稠油特征及开采方法研究.doc

大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 摘 要 我国的稠油储量大、分布广，产量占总产油量的比例较大，如何降低稠油的 生产成本，提高经济效益，是油田走向国际市场的重要研究课题之一。其开采技 术一直是石油界探索的问题。稠油在我国的石油资源中所占比例较大，其开采技 术一直是石油界探索的问题。利用蒸汽吞吐方法可以降低原油粘度并通过高温清 除粘土及沥青沉淀物，提高近井地带油层渗透率，焖井散热后开井采油。以往多 采用笼统注蒸汽的注入方式，即同时对几个开发层系注汽。但是，由于各层系的 地层压力、渗透率原油物性等存在差异，有时会使层间注汽量分配不合理，甚至 出现某个层位的蒸汽带急剧推进，达不到预期的注汽效果。本文设计的分层配汽 器的目的就是力求使注汽前沿均匀推进，避免出现舌进现象，合理分配注汽量， 改善注汽效果。本文对分层配汽器的上接头、下接头、中心管、弹簧等部件进行 了强度计算，经计算，各部件均能承受井下压力，以及蒸汽的高温环境。 关键词稠油；蒸汽吞吐；分层配汽器 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） Abstract Chinas heavy oil reserves, wide distribution, yield a larger percentage of the total oil production, how to reduce the heavy oil production costs, improve economic efficiency, is the oil to international markets, one of the important research topics. Mining technology has been the oil industry of its exploration.Heavy oil is in the larger proportion of Chinas oil resources, its mining technology has been the issue in the oil industry exploration.Using steam can reduce the throughput of crude oil viscosity and high temperature through the removal of clay and asphalt sediments, improve reservoir near well zone penetration, open wells after rapid cooling. In the past using of the steam injection into a general way, that is, injecting into several layers of steam at the same time.However, due to changes of pressure and the permeaty in various floors of the ation , so sometimes distribution of injection was unreasonable, and even a bit of steam with the rapid progress, can not expect the effect of steam injection . the purpose of the design of the steams is to make injection to the forefront stable and avoid the phenomenon of coning, and make injection well- distribution to improve the effectiveness of steam injection.This paper layered with steam for the joints, under the joint, the center of that spring, and other parts of the intensity, through calculating, the components can withstand the pressure underground, as well as the high-temperature steam environment. Key wordsHeavy oil; Steam Stimulation;layered steam injector 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） I 目 录 第第 1 1 章章 概述概述 ..........................................................1 1.1 稠油的性质......................................................1 1.2 国内外发展状况..................................................2 1.3 我国稠油开采及世界开采新方法....................................3 第 2 2 章章 稠油资源和稠油开采的几种方式及优缺点稠油资源和稠油开采的几种方式及优缺点 ..........................9 2.1 稠油的定义及分类................................................9 2.2 世界稠油的资源量................................................9 2.3 稠油的开发方式及优缺点.........................................10 第 3 3 章章 蒸汽吞吐采油技术蒸汽吞吐采油技术 .............................................13 3.1 蒸汽吞吐.......................................................13 3.2 蒸汽吞吐驱油机理...............................................13 3.3 蒸汽吞吐优缺点.................................................14 第 4 4 章章 分层配汽器的设计与计算分层配汽器的设计与计算 .......................................15 4.2 上下接头的抗滑扣计算...........................................18 4.3 中心管的壁厚计算...............................................20 4.4 弹簧的设计要求.................................................22 4.5 0 胶圈及密封槽的选配 ...........................................23 结 论 ...............................................................25 参考文献 ............................................................26 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 概述 1.1 稠油的性质 稠油一般是指粘度高、密度大、胶质和沥青质含量较高的重质原油，即高粘 度重质原油，一般含蜡量较少，因而原油粘度较高，流动阻力较大，开采难度大。 稠油是石油烃类能源中的重要组成部分，其特点如下 （1）稠油中的胶质与沥青含量高，轻质馏分很少。而且随着胶质和沥青质 含量增高稠油的相对密度和粘度也相应增加。 （2）稠油的粘度对于温度特别敏感，随着温度的增加，粘度急剧下降。且 原油粘度越大，这种变化越明显。 （3）稠油中硫、氧、氮等杂原子较多。 （4）稠油中石蜡含量一般较低，但也有极少数油田是“双高油田” ，即沥青 质含量高、石蜡含量也高，表征为高粘度高凝点原油。 （5）同一稠油油藏，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。 我国的稠油储量丰富，稠油年产量约占原油总产量的 10％，根据中国第二次 全国资源评价资料，稠油资源量约有。但在地层温度条件下，稠油的 8 198.7 10 t 粘度过高，很难流动，用常规的采油方法很难采出。因为粘度较大，所以其开采 方法与普通原油的开采方法不同，这是由稠油的特点决定的。稠油的粘度过高， 和水的流度比过高，使用常规的原油开采方法来开采稠油效果微乎其微。 目前来看，我国各大油田提高稠油采收率的方法主要是蒸汽吞吐和蒸汽驱， 但进行蒸汽吞吐和蒸汽驱后其采出程度可达 60％，有近 40％的稠油在高轮次吞 吐和蒸汽驱后没有被采出。稠油油藏在实施蒸汽驱后，油层温度、压力发生了显 著变化，孔隙间剩余油饱和度、井间剩余油分布也随之变化。 稠油采收率的提高，意味着我国石油总产量的大幅度上升，这对提高国民总 产值，发展国有经济具有重要而深远的意义。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 2 1.2 国内外发展状况 稠油自上个世纪 60 年代开始工业化生产，在短短的 40 多年时间内，稠油开 采业发展较快。就目前稠油开采技术而言，稠油开采可分为“热采”和“冷采”两大 类。 热力采油一般都是通过降低原油的粘度来减小原油的流动阻力。当今使用的 热采工艺可根据热量产生的地点分为两类一类是把热流体从地面通过井筒注入 油层，如蒸汽吞吐、蒸汽驱；另一类是热量在油层产生，如火烧油层法。油层加 热可以显著降低原油粘度，减少油水流度比，提高宏观波及系数，改善微观驱油 效率，从而大幅提高采油效率，是目前应用最广泛的采油工艺。热力开采稠油工 艺又可分为多种，例如蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧油层等等。但从现场 实践效果来看，应用范围最广而且行之有效的热力采油工艺是蒸汽吞吐和蒸汽驱， 但在蒸汽开采的过程中也存在有一些的缺点。例如，对于蒸汽吞吐开采，伴随着 多轮次吞吐周期的开发，以下两方面的矛盾日益突出注汽开采周期油汽比低， 经济效益差；原油粘度大，井筒举升困难。这都影响注蒸汽开发的经济性，制约 了对稠油油藏的进一步开发。对于蒸汽驱，伴随着蒸汽驱的进行，部分井产生严 重的气窜现象。现场实验表明热采中加入降粘剂能获得更好得开采效果。 稠油“冷采”是相对“热采”而言的，即在稠油油藏开发过程中，不是通过升温 方式降低油品的粘度，提高油品的流动性能，而是通过其它不涉及升温的方法如 加入适当的化学剂 ，利用油藏的特性，采取适当的工艺达到降粘开采的目的。 国内稠油开采方法主要有掺活性水降粘、掺油降粘、热水循环降粘、电热降 粘、火烧油层、热水驱、蒸汽吞吐及蒸汽驱等。降低驱替相和被驱替相的流度比 以及界面张力是提高原油采收率的重要途径。热力采油是从降低原油黏度的角度 来相对降低流度比的，对蒸汽驱后的油层而言，结合现场蒸汽驱后热水驱的实际 情况，适当提高驱替液的黏度，降低流度比以及扩大波及体积，可将蒸汽指进所 没有驱替出来的原油驱出；同时降低驱替相和被驱替相间的界面张力，这也利于 将原油从岩石表面剥离下来。注聚合物驱油是目前提高采收率技术的主要方法之 一，近年来在国内外受到普遍重视，在一些油田应用后，取得较好的经济效益。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 3 1.3 我国稠油开采及世界开采新方法 稠油，国外的准确译法叫“重油”。1998 年 11 月 6 日人民日报的第 7 版有一篇题为重油下世纪重要能源的文章，该文章对重油的情况进行了 介绍。文章指出，石油工业堪称世界经济发展的命脉，随着人类年复一年地开采 石油，常规原油的可采储量仅剩 1500 亿吨，而目前全球原油年产量已达 30 亿吨， 如此算来，常规原油的枯竭之日已不是十分遥远了。所幸的是，大自然还给人类 留下了另一个机会重油和沥青砂，这种储量高达 4000 亿吨的烃类资源日益 引起人们的关注。 稠油是世界经济发展的重要资源，其储量约有 4000 亿-6000 亿立方米。我国 也有着丰富的稠油资源，据不完全统计，探明和控制储量已达 16 亿吨，重点分 布在胜利、辽河、河南、新疆等油田。 在全球大约 10 万亿桶剩余石油资源中，70以上是重油资源。我国政府在“十一 五”发展规划中，明确提出将大力开展油页岩、油砂、天然气水合物等非常规油 气资源的勘探开发，增加科技投入，降低开采成本，增加我国油气资源的保障程 度。 我国对稠油油藏的研究、开发和加工已日趋成熟，并形成相当大的开采规模， 而且产量也占全国石油总产量的 1/10。目前，各大稠油开采油田针对其自身特点， 通过引进、消化、吸收和技术创新，形成了各具特色的开采技术，取得新的进展 和突破，为构建我国经济发展平台，插上了腾飞的翅膀。 1.3.1 目前我国稠油的开采方法 由于稠油的黏度高，难流动，故不能用常规的方法开采，但稠油的黏度对温 度十分敏感，只要温度升高到 8-10℃时，其黏度就降低 1 倍，故以高压饱和蒸气 注入油层，先吞后吐进行热采，就能达到良好效果，其采收率可达到 40-60的 水平。 我国上世纪 80 年代就着眼对稠油的研究和开发，按稠油油藏的特点，其开 采方式也各有所异，但总是沿着降黏和使分子变小、变轻的方向发展努力着。目 前，提高采收率最成功的开采方法分两大类一是注入流体热采或驱替型方法， 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 4 如热水驱、蒸气吞吐、蒸气驱、火驱等；另一类是增产型开采方式，包括水平井、 复合分支井、水力压裂、电加热、化学降黏等，这两类技术的结合使用，已成为 当今稠油开发的主要手段。其中，胜利油田采用热采、注蒸气、电加温、化学降 黏（注聚合物驱）等技术；辽河油田的中深层热采稠油技术；大港油田的化学辅 助吞吐技术；新疆油田的浅层稠油面积驱技术；河南油田的稠油热采技术等，均 处于国内领先水平。尤其是河南油田原油的黏度特高（普通稠油为 10000MPas，特稠油为 10000-50000MPas 超稠油为 50000MPas 以上），热 采需要的参数很大，需要注气压力 7.5MPa，注气速度为 100t/d，蒸气干度为 75，蒸气温度为 290℃，油层深度为 300m，放喷时地层温度为 140℃，压力为 5.5MPa，优选好合理参数，是有效开发稠油的关键。 近年来，我国第三大油田辽河油田依靠科技进步，攻克一道道稠油开采技术 和工艺难关，使油田至今保持稳产状态。专家们认为，这些稠油开采技术已居世 界领先水平。辽河油田位于渤海湾畔的辽河盆地，地跨辽宁省和内蒙古自治区 13 个市（地）、34 个县（旗），石油总资源量 34 亿吨，现已探明储量 19.46 亿吨， 年石油开采量稳定在 1300 万吨，仅次于大庆油田和胜利油田。 辽河油田是地质结构复杂、油藏品类丰富的复式断块油气田，稠油、高凝油 藏量尤为丰富，被称为“流不动的油田”。油田中大部分稠油、高凝油的含蜡高 达 50％，最高凝固点达 67 摄氏度，是目前世界公认的凝固点最高、开采难度最 大的原油。 近 20 年来，全球重油工业的发展速度比常规油快，重油和沥青砂的年产量 由 2000 万吨上升到目前的近 1 亿吨。委内瑞拉是重油储量最大的国家，人们预 期在不远的将来其日产重油量可达 120 万桶；加拿大目前的油砂日产量达 50 万 桶；欧洲北海的重油日产量达 14 万桶；中国、印度尼西亚等国的重油工业近年 来也发展迅猛，年产量都在 1000 万吨以上。 此外，还有一些国家重油储量很大，但由于油藏分布于海上，或在地面 2000 米以下，现在还难以大量开采利用。比较常规油、重油和天然气这三大类烃类资 源的状况，可以看到重油的前景是最好的，因为它的储量是年产出量的几千倍， 而常规油的这个指标只有 50 倍。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 5 目前，在全球大约 10 万亿桶剩余石油资源中，70以上是重油资源。而在我 国，陆上重油、沥青资源约占石油资源总量的 20以上。油砂预计地质资源量超 过 60 亿吨，可采资源量超过 30 亿吨。油页岩地质资源量超过 470 亿吨，技术可 采资源量超过 160 亿吨，可回收量超过 120 亿吨。 我国政府在“十一五”发展规划中，明确提出将大力开展油页岩、油砂、天 然气水合物等非常规油气资源的勘探开发，增加科技投入，降低开采成本，增加 我国油气资源的保障程度。据了解，由于我国大规模的勘探评价工作处于起步阶 段，关于重油勘探开发的鼓励政策尚在研究制定中，重油资源将成为我国重要的 战略接替资源之一。 熟悉稠油的人都有这样的共识，那就是稠油开发的崛起，得益于解放思想、 科技创新和科技攻关。稠油集中了原油中 70左右的硫和 90左右的氮，稠油中 占总量约 70的较轻部分，是采用当前技术可以转化的部分，但高效转化仍很困 难，占稠油总量大约 20的较重部分，采用现有的技术难以直接转化，这是稠油 高效转化的潜力所在，剩下的最重的 10就是稠油残渣，富集了稠油中 70以上 的金属和 40以上的硫、氮，不能被有效地转化为轻质产品。 我国目前高度重视稠油开采中的有关世界性技术难题。国家“973”计划将 “重油高效转化与优化利用的基础研究”列入其中，以加快解决稠油高效转化与 优化利用这一世界性科技难题。全国 65 位专家学者从去年开始共同攻关，计划 用 5 年时间解决制约稠油高效转化与优化利用的关键科学问题与技术难题。 胜利油田在稠油开发方面一直走在前列。据悉，胜利油田下一步将创新发展 热化学驱理论，推广应用稠油加密吞吐等 3 项成熟技术，攻关形成普通稠油水驱 转蒸汽驱等 6 项接替技术，同时开展多项矿场先导试验，以提高采收率攻关为总 体思路，推动稠油开发持续稳定发展。 在特超稠油方面，胜利油田已迈出了技术突破的关键一步。所谓特超稠油， 是指 50 摄氏度时原油黏度在 10104以上的稠油，其采出的原油在地面条MPa s  件下基本呈固状，跺上几脚都不变形。特超稠油开发所需注汽压力大、温度高， 一般的稠油开发方式根本行不通，国内外几乎都没有可借鉴经验。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 6 2005 年，胜利油田第一口应用 HDCS 技术的郑 411-平 2 井首战告捷，取得了 特超稠油油藏开发重大突破。科研人员乘胜推进，进一步扩大该技术的应用领域， 对其进行各环节的优化研究，多因素、全方位提高注汽质量，HDCS 技术在不断实 践中逐步成熟。截至 2008 年 8 月，胜利油田特超稠油油藏郑 411 块已应用该技 术累计产油 7.26 万吨，其他此类油藏如坨 826 块、单 113 块也被有效动用，标 志着胜利油田特超稠油油藏全面开发，这不仅使胜利油田特超稠油油藏得以“解 放”，而且对国内外同类稠油油藏开发具有重要借鉴意义。 重油是非常规石油的统称，包括重质油、高黏油、油砂、天然沥青等，也就 是我们所熟悉的稠油、特超稠油、沥青等。当前，国际石油界在重油勘探、开发、 炼制与综合利用以及环境保护等方面仍存在一些尚待解决的难题，其中最重要的 就是如何在现有技术的基础上开发创新，以求更大幅度地降低成本。随着石油需 求量的不断增加，如何加强世界各重油生产国对勘探开发的重视以及消费国对重 油的合理利用，也成为重油工业乃至世界石油工业可持续发展的关键。 1.3.2 世界稠油开采的新途径 当今，提高稠油油田采收率的主要方法是注蒸气、周期处理油井的近井地带、 层内燃烧和注热水等。这些方法虽然有较高的增油效果，但因其能量消耗过高， 投资过大，而使其实际应用受到限制。因此，人们为了节能降耗，特研制成功一 种将饱和的尿素溶液注入被蒸气加热的地层，使尿素在高温下，分解成氨和， 2 CO 对地层进行注蒸气、碱和驱的综合处理方法，已在俄罗斯的部分稠油油藏试 2 CO 验结果表明，该方法是高效的，有广泛的适用性和良好的发展前景。 综合处理工艺的基本原理此种新方法，其综合处理工艺是通过向预先用蒸 气加热的地层注入尿素溶液。这种溶液可在 150℃的温度下，发生反应式，分解 成（氨）和。分解出的和，可溶于原油和蒸气冷凝水中，其后 3 NH 2 CO 3 NH 2 CO 面注入的蒸气就会推动和（氢氧化氨）段塞运移，对地层进行蒸气 2 CO 4 NH OH 驱，碱（）驱和驱等综合驱油。与常规的碱和二氧化碳驱相比，该 4 NH OH 2 CO 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 7 工艺具有如下优点其一，添加的可生成和的尿素价格较低；其二，在 3 NH 2 CO 尿素的分解温度下，1 吨尿素可放出 7646.6和 373.3 ，并且尿素 3 m 3 NH 3 m 2 CO 的分解相当快。另外，因地层温度已超过 200℃，可使气体放出，并可使尿素水 溶液转化成蒸气，提高地层压力；其三，分解出来的和可起到示踪剂的 3 NH 2 CO 作用，据此可判定载热体和及段塞的运移方向和速度。另外，也可用它 3 NH 2 CO 对注蒸气井进行检查、预测油井的蒸气突进；其四，尿素是大批量生产的产品， 对施工用料提供了方便。 综合处理工艺的室内实验和矿场试验为了验证注蒸气开采稠油时，采用尿 素的可能性，俄罗斯的石油科技人员在上世纪 80 年代投产的稠油油田进行了用 该方法处理地层的室内和矿场试验。其目的是确定用尿素热分解产物，综合处理 地层，提高原油采收率的可能性及在矿场证实该种地层综合处理的理论研究和室 内实验的正确性。根据室内实验结果，得出以下结论其一，尿素通过用蒸气加 热的温度高于 250℃的地层时，可分解出和；其二，这些气态产品，在 3 NH 2 CO 原油中的溶解和蒸气的冷凝，可推动和段塞运移，其结果可比单独 2 CO 4 NH OH 注蒸气提高驱油效率 11；其三，其驱油效率的提高，取决于饱和尿素溶液段塞 的体积，其最佳值为 0.1 地层孔隙空间体积，此时的驱油效率最高。后来，根据 室内实验结果，在俄罗斯的奥哈油气开采管理局所经营的奥哈油田，选择了 7层 进行了矿场试验。因该油层原吸水能力不超过 30-40/d，原油黏度为 3 m 500MPas-700Mpa/s，地层的黏土含量高达 22，因注蒸气造成的地层黏土膨胀， 已制约了该油层的开发。 这时，采用的尿素溶液浓度为 10，其用量为 0.1 处理层孔隙体积，但这样 可能会造成大量的材料消耗。后来，所有试验采用的段塞体积，均根据矿场试验 结果确定，采用的尿素溶液体积为 5-50。下面举例说明其矿场试验结果。 3 m 2008 年 7 月 15 日，对位于该油田 11 断块 7层的注蒸气井 1508 井，进行了 注尿素的综合处理矿场试验。试验前，该井已注入了 39000蒸气，地层已被加 3 m 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 8 热到 250℃，用于注入尿素溶液是在 50的容器内经过认真搅拌制备的。尿素的 3 m 水溶性最高，注入的 30 吨尿素，可在标准状况下，分解出 22400NH3 和 11200 3 m 。 3 m 2 CO 2008 年 8 月，该断块的 11 口对应油井中，已有 6 口井见到明显效果，其总 产量已由 280t/d 上升为 680t/d，含水由 80下降为 73，措施有效期为 5 个月， 累计增产原油 2522 吨。 后来，又对注气井 1688 井进行了注尿素矿场试验。该井于 1983 年 3 月完钻 于奥 8 块的 7层，地层为含中粒砂的碎屑泥质砂岩，其黏土含量为 5-28，地 层的平均孔隙度为 27.3，渗透率为（0.5-0.7）10-3。其中原油为重油， 2 m 密度为 0.936g/，黏度为 450。该井试验前，已注入 16000蒸气。 3 cmMPa/s 3 m 试验开始前，858、1645 和 1646 井因组织和技术原因已关井，其中 857 井为观察 井，连续 3 天量油、取水样和气样。7 月 18 日开始向 1686 井注入温度为 45℃的 15尿素饱和溶液，因高温分解，这些尿素可在标准状况下，产生 5600 3 m 和 11200m3。在措施后的第一个月，对受效油井连续取样和量 3 m 2 CO 3 NH 2 m 油 3 天，在以后的几个月内，每周取样和量油一次。注入尿素后有 4 口油井立即 见效，其产量由 200t/d 增至 720t/d，有效期为 6 个月，累计增产原油 19155 吨。 此外，当时 863 和 857 井的动液面已上升至井口，并恢复了自喷，证明了见效更 加显著。 根据以上的矿场试验结果，俄罗斯已在几个稠油油田推广应用这一综合处理 工艺。共向 37 口井注蒸气井中注入了 1000 吨尿素，在 2 年的试验时间里，共增 产原油 32397 吨，平均每井次处理的增油量为 875.6 吨，每井次处理的尿素消耗 量为 5-50 吨。 若借鉴该项工艺，必须首先针对自己所经营管理的稠油油藏的类型、地质特 征、地下动态、稠油密度、地层孔隙度、渗透率、钙泥质含量等进行室内和矿场 试验，因地制宜地优选出适合自己稠油油田开采的综合增产处理工艺，以提高稠 油油田的开发效果和采收率。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 9 第 2 章 稠油资源和稠油开采的几种方式及优缺点 2.1 稠油的定义及分类 1976 年 6 月在加拿大召开的第一界国际重油及沥青砂学术会议上，讨论了相 关的定义以分类标准。重油是指在原始油藏温度下脱气原油粘度在 100～1000或者在 15.6及大气压下密度为 934～1000MPa/sMPa/s οC3 kg m 的原油。表 2-1 是联合国培训研究署（UNITAR）推荐的分类标准。 3 kg m 表 2-1 UNITAR 推荐的重油及沥青分类标准 第一指标第二指标 名称 粘度，MPa/s 60 F  密度（） 3 kg m API60 F  重度（） API  重油100～10000934～100020～10 沥青＞10000＞1000＜10 中国稠油在物理性质上与国外有着明显的不同，主要区别是相同密度的稠 油，中国稠油的粘度相对较高。根据中国稠油的物理特点，分类为普通稠油、特 稠油和超稠油，表 2-2 是中国石油行业关于稠油分类的试行标准。 2.2 世界稠油的资源量 据报导，目前常规石油和天然气各有原油当量桶的剩余储量， 12 0.8 1.010（） 而稠油的地质储量约为，即大约，巨大的资源量决定了稠油 12 6.3 10 bbl 123 1 10 m 将可能成为 21 世纪的主要能源。表 2-3 列出了主要稠油生产国的稠油资源量（不 含中东地区）。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 10 表 2-2 中国石油行业稠油分类试行标准 稠油分类主要指标辅助指标 名称类别粘度，MPa/s ο 20 C相对密度， 3 g cm Ⅰ 50（或者 100）～10000 ＞0.9200 Ⅰ- 1 50～150＞0.9200普通稠油 亚 类Ⅰ- 2 150～10000＞0.9200 特稠油Ⅱ10000～50000＞0.9500 超稠油（天然 沥青） Ⅲ＞50000＞0.9800 表 2-3 世界主要稠油生产国稠油及沥青资源 探明地质储量，， 83 10 m资源量，， 83 10 m 国 家 稠油沥青稠油沥青 美 国165.435.6（165.4）92.4 加拿大5.65281411.254001 委内瑞 拉 432.44-1905- 前苏联412111352146.3 中 国133180 注 1稠油是指 API 重度小于 20、粘度低于 10000的原油；沥青是指 API 重度小MPa/s 于 10、油藏条件下粘度大于 10000的原油。MPa/s 注 2委内瑞拉稠油资源包括稠油和沥青两部分。苏联地区勘探程度低，统计不完全。 美国稠油资源量缺统计数据，计算资源总量时以已探明地质储量代替。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 11 2.3 稠油的开发方式及优缺点 随着世界对石油需求量的不断增加，石油作为有限非再生能源，再发现较大 储量油田的机遇减少，已开发油田正在老化，迫使人们把注意力投向提高老油田 采收率的技术。在世界范围内，传统的提高采收率技术中，对于稠油主要采用热 采技术，热采是技术成熟的开采高粘度重质原油最为有效的方法。热力采油是指 以重质原油和高凝油为主要开采对象，运用热工学的理论和方法，进行石油开采 的工艺技术该工艺通过加热油藏降低地下原油的粘度，溶解与溶化油层的堵塞， 改善地层的渗流特性，从而提高原油在地层的渗流能力。达到提高原油产量，采 收率和开采效益的目的。 按照加热油藏的不同方式，常用的热力采油方法可分为蒸汽吞吐，蒸汽驱， 热水驱，火烧油层，电磁加热，热化学法等几种方法，其中蒸汽吞吐和蒸汽驱是 使用范围最广，采出油量最多的方法。目前世界上约有 80以上的热采产量通过 注蒸汽采油法获得。 2.3.1 蒸汽吞吐 蒸汽吞吐采油法又叫做循环注汽采油法或注蒸汽热激励采油法，既先将一定 量的高温高压蒸汽湿饱和蒸汽注入油层，将井周围有限区域加热，以降低原油粘 度并通过高温清除粘土及沥青沉淀物，提高近井地带油层渗透率，焖井散热后开 井采油。其主要优点是工艺技术相对成熟简单，施工简单，一次投资少，增产快， 采油效果及经济效益较好，技术和经济风险较小，缺点是往往仅动用和采出了近 井地带稠油，井间仍存在大量死油区，随着吞吐轮次的增加和地层能量的降低， 采油效果和经济效益呈依次降低趋势，油田采收率有限（10-20） 。因而蒸汽 吞吐开采到一定时期应适时转换开采方式，以便取得更高的采收率和经济效益。 2.3.2 蒸汽驱 向一口或多口井中持续注入蒸汽,将地下原油加热并驱向邻近多口生产井,从 生产井将原油持续采出的采油方法即为蒸汽驱采油法。采用蒸汽驱开采是，其优 点是注入井连续注入高干度水蒸气，提高较大范围油层温度，驱动较大范围内地 下原油，将采出更多的原油，从而大幅度地提高原油采收率（一般可达 20- 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 12 30） 。缺点是在初始转驱阶段，驱油效果受地层和温度场的限制，往往需要经过 较长时间注入蒸汽后，采油井方能受效增产。 2.3.3 热水驱 hot-water 热水驱基本上是一种热水和冷水非混相驱替原油的驱替过程。注热水比注常 规水提高稠油采收率的主要原因是提高地层温度降低原油粘度。热水驱的优点是 在天然边水驱扫过的区域附近，注热水可能防止已经扫过区域原油的重新饱和， 还可以在方案临近结束时，注入未加热的水来回收部分热量；缺点是热水的含热 量太少，不能作为有效的热载体把热量带入油藏。 2.3.4 火烧油层 burn 火烧油层是把氧气注入油层，使油层中的原油着火，油层部分原油产生热量， 注空气是向油层供给氧气的最普通的办法。火烧油层优点是损失的热量少，只要 有足够的残碳量，足够的温度和足够的空气，燃烧便可持续，并行成一个火线， 不断向纵向发展，采油速率高；缺点是实施较难，由于井筒内所用的点火系统或 由于燃烧过程本身产生的热量，使井筒附近的油层温度升高，因此在设计注入井 时，必须采取措施预防井筒内燃烧的可能性。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 13 第 3 章 蒸汽吞吐采油技术 热力采油是指向油藏注入热流体或使油层就地发生燃烧形成移动热流，主要 靠利用热能降低原油粘度，以增加原油流动能力的方法，是开采地下粘度大的原 油的最有效方法。 3.1 蒸汽吞吐 蒸汽吞吐是一种单井作业，在一口井中注入一定量的蒸汽一般在几百吨以上， 随后关井，让蒸汽与油藏岩石进行热交换，然后再开井采油。此过程可循环往复 进行，又称循环注蒸汽工艺。 向油井内注入一定数量的蒸汽，停注后关井数天使蒸汽凝结，浸泡油层使热 量扩散，然后开井生产。待产量减低至某一限度时，再重复上述过程。 注蒸汽、焖井、开井生产。如果产量足够高，在经济上可行，则可循环若干 次，直到达到经济极限为止。但每一次蒸汽吞吐后，油层驱油的能量都要降低， 原油含量也下降，因此随着周期数的增加，其效果会越来越差，原油产量降低， 含水率增加。 3.2 蒸汽吞吐驱油机理 蒸汽吞吐主要是加热近井地带原油，使之粘度降低。蒸汽吞吐技术的应用使 油井的动用程度提高，生产周期延长。在周期性注蒸汽采油过程中，其增产机理 是多种多样的，主要的有如下几种 （1）升高油层温度，降低原油的粘度； （2）在注入和吐出的过程中，清除了井筒油层射孔段附近的堵塞，改善了 油流的渗流条件，增加流体的流动性； （3）气体的膨胀能驱动原油，降低界面张力，减小水相的相对渗透率； （4）减少残余油饱和度； 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 14 （5）改善波及效率； （6）提高地层油体积系数。 由于蒸汽吞吐是在同一口井内完成注汽和生产，因此原油受热降粘和采出主 要集中在井点附近，流动阻力小，因此蒸汽吞吐方法的采油速度高。 3.3 蒸汽吞吐优缺点 蒸汽吞吐驱油一次性投资较少，工艺技术简单，投资回收周期短，对于普通 稠油和特稠油油藏经济风险小，采油速度高。 一般作为蒸汽驱的先导。这种方式并没有连续不断的增加油藏的能量，而是 依靠注入油藏的热能降低原油粘度。从油藏中驱油入井的动力主要仍来自油藏原 有的能量，这同时加速了天然弹性能量的利用，并不能补充驱替能量，而且是单 井注入蒸汽开采出原油，基本上不产生井间驱替作用。因而随着循环周期的增加， 油层压力的衰减，油藏能量的逐步消耗，产量将大幅度递减，最终结束有效开发 期。一般吞吐10周期以后即结束经济开发期。在蒸汽吞吐开采之后，油井间还存 在大片尚未动用的剩余油，纵向上也存在未动用或动用程度很低的油层段，其采 收率仅15％～30％。蒸汽吞吐开采阶段的窜绕加剧了油层的非均质。因油层条件、 吞吐轮次、吞吐效果的不同，以及井间气窜，采出程度平面差异大，致使采出不 平衡，剩余油饱和度场不均。 蒸汽吞吐通常只能采出井点周围油层中有限区域内的原油，井间存在大量蒸 汽难以波及到的死油区，蒸汽吞吐的原油采收率一般由于蒸汽吞吐以消耗弹性能 量降压开采为驱动条件，基于单井操作，油层的受热范围受到限制，井间储量动 用程度差，采出程度低；国内外蒸汽吞吐开采实践表明，蒸汽吞吐的采 收率一 般为20％左右，因此单纯依靠蒸汽吞吐增加最终采收率的程度是有限的。 大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计（论文） 15 第 4 章 分层配汽器的设计与计算 注蒸汽热采方法是开采稠油的一种有效手段。以往多采用笼统注蒸汽的注入 方式，即同时对几个开发层系注汽。但是，由于各层系的地层压力、渗透率原油 物性等存在差异，有时会使层间注汽量分配不合理，甚至出现某个层位的蒸汽带 急剧推进，达不到预期的注汽效果。分层配汽的目的就是力求使注汽前沿均匀推 进，避免出现舌进现象，合理分配注汽量，从而改善注汽效果。分层配汽的工艺 技术原理为 1.根据各子层的油层物性，合理划分注汽单元，根据各注汽单元的油层物性 合理设计蒸汽注入量； 2.利用热力封隔器将各注汽单元封隔开，防止蒸汽在各注汽单元之间互窜； 3.利用分层配汽器对各单元进行定量注汽，达到既动用中低渗透层，又发挥高渗透层剩 余能量的目的。 4.14.1 分层定量配