浅层稠油热采技术

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四、稠油热力开采方法
3)注蒸汽热采增产机理
1、加热降粘 7、蒸汽辅助 重力泄油作用 4、岩石骨架 受热膨胀 压缩孔隙
6、乳化作用 提高波及体积 5稠油高温裂解 蒸馏、稀释及 混相驱作用
提高稠油 采收率
3、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
2、高温油水流 度比减小， 油相渗透率提高
际上ASTM标准（美国材 料试验学会）作粘度－
温度图，不论哪个油田
粘温曲线均呈斜直浅， 且其斜率几乎一样，这
是稠油对温度敏感的一
致性规律。
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二、稠油的特性
3 稠油分类标准
中国稠油分类标准
稠油分类 名称 类别 Ⅰ 普通稠油 亚 类 Ⅰ-1 Ⅰ-2 主要指标 粘度，mPa· s 50＊(或100)～10000 50 150
加拿大 中国 印尼 美国
委内 瑞拉
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辽河油田 新疆油田 河南油田
胜利油田
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一、稠油的定义
稠油亦称重质原油或高粘度原油(heavy oil),是指在原始油藏温度下脱气原油粘度为 100～10000mPa· s或者在15.6℃及大气压
条件下密度为0.9340～1.0000g/cm3。
＊ ＊
辅助指标 相对密度(20℃),g/cm3 ＞0.9200 ＞0.9200 ＞0.9200
开采方式
～150
＊
可以先注水 热 采
～10000
特稠油
超稠油 (天然沥青)
10000～50000
＞ 50000
＞0.9500
＞0.9800
热
热
采
采
＊指油藏温度条件下粘度，无＊是指油层温度下脱气油粘度
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一般而言，蒸汽吞吐可划分为3个小阶段: 吞吐生产初期(l一3周期)，此时产液量增加，地 下亏空增加，地层压力降低，综合含水低于30%; 吞吐生产中期(4一5周期)，此时产液量达最大，地 下亏空最大，综合含水30%~60%，地层压力最低， 处于吞吐到汽驱转换方式的最佳时机;
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四、稠油热力开采方法
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四、稠油热力采方法
1 稠油热采开发程序
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四、稠油热力开采方法
2 蒸汽吞吐
稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、丛式定 向井以及水平井以及与稠油热采配套的其它工艺 技术等。 1） 概念 蒸汽吞吐通常的过程是：在几周（2~4周）内每天向该 井注入一定数量的蒸汽，停注后关井数天使蒸汽凝结，浸 泡油层使热量扩散，然后开井生产。待产量减至一定限度 时，再重复上述过程，因此它又被称为循环注蒸汽、蒸汽 浸泡或蒸汽激励。
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四、稠油热力开采方法
1） 概念
注汽时，地层分 为三个带：蒸汽 带、热水带和冷 水带 非稳定渗流：包 括流体渗流、传 热等过程
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四、稠油热力开采方法
蒸汽吞吐是先将高温高压湿蒸汽注入油层，对 油井周围油层加热降粘，焖井换热后开井采油。
2 蒸汽吞吐
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四、稠油热力开采方法
2)开发特征
到浅层稠油露头油砂，其原油粘度较高，用常规方法难以开
采。
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三、热力采油发展历史
国 内
1964年
第一口蒸汽 吞吐井
大庆一区
1964年11月在大庆一区进行了第一口井注蒸汽采油试 验，试验过程中因套管伸长技术问题而中止。
1965年 1971年
试验
克拉玛依的黑油山浅层进 行了注蒸汽采油试验
2)开发特征
吞吐生产末期(6一8周期)，此时产液量减少，地下 存水增加，地层亏空减少，甚至不亏空，地层压力
由最低开始回升，此时单井日产很低，综合含水大
幅度上升，最高可达80%以上，部分井由于汽窜甚 至可能100%含水。 一般而言，由于蒸汽吞吐阶段加热的油藏体积有 限，波及系数不高，其采收率不会高于30%。
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三、热力采油发展历史
克拉玛依油田热力采油历程
1958年在准噶 尔盆地西北缘发现2个浅层稠油层，打井48口、由于油稠 未能投入开发。 1960年开展注蒸汽开采稠油室内模拟试验。 1965年在黑油山埋深115～120m油藏进行吞吐试验,产出油119.6t。 1967年继续在黑油山进行汽驱试验，产出油911t。 1976年在六东2区埋深480m油藏进行中间性矿场试验，产出油26.2×104t。 1983年在风城2个特、超稠油区块开展单井吞吐试验。 1983年11月在九区单井吞吐获工业油流。 1986年稠油开采从科研走上生产，成立重油开发公司。 1980至1985“六五”期间，吞吐工艺技术攻关； 1986至1990“七五”期间，汽驱工艺技术攻关； 1991至1995“八五”期间，水平井开采特、超稠油工艺技术攻关； 1996至2000“九五”期间，完善、提高汽驱及水平井开采工艺技术。
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三、热力采油发展历史
克拉玛依油田热力采油历程
到2008年探明地质储量14亿多吨。其中 稠油5亿多吨，这其中普稠、特稠、超稠约 各占1/3。到2008年底已有油井17000余口， 稠油年生产能力400 ×104t左右，
100
150
200
250
50
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克拉玛依油田热力采油历程
0
ê ú Í ¿ ¨ © Ä ² Ó Á £ 104 £ t
原油和水的蒸汽压随温度升高而升高，达到一定值后， 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。
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浅层稠油热采技术
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浅层稠油注蒸汽热采技术
本讲座是以克拉玛依油田稠油热采为背景，概括介绍我国
在浅层稠油注蒸汽热采方面取得的技术成果及经验。
前言 一、稠油的定义
二、稠油的特性
三、稠油注蒸汽热采发展历程 四、稠油注蒸汽热采方法
五、稠油热采配套技术
六、SAGD配套技术 七、采油工艺配套技术
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四、稠油热力开采方法
溶解气驱作用
3)注蒸汽热采增产机理
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。
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四、稠油热力开采方法
对稠油的蒸馏、热裂 解和混相驱作用
3)注蒸汽热采增产机理
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三、热力采油发展历史
国 内
1965年开始在克拉玛依的黑油山浅层进行了蒸汽吞吐采 油试验。自1965年下半年到1971年在黑油山8024井组进行
了蒸汽驱试验，该井组为一个七点法井组，40m井距，3口
角井注汽，1口中心井与另外3口角井采油，油层井段为99－ 103m，原油粘度1000mPa.s。蒸汽驱试验历时1年零5个月， 累计油汽比为0.115，原油采收率高达68％，产量高峰 期油汽比达0.148。取得了对蒸汽驱采油最初认识。后来又 在其它浅层油井相继进行了蒸汽吞吐开采试验。
三、热力采油发展历史
稠油井吞吐、汽驱产油量对比表
Ì Í ú Í Í Â ² Ó û Ç ú Í Æ ý ² Ó
19 84 19 85 19 86 19 87 19 88 19 89 19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01
二、稠油的特性
目前对稠油开采一般均采用热采方式，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。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）热采与其它EOR方法比较，经济效益最优。 （4）常规的热采方法（注蒸汽和火烧油层）是以消耗部
汽驱先导试验过程中，当试图释放地层压力把一
口注汽井打开时，意外地获得了15.9-31.8m3/d的
产油量，这就是第一口蒸汽吞吐井。
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三、热力采油发展历史
内
国
1958年
发现稠油（新疆）
早在1958年，我国新疆准噶尔盆地西北缘断阶发现了 乌尔禾－夏子街浅层稠油，打开48口，发现两套浅层稠油层 系，分布面积多达几十平方公里。在克拉玛依黑油山可以看
分能源（燃料油和电）为代价，各种各样的节能技术，如热电联 供，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。
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三、热力采油发展历史
国外
1960年
第一口蒸汽 吞吐井
委内瑞拉Mene Crande油田
1960年委内瑞拉Mene Crande油田在进行蒸
高温下溶解气 脱出，汽驱 作用加强
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四、稠油热力开采方法
加热降粘，改善流变性
3)注蒸汽热采增产机理
向油层注入高温高压蒸汽，近井地带相当距离内的地层温度升高，
将油层及原油加热。注入油层的蒸汽优选进入高渗透带，而由于蒸汽
的密度很小，在重力作用下，蒸汽将向油层顶部超覆，油层加热并不均 匀，但由于热对流和传导作用，注入蒸汽量足够多时，加热范围逐渐扩 展，蒸汽带的温度仍保持井底蒸汽温度Ts（250－350℃），蒸汽凝结 带，即热水带的温度Tw虽有所下降，但仍然很高。形成的加热带中的原 油粘度由几千到几万mPa.s降低至几个mPa.s。这样，原油流向井底的 阻力大大减小，流动系数Kh/μ成几十倍的增加，油井产量必然增加许 多倍。
前
言
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 千亿吨之多，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。
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前苏联
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四、稠油热力开采方法
乳化驱作用
3)注蒸汽热采增产机理
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。
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四、稠油热力开采方法
中国石油
四、稠油热力开采方法
相对渗透率变化
3)注蒸汽热采增产机理
注入蒸汽后，砂粒表面的沥青胶质性油膜破坏，润湿性
改变，油层由原来亲油或强亲油，变为亲水或强亲水。在同
样水饱和度条件下，油相渗透率增加、水相渗透率降低，束 缚水饱和度增加。模拟试验证明，对2000mP· s油藏注入0.5 倍孔隙体积的250℃蒸汽后，含油饱和度可由65.5%下降到 18.1%，驱油效率可达72.2%。
也
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二、稠油的特性
稠油的主要特点是胶
质、沥青质含量高，一般
在25％～50％。随着胶
质、沥青含量增高，稠油 的密度、粘度也增高。高
粘度、高密度是稠油最主
要特点。稠油轻质馏分低， 一般约10％，这又是其
突出特点。
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二、稠油的特性
粘温特性
稠油的粘度对温度非 常敏感，随着温度的上
2
升粘度急剧下降。用国
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四、稠油热力开采方法
热膨胀作用
3)注蒸汽热采增产机理
当高温蒸汽注入油层后，加热后的原油产生膨 胀，原油中如果存在少量的溶解气，也将从原油中 逸出，产生溶解气驱的作用。同时油藏中的流体和 岩石骨架产生热膨胀作用，孔隙体积缩小，流体体 积增大，维持原油生产的弹性能量增加。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。 原油的热膨胀程度主要取决于原油的组分组成。 通常情况下，轻质原油的热膨胀系数大于重质原油。
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四、稠油热力开采方法
蒸汽(热水)动力驱油作用
3)注蒸汽热采增产机理
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。
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二、稠油的特性
1 稠油的组成
稠油是一种复杂的、多组分的有机混合物，主要由烷烃、
芳烃、胶质和沥青组成。
稠油中一般含硫、氧、氮等杂质，有的还含有一些稀有 金 属，如镍（Ni）和钒（V），这对炼制提出特殊要求。 稠油中石蜡含量一般较低，我国多数稠油含蜡仅5％(克 拉 玛依稠油一般2%），一般不超过10％，故凝固点也较低。但