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1、哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）摘 要本文详细阐述了国内外稠油资源的分布特征，以及采收率状况，对国内外各油田总结了横向对比，总结了国内外稠油开采的发展状况以及发展稠油开采技术的意义。详细的介绍了稠油的各种开采方法及其优缺点，并介绍了稠油开采各项技术所需要的基本设备。此外，本文中有对稠油热采井下隔热管柱的结构的研究成果，并在理论上详细分析了隔热油管的隔热机理。最后对稠油分层采油中的各项技术逐一详尽的进行了对比介绍，总结了稠油分层开采的技术特点、技术现状以及未来的发展趋势。关键词： 稠油热采；隔热管柱；分层采油；出砂冷采；Abstract. This paper expounds the di

2、stribution characteristic of heavy oil resources at home and abroad, as well as the recovery situation, summarizes the transverse comparison of domestic and foreign various oilfield, summarizes the development situation of heavy oil exploitation at home and abroad and the development of the meaning

3、of the thick oil mining technology. Detailed introduces the various mining methods and their advantages and disadvantages of heavy oil, and introduces the thick oil mining technical basic equipment you need. In addition, this article has a structure of thermal recovery of heavy oil underground heat

4、insulation pipe string of results, and theoretically analyzes the mechanism of heat insulation oil pipe insulation. Finally the various technique in layered oil recovery of heavy oil are detailed compares the introduction, summarizes the technical characteristics, thick oil layer mining technology p

5、resent situation and future development trend.Key words： The heavy oil thermal recovery; Thermal insulation pipe string; Layered production; Cold sand mining;1哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）目 录摘要 .1前言 .4第 1 章 国内外稠油资源及主要特征 .51.1稠油的定义、特性及分类标准 .51.2稠油开采的方法 .61.3稠油油藏地质特征 .81.4稠油油藏采收率状况分析与评价 .91.5稠油国内外发展情况 .9第 2 章 稠油

6、开采方式及其设备 .112.1常规开采 .112.2稠油出砂冷采 .122.2.1出砂冷采技术发展情况2.2.2出砂冷采主要配套工艺技术2.2.3出砂冷采采砂特征2.3稠油热采 .132.3.1稠油热采的开发方式及优缺点 .2.5完井技术 .2.5.1沉砂口袋 .2.5.2完井方式 .2.5.3射孔方式 .2.5.4射孔压力 .2.5.5射孔井段 .第 3章 隔热油管的结构和原理 .1错误！未定义书签。3.1隔热油管的结构 .183.2隔热油管的隔热机理 .18第 4章 稠油分层采油 .204.1分层采油 .202哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）4.2分层注水 .214.2.1分层注水的方

7、法 .224.2.2分层测试 .224.2.3分层吸水能力及测试方法 .224.3分层采油技术 .234.4分层采油的意义 .23结 论 .25参考文献 .26致 谢 .273哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）4哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）前 言稠油在我国的石油资源中所占比例较大，其开采技术一直是石油界探索的问题。热采是开采稠油的重要手段，隔热油管的隔热性能直接影响着热采的开发效果。随着油田开发的不断进行，运用热采技术、蒸汽驱技术等，来提高稠油热采的效果。而这些新技术对井筒隔热工艺提出了更高的要求，因此，必须提高隔热油管的隔热性能，减少注汽热损失。常规的注汽管柱是由隔热管、伸缩管、耐

8、高温封隔器组成 , 其中伸缩管是采用内外双层管同心结构 , 注汽时内管在外管中自由伸缩。在注汽时伸缩管中心管处于裸露状态 , 且无任何的隔热措施 , 这使伸缩管的热损失占整个井筒热损的 30%以上 , 严重影响了注汽效果。隔热油管蒸汽、地下开采稠油说明工具之一、孤立油管说明蒸气有更多的机会来改善抵达油层 ,稠油利用程度,这使得她们能够防止生产油井大火的污染物,套管和水泥、 歪曲特制的使用寿命。 随着轮次稠油剥削移民、 减少 饱和度 燃料取暖和基础 ,压力下降 ,越来越少的产量降低蒸气、石油开采技术的吞吐稠油原产地 高轮 监测普遍准入在运行阶段、无效或无效吞吐油藏中。因此 ,寻求新的稠油研制、生

9、产、新 高轮 吞吐稠油石油矿床后一个紧迫问题。稠油蒸汽开发改善获得驱虫蚊帐 ,他们可以有效稠油 高轮 石油矿床的开采阶段会议稠油缉捕、改善产出突出效果。本文设计了一种新型伸缩管，将伸缩管中心管裸露的部分经行了适当的减少，从而减少了井筒热损失。此外，还在中心管与密封盒连接上进行了设计，将中心管安放在密封盒内，伸缩管依靠密封盒与油管接箍连接。为了使中心管与密封盒不脱离，在中心管的适当部位焊接了一个挡环，通过压块与密封盒自身形成的一段空间，来控制中心管的伸缩量和防治二者脱离的目的。因为中心管与密封盒之间存在很小的缝隙，而密封效果又影响伸缩管的寿命，为了增强密封效果、增加伸缩管的寿命，使用了 12 个

10、密封件进行密封。5哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）第 1章 稠油资源1.1稠油的定义、特性及分类标准稠油一般是指粘度高、密度大、胶质和沥青质的含量比较高的重质原油，即高粘度重质原油，一般来说含蜡量较少，所以原油粘度比较高，流动阻力比较大，开采难度也比较大。稠油是石油烃类能源中的非常重要的组成部分，其特点如下：（1）稠油中的胶质与沥青含量比较高，轻质的馏分很少。并且随着胶质和沥青的含量增高，稠油的相对密度和粘度也会相应的增加。（2）稠油的粘度对于温度特别敏感，随着温度的增加，粘度急剧下降。且原油粘度越大，这种变化越明显。（3）稠油中硫、氧、氮等杂原子较多。（4）稠油中石蜡含量一般较低，但也有

11、极少数油田是“双高油田” ，即沥青质含量高、石蜡含量也高，表征为高粘度高凝点原油。（5）同一稠油油藏，原油性质在垂向油层的不同井段及平面上各井之间常常有很大的差别。见表 1-1 ：表 1-1各个国家油藏参照表杂原子含量（ %）胶质沥青（ %）国家油田相对密度SON胶质沥青辽河高升0.94-0.960.550.7242.53.3中国新疆风城0.96560.310.5156.75.7Athabasca1.0154.610.523.418加拿大Cold Lake0.9944.51.50.428.315Peace1.0265.91.60.530.519.5RiverJobo1.0230.625.48.

12、6委内瑞拉Laguna0.9893.70.57.3美国Tar Sand0.924.41.10.4626Triangle马达加斯加Remolanga0.990.51.20.733166哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）稠油自上个世纪 60 年代开始工业化生产，在短短的 40 多年时间内，稠油开采业发展较快。就目前稠油开采技术而言，稠油开采可分为“热采”和“冷采”两大类。热力采油一般都是通过降低原油的粘度来减小原油的流动阻力。当今使用的热采工艺可根据热量产生的地点分为两类：一类是把热流体从地面通过井筒注入油层，如蒸汽吞吐、蒸汽驱；另一类是热量在油层产生，如火烧油层法。油层加热可以显著降低原油粘度

13、，减少油水流度比，提高宏观波及系数，改善微观驱油效率，从而大幅提高采油效率，是目前应用最广泛的采油工艺。热力开采稠油工艺又可分为多种，例如：蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层等等。但从现场实践效果来看，应用范围最广而且行之有效的热力采油工艺是蒸汽吞吐和蒸汽驱，但在蒸汽开采的过程中也存在有一些的缺点。例如，对于蒸汽吞吐开采，伴随着多轮次吞吐周期的开发，以下两方面的矛盾日益突出：注汽开采周期油汽比低，经济效益差；原油粘度大，井筒举升困难。这都影响注蒸汽开发的经济性，制约了对稠油油藏的进一步开发。对于蒸汽驱，伴随着蒸汽驱的进行，部分井产生严重的气窜现象。现场实验表明热采中加入降粘剂能获得更好得开采效

14、果。稠油“冷采”是相对“热采”而言的，即在稠油油藏开发过程中，不是通过升温方式降低油品的粘度，提高油品的流动性能，而是通过其它不涉及升温的方法 ( 如加入适当的化学剂 ) ，利用油藏的特性，采取适当的工艺达到降粘开采的目的。国内稠油开采方法主要有掺活性水降粘、掺油降粘、热水循环降粘、电热降粘、火烧油层、热水驱、蒸汽吞吐及蒸汽驱等。降低驱替相和被驱替相的流度比以及界面张力是提高原油采收率的重要途径。热力采油是从降低原油黏度的角度来相对降低流度比的，对蒸汽驱后的油层而言，结合现场蒸汽驱后热水驱的实际情况，适当提高驱替液的黏度，降低流度比以及扩大波及体积，可将蒸汽指进所没有驱替出来的原油驱出；同时降

15、低驱替相和被驱替相间的界面张力，这也利于将原油从岩石表面剥离下来。注聚合物驱油是目前提高采收率技术的主要方法之一，近年来在国内外受到普遍重视，在一些油田应用后，取得较好的经济效益。我国的稠油储量丰富，稠油年产量约占原油总产量的 10，根据中国第二次全国资源评价资料，稠油资源量约有 198.7 108t 。但在地层温度条件下，稠油的粘度过高，很难流动，用常规的采油方法很难采出。因为粘度较大，所以其开采方法与普通原油的开采方法不同，这是由稠油的特点决定的。稠油的粘度过高，和水的流度比过高，使用常规的原油开采方法来开采稠油效果微乎其微。1976 年 6 月在加拿大召开的第一届“国际重油及沥青砂”学术

16、会议上，讨论了重油的相关定义以及其分类的标准。重油是在原始油藏温度下的脱气原油粘度在 100MPas1000MPas 或者在 15.6 o C及标准大气压下的密度为934kg/m37哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）1000kg/m3 的原油。表 1-1 是联合国培训研究署 （UNITAR）推荐的重油的分类标准。表 1-1 UNITAR 推荐的重油及沥青的分类标准第一指标第二指标名称粘度密度（ 60oF）API 重度（ 60oF）MPaskg/m3oAPI重油10010000934100020 10沥青 10000100010我国的稠油在物理性质上与国外有着明显的不同，主要区别是：相同密度的

17、稠油，我国稠油的粘度相对比较高。根据我国稠油的物理特点，分类分别为普通稠油、特稠油和超稠油，表 1-2 是我国石油行业关于稠油分类的试行标准。表 1-2 中国石油行业稠油分类试行标准稠油分类主要指标辅助指标名称类别粘度， MPa s相对密度， 20oC，g/cm350（或者 100） 10000 0.9200普通稠油亚类 -1 50150 0.9200 -2 150 10000 0.9200特稠油1000050000 0.9500超稠油（天然沥 50000 0.9800青）1.2稠油开采的方法第一种方法是 HDCS技术。,经济政策的明确的参数 ,是有效的预通过优化采矿技术说明算分配的数量制剂、

18、二氧化碳和蒸汽消毒、质量、沥青松紧带,特派团的结构 ,以瓦体沥青厂、权力分散的群体提供高质量的原油的分散体系“持续下去。第二种方法是冷采技术。将原油和砂一起采出采用的是螺杆泵，为获得较高的原油产量让油层大量出砂，形成稳定的泡沫油。提高油层渗透率可在地层中组成“蚯蚓洞”，为油层提供了内部驱动能量的是由泡沫油组成的。此种技术具有较广泛的适用性相对于地层原油中含有溶解气的各类疏松砂岩稠油油藏。第三种方法是添加降黏剂技术。在孔隙介质中，乳化液的流动过程是一个复杂的随机形成过程，降低界面张力，若改善稠油油藏开发效果，就必须要提高毛细管数。降黏剂是表面活性物质，降粘剂在井下与原油相混合后产生乳化或分散作用

19、，以小油珠的形式分散在原油水溶液中，混合出相比而言稳定的水包油型乳8哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）状液体系。在流动过程中将原油之间的内摩擦力转化为水之间的内摩擦力，所以流动阻力将会大幅度降低，从而达到降黏开采的目的。第四种方法是电加热。开采稠油、超稠油运用的是电热采油工艺，在技术上来说是可行的。但这种技术的可行性必须要求原油价格高或者电力成本低的基础上来说的。第五种方法是地下燃烧。我们平时讲的火烧油层就是地下燃烧。可以流动的原油，通过加热到生产井从而提供流路，然后进行油藏点火和注空气，综合应用蒸汽燃烧法，可以得到一个更大的经济效益，没有稳定的蒸汽注入经济储液罐。第六种方法是 SAGD技术

20、。蒸汽辅助重力泄油（ SAGD）技术是一种超重型尖端技术的发展，这一过程的主要机制是传热和流体的对流相结合。蒸汽作为热源，蒸汽喷射和依靠加热以实现重力排水重油回收的作用油和水之间的密度差。用直井 +水平井技术相结合，以提高显著以及生产周期。该技术重型，超稠油开采技术开辟了接管新的领域。第七种方法 是掺稀油开采。这种技术的优点是不会伤害油层。不同于通过掺活性水降黏开采，掺活性水降黏开采需要去联合站去脱水，最后还需要解决脱下的水的出路问题，这样大大的增加了原油生产的成本 ; 有些区块附近并没有稀油源，掺稀油也是一种较为麻烦的方法。这种技术的可行性与合理性决定于当前原油的价格。第八种方法 是微生物驱

21、油。由细菌在油藏的环境中进行繁殖，通过细菌的生长和新陈代谢对原油产生降解的作用，生成的固 - 液界面性质、渗流特性 , 来改变原油的物理和化学特性，从而增加洗油的效率。微生物可以降低原油高碳链烃的含量以及他的浓度。第九种方法 是地热辅助采油技术。统计 C 地油田的 3400 井点地层温度数据。通过研究统计结果发现，地层打的温度和该油层埋深成正比例关系，油层埋藏的越深，地层温度就越高。通过使用广义上丰富的地热资源，包括深层的高温的热流体（油，气，水和它们的混合物），把热量带进浅油层，降低原油的粘度，提高原油的流动能力。为了减少热损失，最好不要进行油、气、水的分离，并且直接注入目的地油层而不经过地

22、表。我国胜利油田在注水开发和稠油热采上的工艺技术非常的成熟，并且具有非常丰富的实战经验，为我国利用地热资源进行热水采油技术提供了不可或缺的实践基础。1.3稠油油藏地质特征稠油油藏相对于稀油油藏而言，具有以下特点：一、油藏大多埋藏较浅我国稠油油藏一般集中分布于各含油气盆地的边缘斜坡地带以及边缘潜伏隆起倾没带，也分布于盆地内部长期发育断裂带隆起上部的地堑。油藏埋藏深度9哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）一般小于 1800m，埋藏浅的有的可出露地表，有的则可离地表几十米至近百米。但井深 30004500m也有稠油油藏，为数较少。二、储集层胶结疏松、物性较好稠油油藏储集层多为粗碎屑岩，我国稠油油藏有

23、的为砂砾岩，多数为砂岩，其沉积类型一般为河流相或河流三角洲相，储层胶结疏松，成岩作用低，固结性能差，因而，生产中油井易出砂。稠油油藏储集层物性较好，具有孔隙度高、渗透率高的特点。孔隙度一般为 25 30，空气渗透率一般高于 0.5 2.0 平方微米 。三、稠油组分中胶质、沥青质的含量高，轻质馏分的含量低稠油与轻质油在组成部分上的差别在于稠油中胶质、沥青质含量高，油质含量小。稠油中胶质、沥青质含量一般大于 30 50，烷烃、芳烃含量则小于 6050。四、稠油中含蜡量少、凝固点低原油凝固点的大小主要取决于含蜡量的多少，也与原油中重质组分含量有关。含蜡量高，则凝固点也高。稠油含蜡量一般小于10，其凝

24、固点一般低于20。我国部分稠油油田含蜡量小于5.0 ，凝固点大多在0以下。如克拉玛依油田稠油含蜡量为1.4 4.8 ，原油凝固点为 16 23。孤岛油田稠油含蜡量为5 7，凝固点为 10 26。五、原油含气量少、饱和压力低稠油油藏在它形成的过程中，由于生物降解带来的破坏作用，天然气及一部分轻质成分的散失，使原油中轻质馏分含量降低，含气量降低，摄氏200 度馏分一般会小于 10%，原始汽油比一般会小于3，而有些则小于3，造成油藏10m/t5m/t饱和压力较低，天然能量比较小。1.4稠油油藏采收率状况分析与评价（表格形式）依据中国对稠油的分类标准，结合分析中石化公司的热采稠油油藏的实际情况，以边底

25、水的活跃程度作为标准， 我们将热采稠油划分成 “活跃边底水” 和“弱、无边底水”两种油藏，同时根据原油的粘度，每种油藏类型又进一步的划分成普通、特、超、特超稠油三种亚类，他们对应的原油粘度大致为8010000mPa?s、1000050000mPa?s 和 50000mPa?s 以上。目前中石化稠油热采运用活跃边底水和弱、无边底水油藏的储量相差并不大，分别为 46.6%和 53.4%。活跃边底水油藏主要以特稠油为主，开发单元21 个，动用地质储量有1.33108t ，共占总动用地质储量的 31.8%，年产油量有 50104t ，采出程度 15.3%，综合含水 88.8%。10哈尔滨石油学院本科生

26、毕业设计（论文）弱、无边底水油藏特稠油则以普通稠油为主，开发单元 34 个动用地址储量 1.43108t ，共占总地质储量的 34.4%，年产油能达到 185104t ，采出程度为 10.7%，综合含水为 82.4%。总的说来，边底水越活跃，则标定的采收率会越低，随着原油粘度的增加，标定采收率也会随之下降。1.5稠油国内外发展状况稠油自上个世纪 60 年代开始工业化生产，在短短的 40 多年时间内，稠油开采业发展较快。稠油在全球能源市场上占有很重要的地位。提高采收率的方法，如蒸汽吞吐、 SAGD、冷采和水平井技术提高了开发效果。随着稠油开采技术的发展和油藏管理技术的改进稠油的开采成本在持续降低

27、。目前国际市场的高油价提供了加速稠油开采和利用。由于稠油的黏度高，难流动，故不能用常规的方法开采，但稠油的黏度对温度十分敏感，只要温度升高到8-10 时，其黏度就降低倍，故以高压饱和蒸汽注入油层，先吞后吐进行热采，就能达到良好效果，其采收率可达到 40%-60%的水平。我国上世纪 80 年代就着眼对稠油的研究和开发，按稠油油藏的特点，其开采方式也各有所异，但总是沿着降黏和使分子变小、变轻的方向发展努力着。目前，提高采收率最成功的开采方法分两大类：一是注入流体热采或驱替型方法，如热水驱、蒸汽吞吐、蒸汽驱、火驱等；另一类是增产型开采方式，包括水平井、复合分支井、水力压裂、电加热、化学降黏等，这两类

28、技术的结合使用，已成为当今稠油开发的主要手段。其中，胜利油田采用热采、注蒸汽、电加温、化学降黏（注聚合物驱）等技术；辽河油田研发的中深层热采稠油技术；大港油田研发的化学辅助吞吐技术；新疆油田研发的浅层稠油面积驱技术；河南油田研发的稠油热采技术等，都处于国际领先水平。特别是河南油田原油的粘度特高（普通稠油为 10000mPa?s，特稠油为 10000-50000mPa?s 超稠油为 50000mPa?s 以上），热采需要的参数很大，需要注气的压力为 7.5MPa，注气速度为 100t/d ，蒸汽干度为75%，蒸汽温度为 290，油层深度为 300m，放喷时地层温度为 140，压力为5.5MPa，

29、优选好合理参数，是有效开发稠油的关键。近年来，我国第三大油田辽河油田依靠科技进步，攻克一道道稠油开采技术和工艺难关，使油田至今保持稳产状态。专家们认为，这些稠油开采技术已居世界领先水平。辽河油田位于渤海湾畔的辽河盆地，地跨辽宁省和内蒙古自治区 13 个市（地）、 34 个县（旗），石油总资源量 34 亿吨，现已探明储量 19.46 亿吨，年石油开采量稳定在 1300 万吨，仅次于大庆油田和胜利油田。据报导，目前常规石油和天然气各有0.8 1.01012 原油当量桶的剩余储量，而稠油的地质储量约为 6.3 1012 bbl ，即大约 11012 m 3 ，巨大的资源量决定了稠油将可能成为21 世

30、纪的主要能源。表 1-6 列出了主要稠油生产国的稠油资源量（不含中东地区）。表 1-6 世界主要稠油生产国稠油及沥青资源国 家探明地质储量 ， 108 m3资源量，108 m 311哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）稠油沥青稠油沥青美 国165.435.6（ 165.4 ）92.4加拿大5.65281411.254001委内瑞拉432.44-1905-前苏联412111352146.3中 国133180注 1：稠油是指 API 重度小于20、粘度低于 10000mPa s 的原油；沥青是指 API重度小于 10、油藏条件下粘度大于10000mPa s 的原油。注 2：委内瑞拉稠油资源包括稠油

31、和沥青两部分。苏联地区勘探程度低，统计不完全。美国稠油资源量缺统计数据，计算资源总量时以已探明地质储量代替。12哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）第 2 章稠油热采的开发方式及专用设备2.1常规开采2.2 出砂冷采（换个文献）稠油的出砂冷采是近几年来在加拿大兴起的一种新型的稠油开采的技术。在 20世纪 60-70年代，加拿大Husky 公司在稀松砂岩稠油油藏中采用了“不防砂常规开采”技术，然而这种开采方式便是现在的“出砂冷采”。在80 年代后期，加拿大的一些小规模石油公司进行了了出砂冷采的探索性矿场实验，得到了非常好的效果。 90 年代初，“出砂冷采”这一概念被正式提出。90 年代中期，该技

32、术已经成为热点，除了众多小的石油公司外，一些大型石油公司也都纷纷开始涉足这一领域的相关技术。. 出砂冷采技术发展情况1996 年，加拿大已有20 多家石油公司采用这项开采技术，稠油出砂冷采井超过 6000 口井 ; 单井日产油一般 3 一 50 t ，采收率 8% -r 15% ，最高达 20%;原油操作费用仅 3.0 一 4.6US$加 b1，开采成本大大低于蒸汽吞吐等原有开采方式。 Husky石油公司 1998 年有出砂冷采井1100 多口，出砂冷采产量占稠油总产量的60%以上 Texco 石油公司所开展的水平井出砂冷采也取得良好效果。2. 出砂冷采获得成功的主要经验及作法加拿大稠油出砂冷

33、采技术实际应用于埋深300 一 800m、脱气原油粘度为500 -160000mPa.s 的疏松砂岩稠油油藏。国外稠油出砂冷采技术实践表明，高渗透蛆躬 洞网络和泡沫油的形成是稠油出砂冷采获得成功的先决条件; 最适用的油藏条件是油层胶结疏松、埋藏深度400 一 SOOm、油层厚度大于lOm、脱气原油粘度 2000 一 SOOOOmPa. s 溶,解气含量大子 lOm/t; 井位部署时忌靠近边底水或气顶，多采用丛式斜直井组进行出砂开发 ; 完井时采取大孔径、深穿透、高密度射孔技术，较多采用 32g 或更重的喷射炮弹，射孔密度一般为 25 一 60 孔 /m ，孔眼直径 25mm;采油工艺要采用适宜

34、高含砂和高原油粘度的高转速大排量螺杆泵。13哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）出砂冷采主要配套工艺技术射孔技术经过室内实验研究，设计研制出大孔径、深穿透的射孔弹和射孔枪。射孔弹地面穿混凝土靶试验结果平均人口孔径为17.75mm，平均穿深为 285. 5mm，起爆率、穿孔率达到100%,柞堵率为 0。射孔枪地面模拟打靶试验效果达到SY/T5891.2 一标准。（2）井筒降粘技术长期室内试验研究表明， 优选出的井筒降粘剂是 BSC系列的降粘剂， 该降粘剂使用浓度为 0.1%-0.6% ，采取连续注入或者分批注入，可以重复使用。该技术适合在特、超稠油或埋深较深的含砂量小于 15%、含水 20%-4

35、0%的普通稠油。（3）出砂冷采混砂混砂液处理技术在广泛的论证基础上，最新提出了采用一级沉降脱气、两步沉降出砂、两步活动洗砂的最新地面工艺流程。这种工艺能实现对粒径 0.043mm以上的砂子完全脱除掉，除砂率能达到 99.4%。在清洗时间为 3-10 分钟的情况下，通过旋流强化洗涤，净化砂的含油量在 0.03%-0.27% 之间，都低于我国规定的农用污染物 0.3% 的含油量标准。产砂特征出砂冷采是一个大型的产砂过程， 初期含砂一般能达到 20%以上，平均单井累积产砂能达到数百立方米。 出砂冷采的前 2 个月内，产出液含砂量能达到 20%-60% （体积比）经过 0.5-1a 时间后，含砂量降到

36、 5%以内并趋于稳定。套保油田出砂冷采井在半年时间内单井累产砂量可以达到 100-500 立方米。产油量与采收率套保油田出砂冷采的单井日产油量能够达到10-30立方米，为常规开采产量的 10-20倍。预计的采收率可以达到18%，而通常预测常规采油的采收率仅为4%左右。产出液特征出砂冷采井产出液为砂、油、水及小气泡的乳状液，呈泡沫油状流动，井口需采用沉砂罐进行沉砂处理且对砂进行洗砂处理。关键技术出砂冷采开发方式与常规开发方式不同，此方式不怕油层出砂，而是出砂越多，产油越多。为此在开采过程中要充分激励油层出砂，需采用以下 3 项关键技术。采用大孔径、高孔密的射孔技术采用大孔径的目的是防止砂子在流动

37、过程中发生桥堵，以利于蚯蚓洞的形成和延伸 ; 采用高孔密的目的是充分提高近井地带渗透率，增加蚯蚓洞的数量。国外稠油出砂冷采井，射孔密度一般是25-40 孔/m 孔眼直径 25mm;套保油田出砂冷采14哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）井的孔径为 25mm /孔、孔密 30 孔/m 实践证明，套保油田出砂冷采井采用上述射孔技术是可行的。采取经常性洗井作业措施出砂冷采井在生产的过程中，由于大量出砂，会容易发生堵塞射孔孔道的现象，从而导致含砂量降低、产油量降低，所以必须经常洗井作业，保持砂子的连续产出，来达到高量采油的目的。采用携砂能力强的螺杆泵生产国内外稠油出砂冷采的实践证明，稠油出砂冷采井应该

38、尽可能的采用高转速螺杆泵，这样才可以得到更分散、更稳定的泡沫油乳状液，能够最大程度地提高原油携砂能力、确保油层大量出砂。稠油热采的开发方式及优缺点随着世界对石油需求量的不断增加，石油作为有限非再生能源，再发现较大储量油田的机遇减少，已开发油田正在老化，迫使人们把注意力投向提高老油田采收率的技术。在世界范围内，传统的提高采收率技术中，对于稠油主要采用热采技术，热采是技术成熟的开采高粘度重质原油最为有效的方法。热力采油是指以重质原油和高凝油为主要开采对象，运用热工学的理论和方法，进行石油开采的工艺技术：该工艺通过加热油藏降低地下原油的粘度，溶解与溶化油层的堵塞，改善地层的渗流特性，从而提高原油在地

39、层的渗流能力。达到提高原油产量，采收率和开采效益的目的。按照加热油藏的不同方式，常用的热力采油方法可分为蒸汽吞吐，蒸汽驱，热水驱，火烧油层，电磁加热，热化学法等几种方法，其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是使用范围最广，采出油量最多的方法。火烧油层采油速度快，采收率高，但是汽油比高，采油成本高。目前世界上约有 80%以上的热采产量通过注蒸汽采油法获得。蒸汽吞吐蒸汽吞吐开采工艺的主要原理是通过使用蒸汽来提高被采油田的油品的温度来增加油藏的流动性从而便于开采，整个全部的开采过程有物理学、化学、热力学等多个学科交叉参与的。这项技术的主要优点是工艺成熟简单，单次开采投资少，增产快速，开采风险较小。缺点有通常仅仅能动

40、用和开采近井地带的稠油，各个井区间存在大量的死油区，随着储油量和地层能量的降低，该项技术的采油效果和经济效益会逐次降低，所以这种技术开采到一定程度时应该转换其他的开采方式来取得更高的经济效率。蒸汽驱向一口或者多口井中持续地注入热蒸汽，将地下原油加热并流向多口生产井，从生产井将原油持续开采出来的方法就是蒸汽驱采油法。这种方法的优点是注入的高干度水蒸气，提高了较大范围的油层温度，并能驱动较大范围内的地下原油，15哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）从而能采出更多的原油，从而大幅度地提高原油采收率 （正常一般可达到20%-30%）。该项技术的缺点是在开采初始阶段的驱油效果会受到地层和温度场的限制，往

41、往需要经过比较长的时间注入蒸汽后，油井才会增产。热水驱热水驱大概是一种冷、热水交替相驱原油的开采技术。注热水比常规注水提高稠油的采收率的主要原因是热水驱法提高了地层的温度，降低了原油的粘度。该项技术的优点是在天然边水驱扫过的区域附近，此技术可以防止已经扫过区域原油的从新饱和，另外在方案邻近结束时，注入未加热的水来回收部分热量。该技术的缺点是热水含量较少，并不能作为有效热载体把热量带入油藏。火烧油层该项技术是把氧气注入油层中，使得油层中的原油着火，则原油层部分会产生热量热量，注空气是向油层提供氧气的最普通的办法。该项技术的优点是损失的热量比较少，只需要有足够的残余碳量，足够的空气和温度，燃烧便可

42、持续，并在地层星城一个火线，不断地纵向发展，这样采油效率非常的高。该技术的缺点是实施比较难，由于井内所使用的点火系统可能由于燃烧产生热量，使附近的油层文额度提高，所以在设计火烧油层注入井时，须采取措施预防井筒内燃烧的可能性。2.3注汽采油专用设备（图）蒸汽发生器蒸汽发生器是用于热力方法开采稠油的关键设备。 它以技术参数的先进性、 可靠性和运行的经济可行性两方面制约着稠油开采的应用规模。我国几个稠油油田注蒸汽开采所用的蒸汽发生器均为高压直流自控锅炉。70 年代末到 80 年代初期，我国主要从国外引进蒸汽发生器，同时开始了国内的研制工作； 80 年代中期引进国外制造技术，合作生产； 80 年代末达

43、到了只需引进部分关键部件，有国内成套生产，已可以满足国内稠油开采的需要。热采井口装置热采井口装置是稠油井注汽和生产全过程中必不可少的控制装置。他主要由大四通、小四通、总阀、生产阀、套管阀、测试阀、节流器、法兰（卡箍）短节、截止阀等零件组成。目前在我国稠油油田现场应用的热采井口装置有三种。 RC21/380 型适用于各种稠油井； KR-14/340 型和 14x335 型专门用于浅层稠油井。注蒸汽用隔热油管稠油井注蒸汽开采（蒸汽吞吐、蒸汽驱）时，普遍采用了隔热油管以减少井筒若损失，提高注入到油层的蒸汽干度，保护套管及套管外的水泥环免受损坏。16哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）在我国，由于大多

44、数稠油井较深，注汽压力较高，不仅必须采用隔热油管，而且对隔热油管的性能要求也较高。注蒸汽高温封隔器注蒸汽高温封隔器是井下隔热管柱的重要组成部分，对于减少井热损失、提高井底蒸汽干度、改善注汽效果是至关重要的，特别是对于井深超过 1000m 的注汽井就更显的重要。我国先后从美国的贝克（ BAKER）公司和凯普森（ Guibsion ）公司引进过六种注蒸汽高温封隔器，主要在辽河、胜利等油田使用。井底蒸汽取样器井底蒸汽取样是了解高温湿蒸汽从锅炉输出到井下蒸汽注入井段蒸汽干度渐变值的重要手段，有助于检查井筒隔热效果，以便采取隔热措施。辽河和胜利油田都研制了井底蒸汽取样器，其原理都是根据锅炉给水中的可溶性

45、固形含量分别与取样部位蒸汽样品中可溶性固形物含量进行比较，计算各取样点的蒸汽干度，结构类似。2.5完井技术（分三级标题）沉砂口袋对于直井、斜井、定向井来说，在射孔段的下面留一段沉砂口袋是很有必要的。许多采油公司在冷采井中使用 10-20 毫米的“沉积管”，这种技术是一段位于射孔段下部没有眼的套管子。这样可以在生产初期或者重新启动冷采井大量出砂，这样可以起到缓冲的作用，从而使井在砂堵前获得连续的液流。有数据表明打断的沉积管可以大大减少开井失败的次数。完井方式在从直井和斜井达到 400 的定向井中， 可以采用出砂冷采技术。 由于该技术需要井网较密，大约有 25-30 口井 /K 时，与当今钻井实践

46、情况相适应，如果钻丛式井的每个平台建议布置 16-32 口井。由于缺少经验基础，与出砂量相关的井眼或者套管的直井大小并没有确切的数据来证明。事实上，出沙冷采井最小完井井眼的尺寸是由泵、封隔器等工具来确定的。由于受作业等工艺技术的影响，我国对实施出砂冷采的井场上一般适用的是 7 号套管完井的完井方式。射孔方式油层大量出砂会形成高渗透的“蛆闯洞”网络是稠油出砂冷采技术的重要开采原理，也是该技术成功的前提条件。由此决定给的，稠油出砂冷采技术必须适用大孔径、深穿透和高密度射孔技术。采用大孔径射孔是为了防止孔眼被地层砂17哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）形成的砂桥堵塞，鲤鱼“蛆闯洞”的形成眼神。实验

47、室试验数据表明：当孔眼直井小于储层颗粒粒径大小的 4 倍是，砂粒很容易在孔眼外部形成比较稳定的砂桥，这样不利于砂子产出和“ 虹蜕洞 ”的形成；而当孔径大于储层颗粒粒径 6 倍的时候，会难以形成稳定的砂桥。所以，储层中 砾石含量较高时，大孔径的射孔是必不可少的。射孔压力对于射孔所适用的压力条件来说，一般认为采取低于油层压力1-2MPa 的负压射孔方式是最好的 。这可以根据原油粘度和油层情况来决定，即原油的粘度越高，溶解气的含量越低，要求负压就会越大。射孔井段对于离气顶较近的油井来说，除了延缓开采外，应避开射油层顶部一定的厚度，以防止蚯蚓洞过早的延伸进入气顶区域。对于离边水较近或者存在底水的油井，

48、除了延缓开采外，也应避射油层底部一定的厚度，来防止蚯蚓洞过载的延伸进入边水区域。另外，对于紧挨着上部水层的油层，应避开射油层的顶部一定的厚度，以防止盖层损坏而引起的地层水侵入油井。 Amoco石油公司针对 Burnt Lake 地区的冷采井盖层损坏导致上覆水层侵入油井的情况，再后来的冷采井里面，将油层顶部避开射孔 2-4m 厚度，从而可以避免此类事故发生。18哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）第 3 章隔热油管的结构和原理3.1隔热油管的结构蒸汽驱隔热油管采用预应力真空隔热双层结构 , 主要由内管、外管、隔热材料组成的隔热系统、接箍等组成。在结构上采用给内管施加预应力的方法来补偿内外管的不同

49、热伸长量。内管在常温下处于拉伸状态 , 当温度逐渐升高时 , 拉应力也随之减小 , 温度继续升高 , 内管由受拉状态转变为受压状态。由于内管的预伸长降低了受热伸长后的压应力 , 保证了隔热油管的正常工作。蒸汽驱隔热油管结构见图 1 。图 1 蒸汽驱隔热油管结构示意图1- 接箍； 2- 密封圈； 3- 隔热衬管； 4-衬管； 5- 外管； 6- 隔热材料； 7- 内管3.2隔热油管的隔热机理注蒸汽或热水 ( 简称热流体 ) 过程中 , 井筒中径向热流量s , 即由油管柱径向流向井筒周围地层的热流量 , 就是井筒热损失量。在注汽过程中 , 经过一段时间的注汽 , 井筒温度场基本稳定 , 可视为稳态

50、过程。根据多层圆筒壁传热学原理 , 在稳态热流状态下 , 通过每个圆筒壁的热流速度与圆筒壁介质中的温度梯度成正比 , 在井筒径向系统中 , 径向传热的热流速度方程式为d s 2dTL（3-1 ）ndt式中s 井筒径向热流速度， w/h；2n 井筒中介质的导热系数，w/(m K)；19哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）根据整个井筒传热系统和温度的变化及水膜、钢材传热系数很高 , 热阻很小 , 可忽略不计 , 则可推导出各种井筒结构条件下的总传热系数。当井筒中仅有光油管, 下端有封隔器, 油套环空为液体或气体时, 总传热系数 U to 为1rto ln( rco / rh )（3-2 ）U to

51、 hc hrc2式中hc 自然对流及热传导的传热系数， w/(m K)； hr 辐射热的传热系数， w/(m2K)；rco 套管的外径， m；c 水泥环的传热系数 , w/(m 2K)；r h 水泥环外径， m；rto 光管 ( 油管 ) 的内径， m；当井筒中油管柱是双层隔热管, 下端有封隔器 , 环空是液体或气体时, 总传热系数为U to rto ln( rti / r to )rtorto ln(rh / rco ) （3-3 ）iri ( hc ht )c式中i 隔热油管的导热系数 ,w/(m2K)；r ti 光管 ( 油管 ) 的内径， m；ri 隔热管半径， m。20哈尔滨石油学院

52、本科生毕业设计（论文）第4章分层采油4.1分层采油（找配产器图粘上）油井中有多套层系合采时，由于油层之间的压力、油层物理性质、原油性质等差异，往往互相干扰，使部分油层不能发挥应有的作用。为减少或消除层间干扰，应分层开采，包括分层采油、分层注水及其配套技术。分层注水在决定高渗透的注水量的同时也增加了低渗透层的注水量。因为要维持注水采平衡，采油井就要用分层采油技术来实现。当油田步入高含水期进行开采后，此时的高渗透油层就逐渐变成高含水层，其中中、低渗透层和低、特低渗透层已经进入了开发阶段，在分层采油技术开发中，除了发挥、低渗透层的生产能力以外，一大部分的程度需要更好的应用分层注水技术。大庆油田分层采

53、油管柱根据配产器结构和配产工艺分为以下5 种类型。KOS21 10 配产器 (625 型空心配产器 ) 分层采油管桩配产器最多可以降下 5 级，因为是通过锥体挤压的过盈来实现挤压式封隔器胶筒密封的，套管内径适应起来会相对较差，而不同内径的套管所需要的椎体也不同，会影响每一次下井的成功率。此管柱在油田规模达到 1200 口井以上的中、低含水期被广泛使用过，封隔器一次下井的成功率在 8O左右。双管多级分段采油管柱该管柱是双管采油树、主管和副管组成的，主管上包括连通器、封隔器工作筒和筛管等一些井下工具，主管在工艺上可达到分层测试、化学清蜡等技术。它在油层压力区分大、层间干扰严重的油井，可以分采成 3

54、4 个层段。因为该管柱的作业工艺复杂、 施工难度大，产液量高的油井相比 3811mm油管摩阻损力过大等原因并没有被大面积执行。KPX21 13 配产器 (635 型偏 ,LiE 配产器 ) 分层采油管柱通过压缩式封隔器和偏心配产器的生产和其它井下工具组成，它是针对KQS2110配产器的分层采油管柱不能细致分出、而且对套管内径变化的适应能力弱，从而很难满足油田进入中、高含水期的开发而成功研究出来的。该管柱的特点是偏配产器不被级数限制，可以通过钢丝随便打捞各层段堵塞器来更换油嘴，来针对套管内径的适应性(13917 146105mm)，运用之后下井一次的成功率就可以达到 9O以上。当油田进入高含水期

55、机械采油阶段之后，该分层采油管柱分为整体式堵水管柱及丢手式堵水管柱两大类，目前此管柱还是油田广泛应用的重要机械堵水管柱。可钻式封隔器插入堵水管柱该管柱主要由可钻式封隔器和插入管柱等组成 , 插人管柱由插入密封段及插入油管、连通器等组成。可钻式封隔器可以任意多级使用，将其由下到上逐级下21哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）人至生产层段与堵水层段之间的隔层位置坐封丢手，通过调整插入管柱结构实现分层堵水。当堵水层位介于 2 个生产层中间时，插入管柱以光管通过实现堵水。堵底水时，利用可钻式封隔器延伸工作筒与丝堵实现堵水。该管柱具有承压高、功能多、寿命长、可多级使用等优点，但如果要改变封隔器位置时，只

56、能钻铣，工作量大。它特别适应于封堵层系、堵底水和成片套变地区新井完井等。目前，油田已应用 200 余口井，且推广规模还在不断扩大。井下开关式可调层分层堵水管柱“八五”期间，油田已进入高含水开发后期，根据“稳油控水”的需要，堵水工作量逐年增大。由于经常出现同井多层高含水，确定堵水目的层的难度越来越大，为了保证堵水效果，对堵后无效或低效井进行堵层调整是必要的。但是，在抽油机或电泵举升井中对偏心配产器等常规堵水管柱进行堵层调整时，必须起下管柱，费工、费时，影响生产。为此，在“八五”后期又进行了井下开关式可调层堵水管柱的研究， 形成了滑套式可调层堵水管柱和液压开关可调层堵水管柱 2 种类型的井下开关式

57、可调层堵水管柱。这种既可找水。又可堵水的多功能可调层堵水技术，将成为大庆油田“九五”期间机械堵水的龙头技术。滑套式可调层堵水管柱主要由Y445(3)2I14 封隔器、 Y3412114封隔器和 KHT290配产器 ( 井下套开关 ) 和丢手接头等组成。滑套开关可多级使用，需要调层时，从油套环空下入电动开关控制器或机械式移位开关器来改变井下滑套开关的工作状态，实现对任意一个层段的开关，可以反复调层。在油井正常生产条件下，采用地面计量和取样化验含水方式，可以逐层获得产液和含水资料，找出高含水高产液层进行封堵。该管柱在 13917ram 套管井中，适应泵外径不大于 90ram 的抽油机井。液压开关可

58、调整堵水管柱由丢手接头、 Y3412114 封隔器和液压开关器等组成，它通过从油套环形空间加液压来改变液压开关的工作状态，达到调整堵层的目的。调层具有不可逆性，一趟管柱只能进行一次调层。因此，应用该管柱堵水时，在堵前要进行细致的测试找水和生产动态分析。该技术具有不压井作业、工艺简单、施工费用低等优点。4.2分层注水用封隔器之间的配水器调节一口注水井中各层段的注水量，使各层基本上能按分层配水量定量注水。调整注水井的吸水剖面，控制超注层的注水量、增加欠注层的注水量，使各层中的水线推进比较均匀。通常分层注水为3 5 个层段(图。层系比较简单时，可下一级封隔器，从油管和套管各注一层段。有时在一口井中也

59、可下双油管，一组油管注一段。分层注水的原因如果一个油田地下的油层有多个，而且分层厚度不大，为节约资金，多采取油井和注水井同时、多层采注的方式开发。给多个油层注水的注水井，是否需要22哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文）分层注水，是由这些油层的差异决定的。由于各油层都是独立封闭的储油体，它们在形成油层的地质时期形成的条件不同，有的油层看上去像馒头，孔隙很大。有的油层看上去像砖头，虽然能吸水但看不出有孔隙。而且各油层含油气组分、原始压力和温度、厚度、封闭条件等都有差异。其中孔隙大的油层出油容易，产油量大，压力下降快，在同样压力下注水，它比别的油层吸水量多，注入水容易穿过油层从油井出来。油井里有了出

60、水层，就会使油井产量大幅度下降。另外对注水井而言，在同一压力系统注水，某些层段大量进水，别的层就进水少甚至不进水，那样不进水的油层里的油也就驱替不出来。为了使各油层能按着配注量合理、均匀注水，以提高各油层的水驱油效率，科学家研究出了分层注水的办法，被国内外油田作为油田注水开发最有效的办法而广泛应用。由于油层各层系的不均质性，因而它们的吸水能力各不相同，只有采取分层注水的方法才能提高注水效率。分层注水的方法分层注水最简单的办法是在油管上接一个封隔器，放在要分开注水的两组油层之间，就像在油管外面套上一个环形胶圈，这个胶圈采用某种方式使其变形而紧贴在套管内壁和油管外壁上，把油管和套管环形空间隔开，并