国外水平井稠油热力开采技术的应用.pdf

1 5 2 内 蒙古石油化 工 2 0 0 6 年第3 期 国外水 平井稠油热力开采技 术的应用 司建科 ， 王玲云。 ， 刘光蕊 ， 刘永刚 ， 李 凯。 1 ．中原石油勘探局地质录井处； 2 ．中原油田分公司采油一厂} 3 ．中原油E 1 分公司技术监测中心 摘 荽 ； 本 文根 据 国外 水 平 井稠 油热 力 开 采 技 术 的应 用情 况 ， 介 绍 了十 种 热 采技 术 特 点 和应 用方 式 。对 比分 析 了某 些 方式 下水 平 井与 垂直 井 的开 采效 果 ， 认 为水平 井稠 油热 采前 景 广 阔 ， 同时对 国 内油 田 类似技 术 具有 借 鉴 和指 导意 义 。 关 键 词 ； 水平 井 } 热采 l 稠油 油 藏 ； 生产 井 I 采收 率 l 美 国 l 加 拿 大 ， 委 内瑞拉 1水平 井 稠油 热采 技 术应 用规 模 现 代 第 一 口稠 油 热 采 水 平 井 是 加 拿 大 于 l 9 7 8 年 在 阿 尔 伯 塔 省 冷 湖 油 田 钻 成 的 ， 该 井 斜 深 6 2 3 ． 7 m、 垂深 为 4 7 5 ． 8 m。以后 ， 加 拿 大 又 在阿 尔伯 塔 省 F o r t M c M u r r a y地 区 At h a b a s c a砂 岩 层 完 成 更 多 的 水平 井用 于 高粘 重 质原 油 开采 结 果表 明 ， 提高 了采 收 率 。 同 时 ， 委 内瑞拉 及 美 国的 一些 油 田也 相继运 用 水 平 井稠 油 热采 技 术 。截 止 1 9 9 3年 底 ， 全世 界 约 有 6 5 0 0 口水 平 井 ， 但 9 5 集 中在 美 国 和加 拿大 ， 美 国 有 4 5 0 0多 口水 平井 ， 加拿 大 已钻 1 3 0 0多 口水平 井 ， 大多 数是 1 9 8 6年 以后 钻成 的 ， 其 中 4 5 集 中 在阿 尔 伯 塔和 萨 斯 喀彻 温两 省 。 最 新 文 献 显 示 ， 到 1 9 9 5年 底 ， 美 国 完 成 稠油 油 藏 水平 井 占总水 平 井 井 数 的 1 0 ， 加拿 大完 成 稠 油 水 平井 占总 水平 井井 数 的 3 1 。美 国的稠 油水 平 井 平 均 产 量 是 垂 直 井 的 3 ． 7倍 ； 加 拿大 稠 油 油 藏 水 平 井 平均 产量 是垂 直井 的 5 ． 6倍 。美 国所 有 稠油 水 平 井 开 采项 目在经 济 上 都是 成 功 的 ， 而加 拿 大有 9 2 的稠 油水 平 井开 采项 目是 成功 的 。 由于采 用 了水平 井 稠 油 热 采 技术 ， 美 国 的原 油 可采 储 量 年 平均 增 加 约 9 ， 加 拿大 的原 油 可采 储 量年平 均 增加 约 l 0 2水 平 井稠 油热 采技 术特 点及 应 用方 式 根 据 室 内研 究及 现 场 先 导试 验 ， 水 平 井 制 油热 采 可分 为 如下 几 种 2 ． 1水 平 井 蒸 汽 吞 吐 该 方法 只使用 一 口水平 井 既是 注入 井 ， 又是 生 。 ● ． ． ”● 川 ’ ● - ’ ● _ 。 ●一 。 ●。 _ 。 ． - ⋯ ● ““●o ． o 。 ● _ _ ‘ 噜 _ ‘ - _ 。 ●_ _ ” ●． ． * o o l ● ⋯ ●。 旧_ _ 4结 论 及 前 景 展 望 薄 层 电阻率 测井 是 近两 年来 采 油 厂引进 的 新技 术 ， 利 用 其 高 分 辨 率 的 特 点 ， 该 技 术 主 要 有 2个 功 能 ； ① 可 消 除 围 岩 的 影 响 ， 可 真 实 提 供 小于 1 ～2 m 的薄 层 电阻 率 ， ② 可 准 确找 出层 内 水淹 通道 ， 为 水淹 层 的分 级 解 释提 供依 据 。因此可 较 准确 解 释薄 层及 水 淹 层 的 电性 特 征 ． 对层 内水 淹 状 况进 行 系统 分 析 研 究 ， 挖掘 薄 层潜 力 ， 折 年增 油 9 0 0 0 t ， 取得 良好 的经 济 效益 。 薄 层 电阻 率 测井 可 以有 效 地评 价薄 层 、 分析 收稿日期 2 0 0 5 1 1 1 2 产 井 。 同垂直 井 比较 ， 水 平井 注 汽量 大 ， 采 收率 显著 提 高 。 由于水 平井 产 量高 于垂 直 井 ， 因此 可减 少 吞 吐 周 期 数 。美 国在 中 途 日落 油 田稠 油 油 藏 密 度 0 ． 9 8 9 k g ／ 1 中成 功地 进 行 了水 平 井蒸 汽 吞 吐 。设 计采 用 一 口水 平 井 及 一 个 超 短 半 径 水 平 泄 油井 组 8个 泄油 孔 的长度 为 4 ． 3 ～3 1 ． 4 m 开 采 。 至 1 9 9 2年 1 O月 该 井组 已吞 吐两个 周 期 ， 产油 3 4 9 3 m 。结 果表 明 ， 洼 汽 量 和采 油量 比垂 直 井提 高 了 2 O ～ 5 O 。 2 ． 2水 平井 蒸汽 驱 使 用 水平 井和 垂 直井 或 水平 井对 成 对布 置 等 几 种组 合 方式 作 为注 入井 和 生产 井 。 在 现场应 用 中 ， 水平井通常用作生产井而不用作注汽井。对有气顶 或 底水 的油藏 ， 可 在 靠近 油藏 顶 部用 垂 直井注 汽 ， 在 油 层 底 部用水 平 井生 产 。加拿 大 Ta n g l e f l a g s北 部 油 田即 为 水平井 蒸 汽驱 的典 型 实例 s 疏 松砂 岩油 藏 ， 总 厚 度 3 6 ． 6 m， 原油 密度 0 ． 9 7 9 0 ． 9 8 6 k g ／ l 。 1 9 8 9年一 季 度 第 一 口水 平 井产 油 9 5 m。 ／ d ， 1 9 9 0年 第二 口水平 井 产 油 3 7 0 m。 ／ d。 2 ． 3加 热 通 道 蒸 汽 驱 该 方 法利 用 一 个未 射 孔的 水 平 通 道 称 为 水 平 加 热 管 ， 置 于一 口垂 直 注 入 井 与 一 口垂 直 生 产 井 之 间的地 层 中 注 高 压 蒸汽 ， 使 蒸汽 进行 环 流 。环 流 的 蒸 汽 使 水平 加 热管 周 围形 成 被 加 热 的 环 形 空 间 即 加热 通 道 ， 进 而使 附近地 带 内沥青 粘 度 下 降 。而从 注 入 井注 入 的蒸汽 将 沿着 被 加热 的水 平 通道 把 具有 流 动性 的沥青 驱替 至 生产 井 。 ‘ ● 。 ⋯ ● - ⋯ ●- ． _ - ● ． _ - ●- - - - ●- - - - ●⋯ - ● - - - - ●- ． ． ’ ●- - ”●- - - - ●_ _ - - ● - - 呻- ⋯ ●⋯- ●‘ ⋯ ●⋯ ‘ ●⋯ ‘ ● ‘ ●-． ． ’ ● ． ． ． ． ● ． ． ‘ ● - - ● ⋯ - ● - _ 储 集 层 的 非均 质 性 ， 为 我 们 进 行 岩 心 与 测 井 资 料 对 比、 沉 积微 相识 别 及油 气 藏 的精 细描 述提 供 依据 ， 将 成 为 油 田开发 中后 期 有利 的 技术 工 具 。 [ 1 ] [ 2 ] 参 考 文 献 0． 塞拉． 测井资料地震解释． 石油工业出版社， 1 9 9 2 ， 1 ． 肖慈询等译． 测井地质学在油气勘探 中的应用 译文 集 ． 石 油工业 出版 社 ， 1 9 9 1 ． 维普资讯 2 0 0 6 年第3 期 司建科 等 国外水平井稠油 热力开 采技 术的应 用 1 5 3 2 ． 4 重 力辅 助 蒸 汽 驱 S AGD 从 水平 井上 方 一 口或 几 口垂 直井 中注 蒸汽 。加 热 后 ， 可 流 动 的沥 青 在 重 力 作 用 下 流 向位于 其 下 方 的水 平 井 中 。 这 称为 重力 辅 助蒸 汽驱 油 S AGD 。采 用 S AGD 之 前 ， 各 口垂 直 井应 有 若 干 周 期 的 蒸汽 吞 吐 。 以减 小与 水 平井 之 间 的阻 力 ， 预热 周 围油 层 。若 利用 原 先钻成 的 垂 直井 ． 只在 其下 方 加钻 水平 井 。 将 降低 投 资 ， 还 可 以发挥 这 两种 井各 自的特 点 2 ． 5 改进 的 重 力 辅 助 蒸 汽 驱 E SAGD 为 了开发 加 拿大 阿 尔伯 塔 和平 河 沥青 砂岩 制 油 油 藏 。 壳牌 加 拿 大 有 限公 司应 用 了改 进 的 重 力 轴 助 蒸 汽 驱 油 法 ES AGD 它 采 用 上 下 两 口水 平 井 井 对 ， 上 水平 井 用 作注 汽井 ， 下 水 平井 用 作生 产 井 。其 操作 分 为三个 阶段 ① 预 热 阶段 。②S AGD 阶段 。③ 重力 辅 助与 蒸 汽驱 相结 合 。数模 研 究 表 明 ， ES AGD 比SAGD 的 开 采动 态 有 明显 改进 ， 特 别是 日产 量 和 最 终 采 收 帛 。 2 ． 6水 平 井 电 加 热 开 采 对 蒸汽注 入 能力 低 的沥青 砂岩 油 藏或 采用 常 规 注热 法 不 能 经 济有 效 开 采 的 油 藏 ， 可 以考 虑 采 用 电 加热 法来 开 采 。地层 电阻 率在 1 O O n m 内 ， 可 采 用 6 0 Hz工 业用 交流 电法 加 热 ； 地 层 电阻 率在 i 0 0 0 0 m 内 ， 可 采用 无 线 电法 加 热 ， 其频 率范 围在 若干 MHz 范 围内 。 2 ． 7坑 道 式水 平 井 开 采 该法 是从 地面 向油层 内打一 口竖井 并从 竖 井井 底 沿 着油 层钻 一条 几k m 长 的坑 道 如 果油 层为 疏松 砂岩 ， 则需 用铸 铁 或混凝 土 支架 支 撑坑道 。 在坑 道 的 两边 钻一 批水 平 井眼 ， 井 眼要 尽 可能 深 地穿 入油 层 ， 井距大 些 ， 以减 少钻 井 费用 。 将蒸 汽发 生器 下入 竖井 并沿 坑 道 铺设 蒸 汽 管 线 ， 注 入 的 蒸 汽 加 热 油 层并 由 生 产 井 抽 汲 到 地 面 。该 法 的 优 点 与 油 藏 接 触 面 积 大 ； 波 及效 率高 ． 采 收率 在 5 O ％ 以上 ； 相 对成 本 低 ， 地 面干 扰小 ， 可从 湖底 或沼 泽 采油 。 缺 点 是工 程前 期投 资高达 数 千万 美元 。 2 ． 8 多底 水 平 井 开 采 该 法 是 从 地 面 钻 一 口大 直径 竖井 ， 使其 进 入 油 层 ， 然 后在该 竖 井 井底 打 一个 直径 更 大 的工 作 室 ， 以 便 工 作 人员在 井底 工 作 。 由此 工 作 室底 部 向四周 钻 一 批径 向分 布 的水 平井 组 。多底 井 中水 平井 筒 有不 同的分 布方 式 ， 如径 向放 射状 水平 井 眼 ， 习惯 上 称之 为 “ 热 盘 ” 式 水 平井 。该 法 的优 点 ； 扫 油效 率 高 l 热效 率 高 ； 直接 成本 虽 比常规 热 采法 高 5 o ， 但 所钻 井数 少 ， 人 员 和 燃 料 费 用 较 低 ； 用 常 规 热 采 法 的 一 半 时 间 ， 可 采 出 1 ． 5倍 的 油 2 ． 9 顶 部 燃 烧 重 力 辅 助 水 平 井 开 采 COS H C s H 法 是 由加 拿大 Ao s t r a研 制 的 CoS H 系 统 由三 类井 组 成 垂 直 注入 井 、 远 程集 气 井和 水平 生 产 井 垂 直 注 入 井 钻 在 产 层 上 部 用 作 注 氧 气 、 空 气 或 加氧 再 循 环 气 ， 采 取 向油 层 持 续 注 气 及 在 井 筒 中 进行 冷水 循 环的 方 式 防止 燃 烧 的 负效 应 。在 钻 水 平 生产 井 之 前 ， 这 些 垂 直 注 入 井 还 可 用 来 确 定 产层 底 部 的精确 位置 及 地质 情 况 并能 用 热 电偶 监 测 气 室下 部的 温度 剖面 。 应 避 免使 用 水平 注 入井 ， 除非 找到 使 水平 注入 井免 受燃 烧 破坏 等 负效 应 的方 法 。 ． 远程 集 气 井 用 来 收 集 燃 烧 过 程 中 产 生 的 气 体 。 它可 以是垂 直 井 ， 也可 以是 水平 井 ， 在 靠 近 产层 顶 部 完 井 。如果 采 用垂 直 井 ， 最 初 在靠 近 产层 顶 部 完 井 ． 一 且 燃 烧 或停 止 注 氧 气 后 ， 就 在 产层 下 部进 行 二 次 完 井 以用 作生 产井 。 远 程 集 气井 应尽 量 远离 注 入 井 ， 以便 在 整 个燃 烧 过 程 中 保 持 井 筒 冷 却 ， 使 得 采 出 气 中含 氧不会 成 为严重 的问题 。 水 平生 产井 钻 在各 排 垂 直 注入 井 之 下 的产 层 底 部 附近 ， 用 于采 出加 热后 的流体 。 对 水平 生 产井 巾的 产 气 量 应进 行 监 测 并 控 制 在 较 低 的 速 率 下 ， 以 防燃 烧 热 量 到 达 生 产 井 。 2 ．1 0水 平 井 火 烧 油 层 目前 人们对 水 平井 火 烧 油 层 的认 识还 限 于 室 内 研 究 。英 国 B a t h大 学 对 水 平 井火 烧 油 层 进 行 了 模 拟 。选 用 狼 湖地 区 的 原 油 。 在 一 个 三 维 矩 形 燃 烧 室 O ． 4 m0 ． 4 m0 ． 4 m 中进 行 ～ 系 列 火烧 试 验 。采 用 三 种 不 同l 的井 组 合 垂 直 注 入 井 一 水 平 生 产 井 VI HP ， 水 平注 入 井 一 水平 生 产 井 相 互 垂 直 HI 上HP ， 平 行 的水平 注 入 井 一水 平生 产 井 HI HP 3结论 目前 国外 在 水平 井 稠 油热 采 方 面进 行 了多 方面 的 研 究 ， 有些 水 平 井 稠 油 热 采 方 式 用 于 现 场 取 得 了 良好 的效 果 。尽 管有 些 热 采方 式 仍 处 于室 内研 究 阶 段 ， 但模拟 结 果显 示 出 了 良好 的应 用前 景 。 随着 研 究 的 不 断 深入 ， 将 会 有 更 多 的 水 平 井 热 采 方 式 投 入 现 场 应 用 。 [ 参 考 文献 ] [1 ] Gl a n d t CA． El e c t r i c p r e h e a t i n g i n l o w i n j e c t i v i t y t a r s a n d d e p o s i t s ． S P E／ D E2 41 65 ． [ 2 ] [ 3 1 Ki s m a n KEe t a1 ． Ane wc om bu s t i on pr o c e s s u t i l i z ’ i ng h or i z on t a l we l l s a n dgr a v i t y d r a i n a g e ． j cPT ， 19 9 4。 3 3 3 ． La u ECe t a 1 ． CO SH pe r f o r m a n c e a n de c on om i c pr e di c i on s f or s i x f i e l d t y pe s i nwe s t e r n Ca na da ． SPE3 0 29 6 ． [ 4] Gr e a v e s Me t a 1 ．Ho r i z o n t a l p r o d u c e r we l l s i n i ns i t u c om b u st i o n I SC pr oc e s s e s ． J CPT ， 19 9 3， 3 2 4 ． [5] Gr e a v e s Me t a 1 ．I n s i t u c o mb u s t i o n I S C pr o c e s s u s i n g h or i z ont a l we l l s J CPT ， 1 9 9 6， 35 4 ． 维普资讯