2012-稠油出砂冷采技术-中原研讨班-郝永卯.

稠油出砂冷采技术研讨交流石油工程学院油藏工程系2012.11汇报人：郝永卯[e-mail]22一、简介二、开采机理三、筛选标准四、开采特征五、应用概况六、开发实例汇报提纲3一、简介80年代末90年代初，加拿大一些小石油公司率先开展了稠油出砂冷采（CHOPS）试验，即不注蒸汽，也不采取防砂措施，射孔后直接应用螺杆泵进行开采，矿场实施取得了令人意想不到的效果，“出砂冷采”这一概念正是在这种情况下建立起来的。目前CHOPS技术已由摸索、试验阶段进入工业化推广应用阶段，尤其是开采工艺已相当成熟，在加拿大、委内瑞拉等国家已进入工业化应用阶段，显示出良好的经济效益。如加拿大每年CHOPS产量约4000万吨，占全国产量的1／4。1997年开始，我国在河南、吉林、大庆等油田进行了CHOPS先导性试验。44一、简介二、开采机理三、筛选标准四、开采特征五、应用概况六、开发实例汇报提纲5二、开采机理CHOPS有关理论、尤其是开采机理研究仍处于不断探索和完善之中，目前研究结果表明，CHOP的机理非常复杂，主要有四个方面：（1）大量出砂形成蚯蚓洞网络；（2）稳定泡沫油流动；（3）上覆地层挤压驱动；（4）边、底水驱动。其中出砂形成蚯蚓洞网络和稳定泡沫油流动已形成基础，被室内实验和矿场监测资料所验证；上覆地层挤压驱动作用和边底水的驱动作用研究甚少。6二、开采机理埋藏浅、胶结疏松、原油携带能力强的稠油油藏，用螺杆泵强排开采时，会诱导砂粒随原油一起产出，油层中形成“蚯蚓洞”网络（即高渗层带和管道性通道），孔隙度从30％提高到50％以上，渗透率提高数十倍、几百倍，极大提高稠油流动能力和产能：若想得到较高的产能就要做到诱导出砂，激励出砂。1、大量出砂形成蚯蚓洞网络7二、开采机理含气原油向井筒流动过程中，随压力的降低原油中气体分离出来，在孔隙或沥青质颗粒表面成核并进一步长大成微气泡，形成泡沫油，且气泡不断发生膨胀。稠油中胶质和沥青质含量高，包裹气泡的油膜强度大，所以气泡不易破裂。稳定的泡沫油降低了稠油的粘度并提供了内部驱动能量，从而提高了原油的流动性。2、稳定泡沫油流机理8二、开采机理（1）沥青质吸附降粘机理：Claridge假设原油中形成微气泡时，悬浮的沥青质胶体颗粒会向微气泡界面上聚集，形成半刚性保护膜，使气泡表面更加稳定，阻止气泡的进一步生长和聚并，从而使微气泡维持足够小的体积，能够随原油一起流过孔隙喉道。同时，沥青质胶体颗粒的逐渐移动会使油的粘度大大降低而增加其流动性。根据以上假设，提出了溶解气驱数学模型，包括溶解气、油分、沥青和水四个组分，主要考虑微气泡的原油降粘效应（降低1／2－1／3），而气体渗透率大大降低。当气体成为连续气相后，沥青留在油相中而使油相粘度恢复原始值。2、稳定泡沫油流机理9二、开采机理（2）润滑效应理论：一些因素会诱发气体在多孔介质的某个位置成核，成核位置最有可能出现在油中的微颗粒上，或者在粗糙的砂颗粒表面，也可能在水－油界面附近。如果一些气泡成核是在岩石表面，气泡将在那里继续长大，直到被流动的油相带走。之后，在原处重新出现气泡成核，并继续重复被带走的过程。Shen等提出，气体在岩石孔隙表面成核并长大成为微气泡，原油在相互分离的微气泡上依次流过时会降低油相的流动阻力；同时微气泡还可以随油流在岩石表面滑动或滚动，也会降低油相的流动阻力，这就是所谓的气体润滑效应。2、稳定泡沫油流机理10二、开采机理（3）“拟泡点压力”机理：Kraus指出，泡沫油与传统情况相比，其气体析出压力变小，析出量减少，好像其有效泡点压力比实验室测得的要低很多，提出“拟泡点压力”的概念，假设只要油藏压力高于拟泡点压力，产出的气体在油藏中即存在于油相中。2、稳定泡沫油流机理（4）低气体流度机理：Pooladi指出，泡沫油中存在大量的液体薄膜，阻碍了气体聚并，形成直径小、数量多、非连续性分布的微气泡体系，使气体流动性很低。非常低的流动性（滑脱性）可看作是抑制气体产出的关键性机理，这将使系统保持高的压缩性并减缓压力衰减。11二、开采机理（5）不平衡反应模型：CoombeandMaini定义类似化学的变化来模拟对平衡现象的偏离，即油相中的溶解气扩散进微气泡中，形成分散气并进一步发展成自由气。在此基础上，TFE和ARC均提出了描述泡沫油行为的模型，并应用于CMGStars模拟器。其基本机理为：气体在泡沫油中的行为是重油溶解气驱过程的一个关键因素。由于重油的高粘度、毛管力和粘性力的相互作用，当压力降到泡点压力以下时，会发生气泡的成核、长大、成串，并最终合并为连续的自由气相，其影响因素包括油粘度、环境（即孔隙介质）、溶解气含量、界面性质和剪切速率。2、稳定泡沫油流机理12二、开采机理（6）动力学成核模型：Sheng、Maini等提出了动力学成核模型，描述压降过程中的瞬时现象。该模型考虑了气泡的成核、长大和合并速度，将分散气的形成速度作为过饱和和时间函数，假设气泡的合并速度与油相中分散气的体积分数成正比。2、稳定泡沫油流机理（7）高临界气体饱和度模型：Maini、Firoozabadi等认为过饱和只是实验室的现象，矿场条件下不存在，泡沫油行为可以由修正的传统两相流模型描述，例如采用高的临界气相饱和度。13二、开采机理由于砂子大量产出，油层本身强度降低，在上覆地层负荷的作用下，油层将有一定强度的压实作用，使孔隙压力升高，驱动能量增加。上覆岩层的挤压作用已为矿场证实存在，但其机理作用尚未弄清，特别是压实作用与冷采产量之间的关系更是难以确定。3、上覆地层压实驱动远距离边底水的存在可以提供充分的驱动能量，但要注意油井的位置应选在远离边水的地方，并且射孔时避射油层下部几米处以避免底水入侵，使水层能量以压力传递的方式而不是流体传递的方式向蚯蚓洞提供动力。4、远距离边底水作用1414一、简介二、开采机理三、筛选标准四、开采特征五、应用概况六、开发实例汇报提纲15三、筛选标准CHOPS实际应用的油藏范围较广，囊括了绝大部分非胶结砂岩稠油油藏，普遍取得了良好的开采效果。该技术对油层厚度和原油粘度没有明显的限制，即使是油层厚度仅3～5m，或粘度高达160000mPa.s，或密度超过1.0g／cm3的油藏也取得了成功。16三、筛选标准17三、筛选标准1818一、简介二、开采机理三、筛选标准四、开采特征五、应用概况六、开发实例汇报提纲19四、开采特征典型的CHOPS过程可以分为三个阶段：（1）蚯蚓洞初期形成阶段：出砂量较少，产油量较低，产出液含砂量低；（2）蚯蚓洞快速增长阶段：随出砂量增多，产油量大量增加，含砂量很高；（3）蚯蚓洞缓慢扩展阶段：已形成开放通道，产油量趋于稳定，而含砂量逐渐下降。20四、开采特征由于油层胶结疏松，原油粘度高，携砂能力强，CHOPS是一个大量产砂的过程，初期含砂一般达20％以上，前两个月含砂量20～60％；0.5～1年后，含砂量降至5％以内（一般在0.5～3％之间），并稳定下来。1、产砂特征21四、开采特征产油量随产砂量的增加而大幅度增加。2、产油量与采收率22四、开采特征单井日产油10～40m3，为常规开采的数十至数百倍。2、产油量与采收率23四、开采特征据加拿大矿场实际资料统计，稠油出砂冷采采收率一般达8％～15％，如Celtic油田薄层油藏14％、Lindbengh和FrogLake油田15％、委内瑞拉Hamaca油田20％。如果在不出砂的情况下进行常规降压开采，则采收率仅为0～3％，出砂冷采采收率是常规降压开采的5倍以上。2、产油量与采收率24四、开采特征随着压力的降低，含气稠油变为泡沫油，且稳定性好，产出液呈泡沫状流动；产出液含水量很低，一般在5％以下，且产出水以乳化液形式存在；生产气油比一直稳定在原始溶解气油比的水平，即溶解气与原油同步产出；井筒原油密度0.6左右，气泡所占体积达40％以上；井底压力低。3、原油流动特征25四、开采特征蚯蚓洞具有方向性，主要朝胶结相对疏松的高孔渗区域扩展，延伸距离可达数百米。4、蚯蚓洞延伸状况远距离边底水提供了一定的驱动能量，但一旦发生外来水侵入，开采效果急剧变差。5、外来水的影响对最终开发指标和开采动态的影响不明显。6、油层压力的影响26四、开采特征油井所处构造部位不同，开采效果差异较大。位于油藏低部位或靠近气顶的油井，往往开采效果差。7、构造部位的影响油层大量出砂后盖层可能发生损坏，但地表不会塌陷。8、油层出砂对地表的影响2727一、简介二、开采机理三、筛选标准四、开采特征五、应用概况六、开发实例汇报提纲28五、应用概况技术已经成熟：加拿大每年CHOPS产量约4000万吨，占全国总产量的1／4，冷采井平均产量10m3/d，稳产期达7年，高产井平均产量达到15m3/d左右。1、技术现状29五、应用概况对于一个新油藏，在可行性论证和工业性开采前，必须先开展单井试采。只要油藏条件合适，配套工艺技术过关，在单井试采成功的基础上，无需进行先导性试验，即可投入工业性应用。由于CHOPS开发指标定量预测方法和油藏数模软件尚不成熟，所以开发指标的预测和井距的确定主要是借鉴相关油藏矿场经验。目前，国外CHOPS所采用的井距一般为160～400m。2、开发程序30五、应用概况（1）激励出砂：最关键技术，主要做法是采用大孔径、高能量的射孔弹进行高密度射孔，孔密30－40孔／m，孔深大于700mm。（2）生产压差的控制：与临界出砂压力梯度和泡沫油的稳定性有关，生产压差越大，越易形成蚯蚓洞，泡沫油的性质也越稳定。（3）螺杆泵的选择：应选排量在20－40m3／d的大泵，泵的位置一般下到射孔处以下lm左右的地方；另外，初期时泵速相对要低，直到产液产砂趋于稳定后再逐渐地、缓慢地提高泵速；初期时还一定要注意井的监测。（4）地面油砂处理：一般采用砂浆压裂回注法。3、技术要点31五、应用概况CHOPS最突出的优点为：投资少、见效快、产能高、风险小，经过初期半年到一年的出砂，就会达到高峰产量。日产量可达10～40t／d，单位原油开采成本约3.0～4.6美元／桶，大大低于蒸汽吞吐等开采方式。由于CHOPS是利用天然能量进行衰竭式开采，所以采收率一般不高，约在10～20％；有关携砂冷采的接替技术目前尚不成熟，如果转注蒸汽或注水开发，由蚯蚓洞带来的窜流问题不好解决；另外对油砂的处理是个较大的问题。4、优缺点32五、应用概况（1）薄层稠油出砂冷采、水平井出砂冷采均取得了矿场试验的成功，并呈现出良好的发展势头。（2）由于有关理论研究起步相对较晚，而大规模矿场应用又需要成熟理论作指导，加拿大和美国的有关研究机构正在和大石油公司联手对该项技术进行更为深入的研究。（3）由于出砂冷采采收率相对较低，所以如何进一步提高采收率，搞好后续开采方式的接替，也是有关研究机构正致力攻关的对象。5、发展趋势3333一、简介二、开采机理三、筛选标准四、开采特征五、应用概况六、开发实例汇报提纲341、ElkPoint普通稠油油田六、开发实例深度600m，油层厚度12.9m，脱气原油粘度9500mPa.s。冷采井最高产量超过12m3／d，一般4～10m3／d，稳产期长达7a，预测冷采采收率15％。352、BurntLake特稠油油藏六、开发实例埋深500m，地层油粘度26000mPa.s。产量稳定在20-30m3／d，含砂、含水5％以内。363、EIKPoint超稠油油藏六、开发实例埋深550m，地层原油粘度2000-55000mPa.s。含砂0.5～1％，单井产油10～30m3／d，峰值产量40m3／d。374、Celtic薄层稠油油藏六、开发实例埋深450m，厚度3-5m，地层原油粘度1200-3000mPa.s。产量稳定在10～20m3／d，产出液含砂量2％～3％，经过六七年开采，单井采出程度14％。385、水平井CHOPS六、开发实例90年代以来，水平井CHOPS取得了巨大成功，对各类稠油油藏均表现出较好的适应性，油层厚度在4－20m，水平井井距150－400m，水平段