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稠 油 注 蒸 汽 热 采 工 程pdf

日期:2019-10-17 20:12 来源: 热采品

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  稠 油 注 蒸 汽 热 采 工 程 刘文章 编著 石 油 工 业 出 版 社 内 容 提 要 本书是 国内第一本 稠油热 采工 程技术 方面 的专著 。较 全面、系统地 概述 了稠油 油藏 注蒸 汽热 采工程 的基 本理论 、方法 及实 践经验 。全 书共十 四章, 包括 注蒸汽 热采 的基本 理论 及基 础研 究, 稠 油油 藏评价 、油藏 工程 研究与 设计 方法, 蒸汽 吞吐开 采方法 及经 验, 蒸 汽驱 开采 方法 及经验 , 井 筒隔热 技术、热采 井完井 技术 及热采 经济 分析方 法等几 个专 题 。本 书按 系统 工程 、理论 与实 践相结 合 的原 则, 既有较 高的理论, 又结 合 国内油 田特 点, 反映出我 国 的技 术特 色, 同时也 具有实 用性、 资料 性及应 用技 术 的可 操作 性 。 可供石 油开 发、采 油工程 及科 技人员 参考 。 图书在版编 目 (C IP) 数据 稠油注蒸汽热采工程/ 刘文章编著. 北京: 石油工业出版社, 1997. 7 ISB N 7 - 5021 - 1982 - 5 Ⅰ. 稠… Ⅱ. 刘… Ⅲ. 粘性原油 - 注蒸汽 - 热效驱油 Ⅳ. T E345 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (97) 第 06454 号 石 油工 业 出版 社 出版 (100011 北京安 定 门外安华 里二 区一号 楼) 石油 工业 出版社 印刷厂 排版 印刷 新华 书店 北京发 行所发 行 * 787 ×1092 毫 米 16 开本 35 印张 877 千 字 印 1—2000 1997 年 7 月 北京第 1 版 1997 年 7 月北 京第 1 次印刷 ISB N 7 - 5021 - 1982 - 5/ T E ·1668 定 价 : 45. 00 元 序 稠油资源在我国分布广泛, 以前 由于这类原油的粘度很高, 在油层及井筒中的流动阻力 极大, 难 以有效开发。经过最近十几年的科学研 究及现场技术攻关, 采用注蒸汽热采新技 术, 陆续开发了一批稠油油 田, 打开了新局面。以 1982 年为起 点, 全 国陆上稠油产量逐年 4 4 上升, 1985 年 突破 100 ×10 t; 1992 年达 到 1000 ×10 t以上 ; 1994—1996 年保持 1200 × 4 10 t水平, 为全 国陆上原油产量稳定增长做出了重要贡献。 《稠油注蒸汽热采工程》 的作者刘文章同志是我 国从事石油开采工程的知名专家, 也是 我国稠油热采工程技术开拓者之一, 曾荣获数项国家级技术进步奖, 具有非常丰富的实践经 验和较高的理论水平 。本书总结了他和他的同行们十多年来科研和现场的实践经验, 也是国 内第一本稠油热采技术专著。 稠油热采技术是涉及多学科、多专业的系统工程 。作者从基本理论概念和多种分析方法 入手, 对有关稠油热力开采的技术专题进行了系统阐述 。尤其是针对我国稠油油藏的特点和 各种技术难点提出了许多新观念和新方法, 并组织完善了热采工程配套技术系列。如我国稠 油油藏分类标准和稠油油藏热采评价筛选标准的拟订、深井注蒸汽井筒隔热技术、蒸汽吞吐 技术的研究与应用、蒸汽驱技术的应用条件及潜力的分析研究等。 本书 内容丰富, 层次清晰, 系统完整, 具有较高的理论水平, 同时注意了应用技术的可 操作性。 展望今后, 我国稠油油 田的勘探开发将继续发展, 稠油热采技术还将进一步提高, 尤其 是已开发稠油油 田围绕提高采收率, 改善开发效果的任务还很重, 相信这本书的出版将会起 到积极的促进作用。 1996 年 8 月 30 日 前 言 1978 年 以来, 在我国东部地区相继发现 了一批稠油油藏 。这种特殊类型 的原油, 由于 胶质沥青含量高, 在油层条件下的粘度高达几百、几千、甚至几十万毫帕秒, 采用常规冷采 或普通水驱方法很难有效开发, 这对采油工作者是一个严峻的挑战。 从 1978 年开始, 在原石油工业部康世恩老部长 的具体指导下, 开展 了稠油油藏注蒸汽 热力开采的技术攻关。作者受命组织创建 了石油勘探开发科学研究院的稠油热采实验研 究 室, 并与辽河石油勘探局等密切合作, 经过 “六五”、“七五”两个五年 国家技术攻关项 目 “稠油蒸汽吞吐开采”和 “稠油蒸汽驱先导试验 ”, 基本上形成 了注蒸汽开采的配套工艺技 术, 开拓性地打开了我国稠油开发的新局面。经过三年的室 内研 究及现场准备, 1982 年在 4 辽河高升油 田深度 1600 m的第一批油井蒸汽吞吐试验成功, 1985 年热采产量达到 75×10 t, 4 4 4 1990 年达到 800 ×10 t以上, 1992 年上升到 1000 ×10 t以上。1995 年稳定在 1200 ×10 t水 平, 为陆上原油产量的稳定增长作出了贡献。 我国稠油油藏类型很多, 地质条件较复杂, 尤其是东部主要稠油产区的油藏深度绝大部 分在 800~1700 m, 注蒸汽热力开采技术的难度极大, 面临许多复杂 的技术难题, 因而 已取 得的技术成就及经验也具有 自己的特色。作者直接参与并组织研究了这项重大工程技术项 目 及多种类型稠油油藏 的开发方案设计, 经过艰 辛之路, 深知技术及经验来之不 易。展望未 来, 注蒸汽 (包括注热水) 热力开采技术必将继续发展, 仍然是稠油油藏提高采收率的主要 方法。为此, 有必要将我国自己的研究成果及经验较系统地总结, 这就是作者的心愿。 本书是用了三年时间写成的, 原稿引用资料很多, 内容较细, 经反复删节压缩后定稿 。 针对稠油油藏开发中的主要 问题, 共分十四章。概括起来, 主要讨论了以下问题 : (1) 什么样的原油称为稠油 ? 为什么将我国的稠油分为普通稠油、特稠油和超稠油三 类, 而国际上只分普通稠油及沥青两类 ? (2) 哪些稠油油藏能够采用注蒸汽热力开采, 哪些在 目前技术经济条件下还不能有把握 地开采 。即稠油油藏注蒸汽开采筛选标准及地质储量分级评价标准。 (3) 哪些普通稠油油藏不能采用普通水驱开采, 地下原油粘度及油水粘度 比对水驱油效 率的影响程度如何 ? (4) 稠油油藏注蒸汽热采的理论基础 。 (5) 稠油油藏 由勘探走向商业性开发的程序及开发方案如何设计 。 (6) 蒸汽吞吐开采方法的机理、工艺参数优选方法。 (7) 我国不同类型稠油油藏采用蒸汽吞吐方法开采的实践经验 。 (8) 蒸汽驱采油机理、油藏地质条件的适用性及注采工艺优选方法。 (9) 导致蒸汽驱开采效果变差的原因、改善蒸汽驱效果的途径及技术。 (10) 深井注蒸汽减小井筒热损失、提高井底蒸汽干度, 并保护套管的主要技术。 (11) 稠油注蒸汽开采经济评价方法。 (12) 稠油注蒸汽开采技术的发展前景。 本书针对我国稠油油藏的特点及技术难点, 主要阐述了我国的研究成果及经验, 同时引 用了某些国外学者的研究成果及油 田经验 。作者也注意了编著本书的理论性、实用性、资料 性及使用中的可操作性, 便于科技人员及现场工程技术人员作参考 。 本书第四章由刘 尚奇编写, 有些计算数据是刘 尚奇、谢培功、张建等提供的, 还有许多 同志提供了参考资料, 在此一并致意感谢 。由于作者水平所限, 书中难免存在某些错误及不 妥之处, 敬请读者指正。 作 者 一九九五年十二月 目 录 第一章 概论…………………………………………………………………………………… (1) 第一节 概况………………………………………………………………………………… (1) 第二节 我国稠油热采技术的发展历程…………………………………………………… (2) 第三节 主要技术成就……………………………………………………………………… (4) 第四节 主要技术论点及思路……………………………………………………………… (6) 第五节 热采技术的发展前景……………………………………………………………… (8) 参考文献……………………………………………………………………………………… (9) 第二章 稠油的特性、定义及分类标准 …………………………………………………… (10) 第一节 我国稠油的一般特性 …………………………………………………………… (10) 第二节 国际上对重质原油的分类标准 ………………………………………………… (21) 第三节 我国稠油的分类标准 …………………………………………………………… (23) 第四节 稠油油藏温度、原油粘度的测定方法 ………………………………………… (25) 第五节 稠油分类作业方法及实例 ……………………………………………………… (30) 参考文献 …………………………………………………………………………………… (33) 第三章 蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性 ……………………………………………… (34) 第一节 蒸汽、水的热物理特性和特性参数计算方法 ………………………………… (34) 第二节 原油及天然气的热物理特性 …………………………………………………… (67) 第三节 油藏地层岩石的热特性 ………………………………………………………… (87) 第四节 油藏岩石热特性参数在注蒸汽采油工程 中的应用…………………………… (102) 参考文献…………………………………………………………………………………… (105) 第四章 油层注蒸汽加热过程……………………………………………………………… (106) 第一节 油层注蒸汽加热机理…………………………………………………………… (106) 第二节 油层加热的能量平衡方程……………………………………………………… (107) 第三节 油层注蒸汽加热计算方法……………………………………………………… (120) 第四节 注蒸汽过程的热能管理………………………………………………………… (124) 第五节 计算实例………………………………………………………………………… (127) 参考文献…………………………………………………………………………………… (133) 附录 余误差函数表……………………………………………………………………… (134) 第五章 井筒热损失、套管温度及井底蒸汽干度计算方法……………………………… (135) 第一节 井筒传热机理…………………………………………………………………… (135) 第二节 井筒总传热系数的计算方法…………………………………………………… (137) 第三节 用物理模拟方法确定井筒总传热系数的方法………………………………… (144) 第四节 影响井筒隔热效果的主要因素………………………………………………… (156) 第五节 实际应用中对井筒总传热系数的修正方法…………………………………… (160) 第六节 井筒总传热系数 U 对井底注热参数的影响 ………………………………… (162) to 第七节 井筒传热数值模拟方法………………………………………………………… (166) 第八节 井 口注汽工艺参数对井底注热参数的影响…………………………………… (171) 符号说明…………………………………………………………………………………… (174) 参考文献…………………………………………………………………………………… (176) 第六章 稠油油藏注蒸汽开采筛选标准及储量评价方法………………………………… (178) 第一节 稠油蒸汽吞吐筛选标准………………………………………………………… (179) 第二节 稠油油藏注蒸汽 (蒸汽吞吐及蒸汽驱) 筛选标准…………………………… (186) 第三节 稠油地质储量的分等评价方法………………………………………………… (202) 第四节 稠油勘探及开发初期取资料要求……………………………………………… (203) 参考文献…………………………………………………………………………………… (205) 第七章 稠油油藏工程研究及注蒸汽开发方案设计……………………………………… (206) 第一节 稠油注蒸汽热采工程的特点及技术策略……………………………………… (206) 第二节 稠油油藏工程研究的主要任务及主要 内容…………………………………… (210) 第三节 稠油油藏热采开发程序………………………………………………………… (213) 第四节 稠油油藏开发方案设计………………………………………………………… (217) 第五节 蒸汽驱先导试验的方案设计与实施…………………………………………… (230) 参考文献…………………………………………………………………………………… (234) 第八章 蒸汽吞吐采油方法………………………………………………………………… (235) 第一节 蒸汽吞吐采油原理……………………………………………………………… (235) 第二节 蒸汽吞吐生产动态计算方法…………………………………………………… (243) 第三节 油藏地质参数对吞吐效果的影响……………………………………………… (247) 第四节 注蒸汽工艺参数对吞吐效果的影响…………………………………………… (257) 第五节 蒸汽吞吐采油的技术策略……………………………………………………… (267) 参考文献…………………………………………………………………………………… (278) 第九章 我国稠油油田蒸汽吞吐开采的实践经验………………………………………… (279) 第一节 高升油 田———我国注蒸汽开采最深的稠油油 田的实践经验………………… (279) 第二节 深层中薄互层稠油油藏蒸汽吞吐开采的实践………………………………… (294) 第三节 具有边、底水的深层中厚互层稠油油藏蒸汽吞吐开采的实践……………… (307) 第四节 深层中厚互层稠油油藏蒸汽吞吐开采的实践………………………………… (313) 第五节 浅层单砂体层状稠油油藏———克拉玛依九区蒸汽吞吐开采的实践………… (319) 第六节 薄油层、特稠油、超稠油及低渗透稠油油藏蒸汽吞吐开采的实践………… (331) 第七节 稠油蒸汽吞吐开采的经验小结………………………………………………… (342) 第十章 蒸汽驱开采方法…………………………………………………………………… (348) 第一节 蒸汽驱采油机理………………………………………………………………… (348) 第二节 蒸汽驱及热水驱室 内实验结果………………………………………………… (354) 第三节 油层加热过程 中渗透率变化的试验研究……………………………………… (364) 第四节 油藏地质特性对蒸汽驱效果的影响及对策…………………………………… (369) 第五节 蒸汽驱开采过程 中注汽及采油工艺参数的优选……………………………… (381) 第六节 完善、发展新工艺技术, 为汽驱开采创造成功的条件……………………… (390) 参考文献…………………………………………………………………………………… (392) 第十一章 我国不同类型稠油油藏蒸汽驱先导试验的初步实践………………………… (394) 第一节 克拉玛依九区浅层稠油油藏蒸汽驱生产动态………………………………… (394) 第二节 具有边水的深层块状稠油油藏蒸汽驱先导试验生产动态…………………… (413) 第三节 曙光油 田杜 163 区———薄互层状稠油油藏蒸汽驱先导试验………………… (422) 第十二章 改善蒸汽驱开发效果的技术策略……………………………………………… (429) 第一节 保持蒸汽驱开采过程采注 比大于 1. 0 是形成正常蒸汽驱的基本条件……… (429) 第二节 由蒸汽吞吐转入蒸汽驱的最佳时机…………………………………………… (437) 第三节 深井蒸汽驱提高井底蒸汽干度的方法………………………………………… (448) 第四节 分层注汽技术…………………………………………………………………… (453) 第五节 控制蒸汽窜流, 提高扫油体积系数的方法———蒸汽泡沫段塞驱…………… (458) 第六节 蒸汽驱开采过程 中的注采动态调整方法……………………………………… (470) 参考文献…………………………………………………………………………………… (486) 第十三章 注蒸汽热采经济分析方法……………………………………………………… (489) 第一节 热采方案常用经济指标的计算方法…………………………………………… (489) 第二节 热采项 目中的投资费用和生产费用计算方法………………………………… (497) 第三节 热采经济评价的步骤和程序…………………………………………………… (500) 第四节 经济评价实例…………………………………………………………………… (502) 第五节 稠油油藏注蒸汽开采的经济极限油汽 比……………………………………… (512) 第十四章 注蒸汽热采油井完井技术……………………………………………………… (518) 第一节 高温下油井套管热应力损坏机理及套管耐温极限…………………………… (518) 第二节 套管预应力完井方法…………………………………………………………… (523) 第三节 耐高温水泥固井技术…………………………………………………………… (528) 第四节 稠油油井完井方法……………………………………………………………… (534) 第五节 热采井套管损坏实例分析及防治措施………………………………………… (545) 参考文献…………………………………………………………………………………… (548) 第一章 概 论 石油资源存在于天然形成的油藏之中, 其开采技术随油藏类 型、原油特性不同而不同。 稠油, 也称重油即高粘度重质原油, 由于在油层中的粘度高, 流动阻力大, 甚至不能流动, 因而用常规技术难 以经济有效地开发。最近十几年, 我国采用注蒸汽热采技术, 有效地开发 了一批稠油油 田, 打开了稠油开发的新局面。本章简要概述了我国稠油开发的概况、发展历 程、主要的技术成就及发展潜力, 也概述了本书主要的技术论点及思路。 第一节 概 况 一、我国稠油的特点 国际上常称稠油为重油及沥青, 其突出的特点是沥青胶质含量高, 一般含蜡量较少, 因 而原油粘度很高, 流动困难, 开采难度很大。我 国稠油的特点是胶质成分 多, 一般 20 % ~ 40 % , 沥青含量较少, 一般 0~5 % , 因而和国外的稠油相 比, 粘度高, 而相对密度低 。按 作者推荐的分类标准, 以油层条件 下或油层温度下 的脱气原油粘度为主, 参考密度为辅分 3 类, 在 50 mPa·s以上 (密度大于 0. 9200g/ cm ) 称为稠油。其 中粘度 在 50 ~ 10000 mPa·s 3 (密度大于 0. 9200~0. 9500g/ cm) 称为普通稠油 ; 10000~50000 mPa·s(密度大于 0. 9500 3 3 ~0. 9800g/ cm) 称为特稠油 ; 大于 50000 mPa·s(密度大于 0. 9800g/ cm) 称为超稠油或天 然沥青 。 我国稠油 中的含硫较低, 一般小于 0. 5 % ; 轻馏分 (300℃) 约为 10 % 左右。金属钒、 镍含量低 。也有少数油藏, 原油中沥青胶质含量、石蜡含量均较高, 在油层中原油粘度大于 50 mPa·s, 也划为稠油油藏 。那种沥青胶质含量低、含蜡量高、凝 固点高 的原油和在油层 中 的粘度小于 50 mPa·s的原油不能称为稠油, 而称为轻质原油。 二、我国稠油资源的分布及特点 我国稠油资源的分布很广, 储量丰富、陆上稠油、沥青 资源 约 占石油总资源量的 20 % 以上。目前已在 12 个盆地发现了 70 多个稠油油 田。 我国陆上稠油油藏多数为中新生代陆相沉积, 少量为古生代的海相沉积 。储层 以碎屑岩 为主, 具有高孔隙、高渗透、胶结疏松的特征。稠油与常规油常有共生关系, 受到二次运移 中生物降解及氧化等因素影响, 在一个油气聚集带中, 从凹陷中部向边缘逐渐变稠 。重质油 主要分布在盆地边缘斜坡带, 凸起边缘、低凸起之上或凹陷中断裂背斜带的浅层 。陆相重质 油, 由于受成熟度较低的影响, 沥青含量较低, 而胶质成分高, 因而相对密度较低, 但粘度 较高。目前, 稠油储量最多的是东北的辽河油区, 其次是东部的胜利油区和西北的新疆克拉 玛依油区。 三、稠油油藏特点 我国的稠油油藏具有陆相沉积的特点, 油层非均质性严重, 地质构造的断层多, 而且油 藏类型很多, 埋藏深 。深度大于 800 m的稠油储量约 占已探 明储量的 80 % , 其中约有一半油 藏的埋深在 1300~1700 m。已投入开发的油藏类型有 : (1) 有气顶的块状厚层油藏 ; (2) 具 — 1 — 有边底水的多层油藏 ; (3) 薄互层油藏 ; (4) 单砂体层状岩性油藏 ; (5) 单砂体薄层油藏 ; (6) 边底水活跃的块状厚层油藏 ; (7) 夹有大卵石的砂砾岩油藏 。这就意味着注蒸汽开采的 技术难度极大。 四、热力采油技术发展迅速 蒸汽吞吐技术 已经成为稠油商业性开采 的主要方法, 深井蒸汽吞 吐开采技术 已经配套, 并具有 自己的特色。不 同类型油藏 的蒸汽驱先导试验也在进 行中, 蒸汽驱开采技术正在完 4 善、配套和提高。1986 年, 蒸汽吞吐作业 425 井次, 产量 150 ×10 t; 1990 年热采油井超过 4 了 3800 口, 蒸汽吞吐作业达到 4600 井次, 产油量达到 830 ×10 t; 1993 年, 在 6200 多 口油 井中进行了 7800 井次蒸汽吞吐作业, 有 200 多个井组正在进行蒸汽驱试验, 稠油产量达 到 4 4 1139 ×10 t, 其中热采产量 1066 ×10 t; 到 1995 年, 热采吞 吐油井 8100 多 口, 吞 吐产油 4 4 4 1051×10 t, 汽驱油井 820 多 口, 汽驱产油 48 ×10 t, 冷采产油 197 ×10 t, 合计稠油产量 4 1296 ×10 t。 第二节 我国稠油热采技术的发展历程 1958 年, 在我国新疆准噶尔盆地西北缘 断阶带发现 了乌尔禾—夏子街浅层稠油带, 打 井 48 口, 发现两个浅层稠油层, 分布面积几十平方 公里, 在 克拉玛依黑油山可 以看 到浅层 稠油露头油砂 。这种稠油粘度 高, 流动 困难, 难 以开采 。1965 年开始, 在黑油 山浅油层进 行了几 口油井的蒸汽吞吐开采试验 。接着 1967~1971 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, 由 3 口角井注汽, 3 口角井及 中心井采油, 井距 40 m, 并 有 2 口观察井 。油层深度 99~103 m, 原油粘度 10000 mPa·s。汽驱 1 年 5 个月, 原油采收率 高达 68 % , 累积油汽 比 0. 115t/ t; 如按高峰末期, 采 收率约 60 % , 油汽 比为 0. 148t/ t。以 后又在其他浅层油井进行蒸汽吞吐开采 。到 1980 年底, 共进行了 47 井次吞吐作业 (据杨 良 贤、张连秋 “克拉玛依油 田稠油区注蒸汽采油矿场试验总结报告”1981. 5), 拉开了我国稠 油热采的序幕 。 1966 年~1967 年, 在原石油工业部领导 的直接指导下, 在 克拉玛依油 田、胜利胜坨油 田及吉林扶余油 田又开展了三个火烧油层先导试验 。由于 “”大动乱而中途停止 试验 。 1978 年, 我国东部辽河油区发现了高升稠油油 田, 相继在胜利油区发现 了深层稠油油 田, 到 1982 年, 已陆续发现 20 多个稠油油藏 。尽管东部地区的稠油油藏多数埋藏深度超过 800 m, 甚至达到 1700 m, 原油粘度 高达数千至数万毫帕秒, 但 油层较 厚, 油层物性较好, 储量丰度高, 储量大。国民经济建设对原油增长的需求, 要求尽快开发, 因而在原石油工业 部领导的重视及具体组织下, 以东部为主攻地区, 也即以深层稠油为主要对象, 在 国家改革 开放政策指引下, 依靠科学技术进步, 通过 引进 了美 国、加拿大等国部分先进 的技术设备, 主要依靠我国自己的技术, 开始了我国稠油开发技术的崭新的开发时期。 从 1980 年到 目前, 我国稠油开发技术的发展大致经历了三个 阶段, 即: 1980 年—1985 年, 以稠油蒸汽吞吐开采技术为 目标 ; 1986 年—1990 年, 以稠油蒸汽吞 吐技术推广应用与 稠油蒸汽驱先导试验为 目标 ; 1991 年— 1995 年, 以改善蒸汽吞吐及蒸汽驱开采效果为 目标, 连续进行技术攻关。前两个阶段, 稠油蒸汽吞吐开采技术及稠油蒸汽驱先导试验都分别作为 “六五”及 “七五”国家技术攻关项 目, 由中国石油天然气总公司统一组织协调, 辽河、新 — 2 — 疆、胜利、河南油 田及总公司石油勘探开发科学研究院等单位, 进行了卓有成效的开创性科 学研究及现场热采工艺技术的配套完善, 并获得了重大科技成果奖。 值得指出的是, 辽河油 田与总公司勘探开发研究院密切合作, 在深井注蒸汽关键技术研 究的基础上, 采用国产隔热油管, 于 1982 年首次在高升油 田深度 1600 m的 7 口油井蒸汽吞 4 吐试验成功, 当年热采产量 1. 2 ×10 t, 成为我 国稠油热采技术发展的新起 点。总公司勘探 开发科学研究院创建了热采实验室, 后来成为稠油热采研究中心 (研 究所), 以 “双摸”技 术为主, 发挥了推动热采技术 的先驱作用。辽河油 田在深井注蒸汽开采配套技术上发挥 了 “火车头”的作用。两单位合作, 于 1984 年共 同完成了我国第一个整装深层油 田———高升油 6 田的注蒸汽开发设计方案并投入实施取得了成功, 年产量达到 1×10 t。 由于深井蒸汽吞吐开采技术的重大突破, 蒸汽吞吐开采增产幅度大, 第一周期单井产量 由几吨或不出油, 剧增到 50t/ d以上, 少数油井甚至达 到 80t/ d以上, 因而很快推广应用到 许多新油 田。 1985 年, 全 国 (辽河、新疆克拉玛依、胜利油 田) 共进行 了蒸汽吞 吐作业 229 井 次, 4 热采产量 75×10 t, 年油汽 比 1. 36t/ t。1986 年, 蒸汽吞 吐作业 425 井次, 热采产量 150 × 4 10 t, 年油汽 比 1. 67t/ t。到 1990 年, 全 国 (辽河、新疆克拉玛依、胜利、河南油 田) 蒸汽 4 吞吐 4358 井次, 热采产量 733. 4 ×10 t。到 1993 年, 全 国蒸汽吞吐 9229 井次, 热采产量 4 4 4 1066 ×10 t(其中蒸汽吞吐产量 1017 ×10 t, 蒸汽驱产量 49. 2×10 t), 全 国稠油产量 1189 4 ×10 t, 约 占当年全 国原油产量的 8. 5 % 。 历年稠油注蒸汽热采产量见表 1—1 及 图 1— 1。 图 1—1 全 国历年稠油产量增长 曲线 全国历年稠油热采产量 年 份 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 项 目 吞吐井次, 口 229 425 1104 2032 3164 4358 6775 7220 9229 8 131 8964 4 105. 8 295. 0 407. 7 532. 5 671. 5 839. 9 94 1. 2 1056. 1 1189. 2 1253 1298 稠油 产量, 10 t 4 75 150. 0 296. 7 455. 8 596. 5 733. 4 837. 7 958. 0 1066. 2 1129. 8 1100 热采 产量, 10 t 年油 汽 比, t/ t 1. 36 1. 67 1. 27 0. 93 0. 72 0. 68 0. 62 0. 58 0. 50 0. 52 0. 61 注 : 稠油 产量 中包括 投入 注蒸汽 热采 产量及 部分油 井 常规 冷 采产 量, 不 包括 已注水 开 发的稠 油油 田产量 。1994 年 蒸 汽吞 吐及 汽驱井 8131 口, 1995 年 增至 8964 口。 我国稠油开发, 从 1982 年油层最深的高升油 田 (深度 1600~1700 m) 蒸汽吞吐技术试 验成功, 成为新起点, 十几年来, 热采技术不断完善, 开发水平不断提高, 开发规模不断扩 4 大, 稠油产量持续大幅度增长, 到 1993 年止, 10 年累积产量达 6000 ×10 t, 其中热采产量 4 4 5200 ×10 t。从 1985 年起, 平均每年增长 136 ×10 t。同时经济效益十分显著, 先后建成 了 辽河、新疆、胜利、河南等 4 个稠油生产基地及北京石油勘探开发科学研究院稠油热采研究 中心, 为我国稠油开发作出了贡献。 4 最近十年, 稠油开发 以蒸汽吞吐开采技术为主要方法。常规冷采产量仅有 100 ×10 t/ 年 左右。蒸汽吞吐开采技术 已完善配套, 开发效果较好, 但仍需改善油层纵向动用程度, 而且 许多区块或油藏 已处在蒸汽吞吐开采 中后期。蒸汽驱开采仍在进行工业性试验及技术发展、 完善阶段。 第三节 主要技术成就 总结起来, 稠油热采有十项重大技术成就[1] , 这些技术具有我国自己的特色。 一、油藏描述技术取得很大进展 我国的稠油油藏具有陆相沉积的特点, 油层非均质性严重, 地质构造的断层多, 而且油 藏类型很多, 原油性质变化大。不断深化对油藏地质体分布的认识, 对于改善注蒸汽开采效 果是非常重要的。 几年前对河南井楼一区稠油油藏, 采用地质、测井、三维地震资料综合研究方法, 成功 地进行了精细油藏描述[2] , 并编制成软件包 。对油藏地质构造形态, 地质参数, 油、气、 水层分布, 地质沉积相态变化和油气富集区等有了详细的认识, 在此基础上确定热采开发设 计方案的效果好 。最近几年, 在 四个稠油油区利用计算机进行了九个稠油油藏精细描述示范 区工作。在提高开发方案设计水平及调整开发动态中取得了良好的效果。 二、热采数值模拟及物理模拟技术在稠油开发中发挥 了重要作用 在新油藏的开发设计方案中推广采用上述 “双模”技术, 优化井网井距、开发方式及注 采工艺参数。对 已投入开发的油藏, 采用多井组数值模拟方法进行蒸汽驱生产动态跟踪模拟 分析, 优化调控措施, 收到了很好的效果。利用 C M G 的 ST A RS 软件, 研究采用水平井热 采技术开发特稠油及超稠油取得 了重要成果[3] 。获得 了适宜水平井热采 的油藏筛选标准, — 4 — 尤其是原油粘度、油层厚度及垂 向/ 水平渗透率 比值等经济极 限值 。此外, 针对辽河油区冷 家铺特稠油利用水平井热采进行 了开发设计方案。研究结果及 辽河、胜利油 田已完成的 16 口水平井热采结果表 明, 这种新技术有很好的发展前景。 三、深井井筒隔热及保护套管技术 自行设计的三型隔热油管已成批地在两个工厂制造, 这种 隔热油管的结构与美 国 Ther- malcaceⅢ型隔热油管相似 。接头处有隔热套, 预应力结构, 双层 管中充有超细矿物棉隔热 材料, 抽真空后充有氪气并有吸气剂。这种 国产隔热油管的价格远低于进 口产 品, 已在 300 ~1700 m的注汽井 中广泛应用。金属密封耐热封隔器是辽河油 田的重大 发 明。耐 温高达 350℃, 压力差 17M Pa, 可 以在一 口井中下入两个封 隔器进行分层注汽 。它的使用成功率、 耐久性及可靠性都比其他类型的耐热封隔器优越, 尤其适用于深井蒸汽驱。预应力套管完井 技术也广泛地用于 400~1700 m深度的油井 。实践证明, 这是保护套管最经济 的方法。模拟 研究结果表 明, 如果 4″隔热油管与 7″套管之间环 空充满氮气, 井筒总传热系数将 由环 空 2 2 充满水时的 28 W/ (m·K) 降至 10 W/ (m ·K) 。在辽河油区深井注汽作业 中, 采用环空注 入氮气的经验也证明这是一种最好的保护套管及减小井筒热损失的方法。以前有些深井注汽 过程 中环空中有水存在, 造成了套管损坏的故障。 四、丛式定向井及水平井钻采技术 在辽河及胜利油区的稠油油 田已广泛采用丛式定向井钻井及蒸汽吞吐采油。丛式油井总 数 已达 1000 口以上。水平井热采技术有了突破性发展。在油藏工程研究、数值模拟、三维 相似物理模拟、钻井工程及采油工程等方面进行了大量研究工作。在辽河油区及胜利油区已 完钻 16 口水平井, 最长的水平段长 445 m。水平井蒸汽吞吐采油效果好于垂直井 3~4 倍 。 例如, 胜利乐安油 田, 产层砂砾岩, 深度 920~970 m, 油层厚度 6~10 m, 原油密度 0. 97~ 3 1. 03g/ cm, 原油粘度 10000~43000 mPa·s。在直井中蒸汽吞吐前三个周期的平均单井产量 为 13t/ d, 油汽 比为 0. 76, 平均周期 125d, 周期产量 1777t。第 1 口水平井 N 020—1, 前三 个周期的平均产量为 57t/ d, 油汽 比 1. 6, 平均周期 172d, 平均周期产量 9769t。水平井与垂 直井相 比, 单井产量高 3. 4 倍, 周期产量高 4. 5 倍 。1993 年, 4 口水平井蒸汽吞吐采油的产 油量达到 233t/ d。 五、稠油油井防砂技术 在 4 个稠油油区广泛采用了先期砾石填充绕丝衬管防砂及套管 内砾石填充绕丝筛管防砂 技术。为了解决油井产细粉砂的问题, 试验成功并推广采用了高温化学固砂剂 防砂新技术。 化学固砂剂可 以耐温 350℃, 施工作业简单, 成本低, 效果好 。例如, 辽河油区施工 190 口 井, 防砂有效率达 93. 5 % 。平均检泵周期 由防砂前 的 13d, 延长至 159d, 产液 中含砂 由 0. 1 % 减至含砂痕迹 。河南油 田采用不锈钢丝棉防砂衬管技术, 作业 54 井次, 防砂有效率达 100 % , 经验证明它是另一种防止细粉砂的好方法。 六、分层注汽及注入化学剂助排技术 许多油藏蒸汽吞吐开采过程 中, 吸汽剖面厚度仅 占 1/ 3~1/ 2。为了扩大垂 向注汽厚度, 改善吞吐效果, 辽河油区已试验成功两种分层注汽新技术。一种是采用耐高温 (350℃) 、高 压差 (17 M Pa) 的金属密封封隔器及相配套的井下工具进行分层注汽 。在 7″套管中下入隔热 管柱及一个或两个封隔器, 分为 2 个或 3 个注汽层段, 迫使蒸汽注入 以前未进汽的层段。另 一种方法是注汽过程 中投入特制的塑料球, 将吸汽量 多的射孔孔 眼堵住, 进行选择性注汽 。 这两种分层注汽技术, 已在辽河油 田的 142 口井中推广应用。此外, 在蒸汽吞吐作业 中, 还 — 5 — 推广应用薄膜扩散剂、增油排水剂、降粘剂等高温化学剂, 可 以增加吞吐周期的产油量及排 出水量 。 七、稠油热采油井机械采油技术 长冲程链条抽油机 (5~8 m) 及 12~16 型游梁式抽油机 (5~6 m) 、各种适用于高粘度 稠油热采的深井泵及高强度抽油杆 已配套推广应用。空心抽油杆柱中热水循环及 电缆加热技 术, 可 以使高粘度稠油或高凝原油生产井井筒加热降粘, 这项新技术 已在数百 口油井中推广 应用, 取得 良好效果。 八、井下高温测试技术 适用于注汽井、生产井及观察井的井下温度、压力及注汽、采油剖面测试设备、仪器及 工艺已基本配套。辽河油 田研制的温度、压力双参数测试仪适用于深井注汽温度 350℃及 16 M Pa的注汽井 。 九、注蒸汽专用锅炉及热采井 口设备 国内已有三个锅炉制造厂成批制造 6t/ h, 9. 2t/ h, 11. 5t/ h及 23t/ h注蒸汽用专用锅炉, 能满足稠油注蒸汽热采 需要。到 1993 年止, 全 国在用注蒸汽锅炉 已达 200 多标准台 (23t/ h), 既有运移性好的车装式, 又有 固定安装 的撬装式。耐温 370℃、耐压 27M Pa的热采井 口已完全在 国内生产 。还有地面蒸汽分配, 计量技术, 注汽管网隔热技术等。 十、稠油集输、计量、脱水处理及输送技术 总体上讲, 稠油注蒸汽热采技术发展迅速, 取得了很大成就。目前, 还面临许多重大技 术难题, 仍需继续改善、发展。 第四节 主要技术论点及思路 我国稠油油藏具有陆相沉积特点及多种类型 的复杂性, 尤其是多数油藏埋藏深度超过 1000 m, 对注蒸汽热采技术造成的难度之大, 要求之高, 实属罕见。虽然我们借鉴和引进 了 国外某些适用技术设备和经验, 但主要依靠了我们 自己的技术力量取得了开拓性的创造和发 展。今后仍面临的技术上及经济效益上的严重挑战, 仍需迎难而上, 开拓新领域, 创出高水 平 。 (1) 要改变对稠油的传统认识, 建立新概念, 采用新技术。作者在 1983 年初 曾提 出 10 个改变 (即建立新概念, 采用新技术, 打开稠油开发新局面), 实践证 明基本正确 。但需强 调 : ①改变稠油难采、见稠就怕的认识, 建立见稠不怕, 稠油可采, 稠油油藏优于深层低渗 透油藏的概念 ; ②不能沿用轻质油藏的传统开采方法, 更不可未经可行性研究及先导试验, 就投入注水开发 ; ③改变常规轻质油油藏的勘探评价方法, 强调取心、热采方法试油及按热 采筛选标准评价 ; ④改变 旧的传统完井方法, 采用新的稠油完井、射孔、防砂技术 ; ⑤按稠 油类别及油藏类型采用 “双模”技术, 选择最适用、经济效益又好的开发方案 ; ⑥按照稠油 特点, 采用适用的机械采油方法 ; ⑦稠油地面工程按采、集、输、炼相结合, 提高整体效益 为 目标综合考虑 。 (2) 作者提出的以油层条件 (温度) 下粘度为主的稠油分类标准[4] 将稠油分类为普通 稠油、特稠油及超稠油三种是适用的, 既参考了国际分类标准, 又考虑了我国稠油的特点。 不能将高凝原油混为稠油。 (3) 深油层注蒸汽开发必须解决既要保护油井套管不致热应力损坏, 又要减少井筒热损 — 6 — 失, 提高井底蒸汽干度, 这是关键的难题 。其技术路线是采用高质量的预应力套管完井技术 及井筒隔热技术, 我国的油藏条件不适宜采用井底蒸汽发生器的技术发展方 向[5] 。对于超 过 500 m的深井, 采用井筒隔热油管及耐热封隔器, 环空水难 以完全蒸发排干, 隔热效果难 以达到要求。作者推荐采用活动式制氮机连续向环空充氮技术, 甚至 向油层注入大量氮气, 既保护套管, 又扩大加热带、助排增效。 (4) 新发现的稠油油 田, 从勘探走向开发, 要密切衔接, 步伐可 以加快, 合理的程序不 可超越 。通过取心、单井蒸汽吞吐试验、热采可行性研究及先导性热采试验等主要程序, 评 价、筛选出有经济效益的储量才可投入商业性开发。但也不可仅考虑常规热采工艺技术, 要 按油藏地质特点, 立足于发展实用的高新技术, 拓宽开发领域。 (5) 稠油油藏的非均质性是客观存在, 必须不断深化认识油藏地质特征。尤其要注意油 层厚度及纯总厚度 比, 原油粘度、孔

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