稠油热采技术讲座.ppt

稠油 超稠油开采新技术 汇报人 刘艳杰 UNITAR 联合国培训研究署 推荐的重质原油及沥青分类标准 中国稠油分类标准 胜利油田稠油主要分布在单家寺 乐安 孤岛 孤东等油田 到2004年底 累积探明热采稠油储量3 37 108t 胜利油田稠油热采表 2004年底 难动用储量开采技术难题老区吞吐效果差 开采方式的有效接替问题 存在的主要矛盾 目录 一 超稠油开采工艺技术 二 多轮次吞吐后期提高采收率技术 三 火烧驱油工艺技术 超稠油开采配套技术难度 前期研究 配套采油工艺研究 油层保护工艺研究防砂工艺研究提高注汽质量技术研究井筒举升工艺研究生产动态监测工艺研究 油藏地质特征研究储层伤害机理研究超稠油藏渗流机理研究超稠油化学组成与流变特性研究 1 前期研究 储层为中等水敏 中等偏强碱敏油藏超稠油的屈服值与特稠油 普通稠油相比高5 10倍超稠油胶质沥青质含量高56 以上超稠油在多孔介质中的渗流特征为 100 以上时为达西渗流 具有启动压力梯度 并且随温度下降 这一趋势逐渐增加残余油饱和度值高低和原油粘度关系密切 粘度越高 残余油饱和度越高 这也是超稠油周期产量低 采收率低 热采效果差的原因 防止油层碱敏伤害技术 锅炉入口水和出口蒸汽液相矿化度分析 根据储层伤害机理研究 储层具有中等偏强的碱敏性 而现场蒸汽液相PH值为10 13 因此蒸汽注入油层后会对油层造成较大的伤害 2 配套采油工艺技术研究 油层保护 JJ 9降PH值性能试验评价 为了减少高PH值对油层的伤害 研制了JJ 9化学助剂 具有耐高温 低腐蚀 降PH值显著的特性 防止油层碱敏伤害技术 2 配套采油工艺技术研究 油层保护 HDP 2高温粘土防膨剂效果试验 为了抑制开采过程中油层水敏伤害 研制了HDP 2高温防膨剂 可使油层蒙脱石变为不膨胀的矿物 并具有耐高温 PH呈中性的化学特性 抑止油层水敏高温防膨技术 2 配套采油工艺技术研究 油层保护 高饱和预充填 金属绕丝筛管复合防砂工艺具有 1 建立了多层防砂屏障 延长了防砂有效期 2 降低油流在通过弹孔时的流动阻力 实现了防砂与油层改造的双重目的 2 配套采油工艺技术研究 防砂工艺 单56单元油层吸汽压力预测 注汽参数对井底蒸汽压力的影响 研制亚临界湿蒸汽发生器提高注汽压力 超稠油油藏要求注汽设备的压力为 21MPa 2 配套采油工艺技术研究 注汽工艺 根据油藏对注汽压力的要求及锅炉经济 安全运行的要求 确定亚临界蒸汽发生器的参数为 额定压力 21MPa干度 70 注汽速度 11 5t h 2 配套采油工艺技术研究 注汽工艺 研制亚临界湿蒸汽发生器提高注汽压力 研制高真空隔热管减少注汽井筒热损失 研究了隔热油管的隔热结构 优化了真空度 研制了高真空隔热油管制造 检测技术和生产线 制造的高真空隔热油管的视导热系数小于0 015W m 使注汽过程中井筒每千米热损失小于5 注入油层蒸汽的热焓比普通隔热油管增加了6 提高了油层加热效果 2 配套采油工艺技术研究 注汽工艺 研制油溶性降粘剂降低注汽启动压力 油溶性降粘剂降粘试验 现场应用表明 可降低注汽启动压力0 5 1 5MPa 2 配套采油工艺技术研究 注汽工艺 研制SK 6薄膜扩展剂降低注汽驱动压力 SK 6薄膜扩展剂具有耐温性能好 耐高温350 降低油水界面张力 可降至10 2N m 效果明显 降粘率高的特点 现场应用表明 注汽压力可降低1 2MPa 单6东试1井加入SK 6前后注汽压力干度变化 2 配套采油工艺技术研究 注汽工艺 注汽 采油一体化工艺管柱 井筒电加热降粘工艺 井筒化学降粘工艺 超稠油井筒举升工艺研究 2 配套采油工艺技术研究 井筒举升工艺 避免了转周作业对储层的冷伤害 高真空隔热油管作为生产油管提高了产液的温度 延长油井的生产周期 研制注汽 采油一体化工艺管柱 2 配套采油工艺技术研究 井筒举升工艺 提高了产液温度 降低产液粘度 保证了超稠油井正常举升 延长了生产周期 配套井筒电加热降粘工艺 2 配套采油工艺技术研究 井筒举升工艺 研制了性能优良的化学降粘剂用于井筒降粘 在超稠油组份分析的基础上 配套了系列化学降粘剂 减少举升过程中的摩阻 2 配套采油工艺技术研究 井筒举升工艺 SB降粘体系技术指标 稠油类型 普通稠油 特稠油 超稠油矿化度 0 22 104mg l Ca2 Mg2 2 104mg l降粘剂用量 2kg t 稠油 在温度50 70 油水7 3 6 4范围 降粘率 99 乳状液粘度 300mPa s 具有用量低 降粘率高 抗盐性强 配伍性好等特点 经济有效地解决了井筒降粘问题 采用 烷基酚 聚氧乙烯醇 聚氧丙烯醇醚嵌段共聚物 等技术路线 合成开发了新型高效稠油降粘体系SB系列 2 配套采油工艺技术研究 井筒举升工艺 通过三项工艺技术综合应用 有效地延长了超稠油井的生产周期 提高了周期产油量 形成了超稠油井筒举升配套工艺技术 研制了性能优良的化学降粘剂用于井筒降粘 2 配套采油工艺技术研究 井筒举升工艺 2 配套采油工艺技术研究 注汽动态监测 2001年在单56单元建成了22 7 104t超稠油年生产能力 实现了原油粘度5 104 10 104mPa s深层疏松砂岩超稠油油藏工业化开采 3 矿场应用 目录 一 超稠油开采工艺技术 二 多轮次吞吐后期提高采收率技术 三 火烧驱油工艺技术 1 高温泡沫改善开发效果原理 视粘度高 界面活性 封堵汽窜 提高富集油地带的动用程度 遇水稳定遇油不稳定 提高洗油效率 改善开发效果 破灭和再生同时进行 实现地层深部封堵调剖 提高波及系数 国内外的研究表明 高温单井泡沫吞吐可提高吞吐采收率3 6 高温泡沫驱可提高汽驱采收率7 15 主剂为阴离子性表面活性剂非极性部分碳链支链化程度适中通过复配醇醚类表活剂提高体系的抗盐性 2 高温泡沫体系的研制 FCY系列样品高温发泡实验结果 190 1 9Mpa条件下 FCY 5 FCY 8 FCY 15 FCY 16在190 具有较好的发泡性FCY 15 FCY 16封堵效率最高 因此从以上两种样品中进行进一步筛选高温泡沫体系的主剂 高温泡沫封堵评价试验 2 高温泡沫体系的研制 FCY 15作为FCY泡沫体系的主剂 复配少量短链阴离子表活剂提高水溶性 复配少量非离子提高抗盐性 最终FCY泡沫体系产品组成为 FCY 15 APS14 TP30 10 1 1 2 高温泡沫体系的研制 泡沫稳定性同其在多孔介质中再生能力的关系 FCY W 1泡沫体系再生能力同稳定性之间的关系 3 影响因素研究 泡沫稳定性同其再生能力之间不是对应关系 泡沫在多孔介质中运移是一个不断破灭和不断再生的过程 因此在体系研究过程中不仅考虑泡沫的稳定性 更重视在多孔介质中的再生能力 温度对泡沫体系的影响 FCY泡沫体系在310 条件下阻力因子达到25以上 优于国内外同类产品 实验条件将FCY放置在高温高压反应釜中 温度350 恒温12h冷却到室温 取出样品进行高温封堵调剖实验 实验温度310 3 影响因素研究 矿化度对泡沫体系的影响 FCY泡沫体系在总矿化度小于16000mg L条件下封堵调剖性能保持稳定 超过一定范围 泡沫体系封堵调剖性能随矿化度的增加急剧下降 3 影响因素研究 残余油对泡沫体系的影响 含油饱和度增加 泡沫体系的发泡量明显下降 半衰期缩短 泡沫体系的稳定性下降当残余油饱和度低于20 泡沫体系就可以形成良好的封堵性能 地层残余油饱和度高于20 体系不能形成有效封堵 3 影响因素研究 压力对泡沫体系的影响 压力对泡沫体系的封堵性能影响不大 3 影响因素研究 FCY泡沫剂性能指标 AOS 10 5ml min 0 7mm AOS 10 5ml min 1 2mm 在相同注入条件下 泡沫尺寸随着孔喉尺寸的增大而增大 随着气体流速的增加而增加 AOS 1 5ml min 4 渗流机理研究 泡沫产生机理 OAS TX 100 6ml min AOS TX 100 6ml min AOS 1 5ml min 泡沫运移机理 随着形成孔隙的粒径增大 封堵压差随之下降 在相同的气体注入速度下 泡沫在小尺寸的介质孔隙中运移所产生的封堵压差较大 随着气体注入速率的增大 泡沫的尺寸增加 而封堵压差随之增大 说明在较高的气体注入速率下封堵效果好 4 渗流机理研究 气体线速度过大或过小均影响泡沫体系封堵压力 合适的液体线速度可以获得最低的液相相对渗透率 驱替机理研究 4 渗流机理研究 方案优化 泡沫剂在液相中的浓度为0 5 浓度比优化 方案优化 FCY泡沫体系在气液比0 65 1的条件下获得良好的封堵效率气液比超过3 1时体系的封堵效率开始下降 气液比对泡沫体系阻力因子的影响 气液比优化 方案优化 伴蒸汽注入FCY泡沫体系可以有效降低含水 与伴蒸汽注入高温薄膜扩展剂的采收率近似 远高于单纯注入蒸汽的采收率 FCY泡沫剂 氮气混注在几种方式 颗粒性堵剂 薄膜扩展剂 FCY泡沫剂 蒸汽 FCY泡沫剂 氮气 中提高驱替效率程度最高 不同采收率阶段综合含水 二维模型 方案优化 注入方式 不同注入方式提高采收率程度 二维模型 方式一 1PV蒸汽 1PV蒸汽 氮气 3PV蒸汽方式二 1PV蒸汽 1PV蒸汽 氮气 1PV蒸汽 泡沫剂 2PV蒸汽方式三 1PV蒸汽 1PV蒸汽 氮气 泡沫剂 3PV蒸汽 注入方式 方案优化 不同方式注入压力变化 二维模型 注入氮气和泡沫剂可以起到一定的封堵作用氮气和泡沫剂同时注入的封堵效果好于氮气和泡沫剂分开注入 注入方式 方案优化 方式一3PV蒸汽 2PV泡沫 3PV蒸汽方式二2PV蒸汽 1PV泡沫 2PV蒸汽 1PV泡沫 2PV蒸汽 段塞注入方式研究 方案优化 注入时机的研究 二维模型 注入泡沫体系后驱替效率和采油量都大幅度的提高初始阶段就注入泡沫体系和先注蒸汽后注泡沫体系的最终驱替效率接近 注入时机 方案优化 2004年8月起在多轮次吞吐后期的稠油区块开展高温泡沫体系提高采收率现场实验 截止到目前 在草20区块 滨南单6东 孤岛四区开展单井氮气泡沫调剖实验共14井次单井注汽压力增长0 5MPa 3 2MPa单井日增油0 8t d 7 6t d含水下降10 左右增幅为30 280 单井高温泡沫吞吐总体实施概况 6 现场实施 单井吞吐试验 注汽效果统计表 6 现场实施 单井吞吐试验 目录 一 超稠油开采工艺技术 二 多轮次吞吐后期提高采收率技术 三 火烧驱油工艺技术 1 火烧油层驱油机理 火烧驱油是将含氧气体 空气 从注入井注入油层 通过人工点火或油层自燃方式点燃油层 其中原油的重质部分经燃烧后 产生大量热能和燃烧气 驱动其它原油流向生产井 并从生产井产出 原油在油层中的反应有四部分 热蒸馏 原油 重质油 留在油砂中 轻质油 被驱替走 低温氧化 部分轻质油 氧气 重质油 CO H2O 热量重质油 氧气 焦碳 轻质油 CO H2O 热量 高温热裂解 重质组分 焦碳 轻质油 高温氧化 焦碳 氧气 CO2 H2O 热量重质组分 氧气 CO2 H2O 热量 1 火烧油层驱油机理 1 火烧油层驱油机理 干式正向燃烧反向燃烧湿式燃烧 2 火烧油层驱油方式 干式正向燃烧示意图 燃烧温度一般为315 650 蒸汽带温度逐渐降低 热水带和生产井之间区域的温度接近于未受干扰的油藏温度 2 火烧油层驱油方式 反向燃烧示意图 气体由注气井注入 在生产井井底点火 燃烧前缘从右到左移动 注气井井底附近是低温带 而靠近生产井的区域是高温带 原油流经高温带 使其粘度降低 2 火烧油层驱油方式 湿式燃烧也称为正向燃烧和水驱相结合的方法 它是将水气交替注入到注入井 或将气和水一起注入到注入井中 这时水将全部或部分汽化 穿过燃烧前缘将热量传递到燃烧带的前面 扩大燃烧带前面的蒸汽带和热水带体积 从而降低原油粘度 湿式燃烧 2 火烧油层驱油方式 国外筛选标准 3 火烧油层筛选标准 原油在油藏条件下有一定流动性的稠油油藏 不适宜注水 注汽开发的敏感性稠油油藏 构造相对圈闭 能量补充困难的中低渗油藏 胜利油田火烧驱油选区原则 3 火烧油层筛选标准 随着点火技术与注气设备的发展 对深度 渗透率的限制将会降低 3 火烧油层筛选标准 胜利油田火烧驱油选区标准 王庄油田郑408块火驱开采可行性分析 郑408块的油藏地质参数基本符合火烧驱油条件 3 火烧油层筛选标准 集国内外火烧油层物理模拟装置优点 具有控制热损失型和高空气流通强度型物理模拟系统 立式和卧式物理模拟系统功能 主要由注入系统 模型本体 产出物处理系统 产出气分析系统组成 管式线性模型系统 4 物理模拟 主要目的 1 判断油层的可燃性 2 测定原油在干式 湿式燃烧条件下的原油燃点 燃料含量 空气耗量 一维驱油效率等燃烧特性参数 主要特点 1 模型能模拟干式 湿式火烧驱油 2 自动跟踪和控制岩芯管内 外壁温度 模拟燃烧层在不同热损失下的试验 3 模型能在 10 90 范围内任意固定 在0 180度往复旋转 有利于模拟油层燃烧状况 4 模型采用分段温度自动控制 随时控制模拟岩芯温度分布 4 物理模拟 郑408块火烧驱油物理模拟 郑408块 1 原油燃点 360 370 2 燃料消耗量 焦碳 20 31 6kg m33 空气耗量 320Nm3 m3 350Nm3 m34 一维驱油效率 88 93 4 物理模拟 试验条件 利用建成的物理模拟系统 开展了不同原油粘度 不同含水率在模拟岩心或真实地层岩心条件下的室内火烧驱油物理模拟实验研究 要使油层发生高温燃烧 必须使油层点火温度达到原油燃点以上 持续注入空气 维持原油的稳定燃烧 原油密度 粘度 含油饱和度和含水率影响燃烧温度和燃烧带的稳定性 4 物理模拟 郑408块火烧驱油物理模拟 火烧油层采收率与火烧前缘推进距离密切相关 从室内实验结果分析 当火烧前缘推进至岩芯长度的10 20 时 采收率仅为5 左右 当火烧前缘推进至岩心长度的50 70 时采收率达70 以上 4 物理模拟 郑408块火烧驱油物理模拟 岩心在充分燃烧的情况下 燃烧过后没有有机残留物 火驱过程不会对储层造成伤害 相反可能在某种程度上改善敏感性储层的渗流性能 在线性火驱过程中 其生产压差主要消耗在燃烧带前缘的高含油饱和度区 4 物理模拟 胜利SL 型 SL 型点火工艺对比 点火工艺设计 5 点火工艺 SL 型点火工艺 电缆捆在油管外壁与点火器连接 油管正注气 功率 60kW耐温 550 耐压 25MPa井深 2000米 5 点火工艺 SL 型点火工艺 电缆在油管内与点火器连接 油套环空注气 功率 40kW耐温 600 耐压 30MPa井深 1500m 5 点火工艺 6 监测技术 注