热力采油-(提高采收率)

提高采收率原理绪论（4学时）第一章注水驱油（4学时）第二章聚合物溶液驱油（8学时）第三章表面活性剂溶液驱油（6学时）第四章碱水驱及复合体系驱油（4学时）第五章气体混相驱油法（6学时）第六章热力采油法（6学时）第七章微生物提高原油采收率（2学时）目录提高采收率原理6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层第六章热力采油法提高采收率原理热力采油方法是指利用热能加热油藏，降低原油粘度，将原油（主要是稠油）从地下采出的一种提高采收率的方法。由于稠油的粘度对温度非常敏感，所以热力采油法就成了强化开采稠油的最行之有效的方法。目前使用的热采工艺可根据热量产生的地点分为两类。一类是把热量从地面通过井筒注入油层(如蒸汽驱或蒸汽吞吐)；另一类是热量在油层内产生(如火烧油层)。热力采油是一个内容广泛的领域，它涉及到地面和地下设备、油藏特性、固体和流体的热力特性、驱替机理、动态预测，以及工艺技术设计、开发、开采方案实施等。本章主要阐述稠油油藏的常规热采方法——已得到广泛应用的蒸汽驱、蒸汽吞吐以及火烧油层技术的基本原理和工艺。第六章热力采油法前言4提高采收率原理6.1稠油的概念一、稠油分类稠油，就其物理特性来讲，主要是粘度高，密度大。对于稠油的定义和分类，目前还未有公认的统一标准。1982年2月在委内瑞拉由联合国训练研究署(UNITAR)组织的专家讨论会议所推荐的稠油分类标准见表第六章热力采油法类型粘度(油层温度下，脱气)mPa.s密度（常压，15.6ºC）kg/m3重油100~10,000934~1,000沥青砂油10,0001,0006.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层5提高采收率原理6.1稠油的概念一、稠油分类我国稠油的沥青及金属含量较低，胶质含量很高，具有粘度高而密度低的特点，所以在我国一般把重质原油称之为稠油。根据我国稠油的特点，我国热采工作者提出了适合我国油田的稠油分类标准，见表第六章热力采油法稠油分类第一指标：粘度，mPa.S第二指标：相对密度(20ºC)稠油50①(或100)~10,0000.92特稠油10,000~50,0000.956.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层6提高采收率原理6.1稠油的概念二、稠油与“正常”原油的区别稠油(重油)与普通“正常”原油的区别可以从组成和物性参数上的特点给予说明。烃类组成的差别是区分重质油与正常原油的显著标志之一。我国陆相正常原油中，烃的组成(饱和烃+芳香烃)一般大于60％，最高可达95％；而重质油中，烃的组成一般小于60％，最少可在20％以下。重质油中随着非烃和沥青质的增加，其比重呈规律性地增大。沥青质是原油中结构最复杂，分子量最大的成分，在正常原油中的含量一般不超过5％，但在重质油中可达10—30％，个别特重油可达50％或更高。此外，重质油中一般都含有硫，以及镍、钒、钼等金属。在物性方面，重质油在粘度与密度(或比重)上则与正常原油有明显的差异。第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层7提高采收率原理6.2蒸汽吞吐蒸汽吞吐是指将蒸汽注入到生产井中，关井一段时间，让热量在地层中扩散，充分加热地层油，然后再开井生产，整个过程可循环重复进行，直至无经济效益。蒸汽吞吐法是目前已投入到了工业化应用中的最好的热采方法。蒸汽吞吐又称蒸汽激励或循环注蒸汽。蒸汽吞吐方法的优点是一次投资少、工艺技术简单、增产快、经济效益好，对于普通稠油及特稠油油藏，蒸汽吞吐几乎没有任何技术、经济上的风险，因此这种方法已广泛应用于稠油开采。对于稠油油藏及特稠油油藏一般都是先进行蒸汽吞吐，然后再转向蒸汽驱开采方式。第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层8提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层热力驱油的工艺流程图9提高采收率原理6.2蒸汽吞吐1、注汽阶段注汽阶段是油层吞人蒸汽的过程，见图。第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、蒸汽吞吐的工艺过程10提高采收率原理6.2蒸汽吞吐2、关井阶段注完所设计的蒸汽量后，停止注汽，关井（也叫焖井），见图。第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、蒸汽吞吐的工艺过程11提高采收率原理6.2蒸汽吞吐3、开井生产阶段油井注完蒸汽关井达到设计的焖井时间后，进入开井生产阶段，见图第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、蒸汽吞吐的工艺过程12提高采收率原理6.2蒸汽吞吐蒸汽吞吐生产动态示意图第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、蒸汽吞吐的工艺过程13提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层二、蒸汽吞吐的增产机理周期吞吐增产的机理较为复杂，但可以肯定原油受热降粘在提高稠油产量中起着非常重要的作用；热膨胀的溶解气作用也促进了地层流体的流动；蒸汽的井筒清洗效应以及回采过程中的地污染的清除也是蒸汽吞吐增产的因素。此外高温引起的油水相对渗透率和毛管压力变化，以及岩石润湿性改变都有助于地层原油的流动。1、原油降粘2、地层能量增加注入蒸汽后，油层原油中的溶解气及游离气受热膨胀使油层的弹性能大为提高。加热后溶解气驱作用增加。14提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层二、蒸汽吞吐的增产机理3、地层堵塞清除油层伤害程度对蒸汽吞吐效果的影响15提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层二、蒸汽吞吐的增产机理4、相渗透率与润湿性改变注入的湿蒸汽加热油层后，高温蒸汽使砂粒表面上的沥青胶质油膜破坏，润湿性改变，由原来的亲油或强亲油变为亲水或强亲水，油水相对渗透率发生了变化，油相渗透率增加，水相渗透率降低。16提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层三、影响蒸汽吞吐效果的因素1、油藏地质参数1）、原油粘度原油粘度对蒸汽吞吐效果的影响17提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层三、影响蒸汽吞吐效果的因素2）油层厚度油层厚度对蒸汽吞吐效果的影响结果此外，油层渗透率越高，吞吐效果越好。地层残余油饱和度越高，吞吐效果越好。18提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层三、影响蒸汽吞吐效果的因素2、注汽工艺参数1)蒸汽干度蒸汽干度是指在单位重量的湿蒸汽中（含有水分的饱和蒸汽），干蒸汽所占的重量百分数。蒸汽干度是影响蒸汽吞吐开采效果的主要因素。在总蒸汽量相同的条件下，蒸汽干度越高，回采期原油峰值产量越大。而且整个回采期的累积产油量越高。2)注入汽量在其他因素条件相同时，注入蒸汽量增加，吞吐增产油量也增加，但原油蒸汽比下降。对于某一具体油藏，注入量越大，肯定是加热范围越大，热油产量越高。但注入量太大，原油蒸汽比下降，油井停产作业时间延长，对生产不利。注汽量也不能太小，否则峰值产量低，增产周期短，周期累积产量低，一般认为注气强度的最优范围是每米油层80—120t蒸汽。19提高采收率原理6.2蒸汽吞吐第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层三、影响蒸汽吞吐效果的因素2、注汽工艺参数3)注汽速度蒸汽吞吐中注汽速度主要受两个因素控制，一是井底蒸汽干度，二是地层破裂压力。注汽速度过小，井筒热损失会增加，导致井底干度降低，从而降低吞吐效果；注汽速度又不能太大，否则注入蒸汽就会压裂地层，造成裂缝性气窜，使下一周期的蒸汽吞吐以及后续的蒸汽驱开采效果恶化。在油层破裂压力以内，注汽速度高，可以提高蒸汽干度，缩短油井停产注汽时间，有利于提高增产效果。4)焖井时间注完蒸汽后关井一段时间，可以使注入油层的蒸汽与孔隙介质中的原油充分进行热交换，以避免降低开井回采时热能利用率。但焖井时间太长，就会增加油层热量向上下层损失量，降低热能利用量。而焖井时间太短，会导致注入地层的蒸汽在回采阶段吐出来，降低了蒸汽的加热范围，因此焖井时间存在一个最优值，一般该值为3～6天。20提高采收率原理6.3蒸汽驱第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层在热力开采稠油的方法中，蒸汽吞吐只能采出油井井筒附近地层中的原油，而井间仍有大量的稠油未能采出，其采收率仅为10％～20％。因此，蒸汽吞吐后往往要进行蒸汽驱开采，使一部分井间地层中的原油采出地面。蒸汽驱是接替蒸汽吞吐的一种稠油开采方法，可进一步提高稠油的采收率20％～30％。与蒸汽吞吐相比，尽管蒸汽驱可以大幅度提高稠油油藏的采收率，但该方法消耗的热能多、投资大、技术复杂程度高、风险大。目前蒸汽驱的产量要比蒸汽吞吐的产量小。21提高采收率原理6.3蒸汽驱第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、工艺过程蒸汽驱的工艺流程图22提高采收率原理6.3蒸汽驱第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、工艺过程23提高采收率原理6.3蒸汽驱第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层一、工艺过程24提高采收率原理6.3蒸汽驱第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层二、提高采收率的机理稠油蒸汽驱机理对采收率的贡献1．降粘作用2．热膨胀作用3．蒸汽蒸馏作用(汽提作用)4．溶剂混相驱5．油相相对渗透率增加25提高采收率原理6.3蒸汽驱第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层三、影响蒸汽驱效果的因素1．油藏参数的影响1)油层厚度2)原油粘度3)含油量4)油藏埋藏深度5)油藏压力6)油层的非均质性2．工艺参数对蒸汽驱效果的影响1)注入速度2)蒸汽干度26提高采收率原理6.4火烧油层第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层蒸汽驱采油的热量是经地面注入管线和井筒注入到地层。而在地面锅炉产生的蒸汽经过地面管线及井筒到达地层过程中，有大量的热量由于传导、对流和辐射作用而损失，致使井底蒸汽干度降低，火烧油层法可以解决以上问题。火烧油层是向油层注入空气(或氧气)，使注入井附近地层的原油氧化。如果氧化反应快，原油将自燃点火，并开始燃烧。如果氧化反应慢，则用井下点火器下人到注入井底加热油层，使其点燃。点火成功后，继续注入空气，使燃烧维持下去，使地层部分原油就地燃烧，利用燃烧前缘推动原油的热采方法。火烧油层法又称层内燃烧或火驱。27提高采收率原理6.4火烧油层第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层1、正向燃烧法正向燃烧法是向注入井注入空气或氧气，燃烧前缘沿径向推进生产井，其特点是空气流动方向与燃烧前缘方向一致。由于高温，使近井地带原油蒸发和焦化，轻质油蒸汽向前流动并与冷油层发生热交换而凝析下来，焦化的重烃变成残留的可燃炭继续燃烧和提供热量。残炭燃烧的热废气在往前流动时加热稠油和岩层。只要有足够的残炭量，足够的温度和足够的空气量，燃烧便可维持，并形成一个火线，不断向纵深发展。一、工艺方法28提高采收率原理6.4火烧油层第六章热力采油法6.1稠油的概念6.2蒸汽吞吐6.3蒸汽驱6.4火烧油层1、正向燃烧法正向燃烧由于注人的仅仅是空气或氧气而无水，因此又称干式燃烧法。由于点火是在注入井井底或井底附近，燃烧前缘从注入井向生产井方向推进，燃烧是正向向前的，故又称前烧法。缺点如下：采出原油必须经过低温地区，可能形成原油堵塞现象，高粘原油尤其明显；注入空气不能将留在地层的大量热能有效地利用，热能利用率低一、工艺方法29提高采收率原理6.4火烧油层第六章热力