国内外稠油井筒开采技术现状.doc

国内外稠油井筒开采技术现状 稠油的开采, 主要表现为两大难题。 一是由于稠油在油层中不流动或流动性 差, 原油流入井筒困难。 二是原油可以流入井筒, 但仅靠油藏的压力和温度原油 流出地面困难。 针对稠油的特点, 围绕稠油开采的这两大难题, 紧紧抓住地层降粘、 井筒降 粘和井筒举升这三个环节。目前世界各国稠油开采的方法可以分为热采和冷采。 热采的方法有蒸汽吞吐、蒸汽驱、 SGD 、热混相驱、热流体循环、电加热加热 吊杆、电缆加热、电加热油管、电磁加热微波、热化学、火烧;冷采的方法有 干抽、底水带油、化学降粘、油基降粘、 微生物、掺活性水、掺稀油及其它稀 释。 1.增加稠油在地层中流动性的驱油方法 蒸汽吞吐及蒸汽驱蒸汽吞吐及蒸汽驱是目前国内外稠油开采的主要热采方 法。也是国内外稠油开采的主要方法。目前,国内热采的蒸汽干度标准是 8987。 即锅炉出口的蒸汽干度为 80,汽水分离器出口的蒸汽干度为 90,到井口的 蒸汽干度为 80,到油层中部的蒸汽干度为 70。但是,由于注的热蒸汽是湿 饱和蒸汽,在注汽过程中,液相部分的显能升高,汽相部分的潜能变小,不能适 应深层稠油开采的要求。 SAGD Steam Assisted Gravity Drainage 蒸汽辅助重力泄油 它的井网方式 可以是一口水平井, 成对水平井, 一口水平井与数口直井的组合。 它不适应深层 稠油的开采。 热混相驱热混相驱包括热水和蒸汽、热油和热气、热水和氮气、 CO 2等只是在浅层和中深层稠油开采中进行过试验,至今没有工业性应用。 热流体循环热流体常采用热油或热水,循环方式为闭式和开式,循环管 柱有双管和同心管。 目前, 国外主要有开式热油双管循环, 国内主要采用闭式热 水循环。通过热流体循环,使原油温度提高,从而降低原油粘度。 电加热电加热加热吊杆、电缆加热、电加热油管、电磁加热在国内 外都有应用。以前苏联应用最多,我国各油田都有应用。但电加热耗能大,故障 多,且受感抗、容抗等因素及条件影响,致使加热深度受限制。对采用电热杆的 油井抽油机悬点载荷大,下泵深度受到限制。 微波 微波技术在稠油开采中曾经有过试验和报导。但是,因为大功率微 波发生器一直没有过关,且耗能大,国内一直没有应用。 热化学 热化学技术是利用化学品的溶解热和反应热对地层加热。目前, 由于安全上的原因,化学品的筛选一直没有过关。 火烧油层 火烧油层在国内外都有过应用。罗马尼亚在 300500m 的稠油 油藏开展了大规模的火烧油层, 收到了较好的开采效果; 国内克拉玛依在上个世 纪五十年代首先开展了试验, 胜利油田也在上个世纪末在两个井组的八口井上开 展了试验,也见到了效果。但是,该技术只适用于井深 1000m 以内的井,而且 对油层物性和原油物性也有一定要求。 干抽 有些稠油的粘度较低,流动状态较好,不需要降粘,但靠地层能量 不能举升到地面,可以泵抽直接采油。 底水带油 对于有底水的稠油油藏,如果稠油的粘度较底,流动状态较好, 可以用底水带油的开采方法采油。 但一旦形成油包水乳化液, 稠油粘度将急剧增 大,造成破乳困难;而且底水带油采油中,污水处理量大。 化学降粘 化学降粘是通过用把化学降粘剂挤入油层或掺入井筒,从而降 低稠油的粘度。 化学降粘剂有水溶性化学剂和油溶性化学剂。 对于超稠油, 水基 降粘剂难以达到降粘效果; 且污水处理量大, 易形成油包水乳化液, 有些化学品 还会使原油的 Cl -增大。油溶性化学降粘剂使用成本高,有的易燃、易爆、有毒。 微生物 微生物在稠油和稀油开采中的主要应用有微生物清防蜡、微生 物吞吐和微生物驱。 微生物对稠油的降粘作用是由于微生物的生长作用原理、 食 物链原理和呼吸链原理,而产生溶剂、有机酸、表面活性剂以及 N 2、 CO 2、 H 2、 甲烷气等; 其中, 假单胞菌在有磷酸盐和葡萄糖存在时可进行反硝化作用, 这是 一个放热过程。 在石油开采中使用微生物时, 必须使微生物与地层原油、 地层流 体及地层温度相配伍。目前,已知的微生物耐温性能不能超过 100℃。因此,特 深、超深井稠油开采中不适用。 油基降粘 原油的粘度与胶质、 沥青质的含量相关。 含量越多, 其密度越大, 粘度越高。 胶质和沥青质都具由烷基支链和含杂原子的多环芳核或环烷芳核形成 的复杂结构,胶质、沥青质分子含有羟基、胺基、羧基等,可形成氢键的集团。 因此, 原油中胶质分子之间、 沥青质分子之间有强烈的氢键, 造成了原油的高粘 度。 加油基降粘剂后, 使胶质和沥青质分子的聚集状态有序程度降低, 平面堆砌 形成的结构受到破坏, 形成片状分子无规则堆砌, 结构变松散, 空间延伸度减小, 从而起到降粘作用。 从目前看, 国内外在稠油开采中, 油基降粘应用的范围很小, 成本较高,且有些易燃易爆的油基降粘剂使用中危险程度大。 其它稀释降粘 其中有裂解降粘等。近年来,新疆等油田开展过稠油的地下 改性试验。 2.井筒降粘的方法 目前国内外在稠粘工油开采过程中常用的井筒降艺主要有有掺稀油降粘、 加热降粘、 井筒化学降粘、 热流体循环降粘、 井筒保温降粘和井筒掺稀油降粘等 方法。热力降粘利用原油粘度对温度的敏感性。化学降粘化学降粘有稠油破 乳降粘,稠油乳化降粘以及油溶性降粘剂降粘。 掺稀油 掺稀降粘采油是通过油管或油套环空向油井底部注入稀油, 使稀油 和地层产出的稠油充分混合, 从而降低稠油的粘度和稠油液柱压力及稠油流动中 的阻力, 增大井底生产压差, 使油井恢复自喷或达到机械采油条件的一项工艺技 术。 掺稀油降粘是国内外稠油开采中井筒降粘的主要方法之一。 对稀油资源丰富 的油田尤为适用。 它的优点是工艺较简单, 对各种人工举升方式也较为适用, 管 理、 操作较方便, 同时该降粘方式也解决了稠油的地面集输和脱水处理困难等问 题。其中环空泵上掺稀可实现小油管生产或加深泵挂,从而节约固定资产投资, 较大降低举升成本。但是,掺稀油降粘需要有充足的稀油资源,同时,稀油掺到 稠油中后, 会影响油田的销售收入。 因此, 需要以经济效益为目标进行论证和评 价。 稠油破乳降粘 乳化液是稠油与水在产出过程中形成的。 这种油包水的乳化 液,油为外相,水为内相。加破乳剂后,油包水的乳化液分离,从而降低原油粘 度。破乳降粘工艺技术主要用于中低含水,油水形成粘度极高 W/O型乳化液的 油井,可有效的解决因原油乳化增稠而造成的电流高、回压高等问题。 稠油乳化降粘表面活性剂将原油乳化, 形成水包油的乳化液。 这种乳化液 是以水为外相,油为内相,由于乳化液外相水的摩阻小,原油的流动阻力小,达 到降低原油粘度。影响乳化降粘效果的因素有加药浓度,油水比列,原油密度, 温度的变化以及矿化度。 油溶性降粘剂降粘采用稀油、汽油、柴油、轻烃、混合苯系列、醚类及醇 类等有机溶剂对稠油进行分散和溶解,改变稠油分子的疏散程度。 电加热降粘目前国内外油田应用的电加热采油方式主要有电热杆加热、 电 缆加热、 电热油管加热三种方式。 其工作原理是通过对井下电加热工具供电, 将 电能转化为热力学能, 使井下电加热工具发热, 提高井筒原油的温度, 利用稠油 粘度的温度敏感性,降低原油的度,提高原油的流动性,使油井恢复生产能力。 热流体循环降粘 通过循环的热流体对井筒的原油加热, 保持井筒内原油的 温度保持在较高的范围内, 达到降低井筒内原油粘度的目的。 常用的热流体有热 水、 水蒸气。 热流体循环可分为井筒热流体循环和空心抽油杆热流体循环; 井筒 热流体循环按其循环方式可分为开式循环、 闭式循环; 目前普遍采用的技术是空 心抽油杆热流体开式循环。 3.稠油举升工艺 目前,国内外在稠油开采中,井筒举升工艺技术主要有有杆泵、水力活塞 泵、水力喷射泵、螺杆泵、电潜泵及自喷、热气举等。 有杆泵举升稠油技术 有杆泵举升稠油是目前应用较为广泛的工艺技术。 目前, 国内有杆泵的下深 已超过 3000m 。为了提高有杆泵抽油系统对举升稠油的适应性及举升效率,必须 同时采用井筒降粘的方法改善稠油在井筒中的流动条件。 水力活塞泵举升稠油技术 水力活塞泵是一种液压传动的无杆泵抽油设备。 水力活塞泵采油的特点是依 靠液力起动泵,调参容易,适应范围广,对斜井、水平井比其它机采方式有无法 相比的优点。目前,国内水力活塞泵的下深已达 5000m 。水力泵使用中要求进泵 液体粘度 1000mPas ,这种举升方式存在的主要问题是1地面设备投资较 大; 2随着含水的上升,油井资料录取存在 问题多,使区块动态调整难度大; 3 高温高压事故隐患大; 4运行费用大等。 水力喷射泵举升稠油技术 水力喷射泵是一种无运动部件, 靠高速运动流体的紊动作用使动力液与产出 液之间进行能量转换而达到举升原油目的的采油设备。其工作部分主要有喷嘴 喷管 、喉管和扩散管三个部件,其工作原理是通过注入高压动力液,在喷嘴 处将动力液的高压水头转变为高速度头, 喷射液流将井中原油汇入喉管, 原油与 动力液在喉管内混合。 喷射泵的末端是一加工精密的扩散管, 通过它将速度头转 变为静压头, 当井中的产出液和动力液构成的混合液具有一定的能量时, 就可以 把原油举升至井口。 水力喷射泵适合于稠油举升, 通常需要采用热动力液或以稀油、 含降粘剂的 液体作动力液举升效果更好。 水力喷射泵的缺点是举升效率较低和需要增加地面 动力液供给系统等。 由于深井中的热量损失较大, 因而仅用热动力液对于深层稠 油油藏举升效果受到限制。 螺杆泵举升稠油技术 根据螺杆泵的驱动方式, 螺杆泵举升稠油技术方式可分为地面螺杆驱动泵举 升和电动潜油螺杆泵举升两类方法。螺杆泵能够对粘度较高的流体实行有效举 升。 但地面驱动螺杆泵因受抽油杆强度的限制下泵深度较小, 电动潜油螺杆泵可 用于高产能的深层稠油举升。目前,螺杆泵下深已达 3000m 。 电潜泵举升稠油技术 电潜泵举升稠油技术的一个特点是由于电潜泵设备自身的发热为井筒的稠 油提供热源, 从而降低了井筒原油粘度。 但对于深层稠油油藏, 电潜泵举升采油 主要受到泵排量和扬程的制约。 国内外生产的电潜泵的排量都较大, 目前最低排 量的电潜泵要求油井的产量也在 50 m3/d左右,所以它主要用于产能大的油井, 不适合于低产能的油井。 对于深层稠油油藏, 泵的效率低, 其举升高也受到限制。 目前,电潜泵下深已达 3500m 。 组合式举升技术 美国、 加拿大曾开展过组合式举升稠油技术试验。 这种技术可以选择喷射泵 与电潜泵组合, 也可以选择喷射泵与有杆泵组合 主要适用于高凝低渗深层油藏 的油井举升 。 在喷射泵电潜泵组合深抽工艺中, 可以认为电潜泵从电网获得的总能量, 一 部分转化为机械能驱动动力液举升井液, 一部分则转化为热能, 起到了加热动力 液从而也加热了油井产出液的作用。 该热能的利用定义为电潜泵的热效率, 即电 潜泵转化的热能与其从电网获得的总能量之比。热效率可提高电潜泵的能量利 用,这对井筒原油必须加热才能生产的油井具有重要意义。