稠油开采技术原理详解

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稠油概念一、稠油分类、特点在油藏(温度、压力、含气）条件下，粘度大于50mPa·s的原油称为稠油。稠油概念稠油=高粘重质原油μ=50(100)mPa.sD4200.92国内：沥青质含量低、胶质含量高稠油=重质原油重油Heavyoil沥青Bitumen沥青砂Tarsandoil一、稠油分类、特点国外：沥青质含量高、胶质含量低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分类第一指标第二指标粘度①，mPa·s密度（15.6℃),kg/m3重质原油102～104934～1000沥青＞104＞1000①指油藏温度条件下的脱气原油粘度国际一、稠油分类、特点中国稠油分类标准稠油分类主要指标辅助指标开采方式名称类别粘度，mPa·s相对密度(20℃),g/cm3普通稠油Ⅰ50＊(或100)～10000＞0.9200亚类Ⅰ－150＊～150＊＞0.9200可以先注水Ⅰ－2150＊～10000＞0.9200热采特稠油10000～50000＞0.9500热采超稠油(天然沥青)＞50000＞0.9800热采＊指油藏温度条件下粘度，无＊是指油藏温度下脱气油粘度国内一、稠油分类、特点1.分类标准一、稠油分类、特点2.特点－胶质和沥青质含量高烷烃芳烃非烃沥青质%%%%单13019.4121.5230.9210.44单6-14-4019.0523.3330.8310.34单6-12-4022.3321.7626.5310.5单6-14-2222.5521.6624.9311.57单6-14-828.4826.4933.1110.26单6-12-1826.8825.1430.6413.29区块井名单6块单家寺油田单6块稠油族组份胶质含量高一、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%芳烃%非烃%沥青质%总烃%S71奥陶16.9527.6815.9926.7344.63S74奥陶20.0522.9815.8928.6143.03S66奥陶20.4426.8915.3320.2247.33T433奥陶21.9429.1017.5523.0951.04T606奥陶21.4627.9216.8827.0849.38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60断块4口试验井原油粘温曲线109000356201362058302732151048519810031132200030920092080323201430055201410418173814610100100010000100000100000010000000507090110130150170190210温度℃粘度mPa·s单60-3单60-4单60-P3单60-P4一、稠油分类、特点2.特点－粘度高，粘温关系敏感温度（℃）405060708090100粘度（mPa.s）1333004456014470564526461370754406080100120140050100150粘度,Pa.s温度,℃陈375井脱水脱气油粘温关系一、稠油分类、特点2.特点－乳状液粘度与含水有关0500001000001500002000002500003000006065707580859095温度（℃）粘度（mPa.s）含水13.3%含水15%含水20%含水30%塔河油田S71井乳状液粘度与含水关系256752987431675200002500030000350002025303540含水率（%）粘度（mPa.s）60℃陈375油样不同含水率粘度曲线一、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)00.20.40.60.810510剪切应力（Pa）剪切速率（1/s）02468100510剪切应力（Pa）剪切速率（1/s）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μkQP提高稠油油藏产量降低稠油粘度提高油藏渗透率增大生产压差二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采火烧油层热水＋化学吞吐（驱）携砂冷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。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0501001502002503003504000481216202428温度℃压力Mpa⊙临界温度374.1℃临界压力22.1MPaP-T二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采饱和蒸汽温度与压力的对应关系温度(℃)压力（MPa)1000.12001.553008.637422.1(临界)水蒸汽热物理性质01002003004005006007000246810121416182022242628比热焓kal/kg压力Mpa总热焓⊙显热临界压力22.1MPa总热焓501.5kal/kgP-H潜热区二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采不同干度蒸汽的热焓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)`)1(``HXHXHsss注蒸汽热采增产机理提高稠油采收率蒸汽辅助重力泄油作用加热降粘岩石骨架受热膨胀压缩孔隙乳化作用提高波及体积稠油高温裂解蒸馏、稀释及混相驱作用高温下溶解气脱出，汽驱作用加强高温油水流度比减小，油相渗透率提高岩石受热表面亲水化，降低残余油饱和度流体受热膨胀弹性能量增加二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采-(1)加热降粘，改善流变性随温度升高束缚水饱和度增加，残余油饱和度降低。二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采-(2)高温改善油相渗透率0.2940.2260.349200℃0.2750.398160℃0.2170.3000.456120℃Srw超稠油Sro普通稠油Sro超稠油端点值稠油高温相渗端点值二、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等综合作用的结果。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-(3)热膨胀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-(4)蒸汽（热水）动力驱油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-(5)溶解气驱作用原油和水的蒸汽压随温度升高而升高，当油、水总蒸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。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-(7)乳化驱作用二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采-方式注蒸汽热采蒸汽吞吐蒸汽驱SAGD二、稠油油藏开采原理蒸汽吞吐示意图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。注蒸汽热采-方式二、稠油油藏开采原理蒸汽吞吐示意图注蒸汽热采-方式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。蒸汽吞吐剩余油饱和度分布二、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注蒸汽热采-方式我国稠油蒸汽吞吐筛选标准油藏地质参数一等二等12345原油粘度，mPa·s相对密度，g/cm350～10000＞0.9200＜50000＞0.9500＜100000＞0.9800＜10000＞0.9200＜10000.＞0.9200油层深度，m150～1600＜1000＜5001600～1800＜500油层纯厚度，m纯／总比＞10＞0.4＞10＞0.4＞10.0＞0.40＞10＞0.45～10＞0.4孔隙度，％原始含油饱和度,％φ×Soi储量系数,103t(km2·m)≥0.20≥0.50≥1.00≥10.0≥0.20≥0.50≥0.10≥10.0≥0.20≥0.50≥0.10≥10.0≥0.20≥0.50≥0.10≥10.0≥0.20≥0.50≥0.10≥10.0渗透率，10-3μm2≥200.≥200.≥200.≥200.≥200.二、稠油油藏开采原理蒸汽驱示意图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。注蒸汽热采-方式二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采-方式蒸汽驱过程大致可分为三个阶段：一是蒸汽驱启动阶段，由于油层原油的初始粘度较高，蒸汽驱初期主要依靠提高注入压力维持生产。因此启动阶段的原油产量较低；二是蒸汽驱受效阶段，随着蒸汽注入量的增加，受热原油越来越多，产量达到高峰；三是蒸汽突破阶段，当蒸汽在生产井突破以后，注入蒸汽的热效率降低，同时油层中被驱原油越来越少，产量逐渐下降。二、稠油油藏开采原理注蒸汽热采-方式在开发实践中，蒸汽吞吐和蒸汽驱是注蒸汽采油的两个有机过程，蒸汽吞吐不但降低了油层压力，同时注入油层的热量能使油层温度在较大范围内得到提高，有利于提高蒸汽驱的产量。蒸汽驱阶段的原油采收率一般可提高20％～30％。对于整个稠油油藏，有计划地实施蒸汽吞吐向蒸汽驱转换，可以巧妙地避开蒸汽吞吐和蒸汽驱的低效期，保持稠油的稳产。二、稠油油藏开采原理蒸汽腔蒸汽腔可动稠油和冷凝水1.注入井2.生产井SAGD示意图采用上、下两口水平井的布井方式，上部水平井注入高干度的蒸汽，蒸汽中的