提高原油采收率原理.ppt

2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 1 页,中国地质大学石油工程专业选修课,提 高 原 油 采 收 率 原 理ENHANCED OIL RECOVERY THEORY,袁彩萍,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 2 页,第八章 热力采油,第一节 基本理论 一、基本概念 二、稠油(一)、稠油的一般特性(二)、稠油的热特性(三)、我国稠油的特点(四)、稠油分类标准(五)、我国稠油资源的分布及特点(六)、我国稠油热采技术的发展历程(七)、主要稠油热采技术成就三、水蒸气及原油的性质,第二节 蒸汽吞吐一、蒸汽吞吐开采过程二、蒸汽吞吐机理三、影响蒸汽吞吐的因素第三节 蒸汽驱一、蒸汽驱采油机理二、影响蒸汽驱效果的因素 第四节 火烧油层一、火烧油层的采油机理二、火烧油层的采油方法,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 3 页,第八章热力采油,本 章 重 点：,1、稠油,2、蒸汽吞吐,3、蒸汽驱,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 4 页,热力采油的发展史,热采发展史任何技术的发展都是以生产的需要为动力，生产的需要是热力采油技术发展的原动力。由于发现的稠油无法用天然能量和注水进行正常开发，人们开始了研究新技术。早期的研究包括：注热气体电加热注热水注蒸汽火烧油层实践证明比较成功有效的是蒸汽吞吐、蒸汽驱和火烧油层,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 5 页,1920年湖尔科特提出火烧方法，在地下将油点燃，烧掉一部分油产生大量热，与此同时把未燃烧的油粘度降低并驱向生产井。1933年，苏联首次进行了现场试验。1931年，美国在德克萨斯德威尔森和斯旺油田最早进行蒸汽驱试验。1950年壳牌石油公司在委内瑞拉德明格兰油田进行蒸汽驱试验中,由于井周围发生冒汽事故被迫停止注汽,结果从这些从没有出过油的井中产出了大量油,从而意外地发现了蒸汽吞吐这一技术。由于蒸汽吞吐技术只需注几天汽就可马上产油，见效快，风险小，工艺相对简单，因而得到了快速发展。这一技术的突破，彻底改变了稠油的开发史，稠油得到了大面积的真正开发，研究方向也重点转向了注蒸汽开发。,热力采油的发展史,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 6 页,热力采油的发展史,几个主要国家稠油和沥青砂的储量：加拿大：3820108t委内瑞拉：2270108t美国：300108t中国：20108t前苏联：242108t世界重油和沥青砂储量大约为15000 108t,热力采油在EOR采油中的地位及潜力,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 7 页,热力采油的发展史,热力采油的成本随着稀油资源的开发利用，21世纪重油(是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。比重一般在0.820.95，比热在1000011000 kcalkg左右)资源在能源供应及化工原料中将占重要地位。各种油的生产成本（2002年）：加拿大重油$8/bbl加拿大沥青砂$10/bbl加里福尼亚重油$6/bbl北海轻油$10-12/bbl委内瑞拉$4/bbl中东轻油$2/bbl中国重油（估计）$7-8/bbl油页岩油$45/bbl煤生油$50/bbl,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 8 页,热力采油的发展史,稠油热采产量：从热力采油形成一定商业产量以来，热力采油产量一直占强化采油产量的很大比例，80年代在70以上，90年代在60。美 国：2004年初：EOR产量：66.3万桶/d 蒸汽驱产量占近55%；加拿大：2004年初：EOR的产量：28万桶/d 蒸汽驱的产量占近50%；印 尼：2004年初：EOR的产量：22万桶/d 基本为蒸汽驱的产量。中 国：2004年初：EOR的产量:40万桶/d 注蒸汽产量占50,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 9 页,一、基本概念1、热力采油方法：是指利用热能加热油藏,降低原油的粘度,将原油从地下采出的一种提高采收率的方法。热采的总的目的：加热油层提高原油温度，使原油易于流动。2、蒸汽干度：是指蒸汽质量与被加热的液体的总质量比值，通常用百分比表示：,式中：1，3 分别表示体系中液体和气体的密度；V1，V3分别表示体系中液体和气体的体积。3、过热蒸汽：是指蒸汽温度超过饱和压力下温度的蒸汽。过热蒸汽中没有液相，热采中采用的蒸汽一般都是湿蒸汽，即蒸汽干度小于100%的蒸汽，而不是过热蒸汽。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 10 页,4、比容（V）：单位质量的饱和液体占的体积称为比容，单位为：m3/kg。5、湿蒸汽的比容(Vws)：为干蒸汽和饱和水的比容之和。即:Vws=XsVs+（1-Xs）Vw 式中：Xs蒸汽干度，小数；Vs蒸汽比容，m3/kg；Vw饱和水的比容，m3/kg。6、导热系数（）：是指在稳定条件下，单位时间内单位温度梯度通过单位截面积所传递的热量。单位为 W/(m K)。导热系数是温度和压力的函数。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 11 页,7、比热（C）：使单位质量的物质温度上升1所需热量。单位：kJ/(kg)。比热高说明原油的吸热量越多，放热量也越大。8、热容：使单位体积物质的温度上升1所需热量。,第一节 基本理论,式中：Cr岩石的热容，kJ/(m3);r岩石的密度，kg/m3;cr岩石的比热容，kJ/(kg),式中：导热系数,W/(m K);Cr热容,kJ/(m3)m2/s。,9、热扩散系数：导热系数与热容之比，即：,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 12 页,二、稠油稠油定义：是指在油层条件下原油粘度大于50 mPa.s或者在油层温度下脱气原油粘度大于100 mPa.s，原油相对密度大于0.934（我国0.92）的原油称稠油。我国一般采用稠油的定义，西方国家采用重油的定义，以原油的重度（API）作为第一指标。原油重度与相对密度的换算关系为：,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 13 页,（一）、稠油的一般特性1、胶质沥青质含量高、轻质镏分少。高粘度和高相对密度是 稠油最主要的特征。2、S、O、N等杂原子含量多。例如：美国、加拿大、委内瑞拉的重油含S高达3-5%。3、稠油中含有较多的稀有金属，如Ni、V、Fe、Mo等；4、稠油中石蜡含量一般较低，但也有极少数为“双高原油”。5、同一稠油油藏中，原油性质在垂向油层的不同井段及平面上各井之间常常有很大的差别；在同一油田或油区，原油性质相差更大。如辽河高升油田高3-5-13井不同深度原油性质：,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 14 页,（二）、稠油的热特性1、稠油的粘温特性（是稠油热采的理论基础）；2、稠油的蒸馏特性(蒸汽驱、火烧油层采油机理之一)；当温度升高到泡点时，原油中的轻质组分将分离为气相、重组分仍保持为液相；3、稠油的热裂解特性：在火烧油层过程中，表现得比在蒸汽驱过程中更加突出；4、稠油的热膨胀特性：原油的热膨胀系数最大，相当于水的3倍多，岩石的10倍。原油、水及岩石的体积膨胀将产生不可忽视的驱油作用。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 15 页,（三）、我国稠油的特点（1）轻质镏分少，300时轻质镏分约占5%,胶质沥青质含量很高，10%-30%，个别高达50%或更高；（2）稠油粘度随比重增加而增加，但并不是呈线性关 系；（3）含S量低，一般为0.8%左右；（4）金属V和Ni含量低。（5）石蜡含量低。（6）对温度的敏感性很大。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 16 页,（四）、稠油分类标准1、联合国训练研究署（UNITAR）推荐的重油分类标准,说明：（1）重质原油和沥青砂油是天然地存在于孔隙介质中的石 油状液体或半固体。（2）用粘度来划分重质原油和沥青砂油，在缺少粘度数据 用密度代替。（3）重质原油通常含有3%以上的硫。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 17 页,2、我国热采工作者提出了稠油的分类标准，以刘文章为代表的分类方案，该方案重点强调了以下几点：（1）分类标准尽可能与国际标准一致，以便进行国际交流，便于进行稠油资源评价和开发方法的研究；（2）以原油粘度为主要指标，以密度为辅助指标是合理的；（3）分类标准与油田开发方法相联系，更具有实用性。（4）按推荐的分类标准，油层条件下粘度在50 mPa.s以下的原油不属稠油。不能将高含蜡原油称作稠油。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 18 页,第一节 基本理论,刘文章推荐的稠油分类标准,注：*指油层条件下的粘度；其它指油层温度下的脱气原油的粘度。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 19 页,1、普通稠油：粘度低限值取脱气油粘度为100 mPa.s或者油层条件下的粘度为50 mPa.s,高限值取脱气粘度10000 mPa.s,相对密度0.92。这类稠油又分两个亚类：粘度在150 mPa.s以下的可以先注水开发，高于150 mPa.s则适宜于注蒸汽开发。而且按目前的注蒸汽开采技术，这类油藏最为适宜。2、特稠油：粘度低限值取脱气粘度10000 mPa.s，高限值取脱气粘度50000 mPa.s，相对密度0.95。对于这类稠油，采用蒸汽吞吐是成功的，国内已有成功的例子，国外也有大量的实践经验。但是进行蒸汽驱，技术难度较大，采收率也较低。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 20 页,3、超稠油：脱气粘度50000 mPa.s，相对密度0.98。实际上，这种稠油在油层条件下是不能流动的，常规注蒸汽开采方法的经济效益降低，技术难度较大。估计这种稠油资源超过全部资源的一半以上。随着技术的发展，目前对超稠油进行注蒸汽在技术上、经济上有可能是成功的如加拿大Cold Lake及Peace River油田，原油脱气粘度超过10万 mPa.s，采用非常规的蒸汽驱技术，即水平井热采，利用地层水传热，蒸汽驱已成功。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 21 页,（五）、我国稠油资源的分布及特点我国目前已在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。重质油(沸点在约350以上的馏分油和渣油。但这一词的含意并不明确。在石油炼制工业中，重质油 包括重质馏分油和减压渣油)主要分布在盆地边缘斜坡带、凸起边缘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，沥青含量低而胶质含量高。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克拉玛依油区。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 22 页,（六）、我国稠油热采技术的发展历程从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：1、1980-1985（“六五”）：以稠油蒸汽吞吐开采技术为目标；2、1986-1990（“七五”）：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；3、1991-1995（“八五”）：以改善蒸汽吞吐、蒸汽驱开采效果为目标。另外，1966-1967年在克拉玛依油田、胜坨油田及扶余油田开展了三个火烧油层先导试验，由于文革而中途停止。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 23 页,（七）、主要稠油热采技术成就1、油藏描述技术取得很大的进展；2、热采数值模拟及物理模拟技术在稠油开发中发挥 重要作用；3、深井井筒隔热及保护套管技术；4、丛式定向井及水平井钻采技术；5、稠油油井防砂技术（机械防砂、高温防砂）；6、分层注汽及注入化学剂助排技术；7、稠油热采井机械采油技术；8、井下高温测试技术（辽河油田研制的温度、压力 双参数测试仪）；9、注蒸汽专用锅炉及热采井口设备；10、稠油集输、计量、脱水及输送技术。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 24 页,1、蒸汽性质：水是地球上最丰富的资源，也是最良好的的热载体，因此，热力采油中采用水作为热载体将热量引入油藏，来加热油层。在注蒸汽开采过程中，无论是蒸汽吞吐还是蒸汽驱,注蒸汽干度越高比容越大，蒸汽带的扩展体积越大，加热范围越大，开发效果越好。,三、水蒸汽及原油性质,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 25 页,2、原油粘度温度关系：稠油的粘度对温度非常敏感。温度上升，稠油的粘度急剧下降，这就是稠油热采的加热降粘机理。稠油的粘度与温度的关系满足方程：,式中 T绝对温度，k；o稠油粘度，mPa.s;A,B常数，不同稠油A，B常数不同。,第一节 基本理论,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 26 页,第二节 蒸汽吞吐,蒸汽吞吐（Puff and Huff）：就是将一定量的高温高压饱和蒸汽注入油井（吞），关井数天（焖井），加热油层及其原油，然后开井回采（吐）的循环采油方法。蒸汽吞吐方法是稠油开采中最常用的方法，也是工业化应用最好的热采方法。蒸汽吞吐又称蒸汽激励或循环注蒸汽。优点：1、一次性投资少、工艺技术简单、增产快、经济效益好。2、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，因此这种已广泛用于稠油开采中，也是工业化应用最好的热采方法。应用条件：1、地质因素：油层压力、渗透率、原油粘度及饱和度、油层厚度及有无边底水等。2、施工参数：注气压力、焖井时间、蒸汽干度、注气速度。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 27 页,第二节 蒸汽吞吐,注蒸汽可分为三个阶段：注汽阶段(吞蒸汽）、关井阶段（焖井）和回采阶段（吐蒸汽）。,一、蒸汽吞吐开采过程,蒸汽吞吐过程示意图,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 28 页,热水带,冷油带,注汽,闷井,产油,蒸汽吞吐一周期示意图,蒸汽带,第二节 蒸汽吞吐,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 29 页,第二节 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐开采过程,1、注汽阶段：注汽阶段是油层吞入蒸汽的过程，如上图。根据要求的施工参数（注入压力、注入速度、蒸汽干度、周期注汽量），把高温高压饱和蒸汽注入油层。注入蒸汽优先进入高渗透带，而且由于蒸汽与油藏流体的密度差，蒸汽占据油层的上部。2、关井阶段：注完设计的蒸汽量后，停止注汽，关井，也叫焖井，焖井的时间一般为2-7天。焖井的目的在于：（1）使注入的近井地带的蒸汽的热损失尽可能地扩散到油层深部，加热那里的原油；（2）腾出时间准备回采，如下泵等。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 30 页,第二节 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐开采过程,3、回采阶段：油井注完蒸汽关井达到设计的焖井时间后，开井生产进入回采阶段。在回采阶段，由于油层压力较高，一般油井能够自喷生产，装上较大的油嘴以防止油层出砂，开井生产最初几天，通常含水率很高，但很快出现产油峰值，其产量为常规产量的几十倍。当井不能自喷时，立即下泵生产。随着回采时间延长，由于注入地层的热量损失及产出液带出大量的热量，被加热的油层逐渐降温，流向井筒的原油的粘度逐渐升高，原油产量逐渐下降。当产量降至某一极限产量时，结束该周期的生产，重新进行下一周期的周期吞吐，如此多周期地吞吐作业，最后转入蒸汽驱开采。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 31 页,蒸汽吞吐生产动态示意图在多周期吞吐中，前一周期回采结束时留在油层中的余热对下一周期的吞吐将起预热作用，有利于下一周期的增产。现场中常出现下一周期的产量峰值较多上一周期要高。总的生产规律有：原油峰值产量随着吞吐周期的增加而降低，而且在同一生产周期内原油回采产量随回采时间增加而降低。,第二节 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐开采过程,第二节 蒸汽吞吐,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 32 页,第二节 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐机理,向油层注入高温高压蒸汽后，近井地带相当范围内的地层温度升高，将油层和原油加热。加热带中原油粘度将下降1-2个数量级，从几千甚至几万mPas降至几百个mPas。原油流度提高几十倍，原油的流动阻力相应地大幅度下降，油井产量相应地增加许多倍。,温度对原油粘度的影响,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 33 页,蒸汽吞吐的油藏条件油层埋深：1600m油层厚度：5m净总厚度比：0.4孔隙度：20%渗透率：20010-3m2原始含油饱和度：0.5含油量（Soi）：0.10,第二节 蒸汽吞吐,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 34 页,蒸汽吞吐的优缺点：优点：工艺简单，见效快可以加快采油速度，在较短时期内大幅度增产原油；通过多周期蒸汽吞吐，预热油层，降低油层压力，为下一步汽驱做好准备；较快地回收一次投资，提高经济效益。缺点：采收率较低采收率较低：和常规采油方法一样，靠天然能量采油，一般只有15-20由于冷热周期变化，对井的损害较大。,第二节 蒸汽吞吐,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 35 页,第二节 蒸汽吞吐,二、蒸汽吞吐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细管压力变化，以及岩石润湿性改变都有助于地层原油的流动。1、原油降粘近井地带蒸汽加热原油，大幅度降低了原油的粘度，大大提高了原油的流动能力，这是蒸汽吞吐增产的一个重要机理。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 36 页,2、地层能量增加：注入的蒸汽以及注入蒸汽后原油的受热膨胀使油层的弹性能大为提高，原来油层中少量的溶解气及游离气，加热后溶解气驱作用增加。3、井筒或地层堵塞清除：稠油油藏在钻井、完井、井下作业及采油过程中，外来的钻井液及油藏的石蜡、沥青质很可能污染地层甚至堵塞地层，造成严重的地层伤害。一旦油层被伤害，常规采油方法，甚至酸化，热洗方法都很难清除堵塞物。在蒸汽吞吐注入过程中，注入蒸汽的高温使沉积在井筒附近空隙中的沥青质的相态发生变化，使其由固态变为液态，溶于原油中。,第二节 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 37 页,在回采过程中，由于液流方向的改变，在放大压差下高速流入井筒时，油、蒸汽、水产生了对井筒附近地层的冲刷作用，将堵塞物排出地层，大大改善井筒附近地层的的渗流条件，提高了原油的流动能力。,第二节 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐机理,油层伤害程度对蒸汽吞吐效果的影响,从中可以看出油层伤害越严重，蒸汽吞吐效果越好。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 38 页,4、相渗透率与润湿性改变注入的湿蒸汽加热后，高温使油层的油水相对渗透率发生了变化，在相同水饱和度下，油相渗透率增加，水相渗透率降低，平衡水饱和度增加。高温蒸汽使砂粒表面上的沥青胶质油膜破坏，润湿相发生了改变。由原来的亲油或强亲油变为亲水或强亲水。从油相分流率来看：油相渗透率增加，同样可以提高油相的分流量，进而增加原油产量。此外，回采过程中的蒸汽驱动作用，以及冷凝水的闪蒸作用也是蒸汽吞吐增产的机理。注入油层的蒸汽仍有一部分能够在回采过程中保留其相态，这些蒸汽在流动过程中受压降的影响，其体积大大膨胀。,第二节 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 39 页,第二节 蒸汽吞吐,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的效果影响很大，原油粘度越高，蒸汽吞吐效果越差。右图：原油粘度越低,吞吐的峰值产量以及周期累积产油量都增大,增产期也相应地延长。,原油粘度对蒸汽吞吐效果的影响,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 40 页,第二节 蒸汽吞吐 三、影响蒸汽吞吐效果的因素,（2）油层厚度：油层越厚，吞吐效果越好，油层越薄，效果越差。原因:因为油层越厚注入的热能向上下层的热损失越大，油层中的汽油比越小，热能利用率越低。这一现象尤其在蒸汽驱中更为明显。,油层厚度对蒸汽吞吐效果的影响,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 41 页,（3）油层渗透率：对于稠油油藏，一般为疏松的砂岩或砂层，渗透率都较高，有利于稠油的开采。油藏数值模拟结果指出，砂岩k率增加，蒸汽吞吐的日产量和累积产油量均增加。其原因在于，k的增加提高了原油的流度（ko/o）。此外，对于粘度很高的油层，k对吞吐效果影响更大。（4）含油饱和度：油层含油饱和度越高，增产效果越好，蒸汽吞吐的峰值产量越高。,第二节 蒸汽吞吐 三、影响蒸汽吞吐效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 42 页,2、注汽工艺参数（1）原油蒸汽干度：原油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。,第二节 蒸汽吞吐 三、影响蒸汽吞吐效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 43 页,（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。,第二节 蒸汽吞吐 三、影响蒸汽吞吐效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 44 页,气举速度越大，吞吐周期内累计采油量越高。从图中可知，气举速度为1.5 ft3/d比0.2 ft3/d的产油速度大的多。,第二节 蒸汽吞吐 三、影响蒸汽吞吐效果的因素,气举井气举速度对蒸汽吞吐效果的影响,（4）生产气举速度：,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 45 页,取决于生产压差的大小，增大生产压差，有利于提高吞吐效果。对于气举生产来说(如图),井口压力越小，吞吐周期内累计产油量越高。（6）焖井时间：焖井时间存在一个最优值，一般为3-6d。,第二节 蒸汽吞吐 三、影响蒸汽吞吐效果的因素,井口压力对蒸汽吞吐效果的影响,（5）注汽压力：在低的注汽压力下，蒸汽注入压力对吞吐效果具有明显的影响；而在高的注汽压力下，注汽压力对吞吐效果的影响主要,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 46 页,第三节 蒸汽驱油,由注入井到生产井的过程中，形成了几个不同的温度区：蒸汽和冷凝水带热水带 热油带 原始油带。,一、蒸汽驱采油机理,蒸汽驱过程示意图,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 47 页,第三节 蒸汽驱,蒸汽驱（steam Drive)：是接替蒸汽吞吐的一种稠油开采方法。在蒸汽吞吐开采稠油方法中，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%。蒸汽吞吐后进行蒸汽驱开采，可以使一部分井间地层中的原油采出地面，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。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 48 页,蒸汽带,热水带,冷油带,注汽井,生产井,生产井,蒸汽驱过程示意图,第三节 蒸汽驱油,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 49 页,蒸汽驱机理:1、降粘作用2、热膨胀作用3、蒸汽的蒸馏作用4、溶解气驱作用5、溶剂抽提作用6、重力分离作用7、高温对相对渗透率的影响。,稠油蒸汽驱机理对采收率的贡献,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 50 页,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,1、降粘作用温度升高使原油粘度降低，是蒸汽驱开采重油的最重要的机理。主要是随着蒸汽的注入，油藏温度升高，油和水的粘度都要降低，但水粘度的降低程度与油相比则小得多，其结果是改善了水油流度比：在油的粘度较低时，驱替效率和波及效率都得到改善，这也是热水驱、蒸汽驱提高采收率的原因所在。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 51 页,2、热膨胀作用热膨胀是热水带中的重要采油机理。这一机理可采出510的原油，其大小取决于原油类型、初始含油饱和度和受热带的温度。随着温度的升高，油发生膨胀，饱和度增大，而且变得更具流动性。油的膨胀量取决于它的组成。当温度增加150，原油体积将增加15，残余油饱和度将减少10-30，从而提高了原油的采收率。轻质油的膨胀率大于重油，因此，热膨胀作用在采轻油中所起的作用比重油更大。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 52 页,3、蒸汽蒸馏作用(汽提)：指某种液态混合物中的挥发性组分在直接引入蒸汽时，可以在低于其沸点的温度下蒸发为气态。蒸汽的蒸馏作用是蒸汽带中的重要采油机理。它降低了油藏液体的沸点温度。当温度等于或超过系统的沸点温度时，混合物将沸腾，引起油被剥蚀（因混合物的沸腾所引起的扰动），使油从死孔隙向连通孔隙转移，增加了驱油的机会。蒸汽蒸馏在采轻质油中将起更大作用。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 53 页,表8-2 不同可蒸馏组分含量原油的采收率,威尔曼（）等人的室内岩心驱替实验结果(见表82)进一步验证了蒸汽蒸馏作用提高原油采收率的机理。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 54 页,4、溶解气驱作用蒸汽注入过程中形成的蒸汽带，温度很高，凝结带后缘靠近蒸汽带前缘的区域，由于温度的大幅度升高，原油中的溶解气溶解度降低而分离出来，体积膨胀对原油产生驱替作用。因此能提高采收率。威尔曼用不含可蒸馏组分的原油，在166热水驱替后，当水油比达到1000:1时，采收率为54.8。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 55 页,5、油相混相作用(溶剂抽提作用、溶剂萃取作用):水蒸汽蒸馏出的大部分轻质馏分，通过蒸汽带和热水带被带入较冷的区域凝析下来，凝析的热水与油一块流动，形成热水驱。凝析的轻质馏分与地层中的原始油混合并将其稀释，降低了油的密度和粘度。随着蒸汽前沿的推进，凝析的轻质馏分也不断向前推进，其结果形成了油的混相驱。由混相机理而增加的采收率，对重油来说大约35。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 56 页,6、重力分离作用在蒸汽驱过程中，由于蒸汽的密度远远小于原油和水的密度，因而要发生汽水分离，进入油层的蒸汽发生超覆现象：蒸汽聚集于油层顶部，并向平面方向扩散，蒸汽凝结水从油层下部向前推进。上部的原油在蒸汽加热条件下，粘度降低很快，原油变轻膨胀，促进超覆于油层顶部的蒸汽向前推进的速度上升，并先于热水带突入生产井。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 57 页,7、高温对相对渗透率的影响：温度升高引起相对渗透率的变化而提高原油采收率，主要原因有：(1)温度升高，油水粘度比大幅度下降，油水流度比得到改善，引起油相相对渗透率增加，水相相对渗透率降低，残余油饱和度降低(图820)；,图8-20 相对渗透率与温度及含油饱和度的关系,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 58 页,(2)温度升高，吸附于岩石颗粒表面及油水界面上的沥青、胶质等极性物质解附，使油水界面张力减小，岩石润湿性发生反转，从而导致油的相对渗透率升高，水的相对渗透率降低，促使水驱残余油饱和度降低而提高了原油的采收率。不同类型的原油，起主导作用的蒸汽驱机理不同。对于稠油油藏，降粘作用和蒸汽蒸馏作用是最主要的采油机理；对于轻质油藏，热膨胀和蒸汽蒸馏是最主要的采油机理。油藏特性(如油藏厚度)、蒸汽干度、注汽温度等因素在很大程度上影响着蒸汽驱的机理。总之，蒸汽驱采油机理是十分复杂的。,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 59 页,蒸汽驱提高稠油采收率机理比较复杂，尽管上述因素都有于提高采收率，但不同条件下各因素发挥作用的水平不同。如，随着原油密度增加，粘度降低作用、润湿性改变效应增强而原油热膨胀作用减弱、油水界面张力效应与原油密度关系不大。如图8-21所示。,图8-21热水驱中各种机理对提高采收率的贡献,第三节 蒸汽驱油 一、蒸汽驱采油机理,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 60 页,理论和实践证明，在一定的技术条件下，适合于蒸汽驱的稠油油藏，其蒸汽驱可达到的驱油效果取决于油藏本身的条件，而实施中能否达到开发效果又取决于方案设计的操作条件。适合于稠油油藏的蒸汽驱能否成功取决于油藏的自身特性和操作条件的影响。用物理模拟和数值模拟可以知道影响蒸汽驱效果的油藏参数主要包括：油层厚度、原油粘度、含油量、油藏的埋藏深度、油藏压力和油藏的非均质性6个方面。而影响驱替效果的操作条件包括注入速度、蒸汽干度和生产井与注入井的采注比等参数。,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 61 页,1、油藏参数的影响（1)油层厚度：随着净总厚度比的增加，蒸汽驱采收率越来越大。当净总厚度比大于0.6以后，改善幅度变小。,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,当净总厚度比小于0.6时，随着净总厚度比的减小，蒸汽驱效果急剧下降。当净总厚度比小于0.4时蒸汽驱效果较差。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 62 页,（2)原油粘度：普通稠油，比重在0.920.95g/cm3，脱气油粘度为5010000mPa.s，这类油，在油藏中本身具有一定的流动能力，因此可以进行常规蒸汽驱；特稠油，比重在0.950.98g/cm3，脱气油粘度为1000050000mPa.s，这类油流动性很差，常规汽驱有一定困难，必须采取预热或吞吐引效才能实现汽驱；超稠油，比重大于0.98g/cm3，脱气油粘度大于50000mPa.s，这类油在油藏条件下基本没有流动性，不预先加热到一定温度是无法驱动的，因此这类油常规汽驱是无效的。,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 63 页,在半对数坐标上，随着油藏原油粘度对数的增大，蒸汽驱的采收率呈线性下降；图中原油粘度对蒸汽驱效果的影响幅度并不太大，当地层油粘度从50-5000mPas时，采收率只降低了15%。需要注意的是，原油粘度过大，所需驱动力很高。,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,从开采效果和操作因素考虑，常规蒸汽驱的地层油粘度最好小于5000mPas。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 64 页,随着油藏含油饱和度的增加，蒸汽驱的采收率线性增加；随着含油量的增加，蒸汽驱的采收率增加。,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,（3)含油量(So):,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 65 页,（4)油藏埋藏深度:,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,油藏埋深不但影响注入蒸汽的质量，而且其压力降低程度对开发效果也有影响，因此一般不好确定。但根据以下假设还是能够确定其影响程度的：假设油藏是封闭的，可以降压；在现有的隔热技术条件下，井深1600m时注入的蒸汽已全部变为热水；从800m到1600m采收率的降低是线性的。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 66 页,第三节 蒸汽驱油 二、影响蒸汽驱效果的因素,根据以上假设，深度为1600m时计算的热水驱采收率为：（ER）1600=34.8%800m深度时蒸汽驱的采收率为：（ER）800=55.6%因此，蒸汽驱的采收率与深度的关系为：式中:D为油藏深度，800D1600m。当深度大于1400m时，在现有隔热技术下蒸汽驱已基本无效。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 67 页,图825油藏压力对蒸汽驱采收率的影响,图中,在油藏压力小于5MPa时，压力的变化对蒸汽驱效果的影响比油藏压力大于5MPa时压力的影响大。,第三节 蒸汽驱 二、影响蒸汽驱效果的因素,（5)油藏压力:随油藏压力的升高，蒸汽驱油的采收率和净产油量均显著下降。,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 68 页,（6)油层的非均质性:在实际油层的非均质范围内（渗透率变异系数从），蒸汽驱采收率与渗透率变异系数基本是线性关系；渗透率变异系数大于0.7的油藏基本不适合蒸汽驱。,第三节 蒸汽驱 二、影响蒸汽驱效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 69 页,（l)注入速度:注入速度越高，热损失量越小。随着注入速度的增加蒸汽驱的采收率不断增加。如果注入速率增大了3倍，热损失减少了大约3倍。另外，大排量注入所获得的另一个利益是缩短了工程周期。,第三节 蒸汽驱 二、影响蒸汽驱效果的因素,2、蒸汽驱操作条件对蒸汽驱效果的影响,不同注入速率下热损失随深度的变化,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 70 页,（2)蒸汽干度:蒸汽的干度越高，汽驱的采收率越高，如图。因为蒸汽干度越高，汽化潜能热越大，在油层中能建立不断向前推进的蒸汽带，提高了蒸汽带在剖面上扩展体积(即体积扫描系数)，从而提高了采收率。,蒸汽干度对蒸汽驱采收率的影响,第三节 蒸汽驱 二、影响蒸汽驱效果的因素,2010年11月10日,资源学院石油系Yuan Caiping,第 71 页,（3）采注比：采注比是生产井的排液速度与注入速度的比值。当采注比l时，产量增加，汽驱的效率显著增加。在采注比 1.2之后，汽驱采收率比又变得不太敏感。这是由于油藏压力逐渐在下降，即实现“真正”的蒸汽驱。,第三节 蒸汽驱 二、影响蒸汽驱效果的因素,20