稠油冷采技术

1、稠油冷采技术稠油冷采技术 1 1、出砂冷采技术（、出砂冷采技术（CHOPSCHOPS） 2 2、不出砂冷采技术（、不出砂冷采技术（CHOPCHOP） 出砂冷采技术与应用出砂冷采技术与应用 出砂冷采技术与应用 u对于原油粘度较高的稠油、特稠油，常规一次开采对于原油粘度较高的稠油、特稠油，常规一次开采 的效果很差。但对于某些储层物性较差的油藏，热的效果很差。但对于某些储层物性较差的油藏，热 采技术也难于取得较好的技术经济效果采技术也难于取得较好的技术经济效果 u空心螺杆泵空心螺杆泵(PCP)(PCP)的发展及其携砂能力的提升，使原的发展及其携砂能力的提升，使原 油产量大幅提高油产量大幅提高 u泡沫

2、油采油机理的认识和研究泡沫油采油机理的认识和研究 u经济效益驱动经济效益驱动 一、稠油冷采的背景： 出砂冷采技术与应用 一、稠油冷采的背景： 出砂冷采技术与应用 稠油出砂冷采稠油出砂冷采就是不注热、不防砂，利用螺杆泵将就是不注热、不防砂，利用螺杆泵将 原油和砂一起采出。原油和砂一起采出。 主要开采机理及特点：主要开采机理及特点： u一是形成一是形成“蚯蚓洞蚯蚓洞”，提高油层的渗透率，提高油层的渗透率 u二是形成了泡沫油，给原油提供内部驱动能量二是形成了泡沫油，给原油提供内部驱动能量 u三是上覆地层的压实作用三是上覆地层的压实作用 u四是远距离边底水的驱动作用。四是远距离边底水的驱动作用。 二、

3、出砂冷采定义： 出砂冷采技术与应用 u这种开发方式在加拿大和委内瑞拉是一种较普遍的稠这种开发方式在加拿大和委内瑞拉是一种较普遍的稠 油冷采开发方式。油冷采开发方式。 u它的突出优点：成本低、产能高、风险小。它的突出优点：成本低、产能高、风险小。 u不利的一面：采收率低，一般为不利的一面：采收率低，一般为15%15%左右；另外对油左右；另外对油 砂的处理是个较大的问题。油砂处理费占开采成本的砂的处理是个较大的问题。油砂处理费占开采成本的 比例最高。比例最高。 u携砂冷采已成功地应用于开采稠油油藏。携砂冷采已成功地应用于开采稠油油藏。 开采机理及适应条件开采机理及适应条件 出砂冷采技术与应用 开采

4、机理及适应条件开采机理及适应条件 出砂冷采技术与应用 形成高渗透通道：“蚯蚓洞” 稠油出砂冷采技术适用的油藏条件稠油出砂冷采技术适用的油藏条件 出砂冷采技术与应用 储层岩性 胶结疏松的砂岩，粘土胶结物含量少 埋藏深度，m 300 油层厚度，m 3 油层压力，MPa 2.5 孔隙度，% 25 渗透率，m2 0.5 含油饱和度，% 60 油藏温度下脱气油粘度， mPas 1000-50000 原油密度，g/cm3 0.92-0.98 溶解气油比， m3/t 5 边底水 无或者远离 出砂冷采技术与应用 Time 300,000 200,000 100,000 Production, BOPD 198

5、819901992199419961998 Areas: Suffield SE Alberta Provost Pelican Lloydminster Lindburgh Not including Athabasca oil sands mines or CSS and similar projects Late 1997 price drop 加拿大 Frog Lake油田 油层有效厚度，ft60-100 (5层） 油藏深度, ft1390 - 1970 原油重度, oAPI10 - 14 含油饱和度, %70 - 80 孔隙度, %30-33 渗透率, D1- 5 粘度, cP (地

6、面)20,000 - 50,000 油层压力, psig400 油层温度, oF 65 Frog Lake油田基本油藏参数 Fishing Lake油田开发历史 Discovered in 1959 53 Sectons, 34,000 acres 5 perspective zones 40 wells drilled from 1959 to 1987 1965-1968 Cyclic steam (220 BOPD peak, 130 BOPD avg. sanded up) 1985 cold production 4 wells, unsuccessful 1990 cold pro

7、duction - reactivated 6 wells, drilled 3 new wells 1993 cold production Horizontal well 100 BOPD 1995 10 Horizontal Well Program 1997 Full field Expansion 1998 Sold Fishing Lake Horizontal Well Drill Operation Took 7 days to drill and place a 1645 ft horizontal well Drilling cost C$348,000 Completio

8、n 4.5 slotted liner (no cement) Progressive cavity pump Completion cost C$220,000 (including single well battery) Typical Horizontal Wellbore Schematic at Fishing Lake Frog Lake Oil Production 120 80 40 0 Oct. 93 Nov. 93 Dec. 93 Jan. 94 Feb. 94 Mar. 94 Oil Rate Sand Cut 80 40 20 0 60 100 Fishing Lak

9、e 10- Horizontal Well Pilot Project Fishing Lake 10- Horizontal Well Pilot Project Elk PointElk Point天然沥青携砂冷采应用实例天然沥青携砂冷采应用实例 u加拿大的冷湖油田，是加拿大的冷湖油田，是 阿莫科石油公司经营并首家取得阿莫科石油公司经营并首家取得 这一油藏出砂冷采成功的公司。这一油藏出砂冷采成功的公司。 出砂冷采技术与应用 出砂冷采技术与应用 G4906G4906井于井于19971997年年6 6月月1414日正式投入生产日正式投入生产, ,截至同年截至同年8 8月底月底, ,有效有效 生

10、产时间生产时间48d48d 累积产液累积产液1088m1088m3 3 累积产油累积产油1044m1044m3 3 平均日产油平均日产油21.8m21.8m3 3 含水率仅为含水率仅为1-8%,1-8%,含砂量一般含砂量一般2-4%,2-4%,最高达最高达20%20% 日产油由初期的日产油由初期的9.3m9.3m3 3/d/d上升到上升到21.0m21.0m3 3/d,/d,最高达最高达53.4m53.4m3 3/d/d 该井液柱高度一直保持在该井液柱高度一直保持在150-300m150-300m 该井试验过程中表现出较高的生产能力。该井试验过程中表现出较高的生产能力。 河南油田河南油田泌泌1

11、25区区稠油携砂冷采应用实例稠油携砂冷采应用实例 吉林套堡油田白吉林套堡油田白87块携砂冷采应用实例块携砂冷采应用实例 出砂冷采技术与应用 套保油田已进行了两次小规模的出砂冷采试验套保油田已进行了两次小规模的出砂冷采试验 第一次在第一次在20012001年初，共有年初，共有1515口试验井，初期效果良口试验井，初期效果良 好，但后来突出的问题表现为卡泵和水淹，造成多数好，但后来突出的问题表现为卡泵和水淹，造成多数 井停产井停产 第二次在第二次在20012001年年1010月，新钻了月，新钻了1111口试验井，吸取上口试验井，吸取上 次的经验，油井着重加强固井质量，并采用热采完井次的经验，油井着

12、重加强固井质量，并采用热采完井 方式，使用国外生产的螺杆泵，效果良好方式，使用国外生产的螺杆泵，效果良好 日产油日产油3 34 4吨，含砂量吨，含砂量101012%12%，出砂冷采初期生产，出砂冷采初期生产 特征表现明显，但先后又有特征表现明显，但先后又有4 4口井水淹，其中一口井生口井水淹，其中一口井生 产时间仅为产时间仅为10 10 天天, ,其它其它7 7口井能够正常生产。口井能够正常生产。 溶解气（泡沫油）作用溶解气（泡沫油）作用 岩石压实作用岩石压实作用 “泡沫油泡沫油”是一次开采过程中在稠油油藏中发生的分是一次开采过程中在稠油油藏中发生的分 散气液两相流动现象。由于泡沫油现象，导致

13、高产油散气液两相流动现象。由于泡沫油现象，导致高产油 速度、高采收率。速度、高采收率。 泡沫油出现在稠油和超稠油中，因为在这些油中的泡沫油出现在稠油和超稠油中，因为在这些油中的 粘滞力大于重力。粘滞力大于重力。 CONVENTIONAL GAS OIL GAS OIL FOAMY OIL after a long time 当油藏压力低于泡点压当油藏压力低于泡点压 力时，原油中形成许多力时，原油中形成许多 微气泡。气泡的生长并微气泡。气泡的生长并 膨胀将原油驱向油井膨胀将原油驱向油井 当压力降低时，气体能当压力降低时，气体能 够滞留在原油中。因此够滞留在原油中。因此 使泡沫油表现出许多独使泡沫

14、油表现出许多独 特的性质特的性质 当压力下降时，原油中先开始形成气核（微气泡）当压力下降时，原油中先开始形成气核（微气泡） 随着压力的进一步降低，气泡逐渐生长并膨胀，此时，仍滞随着压力的进一步降低，气泡逐渐生长并膨胀，此时，仍滞 留在油相中留在油相中 当生长到一定程度当生长到一定程度 时，气泡相互结合，时，气泡相互结合， 形成连续相，成为形成连续相，成为 自由气。自由气。 气泡的形成与扩大（三个阶段）气泡的形成与扩大（三个阶段） 室内实验研究表明，泡沫油的作用与下列因素有关 油藏衰竭速度 原油性质 油层压力下降水平 围压 1 1、油藏衰竭速度 实验研究表明，衰竭实验研究表明，衰竭 速度越快，原

15、油采收速度越快，原油采收 率越高。对于快速衰率越高。对于快速衰 竭速度，相当小的气竭速度，相当小的气 泡在生产中起着主导泡在生产中起着主导 作用；反之，如果衰作用；反之，如果衰 竭速度降低，仅在初竭速度降低，仅在初 期观察到了泡沫油流期观察到了泡沫油流 动。动。 2 2、油层压力下降水平 1-1-在流动早期，类似泡沫的气泡在流动早期，类似泡沫的气泡 流动占主导地位流动占主导地位 2-2-当压力当压力 400 400 psia, psia, 自由气开自由气开 始出现。但泡沫流仍发挥作用，始出现。但泡沫流仍发挥作用， 这种作用随压力的进一步降低变这种作用随压力的进一步降低变 得越来越弱。得越来越弱

16、。 3-3-当压力当压力 300 300 PsiaPsia，完全成为，完全成为 自由气的流动。自由气的流动。 P=605 psia P=503 psia P=407 psia P=309 psia P=264 psia P=230 psia P=193 psia 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0100200300400500600700 Average Pressure (psia) Oil Recovery, % OOIP MO-1, MO-1, MO-2, o=220 cp, q=0.0035 PV/h o=220 cp, q=0.035 PV/h o=25

17、00 cp, q=0.0035 PV/h 3 3、原油性质（包括原油组成及原油粘度） 一般情况下，原油粘度一般情况下，原油粘度 越高，采收率越低。越高，采收率越低。 3 3、原油性质（包括原油组成及原油粘度） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0500100015002000 Average Pressure, psia Oil Recovery, % OOIP HO-1, HO-1, HO-2, HO-2, o=258 cp, q=0.035 PV/h o=258 cp, q=0.0035 PV/h o=2500 cp, q=0.035 PV/h o=2500 c

18、p, q=0.007 PV/h 但不同的原油实验也有但不同的原油实验也有 不同的结果，即在相同不同的结果，即在相同 的衰竭速度下，原油粘的衰竭速度下，原油粘 度越高，采收率也越高。度越高，采收率也越高。 这可能是因为原油粘度这可能是因为原油粘度 越高，粘滞力越大，分越高，粘滞力越大，分 散气泡结合成连续气相散气泡结合成连续气相 的可能性越小。的可能性越小。 4 4、实验围压 实 验 实验情况 临界 过饱和压力 （psi） 最大过饱和 压力 (psi) 采收率 （） 临界气饱 和度 （） 1 加围压 700 280 25 24.7 2 刚性岩心夹持器 700 280 9 8.3 在加围压和不加围

19、压的两个实验中，两个实验结果差别在加围压和不加围压的两个实验中，两个实验结果差别 较大。主要表现在原油产出量及临界气饱和度。较大。主要表现在原油产出量及临界气饱和度。 Conventional AGITATIONNO AGITATION OIL GAS GAS PPb PPb Oil trapped gas Non Conventional 对于这种稠油，常规对于这种稠油，常规PVTPVT 测试与非常规测试与非常规PVTPVT测试结测试结 果有很大的差别，特别果有很大的差别，特别 是泡沫油的泡点压力是泡沫油的泡点压力 通常，非常规通常，非常规PVTPVT分析得分析得 到的拟泡点压力值较小，到的

20、拟泡点压力值较小， 主要原因是油相中滞留主要原因是油相中滞留 有气体有气体 拟泡点压力值小于泡点压力拟泡点压力值小于泡点压力 原油压缩系数比常规稠油要大原油压缩系数比常规稠油要大 临界气饱和度较高（一般可达到临界气饱和度较高（一般可达到1010） 毛管粘度计比旋转粘度计测得的原油粘度在数值模拟毛管粘度计比旋转粘度计测得的原油粘度在数值模拟 中更有代表性，更能反映泡沫油的特性中更有代表性，更能反映泡沫油的特性 由于泡沫油的作用，使得由于泡沫油的作用，使得OrinocoOrinoco重油带的稠油产油速度重油带的稠油产油速度 高、一次开采采收率高、地层压力下降缓慢高、一次开采采收率高、地层压力下降缓

21、慢 研究与油田生产表明，由于泡沫油的作用，一次开采原研究与油田生产表明，由于泡沫油的作用，一次开采原 油采收率能够达到油采收率能够达到5 51010左右左右 溶解气驱（泡沫油）溶解气驱（泡沫油） 研究表明，研究表明，OrinocoOrinoco稠油带油藏岩石的压缩系数比较稠油带油藏岩石的压缩系数比较 大，一般在大，一般在50501051051010 6 6 1/psi 1/psi SPE 69725SPE 69725：CH-38CH-38井井 55551051051010 6 6 1/psi 1/psi 60601010 6 6 1/psi 1/psi 通过理论分析及相邻区块的经验，通过压实作

22、用通过理论分析及相邻区块的经验，通过压实作用 可增加原油采收率可增加原油采收率3 3左右左右 岩石压实作用岩石压实作用 Cerro Negro 区水平区水平 井产能井产能 Morichal 顶部深度：15004000ft 平均孔隙度：32 平均渗透率：10 Darcies 地层压力：9001300 psi 地下原油粘度： 15004000cp， 平均2000 cp (140) 原油重度：8.5 API 水平井：121口 平均水平段长度：4000 ft 初始产能：1620 b/d ；平均单井产量：992 b/d Hamaca地区地区MFB-53块的产能块的产能 平均油藏深度：3500 ft 平均

23、孔隙度：30 平均渗透率：10 Darcies 地层压力：1220 psi 地层温度：137 脱气原油粘度：3000 cp (137) 原油重度：9.1 API 水平井：45口 平均水平段长度：4000 ft ; 生产指数：712 b/d,psi 初始产量：2500 b/d ；平均单井产量：1500 b/d 垂直井：119口，初产：500 b/d MACHETEHAMACA CERRO NEGROZUATA Hamaca地区地区MFB-53块的产能块的产能 Hamaca地区地区MFB-53块的产能块的产能 MPE-1区块产能分析区块产能分析 主力生产层位：Morichal沙层组 油藏平均深度：

24、2772 ft 平均孔隙度：32 平均渗透率：10 Darcies 地层温度： 122 地下原油粘度： 5800 cp (122) 1979年钻井并试采，1985年投入开发 到2000年，共有直井、斜直井及水平井376口 年产能力：580万吨乳化油 预期采收率12 CD 382403O-141127.41127.4 CD 391632O-141022.41022.4 CD 403604O-141107.21107.2 CD 412980O-142178.82178.8 CD 424218O-142380.62380.6 CD 432717O-131237.11237.1 CD 444316O-

25、1418911891 CD 453102O-122317.52317.5 CD 461509O-14410.6410.6 CD 472767O-141139.91139.9 CD 481653O-12455.2455.2 CD 491922O-12731.3731.3 CI 2251820O-131449.91449.9 CI 2271846O-12854.8854.8 CI 2281810O-14849.6849.6 CI 2291706O-141435.61435.6 CI 2301621O-13813.1813.1 CI 2311828O-12970.0970.0 CI 2322189O

26、-141483.61483.6 CI 2331887O-141536.71536.7 CI 2341663O-13936.6936.6 CI 2351966O-121369.51369.5 CI 2361994O-13993.9993.9 CI 2371958O-121664.21664.2 CI 2382016O-131117.51117.5 CI 2391163O-13895.5895.5 CO 061964O-12315.4315.4 CHB 381724O-131027.51027.5 CHB 402008O-131300.81300.8 CHB 411902O-14616.4616.

27、4 CHB 421920O-13694.1694.1 平均初产平均初产 bbl/day 1171.7 井号井号水平段长度水平段长度 ft层位层位初产初产 bbl/day MPE-1区块水平井初产分析 区块水平井初产分析 MPE-1区块水平井初产分析 区块水平井初产分析 累产油累产油生产时间生产时间 bbl天天 CD 382403O-142,097,0671573.41332.8 CD 391632O-14644,836503.01281.9 CD 403604O-14285,971342.2835.6 CD 412980O-14324,605296.91093.4 CD 424218O-143

28、44,758267.21290.2 CD 432717O-13379,565249.81519.8 CD 444316O-14222,542322.6689.8 CD 453102O-12289,327270.91067.9 CD 461509O-1450,920164.1310.3 CD 472767O-14138,914161.3861.5 CD 481653O-1252,60780.0657.4 CD 491922O-1242,26266.1639.1 CI 2251820O-131,910,7381519.01257.9 CI 2271846O-121,952,0891251.4155

29、9.9 CI 2281810O-14805,8821077.1748.2 CI 2291706O-141,481,5821083.91367.0 CI 2301621O-13650,104547.71187.0 CI 2311828O-12590,758489.01208.1 CI 2322189O-14513,747404.01271.7 CI 2331887O-14441,480413.71067.2 CI 2341663O-13402,270406.9988.6 CI 2351966O-12531,836406.81307.4 CI 2361994O-13727,586382.91900

30、.2 CI 2371958O-12662,524380.61740.7 CI 2382016O-13290,746225.31290.7 CI 2391163O-1343,44859.4731.4 CO 061964O-12465,817523.9889.1 CHB 381724O-13458,141468.8977.3 CHB 402008O-13397,585382.51039.4 CHB 411902O-14423,867365.01161.3 井号井号水平段长度水平段长度 ft层位层位 平均日产油平均日产油 bbl/day 平均日产平均日产 bbl/day 1109 水平井初产分析水平

31、井初产分析 垂直井初产分析垂直井初产分析 井号井号CN120CN129CN144CN36CN50CN53CN84 生产层位生产层位O-13O-11、O12O-11b、O12O-8O-12、O13 O-7、O-8 初产初产bbl/d101.8299377.8207122.6400.667.4 平均初产平均初产 bbl/d 225.2 水平井产量分析水平井产量分析 0 0 500500 10001000 15001500 20002000 25002500 1996-2-51996-2-51996-12-11996-12-1 1997-9-271997-9-27 1998-7-241998-7-2

32、4 1999-5-201999-5-20 2000-3-152000-3-152001-1-92001-1-92001-11-52001-11-52002-9-12002-9-1 DateDate Oil production (bbl/d)Oil production (bbl/d) MPE-1MPE-1区块区块CD-38CD-38井的生产曲线：该井于井的生产曲线：该井于19951995年年1212月月2323日日 投产，水平段长投产，水平段长2723ft2723ft，初产，初产1183b/d1183b/d，最高达到，最高达到 2228b/d2228b/d。通过回归分析，产量年递减率为。通过

33、回归分析，产量年递减率为14.8%14.8%。 递减率：14.8% MPE-1MPE-1区块水平井区块水平井CD-38CD-38产量产量 谢谢 谢！谢！ 出砂冷采技术与应用出砂冷采技术与应用 开采机理及适应条件开采机理及适应条件 出砂冷采技术与应用 开采机理及适应条件开采机理及适应条件 出砂冷采技术与应用 2 2、油层压力下降水平 1-1-在流动早期，类似泡沫的气泡在流动早期，类似泡沫的气泡 流动占主导地位流动占主导地位 2-2-当压力当压力 400 400 psia, psia, 自由气开自由气开 始出现。但泡沫流仍发挥作用，始出现。但泡沫流仍发挥作用， 这种作用随压力的进一步降低变这种作用

34、随压力的进一步降低变 得越来越弱。得越来越弱。 3-3-当压力当压力 300 300 PsiaPsia，完全成为，完全成为 自由气的流动。自由气的流动。 P=605 psia P=503 psia P=407 psia P=309 psia P=264 psia P=230 psia P=193 psia 2 2、油层压力下降水平 1-1-在流动早期，类似泡沫的气泡在流动早期，类似泡沫的气泡 流动占主导地位流动占主导地位 2-2-当压力当压力 400 400 psia, psia, 自由气开自由气开 始出现。但泡沫流仍发挥作用，始出现。但泡沫流仍发挥作用， 这种作用随压力的进一步降低变这种作用

35、随压力的进一步降低变 得越来越弱。得越来越弱。 3-3-当压力当压力 300 300 PsiaPsia，完全成为，完全成为 自由气的流动。自由气的流动。 P=605 psia P=503 psia P=407 psia P=309 psia P=264 psia P=230 psia P=193 psia Hamaca地区地区MFB-53块的产能块的产能 MPE-1区块水平井初产分析 区块水平井初产分析 累产油累产油生产时间生产时间 bbl天天 CD 382403O-142,097,0671573.41332.8 CD 391632O-14644,836503.01281.9 CD 40360

36、4O-14285,971342.2835.6 CD 412980O-14324,605296.91093.4 CD 424218O-14344,758267.21290.2 CD 432717O-13379,565249.81519.8 CD 444316O-14222,542322.6689.8 CD 453102O-12289,327270.91067.9 CD 461509O-1450,920164.1310.3 CD 472767O-14138,914161.3861.5 CD 481653O-1252,60780.0657.4 CD 491922O-1242,26266.1639.1

37、 CI 2251820O-131,910,7381519.01257.9 CI 2271846O-121,952,0891251.41559.9 CI 2281810O-14805,8821077.1748.2 CI 2291706O-141,481,5821083.91367.0 CI 2301621O-13650,104547.71187.0 CI 2311828O-12590,758489.01208.1 CI 2322189O-14513,747404.01271.7 CI 2331887O-14441,480413.71067.2 CI 2341663O-13402,270406.9988.6 CI 2351966O-12531,836406.81307.4 CI 2361994O-13727,586382.91900.2 CI 2371958O-12662,524380.61740.7 CI 2382016O-13290,746225.31290.7 CI 2391163O-1343,44859.4731.4 CO 061964O-12465,8