稠油热采技术

1、稠油热采技术交流,2008年3月,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,一、稠油分类,在油层条件下，粘度大于50mPa.s或脱气原油粘度大于100mPa.s的原油称为稠油。,中国稠油的分类标准,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,1.蒸汽吞吐 2.蒸汽驱 3.火烧油层 4.热化学法,二、热力采油技术,蒸汽

2、吞吐是指在本井中完成注蒸汽、焖井和开井生产三个过程的稠油开采方法。 蒸汽吞吐通常只能采出生产井周围油层中有限区域内的原油，采收率一般为10%20%。,蒸汽吞吐筛选标准,1.蒸汽吞吐 2.蒸汽驱 3.火烧油层 4.热化学法,二、热力采油技术,蒸汽驱是指通过适当井网，由注汽井连续注汽，在注汽井周围形成蒸汽带，注入的蒸汽将地下原油加热并驱到周围生产井后产出。 蒸汽驱采收率一般为20%30%。,蒸汽驱筛选标准,1.蒸汽吞吐 2.蒸汽驱 3.火烧油层 4.热化学法,二、热力采油技术,火烧油层是指通过注入井向油层注入空气，使油层中的一部分原油燃烧而产生热量，加热和驱替未燃烧区的大部分原油，并从生产井中开采

3、出来。,1.蒸汽吞吐 2.蒸汽驱 3.火烧油层 4.热化学法,二、热力采油技术,热化学方法是指向油井注入化学剂，以达到降低原油粘度的采油方法。,热化学吞吐 热化学驱,4.热化学方法,CO2吞吐 N2吞吐 降粘剂CO2蒸汽吞吐(DCSH) 表活剂CO2蒸汽吞吐 蒸汽CO2吞吐 蒸汽丙烷吞吐 蒸汽柴油吞吐,热化学吞吐 热化学驱,4.热化学方法,N2泡沫蒸汽驱 蒸汽烟道气驱 蒸汽尿素,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,1.加热降粘 2.热膨胀作用 3.

4、蒸汽蒸馏作用 4.高温相对渗透率变化 5.乳化驱替 6.重力泄油,三、热力采油机理,稠油的粘度随温度的变化非常敏感，温度升高，粘度急剧下降。加热降粘是注蒸汽热采稠油的主要机理。,1.加热降粘,建立地层原油粘温关系的步骤为： 取得地面脱气原油油样，并测定其粘温数据。 利用数学回归方法建立粘温关系。 进行溶解气修正。,加热降粘,osAodB A10.715(5.615Rs+100)-0.515 B5.44(5.615Rs+150)-0.338 式中：os含气原油粘度mPa.s od脱气原油粘度mPa.s Rs溶解气油比m3/m3,加热降粘,当高温蒸汽注入油层后，油藏中的流体和岩石产生热膨胀作用，孔

5、隙体积缩小，流体体积增大，维持原油生产的弹性能量增加。,2.热膨胀作用,4.高温相对渗透率变化,随温度升高，束缚水Swc增大，残余油Sorw减少。 随温度升高，油相渗透率增强，水相渗透率降低。,由于高温相对渗透率资料较少，高温下的残余油可由下式求取： Sors=0.13253+0.025956lnos-0.000317(Ts-Ti) 式中：Sors为蒸汽驱残余油 os对应Ts时的原油粘度mPa.s Ts、Ti分别为蒸汽温度和原始油层温度,高温相对渗透率变化,1.由于注入流体的运动引起的能量传递。 2.在油层中，由高温向低温的热传导。 3.在注入流体与地层中原始流体之间，由于地层的渗透性引起的热

6、对流。,油层注蒸汽传热机理,当流体的运动速度较小时，主要传热机理是1、2。 当流体的运动速度较大时，主要传热机理是3。,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性,1.蒸汽、水的热特性 2.原油的热特性 3.油藏岩石的热特性 4.油藏加热过程中渗透率变化,1.蒸汽、水的热特性基本概念,处于饱和状态的水蒸汽和水的混合物称为湿蒸汽。 湿蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量分数称为干度X。在饱和点的水，蒸汽干度为0；完全饱和状态的蒸汽，

7、其干度为100%。 在一定压力下，温度低于对应饱和温度的水称为未饱和水或热水。 当蒸汽温度高于该蒸汽压力所对应的饱和温度，此时的蒸汽为过热蒸汽。 饱和水蒸汽的临界压力为22.12MPa，临界温度为374.15。,1.蒸汽、水的热特性,饱和蒸汽温度和压力的关系 水的比热 水蒸汽的热焓 湿饱和蒸汽的比容,饱和蒸汽温度Ts与压力P的关系,Ts=280.034+14.0856lnP+1.38075(lnP)2-0.101806(lnP)3+0.019017(lnP)4,水的比热,除液态氨外，其它任何液体的比热都比水小。同时水具有最大的汽化潜热焓，因此水是最好的注热载体。 水的比热为1.0 kcal/k

8、g. 4.1868 kJ/kg.,水蒸汽的热焓(kJ/kg),当水从冰点温度加热到某一压力下的饱和温度时所吸收的热量称为显热Hw。 饱和水变成干饱和蒸汽所吸收的热量称为汽化潜热Lv。 湿饱和蒸汽的热焓Hws：HwsHwXLv,当蒸汽进入油层时，首先释放潜热，待潜热释放完后，蒸汽变成饱和水；然后再释放显热，此时温度降低，饱和水变成热水。,水蒸汽的热焓(kJ/kg),过热蒸汽,热水,在相同压力下，蒸汽干度越高，蒸汽热焓越大。当压力为5MPa时，蒸汽干度为40%的热焓为1810kJ/kg，为饱和水的1.57倍；当蒸汽干度为80%的热焓为2466kJ/kg，为饱和水的2.14倍。,水蒸汽的热焓(kJ/

9、kg),随压力增加，饱和水显热增大，而蒸汽潜热减小。 当压力9MPa时，饱和水显热蒸汽潜热。,湿饱和蒸汽的比容(m3/kg),单位质量的饱和水占据的体积称作饱和水的比容Vw。 单位质量的干饱和蒸汽占据的体积称作饱和蒸汽的比容Vs。 湿饱和蒸汽的比容Vws：Vws(1-X)VwXVs,湿饱和蒸汽的比容(m3/kg),蒸汽的比容比饱和水的比容大得多，而且干度越高，蒸汽的比容越大。因此在注蒸汽开采过程中，注入蒸汽的干度越高，蒸汽带的扩展体积越大，加热范围越大，开发效果越好。,湿饱和蒸汽的比容(m3/kg),随压力的降低，蒸汽与水的体积倍数快速增大。因此对蒸汽驱来说，油层压力尽可能降低。在较低压力下注

10、蒸汽，蒸汽带的体积较大，蒸汽波及体积较高，开发效果较好。,2.原油的热特性,原油粘度随温度的变化 原油的比热及热容量 原油的导热系数,原油的比热Co(kJ/kg.)及热容量Mo,已知原油的相对密度o，温度T()，求Co： 原油的热容量Mo=Coo 设o=0.98，T=300， 则Co=2.73(kJ/kg.) Mo=Coo=2675(kJ/m3.),原油的导热系数o(kJ/d.m.),已知原油的相对密度o，温度T()，求o： o10.124(10.00054T)/o 设o=0.98，T=300，则o=8.66(kJ/d.m.),已知温度T(273+)，求饱和水及蒸汽的导热系数： 设T=300，

11、则w=47.3(kJ/d.m.) s=5.95(kJ/d.m.),3.油藏岩石的热特性,油藏岩石的导热系数 油藏岩石的热容量 热扩散系数 热膨胀系数,油藏岩石的导热系数s(kJ/d.m.),s的范围为59.6329.2(kJ/d.m.) cmg软件提供的缺省值为149.6(kJ/d.m.) 已知砂岩的孔隙度、液体饱和度SL、温度T()，求固结砂岩的导热系数s： 设=0.3，SL=1，T=300 ，则s=160(kJ/d.m.) 已知砂岩的孔隙度、含水饱和度Sw，求疏松砂岩的导热系数s： 设=0.3，Sw=0.4，则s=146(kJ/d.m.),油藏岩石的热容量MR(kJ/m3.),热容量是指单

12、位体积的油藏岩石温度升高1所需要的热量。 cmg软件提供的缺省值为2347(kJ/m3.),已知温度T()，求砂岩的比热CR： CR=0.813+9.79710-4T 岩石的热容量MR=CRR 设T=300，R=2000(kg/m3) 则CR=1.107(kJ/kg.) MR=CRR=2214(kJ/m3.),热扩散系数(m2/h),热扩散系数是导热系数与热容量之比。 =/M,热膨胀系数(-1),热膨胀系数是指在恒压条件下，温度升高1时物质比容的变化率。 原油的热膨胀系数约为910-4(-1) 水的热膨胀系数约为310-4(-1) 岩石的热膨胀系数约为910-5(-1),温度升高，孔隙度减少，

13、绝对渗透率下降。 随温度升高，岩石的表面性质趋向强亲水。 随温度升高，束缚水Swc增大，残余油Sorw减少。 随温度升高，油相渗透率增强，水相渗透率降低。 随温度升高，油水流度比得到改善。,4.油藏加热过程中渗透率变化,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,五、井口注汽参数对井底注热参数的影响,注汽管柱,7套管,4.5隔热管,五、井口注汽参数对井底注热参数的影响,1.不同注汽速度对井底蒸汽干度的影响 2.不同注汽速度对井底蒸汽压力的影响 3.不同注汽

14、速度对井底蒸汽温度的影响 4.井口蒸汽干度与井底蒸汽干度的关系,1.不同注汽速度对井底蒸汽干度的影响,随注汽速度增大，井底蒸汽干度也增大。当注汽速度为4t/h时，在1000m井底的蒸汽干度为35%；而当注汽速度为14t/h时，在1000m井底的蒸汽干度为61%。,井口注汽压力13MPa， 井口蒸汽干度70%， 注汽时间7d。,2.不同注汽速度对井底蒸汽压力的影响,随注汽速度增大，井底蒸汽压力增加幅度减小，当注汽速度为14t/h时，井底蒸汽压力低于井口。,井口注汽压力13MPa， 井口蒸汽干度70%， 注汽时间7d。,3.不同注汽速度对井底蒸汽温度的影响,随注汽速度增大，井底蒸汽温度增加幅度减小

15、，当注汽速度为14t/h时，井底蒸汽温度低于井口。,井口注汽压力13MPa， 井口蒸汽干度70%， 注汽时间7d。,4.井口蒸汽干度与井底蒸汽干度的关系,井口注汽压力13MPa， 井口蒸汽干度70%， 注汽时间15d， 注汽速度8t/h。,井底蒸汽干度随井深几乎成线性递减。当采用隔热管且环空具有一定的隔热介质时，蒸汽干度递减幅度每1000m约为25%。,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,1.基本概念 2.增产机理 3.蒸汽吞吐生产规律 4.蒸汽吞

16、吐方案优化指标 5.蒸汽吞吐效果的评价指标 6.提高多周期吞吐效果的途径,六、蒸汽吞吐采油方法,蒸汽吞吐方法是我国目前主要的稠油热采方法。 蒸汽吞吐方法是将一定数量的蒸汽注入油层，焖井数天，加热油层中的原油后，然后开井回采。 蒸汽吞吐的三个阶段：注汽、焖井及回采。 从注蒸汽开始到油井不能正常生产为止，称为一个吞吐周期。 蒸汽吞吐的采收率一般为10%20%。 蒸汽吞吐属于强化开采手段，采油速度4%5%；开发年限一般为35年。,1.基本概念,1.基本概念,单83块汽驱井组吞吐阶段(0105)采油速度平均为2.20%；汽驱阶段平均为2.28%。,2.增产机理,加热降粘 热膨胀作用 蒸汽蒸馏作用 高温

17、相对渗透率变化 乳化驱替 重力泄油,3.蒸汽吞吐生产规律,单井蒸汽吞吐生产动态 区块蒸汽吞吐产量递减规律 区块压力变化,单井蒸汽吞吐单井生产动态,第3周期,在一个周期内分排水期、高产期、递减期和低产期四个阶段。 逐周期生产时间缩短，产油量降低，含水上升，效果变差。 周期采液量一般要多于注汽量，因此吞吐开采为降压生产过程。,区块蒸汽吞吐产量递减规律,单83块于01年投入蒸汽吞吐开采，03年产量达到峰值，然后进入递减期，年递减率为26.8%。,蒸汽吞吐累积注采关系法：Ns=4.2539e0.0913Np 取吞吐极限油汽比0.25t/t，则累积产油量Np Np-ln(4.25390.09130.25

18、)/0.091325.54(104t)。,区块蒸汽吞吐产量递减规律,区块压力变化,馆下段油藏的弹性产率为1/0.22894.37104m3/MPa。,4.蒸汽吞吐方案优化指标,周期注汽量优化 注汽速度优化 蒸汽干度优化 注汽压力的选取 焖井时间的选择 生产井排液量优化,5.蒸汽吞吐效果的评价指标,逐周期产油量及吞吐阶段累积产油量 逐周期油汽比及吞吐阶段累积油汽比 采油速度、年采油量 逐周期回采水率及吞吐阶段回采水率 吞吐阶段原油采收率 吞吐阶段经济油量 增油增注比 吞吐阶段油层压力分布 吞吐阶段油层温度分布及加热半径变化 吞吐阶段含油饱和度分布,5.蒸汽吞吐效果的评价指标,在正常情况下，每烧1

19、t原油可生产15t左右的湿蒸汽。 经济产油量方案产油方案注汽经济极限油汽比 吞吐阶段：经济极限油汽比取0.25t/t 汽驱阶段：经济极限油汽比取0.15t/t 一般吞吐周期的回采水率为50%左右。,6.提高多周期吞吐效果的途径,从第2周期开始逐步增大注汽量(15%左右)，扩大加热范围，增大排油半径。 在生产井回采时，尽量放大生产压差，将流动压力降低到最低限度，可以获得较长时间的峰值产量。 合理确定周期结束油量，尽量延长周期生产时间。 力求较多的吞吐周期，提高整个吞吐阶段的采收率。,一、稠油分类 二、热力采油技术 三、热力采油机理 四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 五、井口注汽参数对井底注热参

20、数的影响 六、蒸汽吞吐采油方法 七、蒸汽驱开采方法,稠油热采技术交流,1.基本概念 2.蒸汽驱采油机理 3.蒸汽驱方案优化指标 4.蒸汽驱成功的必要条件 5.改善蒸汽驱开发效果的技术策略,七、蒸汽驱开采方法,蒸汽吞吐开采只能采出近井地带附近油层中的原油，井间还留有大量的死油区，一般吞吐采收率仅为10%20%。为进一步提高原油采收率，吞吐后期转蒸汽驱是必然的热采阶段。 蒸汽驱技术：由注入井连续注入高干度蒸汽，注入油层中的大量热能加热油层，大大降低了原油粘度，而且注入的热流体将原油驱动到周围的生产井中采出。使原油采收率增加20%30%。 蒸汽驱的开发时间一般为610年，累积注汽量一般为1.21.5PV。,1.基本概念,1.基本概念,蒸汽带 热凝结带(高温油水带) 热油、水带 原始油层,2.蒸汽驱采油机理,加热降粘 蒸汽蒸馏作用 蒸汽驱动作用 热膨胀作用 重力分离作用 高温相对渗透率及毛管压力的变化 溶解气驱作用 原油混相及乳化驱替,在蒸汽带中，蒸汽驱的主要机理为、。 在热凝结带及热油、水带中，主要机理为、。,3.蒸汽驱方案优化指标,注采井网、井距 转驱时机优化 蒸汽干度优化 注汽速度优化 注汽井注入方式优化 生产井排液量优化 采注比优化,蒸汽驱的注采井距一