稠油开采技术原理详解

稠油=高粘重质原油
μ=50(100)mPa.s
D420>0.92
一、稠油分类、特点
1.分类标准
UNITAR（联合国培训研究署）推荐的
重质原油及沥青分类标准
第一指标 分类 重质原油 沥青 粘度①，mPa ·s 102～104 ＞104 第二指标 密度（15.6℃),kg/m3 934～1000 ＞1000
剪切速率（1/s）
剪切速率（1/s）
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 5 剪切应力（Pa） 10
10 8 6 4 2 0 0 5 剪切应力（Pa） 10
陈373井脱水油60℃流变曲线
陈373井脱水油90℃流变曲线
提
纲
一、稠油分类、特点
二、稠油油藏开采原理
三、稠油油藏开发方案的制定
四、胜利稠油开采配套技术现状 五、稠油开采配套技术应用 六、胜利稠油开采技术发展方向
开采方式
～150
＊
可以先注水 热 热 热 采 采 采
～10000
10000～50000 ＞50000
＊指油藏温度条件下粘度，无＊是指油藏温度下脱气油粘度
一、稠油分类、特点
2.特点－胶质和沥青质含量高
单家寺油田单6块稠油族组份
区块 井 名 烷 烃 % 19.41 19.05 22.33 22.55 28.48 26.88 芳 烃 % 21.52 23.33 21.76 21.66 26.49 25.14 非 烃 % 30.92 30.83 26.53 24.93 33.11 30.64 沥青质 % 10.44 10.34 10.5 11.57 10.26 13.29
原油粘度，mPa· s 相对密度，g/cm3
油层深度，m 油层纯厚度，m 纯／总比 孔隙度，％ 原始含油饱和度,％ φ×Soi 储量系数,103t(km2· m) 渗透率，10-3μm2
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-方式
蒸汽驱是从注入井 连续注入蒸汽，由周 围油井将加热的稠油 采出。
有关,即轻质原油的热膨胀率大于重质原油。
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-(4)蒸汽（热水）动力驱油作用 湿蒸汽注入油层，既补充了油层热量和能 量，也对油层有一定冲刷驱替作用。特别是高 温水蒸汽分子与液态水分子相比具有更高的能 量，可以进入热水驱液态水分子驱替不到的微 喉道和微孔隙中。加之高干度蒸汽的比容大， 注入油层后波及体积大。因此，高温高干度的 水蒸汽的驱油效率远高于冷水驱和热水驱。
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采- (7)乳化驱作用
蒸汽驱过程中，蒸汽前沿的蒸馏馏份凝析
后与水发生乳化作用，形成水包油或油包水乳 化液，这种乳化液比水的粘度高得多。在非均 质储层中，这种高粘度的乳状液会降低蒸汽和 热水的指进，提高驱油的波及体积。
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-方式
蒸汽吞吐
注蒸汽热采
普通稠油
0.300
超稠油
0.217 0.275
0.226
0.294
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-(2)高温改善油相渗透率
束缚水饱和度增加，残 余油饱和度降低，相对渗透 率曲线右移，向有利于改善
油相渗透率的方向变化。
高温下油相渗透率改善 的主要原因是升温降粘后油 水粘度比大幅度降低，以及 岩石润湿性向亲水方向转变
1410
485
418
198 100
173 81 46 31
70
90
110
130 温度 ℃
150
170
190
210
一、稠油分类、特点
2.特点－粘度高，粘温关系敏感
陈375井脱水脱气油粘温关系
温度（℃） 40 133300 50 60 70 80 90 100 754
粘度 （mPa.s）
44560 14470
不同干度蒸汽的热焓
H s X s H ``(1 X s ) H `
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采 注蒸汽热采增产机理
加热降粘 岩石骨架 受热膨胀 压缩孔隙
蒸汽辅助 重力泄油作用
乳化作用 提高波及体积 稠油高温裂解 蒸馏、稀释及 混相驱作用
提高稠油 采收率
流体受热膨胀 弹性能量增加
岩石受热表面 亲水化，降低 残余油饱和度
二、稠油油藏开采原理
Q P k
提高稠油油藏产量
降低稠油粘度
μ
注蒸汽热采
火烧油层
提高油藏渗透率
增大生产压差
热水＋化学吞吐（驱）
携砂冷采
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采
注蒸汽热力采油是把水蒸汽作为热
载体注入油层，利用高温湿蒸汽所携带 的热量加热储层和孔隙中流体，降低原 油粘度、改善渗流条件和补充驱动能量 来提高原油采收率。
3 ＜100000 ＞0.9800
＜500 ＞10.0 ＞0.40 ≥0.20 ≥0.50 ≥0.10 ≥10.0 ≥200.
4 ＜10000 ＞0.9200
1600～1800 ＞10 ＞0.4 ≥0.20 ≥0.50 ≥0.10 ≥10.0 ≥200.
5 ＜10000. ＞0.9200
＜500 5～10 ＞0.4 ≥0.20 ≥0.50 ≥0.10 ≥10.0 ≥200.
单60断块4口试验井原油粘温曲线
10000000 1000000
粘度 mPa·s
1322000 309200
100000 10000 1000 100 10 50
109000 35620
92080 32320
13620 5830 2732
14300 5520
1510
单60-3 单60-4 单60-P3 单60-P4
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采
在压力和温度不变的条件下，对饱和水加热至开始沸腾汽 化，这种蒸汽和水的混合物称为湿饱和蒸汽。 饱和水被继续加热到完全汽化时产生的蒸汽叫干饱和蒸汽 饱和蒸汽在固定压力下继续加热到超过了饱和温度，产生 的蒸汽叫过热蒸汽。
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采
水蒸汽热物理性质
等综合作用的结果。
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-(3)热膨胀作用
高温水蒸汽注入油层后，储层骨架及孔隙中的流
体被加热后产生热膨胀作用，骨架膨胀造成孔隙缩
小，以及油、水气体积增大产生的膨胀弹性能都有
利于排油。热胀弹性能是一种相当可观的能量。与
压缩弹性能量相比，热膨胀弹性能量要大得多。原
油的热膨胀能量不但与温度有关，还与原油的组成
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-方式
蒸汽吞吐通常只能采出
蒸汽吞吐剩余油饱和度分布
井点周围油层中有限区域内 的原油，井间存在大量蒸汽 难以波及到的死油区，随着 吞吐轮次的增和加絷区含油 饱和度的减少，采油效果将
逐渐变差，油藏处于低效或
无效吞吐阶段，蒸汽吞吐的 原油采收率最高只有30％。
二、稠油油藏开采原理
400 350 300 250 200 150 100 50 0
0 4 8 12 16
⊙
温度℃
临界温度 374.1℃ 临界压力 22.1MPa
20
24
28
压力 Mpa
P-T
饱和蒸汽温度与压力的对应关系 温度 (℃) 压力（MPa) 100 0.1 200 1.55 300 8.6 374 22.1( 临界)
高温油水流 度比减小， 油相渗透率提高
高温下溶解气 脱出，汽驱 作用加强
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-(1)加热降粘，改善流变性
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-(2)高温改善油相渗透率
随温度升高束缚水饱和度增加，残余油饱和度 降低。
稠油高温相渗端点值
端点值
Sro
Sro
Srw
超稠油
120℃ 160℃ 200℃ 0.456 0.398 0.349
蒸汽驱
SAGD
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-方式
蒸汽吞吐是
先将高温高压湿 蒸汽注入油层， 加热降粘后再开 井采油。同井注
采一次称为一个
吞吐周期。
蒸汽吞吐示意图
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-方式
蒸汽吞吐示意图
蒸汽吞吐的注汽参数主要是指 周期注汽量、注汽速度、注汽干度 和焖井时间。注汽时间一般为10～ 15天。焖井过程是将注入蒸汽的热 量充分释放给油层，合理的焖井时 间应该满足蒸汽释放完潜热为止， 焖井时间过长或过短都将影响注入 蒸汽的热效应，焖井时间一般为 3～5天；生产阶段是将蒸汽凝结的 流体和被加热的油藏流体一起开采 到地面上来，与常规生产井的过程 基本相同，生产时间可长达上百天 甚至一年多。
S71 S74 S66 T433 T606
奥陶 奥陶 奥陶 奥陶 奥陶
16.95 20.05 20.44 21.94 21.46
29.10 17.55 23.09 27.92 16.88 27.08
44.63 43.03 47.33 51.04 49.38
沥青质含量高
一、稠油分类、特点
2.特点－粘度高，粘温关系敏感
单130 单6-14-40 单6块 单6-12-40 单6-14-22 单6-14-8 单6-12-18
胶质含量高
一、稠油分类、特点
2.特点－胶质和沥青质含量高
塔河油田稠油族组份
井号 层位 烷烃% 沥青 质% 27.68 15.99 26.73 22.98 15.89 28.61 26.89 15.33 20.22 芳烃 % 非烃 % 总烃%
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采
700 600
水蒸汽热物理性质
总热焓
È kal/kg ÈÈì ±
500 400 300 200 100 0
0 2
潜热区
显热
⊙
临界压力 22.1MPa 总热焓 501.5kal/kg
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
È È Mpa
P-H
湿饱和蒸汽中饱和蒸 汽占有的质量百分数叫做 蒸汽的干度(Xs)
5645 2646 1370
150
粘度, Pa.s
100 50 0
40
60
80
100
120
140
温度, ℃
一、稠油分类、特点
2.特点－乳状液粘度与含水有关
35000
31675
300000 250000
粘度（mPa.s）
粘度（mPa.s）
30000
29874
200000 150000 100000 50000
稠油开采技术
提
纲
一、稠油分类、特点
二、稠油油藏开采原理
三、稠油油藏开发方案的制定
四、胜利稠油开采配套技术现状 五、稠油开采配套技术应用 六、胜利稠油开采技术发展方向
一、稠油分类、特点
稠油概念
在油藏(温度、压力、含气）条件下，粘度大于
50mPa· s的原油称为稠油。
一、稠油分类、特点
稠油概念
国内：沥青质含量低、 胶质含量高 国外：沥青质含量高、 胶质含量低 稠油=重质原油 重油 Heavy oil 沥青 Bitumen 沥青砂 Tar sand oil
国际
①指油藏温度条件下的脱气原油粘度
一、稠油分类、特点
1.分类标准
国内
中国稠油分类标准
稠油分类 名称 普通稠油 特稠油 超稠油 (天然沥青) 类别 Ⅰ 亚 Ⅰ－1 类 Ⅰ－2 主要指标 粘度，mPa· s 50＊(或100)～10000 50 150
＊ ＊
辅助指标 相对密度(20℃),g/cm3 ＞0.9200 ＞0.9200 ＞0.9200 ＞0.9500 ＞0.9800
汽压等于或高于系统压力时，混合物将沸腾，使原油中轻
组分分离，即为蒸馏作用。蒸馏作用引起混合液沸腾产生 的扰动效应能使死孔隙中的原油向连通孔隙中转移，从而
提高驱油效率。
高温水蒸汽对稠油的重组分有热裂解作用，即产生分 子量较小的烃类。
在蒸汽驱过程中，从稠油中被蒸馏出的烃馏份和热裂
解产生的轻烃，进入热水前沿温度较低的地带时，又重新 冷凝并与油层中原始油混合将其稀释，降低了原始油的密 度和粘度，形成了对原始油的混相驱。
含水13.3% 含水15% 含水20% 含水30%
25000
25675
20000 20 25 30 含水率（%） 35 40
0 60 65 70 75 80 85 90 95 温度（℃）
60℃陈375油样不同含水 率粘度曲线
塔河油田S71井乳状 液粘度与含水关系
一、稠油分类、特点
2.特点－流变性受温度影响(非牛顿流体与牛顿流体的转变)
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采- (5)溶解气驱作用
原油溶解天然气的能力随温度的升高而
降低，注入蒸汽后，油层和原油被加热，溶 解气从原油中脱出，脱出的溶解气体积膨胀
成为驱油的动力之一。这在蒸汽驱过程中更
为突出些。
二、稠油油藏开采原理
注蒸汽热采-(6) 对稠油的蒸馏、热裂解和混相驱作用
原油和水的蒸汽压随温度升高而升高，当油、水总蒸
注蒸汽热采-方式
我国稠油蒸汽吞吐筛选标准
一等 油藏地质参数 二等来自1 50～10000 ＞0.9200
150～1600 ＞10 ＞0.4 ≥0.20 ≥0.50 ≥1.00 ≥10.0 ≥200.
2 ＜50000 ＞0.9500
＜1000 ＞10 ＞0.4 ≥0.20 ≥0.50 ≥0.10 ≥10.0 ≥200.