稠油出砂冷采技术的原理研究与应用毕业设计（论文）

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1、摘 要 稠油出砂冷采技术是油层大量出砂形成蚯蚓洞和稳定泡沫油而形成 ,该技术的使用可获得较高的原油产量。 河南油田通过攻关 ,在稠油出砂冷采领域取得良好的应用效果 ,形成了普通稠油出砂冷采开采技术 ,成功地将特薄互 层和中深层普通稠油难采储量投入开发。第一口出砂冷采先导试验井日产油量是常规试油产量的 8 倍以上、是蒸汽 吞吐产量的 4 倍以上 ,开采成本比蒸汽吞吐降低 47 %。同时 ,还成功地将出砂冷采技术应用于普通稠油低周期蒸汽 吞吐井中 ,日产油提高 13 倍 ,进一步拓宽了该技术应用领域。 关键词 : 稠油，出砂，蒸汽吞吐，冷采，配套技术 目 录第1章 前言.5第2章 稠油出砂冷采技术

2、策略 .62.1完井与引流 6 2.2 井筒降粘 6 2.3 泡沫驱油和控砂采油 .6 2.4废物处理.8第3章出砂冷采技术在低周期蒸汽吞吐井中的应用.9第4章出砂冷采工业化应用配套技术攻关方向11第5章 结论 12参考文献.13致谢14第一章 前言 稠油出砂冷采技术是20世纪80年代末、90年代初国外发展起来的一项稠油开采新技术 ,属一次采油范畴,不需要向油层中注入蒸汽 ,通过以砂带油方式开采稠油, 具有日产油量高、开采成本低的特点 ,适应于地层原油中含有溶解气的疏松砂岩稠油 油藏 ,是降低稠油开采成本、提高稠油资源利用率的 重要开采技术。 目前, 该技术已在加拿大得到大 规模推广应用 ,单

3、井日产油一般在350t 之间 ,大 大高于常规降压开采和注蒸汽开采产量,采收率一般可达8 %15 % ,最高达 20 % ,与蒸汽吞吐相当 ;开采成本仅 46 加元/ 桶 ,大大低于蒸汽吞吐等 原有开采方式。 河南油田稠油油藏具有浅、薄、稠、散的特点 ,资 源品位低 ,基本达不到国内外通用的稠油注蒸汽开采筛选标准。河南油田经过“七五”以来的科技攻关 ,取得了这类低品位稠油资源注蒸汽开采的成功, 形成了相应的注蒸汽开采筛选标准和配套开采技 术 ,大大拓展了稠油注蒸汽开采领域, 使河南油田稠 油资源利用率由8.3% 提高到 60.8%。由于油藏 条件的先天不足, 平面和纵向上油层分布过于零散, 导

4、致注蒸汽开采热损失大, 出砂严重, 开采成本较高, 严重制约着经济效益和资源利用率的进一步提 高, 仍有近40%的稠油资源无法投入开发。 为进一步提高低品位稠油资源利率,降低稠油开采成本 ,确保稠油持续稳定生产 ,在广泛调研的基础, 河南油田从1996年开始着手“稠油出砂冷 采可行性研究及现场试验”课题攻关, 取得了卓有成 效的攻关研究成果和可喜的矿场试验效果,可望为国内数亿吨稠油难采储量的开发提供有益的技术借鉴。 第二章稠油出砂冷采技术策略 稠油出砂冷采可以产生非常高的速度和生产动 态 ,这不易用传统的油藏理论来解释。因此 ,为了了 解矿场观测到的采油速度和采收率 ,冷采油藏机理 是研究部门

5、广泛关注的课题。虽然对实际过程的了 解仍然不充分 ,但工业和研究部门出砂冷采可提高 生产能力。现场实践表明 ,利用出砂冷采技术开采 地下稠油要做好以下工作。 2. 1 完井与引流 出砂冷采的目的是 :在保持经济产油量的情况 下 ,保持出砂稳定。由于油井刚开始启动时 ,产液量 较低 ,而出砂又较多 ,经常出现卡泵事故。矿场实践 中大约有 10 %20 %的油井因泵干磨或泵被砂埋 在开始时失败 ,所以 ,采取必要的完井与引流措施是必要的。 最好采用大尺寸、高孔密和全方位的射孔枪 ,使 产生的射孔孔眼遇到大砂粒不会堵塞 ,或形成稳定 的砂拱 ,从而起过滤作用2 。推荐采用高射孔密度 (26 弹/ 米

6、) 、大口径子弹(32g 弹 ,目标直径 25 cm) , 射孔后必须立即清洗射孔碎屑并诱导油流入井 ;通 常配备旋转驱动的渐进式空腔泵系统(螺杆泵) 。底 部入口位于炮眼下约 1 m 处 ;油井启泵时 ,通常低速 运行 ,产出流体和砂稳定后 ,缓慢提高泵速并达到最 佳产量。2. 2 井筒降粘 稠油从井底向地面流动过程中 ,随着温度降低 , 粘度大幅度上升 ,特别对特、超稠油来说 ,由于原油 粘度太高不利于油井生产能力的充分发挥。因此 , 应进行井筒降粘工艺。2. 3 泡沫驱油和控砂采油 室内实验发现 ,诱发泡沫溶解气驱所需的衰竭 速度比现场的衰竭速度高得多。应用古城油田泌 125 区油、砂样

7、所作的室内物模实验结果表明3 :在 无溶解气实验条件下 ,平均产油速度为 0. 2 g/ s ,最 终采收率为 4. 2 % ,产出液峰值含砂量为 28. 5 %(体 积比) ;在溶解气含量为 10. 8 m3/ t 的实验条件下 ,产 出油呈泡沫油状 ,平均产油速度为 1. 3 g/ s ,采收率 达 24. 5 % ,峰值含砂量达 56. 6 % ,平均产油速度和 采收率分别比无溶解气情况下提高 6 倍和 5 倍 (表2- 1) 。泡沫驱油开采机理也在河南油田矿场试验过程 中得到充分体现。表 2-1 古城泌 125 区油砂样室内实验结果实验号 实验 1 实验 2含气量/ (m3/ t) 0

8、 10. 8原油粘度/ (mPa s) 45000 23000平均产油速度/ (g/ min) 0. 2 1. 3 峰值产油速度/ (g/ min) 1. 7 216. 0平均体积含砂率/ % 21. 8 43. 1峰值体积含砂率/ % 28. 5 56采收率/ % 4.2 24.5 为进一步考察原始溶解气油比对冷采效果的影 响程度 ,还对溶解气油比在 4. 510. 5 m3/ m3 范围 内的注采情况进行了数值模拟 ,结果见表2-2。由所 得结果可以看出 ,溶解气油比对冷采有较大影响。 溶解气油比越大 ,采出程度越高 ,因此溶解气油比是油比是确定是否采用冷采方式的关键因素之一。表2-2 油

9、比对冷采极限采出程度的影响 原始气油比/ (m3/ m3) 10.5 8.5 6.5 4.5 采出程度/ % 25.7 21.7 14.3 9.94 冷采的基础是自然出砂时原油产量和采收率的 提高 ,多数稠油油藏属于浅层、非胶结砂岩地层 ,疏 松砂粒可能随稠油流动。生产数据表明 ,当非胶结 油藏出砂时 ,稠油得以更高效地流动。砂子的产出 , 提高了流体流动的油藏渗透率 ,改善了油井的生产 能力。通常油井的出砂量约为 500 m3/ 井。初期砂 比可高达 40 % ,一段时间以后 ,降到 1 %2 %(图2- 1) 。 初始产沙量 1 产沙量峰值 产量 一个冷采循环平稳出沙时间图2- 1 一次冷

10、采循环产砂量与产油量的关系2. 4 废物处理 出砂冷采过程中 ,由于产出液含砂量高 ,因此 , 产出液必须在井口进行脱砂处理后才能进入集(转) 油站。一般采用多级大罐脱砂、脱水处理技术和洗 砂工艺 ,除砂效率可达 99 %以上 ,净化砂含油率在 0. 03 %0. 26 %之间。有两种废物需要处理 : 一是 产出的砂。二是油、粘土、粉细矿物、水等混合废物。通常既经济又满足环保要求的处理废物的方法有 : （1) 直接用溶剂、蒸汽、燃烧的方法清洗 。 (2) 就地掩埋或撒在当地石子路上。 (3) 生物降解。 (4)注入合适的深部地层。 第三章出砂冷采技术在低周期蒸汽吞吐井中的应用稠油蒸汽吞吐井能否

11、转入出砂冷采 ,何时转入 出砂冷采 ,是我们最关心的问题。河南油田部分热采开发单元蒸汽吞吐过程中出砂十分严重 ,相当部 分井无法正常生产。为此 ,我们应用已经取得的攻 关成果 ,在古城油田泌 125 区和井楼油田七区这两 个出砂最严重的开发单元开展了低周期吞吐井转出 砂冷采现场试验。试验总井数为 10 口 ,均取得了良 好的试验效果 ,周期生产时间延长 12 倍 ,日产油 量提高 13 倍。 古 4911 井位于古城油田泌 125 区东北部 ,试验 目的层为下第三系核三段 9 层。泌 125 区 9 层 为一断层遮挡的呈条带状分布的边水油藏 ,油带宽 度仅 200300 m。古 4911 井与

12、河南油田第一口出 砂冷采试验井古 4906 井属同一油藏 ,且构造部位相 当。泌 125 区 9 为胶结疏松的细、粉砂岩 ,细砂和 粉砂含量分别为 67. 2 %和 23. 7 % ,粒度中值 0. 122 mm ,泥质含量 2. 8 %;油层埋深 470510 m ,油层温 度 38 ,压力 4. 5 MPa ,油层温度下脱气原油粘度 6 800 mPa s。 古 4911 井油层深度 486. 8497. 6 m ,砂层厚度 13. 4 m ,有效厚度 7. 4 m ,孔隙度 34. 2 % ,渗透率 5. 586m2 。该井于 1997 年投入蒸汽吞吐开采 , 1998 年 12 月按照

13、出砂冷采技术要求转入出砂冷 采。该井转出砂冷采前共吞吐三个周期 ,累积注汽 1 867 t ,累积产油 372 t ,平均日产油只有 2. 0 t ,蒸汽 吞吐过程中回压高达 0. 44. 0 MPa ,经常出现光杆 下不去、管线砂堵等故障 ,作业频繁 ,累计油气比 0. 20(表3-1) 。表3-1 G4911 井出砂冷采试验效果与蒸汽吞吐比较开采 阶段 注汽量 生产时间 总产油 平均日产油 综合含水 回压方式 /t /d /t /t /% /MPa 第一周期 503 13 12 0. 9 80. 3 0. 44. 0 蒸汽 第二周期 897 126 193 1. 5 76. 6 0. 41

14、. 8吞吐 第三周期 437 40 167 4. 2 42. 4 0. 62. 5 吞吐合计 1837 179 372 2. 0 68. 4出砂 初始阶段 111 245 2. 2 45. 2 0. 10. 3 冷采 初始阶段 583 3206 5. 5 72. 0 0. 10. 2同其它类型稠油出砂冷采井一样 ,古 4911 井出 砂冷采初期生产不正常 ,主要表现在生产时率和产 能低。前 6 个月经历过多次作业检泵 ,此间共生产 111 d ,产油 245 t ,平均日产油 2. 2 t ,生产时率 63 %。 随着大量砂子的产出 ,1999 年 6 月后 ,该井进入正 常生产阶段 ,油井产

15、量增加 ,截止 2001 年 6 月 ,该井 出砂冷采正常生产阶段共生产 336 d ,产油 3 206 t ,平均日产油 5. 5 t ,峰值产油量达 20. 4 t/ d ,含砂基本 上在 2 %6 %之间 ,且产量的提高与油井大量出砂 呈良好对应关系。事实上 ,产出液实际含砂量比分 析结果高 ,因为受气泡界面张力的影响 ,粉砂以下的 颗粒难以分离出来。尽管出砂冷采过程中产出液含 砂量较高 ,但井口回压降至 0. 3 MPa 以内 ,可见井下 和地面配套工艺技术是可行的。泌 125 区 9 层属 中等埋深普通稠油油藏 ,原油本身具有一定的流动 能力 ,蒸汽吞吐初期具有较高产能 ,但产量递减

16、快。 该区泌 125 井试油产量 2. 45 t/ d ,折算采油强度 0. 208 t/ (d m) 。古 4911 井第二周期吞吐生产较为 正常 ,初期产量达 11 t/ d ,但周期平均日产油量仅 1. 5 t ,折算采油强度仅 0. 203 t/ (d m) ;采用出砂冷 采技术后 ,产量大幅度增加 ,据出砂冷采正常阶段统 计 ,平均日产油量达到 5. 6 t ,折算采油强度 0. 757 t/ (d m) ,是蒸汽吞吐的 3. 7 倍。第四章出砂冷采工业化应用配套技术攻关方向根据出砂冷采条件筛选,河南油田适应出砂冷采的稠油资源量1860万吨；其中探 明储量1277万吨；表外储量583

17、万吨；按流体性质分类, 普通稠油、特稠油和超稠油分别为 188万吨、456万吨和 716万吨。该技术的进一步完善配套及推广应用将会使河南稠油探明储量资源利用率由目前的59%提高到92%, 表外储量资源利用率由19% 提高到55%。根据矿场试验中暴露出来的问题, 出砂冷采工业化应用配套技术攻关下 步的主要方向是：（1） 稠油 出砂冷采开发方案优化设计。河南稠油油藏出砂冷采先导试验虽见到好苗头, 但含水上升快、产量下降快, 其很大程度上是方案部署不够合理。因此, 下步科技攻关应根据稠油油藏地质特征和稠油出砂冷采条件, 开展稠油出砂冷采区 块储层特征、油砂体展布规律、井网优化设计、配套钻采工艺技术等

18、研究, 提高出砂冷采开发效果。（2） 特、超稠油油藏砂冷采配套开采技术特、 超稠油是河南油田出砂冷采主要 应用领域, 其储量为1172万吨, 占出砂冷采储量的63%。目前特、超稠油出砂冷采现场试验未获成功, 其主要原因是激励油层初始出砂的技术措施未跟上。因此,下步应 重点开展激励油层初始出砂、改善原油流动性为主的配套开采技术攻关 。（3）大孔径、深穿透、高密度一次性射孔技术加拿大出砂冷采井普遍采用25孔径射孔弹（APIRP43靶穿深0.60m, 疏松砂岩储层穿深大于2.5m和50孔/m孔密, 美 国斯伦贝谢公司新近开发出一种新型高效聚能射孔弹 一Power Jet, 在应用 4”,(约11.4

19、3)HSD射孔枪情况下, API靶穿深达到1.37m。河南油田出砂冷采井最大射孔密度32孔/m , 且两次射孔。 射孔技术攻关时应充分吸收国外经验, 通过必要的技 术引进或技术合作, 完善配套出砂冷采射孔工艺技术。 （4）研制开发适应稠油出砂冷采的螺杆泵。现有的国产螺杆泵难以适应于稠油出砂冷采技术的需要, 河南油田稠油出砂冷采现场试验主要采用进口螺杆泵。随着出砂冷采 技术的进一步完善和推广应用, 对适宜稠油出砂冷采的螺杆泵需求量会越来越多 , 研制开发适应稠油出砂冷采技术的螺杆泵具有良好的市场前景。第五章 结 论 (1) 稠油出砂冷采的两个主要机理是大量出砂 形成高渗透蚯蚓洞网络和稳定泡沫油的

20、形成。这也 是衡量该技术适应性和制定开发技术策略的基础。 (2) 河南油田在稠油出砂冷采方面取得了较好 的攻关研究和现场试验成果 ,并将该技术成功地应 用于中等埋深和中深层普通稠油油藏工业化开发中 ,目前正致力于特浅层稠油、特薄层稠油、特 超 稠油出砂冷采技术攻关。 (3) 河南油田成功地将出砂冷采技术应用于低 周期蒸汽吞吐井中 ,产出液含砂量达 2 %6 % ,日 产油量比蒸汽吞吐提高 13 倍。参考文献 1 程绍志 ,胡常忠 ,刘新福. 稠油出砂冷采技术 M . 北 京 :石油工业出版 社,1998. 2 M B Dusseault. Mechanisms of massive sandp

21、roduction inheavy oilsC. 7th UNITAR International Conference onHeavy Crude and Tar Sands ,Oct 27 - 30 ,1998 ,Beijing ,China. 3 马超. 疏松砂岩稠油油藏出砂冷采机理及配套技术研究J .矿物与岩石 ,2001 致谢 本论文是在*老师的悉心指导下完成的。*老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。 12中国石油大学（华东）现代远程教育指导教师 ： 职称： 工作单位： 对函授（网络） 级 层次 专业学员 所完成毕业设计（论文）的评 语 指导教师签名： 年 月 日注：此页由指导教师填写