稠油热采技术

1、稠油热采技术刖言本课题来源稠油开采困难的问题，在油田的石油开采中，稠油具有特殊的高 粘度和高凝固点特性，在开发和应用的各个方面都遇到一些技术难题。针对稠油粘 度大等特征和各油藏的构造可采取不同的采油工艺。目前国内外对稠油和高凝油开 采一般均采用热采方式，项目名称是热力采油法在油田中的应用与研究。稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、丛式定向井以及水平井、火 烧油层以及与稠油热采配套的其它工艺技术等。火烧油层的难点是实施工艺难度 大，不易控制地下燃烧，同时高压注入大量空气的成本又十分昂贵。而化学降粘法 加入的化学药剂在某种程度上造成地层严重污染。考虑到蒸汽吞吐是我国目前主要 的热采技术，本文

2、主要针对裂缝性稠油油藏蒸汽吞吐开采进行研究。以克拉玛依九 区石炭系裂缝性稠油油藏为研究对象，研究蒸汽吞吐开发效果，分析影响蒸汽吞吐 开发效果的因素；对先导试验区开发方案技术进行经济评价，优选开发试验方案。稠油热采技术1概论稠油亦称重质原油或高粘度原油（英文名为heavy oil），并不是一个严格 的范畴。按粘度分类，把在油层温度下粘度高于100mps，已，的脱气原油称为稠 油。据估计世界常规石油的总资源量为3000亿吨，此外还有稠油、油砂及油页岩 等非常规石油资源，它们的储量折合为石油估计有八九千吨之多，这些将成为21 世纪石油的重要来源。据有关资料报道，我国稠油的储量在世界上居第七位，迄今

3、已发现有9个大中型含油盆地和数量众多的稠油油藏区块。世界各国在石油工业的 发展过程中，都是先开采较易开采的、较轻的原油。国外石油储量大的国家，因其 资源丰富且开采稠油成本高、风险大，尚未将开采稠油列入议事日程。一旦打出稠 油井，除部分为满足工业生产进行开采外，一般是采用封井的办法，暂时搁置，不 进行开采。随着较轻原油资源的逐渐减少，不得不开始开采一些较难开采的重质 油，因此在世界石油产量中重质油的份额正在逐渐增大。近年来，我国也加速了稠 油的开发，目前稠油的产量已经占全国石油年产量的十分之一左右。在油田的石油开采中，稠油具有特殊的高粘度和高凝固点特性，在开发和应 用的各个方面都遇到一些技术难题

4、。就开采技术而言，胶质、沥青质和长链石蜡造 成原油在储层和井筒中的流动性变差，要求实施高投入的三次采油工艺方法。高 粘、高凝稠油的输送必须采用更大功率的泵送设备，并且为了达到合理的泵送排 量，要求对输送系统进行加热处理或者对原油进行稀释处理。就炼化技术而言，重 油中的重金属会迅速降低催化剂的效果，并且为了将稠油转化为燃料油，还需要加 入氢，从而导致炼化成本大大增加，渣油量大，硫、氮、金属、酸等难处理组份含 量高，也是炼油厂不愿多炼稠油的原因。可见，稠油的特殊性质决定了稠油的采、 输、炼必然是围绕稠油的降粘降凝改性或改质处理进行的。针对稠油粘度大等特征和各油藏的构造可采取不同的采油工艺。稠油油藏

5、水 驱开采技术主要包括机械降粘、井筒加热、稀释降粘、化学降粘、微生物单井吞 吐、抽稠工艺配套等：稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、丛式定向井 以及水平井、火烧油层以及与稠油热采配套的其它工艺技术等。火烧油层的难点是 实施工艺难度大，不易控制地下燃烧，同时高压注入大量空气的成本又十分昂贵。 而化学降粘法加入的化学药剂在某种程度上造成地层严重污染。目前国内外对稠油 和高凝油开采一般均采用热采方式，电加热技术是在空心抽油杆中穿一根电缆，电 缆的一端与空心抽油杆的底端相连，在由电缆、空心抽油杆构成的回路上施加交流 电，通过被加热的空心抽油杆对稠油或高凝油的热传导实现加热降粘。与其他技术 相比，

6、具有较高的效率，而且该工艺方法作业比较简单，费用较低，采油比较经 济。因此具有明显的优越性，在我国的许多油田得到广泛应用。2稠油组成及性质油井生产过程中所产生的沉淀物（结蜡块）常为固态或半固态，颜色呈黑褐 色或深褐色，成份以石蜡为主，同时胶质与沥青质以及钻井液所携带的沙粒等掺杂 其中。这些沉淀物使得原油粘度很高，高含蜡原油的流变特性随温度变化较大，在 不同温度下表现出不同的流变特性。当油温高于原油析蜡点时，蜡晶基本上全部溶 解于原油中，溶解的石蜡可以认为是一种石蜡和石油溶剂分子间具有相互作用的均 匀介质，其粘度是油温的单值函数，表现为牛顿流体的特性。在油温由析蜡点降至 异常点的过程中，蜡晶不断

7、析出，体系的分散颗粒浓度随之增加，并形成很细的细 分散体系，粘度特性基本上仍表现为牛顿流体。当油温低于异常点时，原油中析出的蜡使体系内部的物理结构（如颗粒取 向、形状和排列）发生了质的变化。原油粘度不再是温度的单值函数，而与剪切速 率也有关系，表现为假塑性流体特性，并且伴随有触变性。当油温降至失流点或凝 固点以下时，蜡晶析出量大大增加，体系中分散颗粒的浓度也相应增大，颗粒开始 相互连接成网，体系中的连续相和分散相彼此逐渐转相，此时的原油具有触变、屈 服一一假塑性流体特性。3稠油的温度高凝高含蜡稠油中蜡晶的形成和聚结直接受温度的影响。当稠油温度高于析 蜡温度时，一方面，油中的蜡晶颗粒会部分或全部

8、溶解；另一方面，沥青胶质将高 度分散，减小了结蜡凝固的可能性。随着稠油体系的冷却，蜡晶将按分子量的高低 依次不断析出、聚结、长大，使油凝固，同时沥青胶质也依次均匀的吸附在已析出 的蜡晶上或共晶长大，加剧了稠油的凝固。稠油的温度越低，其粘度越高，越不利 于开采。油井生产时油流从井底向井口的流动过程中，温度是逐渐降低的。温度降低 的因素主要有两个：一个与地温梯度有关，即油流上升过程中由于地层温度是逐渐 降低的，因而油流通过油管和套管不断把热量传给地层，使油流体本身温度降低。 另一个因素与稠油中气体析出有关。当气体从稠油中分离出来时，体积膨胀，流速 增加，因而需要吸收一部分热量，使稠油本身温度降低。

9、4稠油开采的难度对应用广泛的有杆抽油井而言，在开采稠油时，由于粘度过高，含蜡量大， 使得油管的油流通道减小，抽油杆柱的上、下行阻力增加，下冲程时易出现驴头 “打架”现象，上冲程时驴头负荷增加，严重时会使抽油杆卡死在油管中，甚至造 成抽油杆断裂的井下事故。此外，对于油层温度较低的井，在抽油泵固定阀、固定 阀罩及其以下部位由于压力低，在生产过程中也容易形成堵井，而要被迫进行修 井。对于电潜泵生产井而言，由于电潜泵井排量大，吸入口处压力低，当油层温 度较低时，此处容易结蜡并造成叶导轮流道堵塞，钻井液阻力增加，使泵的排量下 降，同时会使电机负荷增加，严重的可造成电机经常停机，使电泵机组不能正常运 转。

10、总之，稠油的开采过程中有很多的困难，由于稠油的性质造成开采中的井下 事故及其费用，会使采油成本大幅度上升。因此，稠油降粘开采方法的研究对于减 小井下事故的发生及降低稠油开采成本具有重要意义。一般性热力采油分为哪几种方法1热力采油的优点热力采油之所以能居于EOR中的特殊地位，是由于它具有以下优点。（1）使用的工作介质是到处都可以取得的水和空气。该类方法的应用范围不受制备大试剂技术条件的限制。（2）在各种不同的油田地质埋藏条件下，热采方法通常都可得到较高的原油采收率。（3）热采方其它EOR方法比较，经济效益最优。美国能源部的一份关于EOR 可行性报告中指出，热采费用指数最低，净附加采收率最高。（4

11、）常规的热采方法（注蒸汽和火烧油层）是以消耗部分能源（燃料油和电 能）为代价，开采更多原由的能量密集型工艺技术。各种各样的节能技术，如热电 联产，原煤的地下煤气化，劣质煤的流化床燃烧技术等相继运用于热采工艺，能降 低热采成本，使之更具吸引力。2注蒸汽和火烧油层注蒸汽（包括蒸汽吞吐和整齐驱）和火烧油层组成热采的两大工艺。都是工 业化的采油方法，表一是根据国外矿场实验结果确定的热采使用范围。表一 热采方法的使用范围参数注蒸汽火烧油层地层原由粘度/ （mPas）3010原油密度/ （gcm3）1. 0000. 8021. 000空隙度/ （%）2020平均残余油饱和度/ （%）4040油层压力/MP

12、a）10. 01. 00. 10表一给出的标准并不是绝对严格的，因为得出这些标准所依据的是单独采用 蒸汽或空气时的资料。然而随着注蒸汽燃汽混合物等新工艺的发展，利用热采的范 围会大大地扩展，此时热采法将能够采出埋藏在任何深度的烃类原料。注蒸汽和火烧油层不不是可相互替代的，对他们作些分析比较是必要的。（1）能量利用效率 火烧油层明显比连续注蒸汽（即蒸汽驱）好，这是由于 燃烧释放的热能直接流向邻近的驱油区，限制了能量向上下盖层的损失；连续注蒸 汽不仅有向上下盖层的导热损失，而且在进入油层之前，还有一定数量的能量损耗 在地面和井筒的输汽过程中，因此试验用低廉的燃烧设备是增加注蒸汽竞争能力的 发展方向

13、之一。（2）现场实施方面 注蒸汽比火烧油层更有灵活性。人们已很好的掌握了工 业性注蒸汽技术，少数没有解决好的问题正在逐步得到解决。火烧油层的现场实施 比较困难，其中点火，燃烧面推进的控制，腐蚀和乳化等问题，推迟了他的发展速 度。火烧油层风险教大，迄今还只在有限的油田使用。（3）经济分析 技术费用和附加采收率的高低可以衡量哪一中可采工艺更可 取。技术费用包括一般性开支和特殊性开支。一般性开支主要是钻井和完井、注采 设备、地面装置、施工和维修费。特殊性开支是指与所用工艺法所用的费用，主要 包括蒸汽发生器、压缩机和泵等设备所耗的能源及投资。详细的计算比较表明，蒸 汽驱的技术费用指数和附加采收率分别为5085和25%45%，而火烧油层分别为 70125和28%39%，如果对公认可接受的效率指数而言，蒸汽驱为采出油量与注 入气量比，即0SR0.15 m3/t；火烧油层为注入空气量与采出油量比，即 A0R3500N m3/ m3，两者的技术费用相当。由于蒸汽有比火烧油层特殊的优点，前者增产有油量又远比后者多，只有对 薄油层和深油层，火烧才必蒸汽更有利