地面蒸汽分配系统及其潜在的蒸汽分离问题，而且由于它直接在井下砂岩 层输送蒸汽，因此解决了地面以及井筒的热损失问题。井下电蒸汽发生器小且结构相当简 单，重量轻，地面设备占地小，比常规蒸汽发生器更易快速推广，它非常适合海上作业安 装。它比常规注汽系统节省约50的投资。低廉的成本、快速推广的优势以及较高的再利 用价值，使这种井下电蒸汽发生器成为蒸汽驱矿场试验中最理想的蒸汽发生器。1、exac0公 司和meshekaw石油公司合作开发的井下电蒸汽发生器在kem river的项目中通过了一系列 矿场测试，并逐步走向商业化。图6蒸汽发生器三、地面蒸汽分配系统 高效蒸汽驱开采要优化蒸汽输送过程。蒸汽输送是指要以适量速度及干度将蒸汽输送到油层。优化蒸汽输送有许多难点，一般出现在地面蒸汽分配系统以及注入井筒上。两相蒸汽 分配系统解决了向所有注入井输送高干度蒸汽的难题。蒸汽干度低将导致蒸汽驱项目采收率 低并降低经济效益。导致蒸汽干度低的主要原因是在管道连接处发生相态分离的现象。 splitigator设备的主要性能是能够获得合理的相态分离，亦即没有液相的产生(图7)。合理使用splmgator设备不仅能够有效控制相态分离，而且能精确测量流人每个分支的蒸汽干度和蒸汽量。图7 t味a00公司splitigat叫相态分离设备四、热能管理 热能管理是蒸汽驱油藏管理最重要的环节。它是指蒸汽驱整个过程中对蒸汽需用情况的评价、监控以及调整或改变的能力。热管理计划的主要目的是利用最少的蒸汽(成本)投入注汽产液量 监控数据图8最佳汽驱策略三维工程方案获得最大的经济效益(采收率)。一种名为“三维工程方法”是利用数值和解析方法可估算 蒸汽的需要量，然而要依据准确的地质特征描述、完整的监控数据以及先进的数据管理系 统。近些年来。地质和监控数据的三维可视化成为定量评价油藏的重要工具。在地质力学模 型中利用三维可视化技术评价延时温度，油饱和度、蒸汽饱和度以及三维地震数据的能力已 经取得了显著进步。这些工具为地质学家和工程师们全方位地评价热采作业提供了坚实的基 础。也就是说全方位的监控评价使他们更立体地认知了储层中蒸汽或热能的累积情况，因此 综合的三维可视化技术在对改善作业以及提高开采效果方面有明显促进作用(图8)。结束语本文介绍了降低稠油冷采、热采开采成本的新技术、新方法。其中冷采主要利用多分支 水平井技术来提高单井产量和最终采收率，从而降低开采成本，此项技术目前在加