超临界注汽配套工艺研究与应用

1、超临界注汽配套工艺研究与应用超临界注汽配套工艺研究与应用一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识蒸汽吞吐及水驱是稠油油藏的主要开发方式胜利油田稠油热采产量胜利油田稠油热采产量l热采开发3.55108t探明储量探明储量13.8313.8310108 8t t已动用12.68108t未动用1.15108tl特超稠油及薄层稠油油藏l水驱开发9.13108t一、前一、前 言言胜利油田稠油储量概况胜利油田稠油储量概况(1)(1)已动用稠油老区进入高轮次、高含水开发阶段已动用稠油老区进入高轮次、高含水开发阶段, , 开发效果变差

2、开发效果变差u开发形势分析一、前一、前 言言0 01000100020002000300030004000400050005000600060001 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515161617171818191920200.000.000.200.200.400.400.600.600.800.801.001.001.201.201.401.401.601.601.801.801 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151516161717181819192020单单10块

3、块EdS1分周期油汽比柱状图分周期油汽比柱状图单单10块块EdS1分周期产油量柱状图分周期产油量柱状图l老区已进入高轮次吞吐阶段，吞吐效果越来越差（2 2）稠油后备资源品位差，开发难度大）稠油后备资源品位差，开发难度大一、前一、前 言言u开发形势分析l新区储层品位低 近几年新投入热采开发的稠油区块多为难动用储量，储层近几年新投入热采开发的稠油区块多为难动用储量，储层物性较差：一是油层物性较差：一是油层有效厚度薄有效厚度薄；二是储层；二是储层敏感性强敏感性强；三是原；三是原油油粘度高粘度高，多为特超稠油油藏；四是具有大量的，多为特超稠油油藏；四是具有大量的边底水边底水。采油厂采油厂稠油区块稠油区

4、块热采时间热采时间油油 藏藏 特特 征征胜利胜利T82T82和和T11T11南东二段南东二段20032003非均质性强非均质性强( (渗透率变异系数渗透率变异系数0.6-2.3)0.6-2.3)；强水敏；油稠、差；强水敏；油稠、差异大异大(4935-76098mPas)(4935-76098mPas)；层薄；层薄( (平均平均4.25m)4.25m)、夹层多、夹层多 河口河口陈陈37337320042004各小层砂体厚度较薄（各小层砂体厚度较薄（2-6m2-6m）；易出砂；中等偏强水敏）；易出砂；中等偏强水敏沾沾181820072007边底水稠油油藏，边水体积为油层体积的边底水稠油油藏，边水体

5、积为油层体积的10-1510-15倍；倍；油层胶结疏松易出砂；具有强水敏油层胶结疏松易出砂；具有强水敏桩西桩西桩斜桩斜13913920032003东部砂体为底水油藏，西部砂体为边水油藏；东部砂体为底水油藏，西部砂体为边水油藏；具有强水敏具有强水敏东辛东辛营营2727、营、营8-248-24东二、东二、营营8-638-63、营、营47-847-820052005以断块油藏为主；边底水较为活跃；主力油层有效厚度薄，以断块油藏为主；边底水较为活跃；主力油层有效厚度薄，净总比低净总比低开发中心开发中心草草104104、草、草4S2+34S2+3、草草4S44S44 4、郑、郑411411、草草1091

6、09、草、草12812820032003储层厚度平均不到储层厚度平均不到8m8m；油藏埋藏浅，一般在；油藏埋藏浅，一般在950-1400m950-1400m；胶；胶结疏松，出砂严重；大部分具有较强的边底水；结疏松，出砂严重；大部分具有较强的边底水；储层具有较强的敏感性；油稠，以特、超稠油为主储层具有较强的敏感性；油稠，以特、超稠油为主（2 2）稠油后备资源品位差，开发难度大）稠油后备资源品位差，开发难度大一、前一、前 言言u开发形势分析l未动用储量开发难度大 1.特超稠油、薄互层、深层稠油油藏的注汽压力特超稠油、薄互层、深层稠油油藏的注汽压力高，约为高，约为22MPa-26MPa，目前的注汽工

7、艺目前的注汽工艺(最高工作最高工作压力压力21MPa)不能满足超临界压力不能满足超临界压力安全安全注汽的要求；注汽的要求； 2. 油层埋藏深、井筒热损失大，影响后备稠油资油层埋藏深、井筒热损失大，影响后备稠油资源的热采效果。源的热采效果。一、前一、前 言言u超临界注汽应用的意义后备资源热采难点湿蒸汽发生器主要参数对比湿蒸汽发生器主要参数对比 为了开发特超稠油、薄互层、深层稠油油藏，胜为了开发特超稠油、薄互层、深层稠油油藏，胜利油田已具有注汽压力为利油田已具有注汽压力为26MPa26MPa的超临界蒸汽发生器。的超临界蒸汽发生器。但常规的注汽配套工艺不能满足超临界注汽热采的要但常规的注汽配套工艺不

8、能满足超临界注汽热采的要求。求。蒸汽蒸汽一、前一、前 言言u超临界注汽应用的意义 通过研究，建立一套超临界注汽热力参数计算通过研究，建立一套超临界注汽热力参数计算数学模型，在此基础上，对超临界压力注汽参数进数学模型，在此基础上，对超临界压力注汽参数进行优化设计；通过对超临界注汽条件下的井下工具行优化设计；通过对超临界注汽条件下的井下工具进行优化设计，以形成进行优化设计，以形成超临界压力注汽工艺配套技超临界压力注汽工艺配套技术术，实现特超稠油、薄互层、深层稠油的注汽热采，实现特超稠油、薄互层、深层稠油的注汽热采，为胜利油田后备稠油储量的开发提供技术储备。为胜利油田后备稠油储量的开发提供技术储备。

9、 一、前一、前 言言u超临界注汽应用的意义一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律2022sin2)11.17mtmfugdpdWdzAp2211()mmmdhdWdgdzW dzA dz 2()()ecemekTTdd zf超临界注汽井筒流动与传热的精细描述didoLThTc中心线注汽管 绝热层水泥层地层接箍环形空间局 部 高 温 热 点温 度 T1表 面 积 A1长 度 l1Lxdido环 空 外 壁温 度 Tc表 面 积 A2Th二、超临界蒸汽热力参数

10、变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律超临界注汽井筒流动与传热的精细描述二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律超临界压力蒸汽参数变化规律超临界压力蒸汽参数变化规律超超临界压力注汽井筒温度变化规律临界压力注汽井筒温度变化规律 超过临界点后，超过临界点后，蒸汽的比容急剧上蒸汽的比容急剧上升，压力越低，比升，压力越低，比容越大；在超临界容越大；在超临界状态，井筒内蒸汽状态，井筒内蒸汽压力升高，焓下降，压力升高，焓下降，而温度既可能升高而温度既可能升高也可能降低也可能降低 。超临界压力蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律井口井口燃烧同样

11、燃油时不同压力下产生燃烧同样燃油时不同压力下产生的蒸汽质量倍数（压力的蒸汽质量倍数（压力17MPa17MPa、干度干度0.70.7蒸汽的热焓为蒸汽的热焓为1 1）井底蒸井底蒸汽比焓汽比焓 kJ/kgkJ/kg燃烧同样燃油时不同压力下产生燃烧同样燃油时不同压力下产生的蒸汽在井底的焓（蒸汽比焓的蒸汽在井底的焓（蒸汽比焓蒸汽质量）蒸汽质量）kJkJ压力压力 MPaMPa比焓比焓 kJ/kgkJ/kg2626182018201.261.2616921692213221322424185618561.241.2417251725213521352121220922091.041.042053205321

12、3521351717229422941 12132213221322132 超临界压力注汽时蒸汽的比焓低，在同样蒸汽量的情况下超临界压力注汽时蒸汽的比焓低，在同样蒸汽量的情况下注入油层的热焓低；但在燃烧同样燃油的情况下注入油层的热焓低；但在燃烧同样燃油的情况下,与亚临界压与亚临界压力蒸汽发生器发热量相同；而超临界压力蒸汽发生器的本体热力蒸汽发生器发热量相同；而超临界压力蒸汽发生器的本体热损失小于亚临界压力蒸汽发生器；因此损失小于亚临界压力蒸汽发生器；因此在锅炉发热量相同在锅炉发热量相同，超超临界压力比亚临界压力注入油层的热焓多临界压力比亚临界压力注入油层的热焓多。 不同状态下注汽的比焓、总焓对

13、比不同状态下注汽的比焓、总焓对比 超临界压力注汽热焓分析一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化温度下温度下降降温度温度上升上升温度先下降温度先下降后上升后上升0.00E+000.00E+001.00E+031.00E+032.00E+032.00E+033.00E+033.00E+030 01100110022002200井深（m）井深（m）蒸汽比焓(kJ/kg)蒸汽比焓(kJ/kg)T=374T=394T=414编制了超临界注汽参数优化软件三、超临界压力注汽参数

14、优化三、超临界压力注汽参数优化超临界注汽井筒参数变化规律 随着井口注汽压力的提高，井筒沿程压力梯度呈增加随着井口注汽压力的提高，井筒沿程压力梯度呈增加趋势。趋势。23MPa，380注汽时井底蒸汽焓值最大注汽时井底蒸汽焓值最大超临界注汽井筒参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化超临界注汽井筒参数变化规律随着压力升高，比容下降。随着压力升高，比容下降。三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化沿着井筒密度逐渐增大沿着井筒密度逐渐增大超临界注汽井筒参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化超临界注汽井筒参数变化规律沿着热损失逐渐增大沿着热损失

15、逐渐增大三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化 隔热油管接箍等注汽管柱热点对井筒热损失隔热油管接箍等注汽管柱热点对井筒热损失影响很大。影响很大。超临界注汽井筒参数变化规律一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识超临界压力注汽高真空隔热油管强度校核（超临界压力注汽高真空隔热油管强度校核（P110管材）管材）l超临界注汽井底的蒸汽压力为超临界注汽井底的蒸汽压力为l目前在用的隔热油管其抗外挤强度为目前在用的隔热油管其抗外挤强度为25MPa, 25MPa, 不

16、能满足要求不能满足要求lP110P110管材在此工况下的抗外挤强度为管材在此工况下的抗外挤强度为38.94MPa,38.94MPa,能满足机械能满足机械性能的要求。性能的要求。 超临界注汽隔热油管优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计超临界注汽隔热油管超临界注汽隔热油管0.04w/m.0.04w/m.生产厂家生产厂家日川崎公日川崎公司司TC-650TC-650日川崎公日川崎公司司TC-750TC-750美国贝克美国贝克公司公司美国贝克美国贝克公司公司美国贝克美国贝克公司公司导热系数导热系数W/m.W/m.0.0260.0260.0170.0170.0350.035

17、0.0260.0260.0170.017工作压力工作压力MPaMPa2525超临界注汽隔热油管优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计超临界注汽井下工具优化设计n注汽井口安全系数：注汽井口安全系数：n井口补偿器安全系数：井口补偿器安全系数：n井下补偿器内管安全系数：井下补偿器内管安全系数：n井下补偿器外管安全系数：井下补偿器外管安全系数：(1)(1)优选了管材，高温优选了管材，高温下强度提高了下强度提高了30%-50%30%-50%(2)(2)优选了密封材料优选了密封材料( (由柔性石墨由柔性石墨+ +改性聚改性聚四氟乙烯换为柔性石四氟乙烯换为柔性石墨墨+ + 紫铜

18、紫铜) )和密封结构和密封结构 超临界注汽配套工艺已全部设计完成，并完成了试超临界注汽配套工艺已全部设计完成，并完成了试制，超临界压力井口补偿器、封隔器等工艺已配合超临制，超临界压力井口补偿器、封隔器等工艺已配合超临界锅炉注汽界锅炉注汽2 2井次。井次。 四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计隔热油管悬挂丢手装置结构示意图隔热油管悬挂丢手装置结构示意图 隔热油管悬挂器结构示意图隔热油管悬挂器结构示意图四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计超临界注汽井下工具优化设计人工井底人工井底补偿器补偿器高真空隔热管高真空隔热管封隔器封隔器补偿器补偿器高真空隔热管

19、高真空隔热管插入密封插入密封热敏封隔器热敏封隔器高真空隔高真空隔热管热管油管油管深层稠油超临界压力注汽工艺管柱设计深层稠油超临界压力注汽工艺管柱设计 四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识五、现场应用情况五、现场应用情况额定蒸发量额定蒸发量 额定蒸汽压力额定蒸汽压力 额定蒸汽温度额定蒸汽温度 395额定热效率额定热效率 88%负荷调节负荷调节 70-100%排烟温度排烟温度 250 炉体表面温度炉体表面温度 平均温度平均温度 80 控制方式控制方式 PLC

20、+触摸屏触摸屏安装方式安装方式 拖车式（液压升降）拖车式（液压升降）射孔井段射孔井段1166.8-1171.8m1173.9-1175.3m 厚度厚度5.0m1.4m原油粘度原油粘度21505mPa.s防砂方式防砂方式绕丝筛管绕丝筛管井段，井段，m m孔隙度，孔隙度，渗透率，渗透率，1010-3-3mm2 21166.8-1167.91166.8-1167.936.9136.91270427041167.9-1168.91167.9-1168.936.736.7192219221168.9-1169.91168.9-1169.935.5235.52116111611169.9-1170.911

21、69.9-1170.935.3335.336086081170.91170.91171.81171.833.3833.38165.2165.21173.9-1175.31173.9-1175.334.6534.65320320 储层纵向上非均质性较强，渗透率差异较大，储储层纵向上非均质性较强，渗透率差异较大，储层较好的井段只有层较好的井段只有3m3m，导致注汽压力高。，导致注汽压力高。草草104-104-斜斜3131井注汽情况井注汽情况五、现场应用情况五、现场应用情况注汽管柱示意图注汽管柱示意图177.8mm177.8mm套管套管喇叭口喇叭口 1120.0m人工井底人工井底1211.0m油管短

22、节油管短节井下补偿器井下补偿器 1020.0m热敏封隔器热敏封隔器11462mm高真空隔热管高真空隔热管防砂鱼顶防砂鱼顶1127.41m1166.8m1175.3m油层井段油层井段厚度厚度m/2m/2层层防砂方式防砂方式: :绕丝筛管绕丝筛管设计注汽量设计注汽量:1200t:1200t设计注汽速度设计注汽速度:6:610t/h10t/h注汽设备：超临界压力锅炉注汽设备：超临界压力锅炉五、现场应用情况五、现场应用情况日期日期注汽时间注汽时间 注汽压力注汽压力 注汽温度注汽温度 注汽速度注汽速度日注日注累注累注备注备注hMPat/htt8.122.319.5366921218.1320.521.7

23、3749185206水处理故障水处理故障8.144243888.3332398.1721.522.437991944338.182222.538092036368.192423.23829216852汽窜停注汽窜停注 注汽参数达到超临界压力状态（注汽参数达到超临界压力状态（注汽压力大于注汽压力大于22MPa22MPa、注汽温度大于注汽温度大于374374）。该井成功注汽表明，）。该井成功注汽表明，注汽锅炉及注注汽锅炉及注汽井口、井口补偿器等超临界压力注汽配套工具安全可靠。汽井口、井口补偿器等超临界压力注汽配套工具安全可靠。草草104-斜斜31注汽参数注汽参数五、现场应用情况五、现场应用情况u8 8月月11112525日注汽，注汽量日注汽，注汽量1400t1400t；u注汽压力，注汽温度注汽压力，注汽温度2222日日380380388388；u9 9月月1 1日投产，平均日液，日油日投产，平均日液，日油3 34t4t，含水，含水55%55%；u超临界注汽前，水力喷射泵生产，日液超临界注汽前，水力喷射泵生产，日液2 2