稠油开采技术的研究现状.doc

1、东北石油大学秦皇岛分校毕业论文稠油开采技术的研究现状日期2015年4月3日学科专业油田化学应用技术学生指导教师（教授）摘要随着石油开采技术的不断提高，一些特殊油藏越来越引起石油工作者的重视。由于稠油在石油资源中所占比例较大，因此如何开采稠油，使之成为可动用储量，是石油界一驱、火烧油层等为主要开采方式的稠油热采技术，以及以碱驱、聚合物驱、混相驱等为主的稠油冷采技术。对于稠油油藏，常规的方法是很难开采出来的，因此便采取一些特殊的开采方法。主要从稠油冷采和稠油热采两个方面介绍稠油开采的方法以及各种方法的适用条件和作用基理，通过对各种方法的介绍，很容易发现稠油冷采的方法成本投资小，工艺流程简单，但是适

2、用范围比较小，稠油热采方法虽然成本投资大，但是适用范围大，而且可以达到较高的采收率，其中蒸汽吞吐是目前应用最多的、发展前景比较好的一种稠油热采方法；根据稠油开发的发展趋势，对稠油油藏开发提出一些台理的建议，目的是为将来的稠油油藏开发方式的筛选和创新打下一个基础，使稠油油藏开发上升到一个新的台阶。关键词稠油资源；热采；冷采；稠油新技术；ABSTRACTWITHTHEOILMININGTECHNOLOGYCONTINUESTOIMPROVE,SOMESPECIALRESERVOIRHASATTRACTEDMOREANDMOREATTENTIONOFPETROLEUMWORKERSBECAUSEOF

3、HEAVYOILINTHEOILRESOURCESINTHEPROPORTIONOFLARGER,SOHOWTOMININGOFHEAVYOIL,MAKEITBECOMEAVAILABLERESERVES,OILFIELDISADRIVE,INSITUCOMBUSTIONTECHNOLOGYISTHEMAINWAYOFEXPLOITATIONOFHEAVYOILTHERMALRECOVERY,ANDINALKALINEFLOODING,POLYMERFLOODINGANDMISCIBLEFLOODINGBASEDHEAVYOILCOLDPRODUCTIONTECHNOLOGYFORHEAVYO

4、ILRESERVOIR,THECONVENTIONALMETHODISDIFFICULTTOMINED,SOTHEYTAKESOMESPECIALMININGMETHODTHEAPPLICABLECONDITIONSANDMECHANISMSMAINLYFROMTHECOLDPRODUCTIONOFHEAVYOILANDHEAVYOILTHERMALRECOVERYTWOASPECTSINTRODUCEDMETHODSOFHEAVYOILEXPLOITATIONANDVARIOUSMETHODS,THROUGHAVARIETYOFMETHODS,ITISEASYTOFINDTHATTHECOS

5、TMETHODOFHEAVYOILCOLDPRODUCTIONOFSMALLINVESTMENT,SIMPLEPROCESSFLOW,BUTTHESCOPEISSMALLER,THEHEAVYOILTHERMALRECOVERYMETHODWHILETHECOSTINVESTMENTHOWEVER,LARGEAPPLICATIONRANGE,ANDCANACHIEVEHIGHERRECOVERYRATE,WHICHISCURRENTLYTHEMOSTUSEDSTEAMHUFFANDPUFF,RELATIVELYGOODPROSPECTSFORDEVELOPMENTOFHEAVYOILTHERM

6、ALRECOVERYMETHODACCORDINGTOTHEDEVELOPMENTTRENDOFHEAVYOILDEVELOPMENT,ANDPUTFORWARDSOMEREASONABLESUGGESTIONSONTHEDEVELOPMENTOFHEAVYOILRESERVOIR,THEPURPOSEISTOLAYAFOUNDATIONFORTHESELECTIONANDINNOVATIONTHEFUTUREOFTHEHEAVYOILRESERVOIRDEVELOPMENTMODE,SOTHATTHEDEVELOPMENTOFHEAVYOILRESERVOIRUPTOANEWSTEPKEYW

7、ORDSHEAVYOILRESOURCES；THERMALRECOVERY；COLDPRODUCTION；HEAVYOILNEWTECHNOLOGY目录第1章概述111稠油的定义112世界稠油资源的分布1第2章稠油的开采321稠油的开采原理322稠油的开采技术4第3章稠油开采技术的现状531稠油热采技术的现状532稠油冷采技术的现状5第4章稠油开采技术发展的趋势741稠油热采技术的发展趋势742稠油冷采技术的发展趋势7第5章结论9参考文献10致谢121第1章概述11稠油的定义稠油是一种高粘度、高密度的原油，成分相当复杂，一般都含有沥青质、胶质成分，是石油烃类能源中的重要组成成分，国外将重油和沥

8、青砂油统称为重质原油（HEAVYOIL）。国内外稠油的分类标准不一致，一般用粘度、密度、重度API表示。稠油分类不仅直接关系到油藏类型划分与评价，也关系到稠油油藏开采方式的选择及其开采潜力1。为此，许多专家对稠油分类标准进行了研究并多次举行国际学术会议进行讨论。12世界稠油资源的分布世界上稠油资源极为丰富，其地质储量远远超过常规原油储量。据统计，世界上己证实的常规原油地质储量约为4200108T，而稠油（包括沥青）油藏地质储量高达155500108T。我国稠油资源分布很广，储量丰富，陆上稠油、沥青资源约占石油总资源量的20以上2。目前已在松辽盆地、渤海湾盆地、准葛尔盆地、南襄盆地、二连盆地等1

9、5个大中型含油盆地和地区发现了70多个稠油油藏，全国稠油（包括沥青）地质储量在80L08T以上，其中仅渤海湾盆地各拗陷在低凸起、边缘斜坡带等处，稠油储量可达40L08T；准噶尔盆地西北缘稠油储量达10L08T以上。我国陆上稠油油藏多数为中生代陆相沉积，少量为古生代的海相沉积，储层以碎屑岩为主，具有高孔隙度，高渗透率，胶结疏松的特征。辽河油田是我国主要的稠油开发区，油藏类型多；其次是克拉玛依油田、胜利油田及大港油区。我国目前发现数量众多的稠油油藏，其埋藏深度变化很大，在102000M之间，但从全国范围来看，绝大部分稠油油藏埋藏深度为10001500M之间3。稠油粘度高，密度大，开采中流动阻力大，

10、不仅驱动效率低，而且体积扫油效率也低，难于用常规方法进行开采。稠油的突出特点是含沥青质、胶质较高。我国胶质、沥青质含量较高的稠油产量约占原有总产量的70。因此，稠油的开采具有很大的潜力，2而且随着轻质油开采储量的减少，21世纪开采稠油所占的比重将会不断增大。对于稠油油藏，常规方法很难开采，要采取一些特殊的工艺措施，如热力采油，化学方法采油、生物采油及一些组合方法等。为此，各国均有针对性地加强了稠油开采的技术研发。3第2章稠油的开采21稠油的开采原理采油所涉及的两个重要概念是流度比M和毛细管数NC。流度M比通常定义为驱替液的流度与被驱替液（本文假定为原油）的流度之比。因为驱替液与被驱替液在岩石中

11、的渗透率一定，所以也就和被驱替液的粘度成正比关系。也就是说增加驱替液的粘度有利于驱油。如果M1，驱替液将流经大部分被驱替液，致使驱替无效。为使驱替效率达到最高，应该M1此时为“有利”流度比4。毛细管数NCV/其中,NC毛细管数，PAMS/M；驱油剂的流体粘度，MPAS；V驱替速度,M/S；被驱替液和驱替液之间的界面张力，MN/M。剩余油饱和度是毛细管数的函数。很显然，通过降低原油粘度或增加压力梯度，更重要的是降低界面张力，可以增加毛细管数，从而降低剩余油饱和度。只有当界面张力非常低，并达到时102MN/M时，才会出现显著降低的情况。一般情况下，界面张力降低千分之一才会见到显著的采油效果。这在实

12、验室条件下是可行的，但是在油田条件下是困难的5。石油大学应用高温高压流变仪，在不同温度和压力下，对塔河油田TK427井产原油进行了研究，测量了不同含水率，不同气油比下的原油粘度，用曲线拟合法探讨了原油及油气水多相流粘度与温度、压力不同的关系。结果表明，原油及油气水多相流的粘温特性符合指数规律，原油粘度与压力呈线形关系，原油的粘度随气油比不同而变化巨大，含气原油粘度随压力变化存在极小值（泡点压力），含水原油粘度随含水量变化存在极大值（非乳化拐点）。422稠油的开采技术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。稠油粘度虽高，但对温度极为敏感，每增加10，粘度即下降约一半。加热过程中，

13、水、轻质油和稠油粘度的变化表明，增加相同的温度，稠油的粘度比水和轻质油降低的多得多。依国际通用的ASTM标准，中国许多稠油油田的稠油粘温曲线呈斜直线状，斜率几乎一样6。这说明稠油对加热降粘的规律性是一致的，这也是稠油热采的主要机理。热力采油作为目前稠油开发的主要手段，能够有效升高油层温度，降低稠油粘度，使稠油易于流动，从而将稠油采出。稠油“冷采”是相对“热采”而言的，即在稠油油藏开发过程中，不是通过升温方式来降低油品的粘度，提高油品的流动性能，而是通过其它不涉及升温的方法（如微生物采油，三元复合驱或者加入适当的化学试剂），利用油藏的特性，采取适当的工艺达到降粘开采的目的7。5第3章稠油开采技术

14、的现状31稠油热采技术的现状稠油热采的主要原理就是降粘。稠油热采是目前世界上规模最大的提高原油采收率工程项目，该技术自问世以来，已经有了突飞猛进的发展，形成了以蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD、热水驱、火烧油层、电磁加热，蒸汽与天然气驱（SAGP），注气体溶剂萃取稠油技术（VAPEX），水平压裂辅助蒸汽驱（FAST）等技术为代表的技术框架。其中大部分技术已经广泛应用于稠油油藏的开发，并取得了显著的效果，少部分前沿技术正处于矿场先导试验阶段或基础研究阶段8。32稠油冷采技术的现状全球范围内，稠油储量约占全部烃类储量的50左右，大部分稠油是用热采方法采。为了降低成本，提高稠油开采的经济效益，当时加拿大的

15、一些小石油公司率先开展了稠油出砂冷采的探索性矿场试验川。其主要作法是，不注蒸汽，也不采取防砂措施，射孔后直接用螺杆泵进行开发。矿场试验取得了令人意想不到的效果，于是出砂冷采的概念就在这种情况下迅速建立起来了。到了90年代末，全球范围内，稠油储量约占全部烃类储量的50左右，大部分稠油是用热采稠油出砂冷采已成为热点，除了众多中小石油公司外，一些大的石油公司也纷纷涉足这一领域，国际上，尤其是加拿大有关研究机构，从这时开始竞相开展了相应的理论研究，提出了冷采高产的主要机理地层中蛆叫洞和泡沫油理论。特别是这十几年的发展，稠油出砂冷采己显出良好的经济效益9。加拿大有许多采用常规降压开采无法出油的稠油藏，在

16、采用冷采工艺后，单井日产油一般在350T之间，采收率达815，最高达20，原油操作费用每桶仅在3046美元之间，采油成本大大低于蒸汽吞吐或其它开采方式。我国稠油资源丰富，分布较广泛。目前己建成辽河、胜利、新疆和河南等4大稠油生产基地，累计动用稠油储量近10L08T，建产年生产能6力1300L04T。稠油冷采试验全国只有河南油田在1997年进行先导性试验，由于技术原因又转入蒸汽开发，理论上的研究尚属空白，矿场试验己取得了一些经验，但有没有往下进行稠油冷采就是在油井蒸汽吞吐末期采用各种制剂来降低原油粘度，改变储层岩石的润湿状态，疏通油流孔道、提高原油流动性，并使吸附在岩石表面的原油释放出来，进而达

17、到提高油井产量，延长油井生产周期，降低生产成本的目的该技术通过现场实验，取得了阶段性成果，为稠油中后期开发提供了一条新的技术途径对于油层薄、埋藏深、地层渗透率低而不允许高速注入以及含油饱和度低或孔隙度低的稠油油藏，不适合用热采法开采，但可采用冷采的方法开采10。7第4章稠油开采技术发展的趋势41稠油热采技术的发展趋势对于那些不宜转成汽驱开采的蒸汽吞吐油藏，如何在蒸汽吞吐后期进一步提高采收率，延长蒸汽吞吐的经济开采期，是接下来吞吐阶段的重要研究内容。在经济范围内，可采取的方法主要有打加密蒸汽吞吐井；采用分层注采技术；打水平井或侧钻水平井进行蒸汽吞吐；采用多井整体吞吐方式；采用蒸汽配比助剂吞吐技术

18、等。其中，针对特、超稠油开采试验推广的CO2辅助蒸汽吞吐技术在辽河油区已经见到了明显效果11。SAGD、VAPEX、热电联供等技术有望成为蒸汽吞吐后经济的接替技术。蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术可以将稠油采收率再提高25以上，随着水平井技术的不断提高，轨迹控制能力能够满足SAGD的要求，应在完井方式、管柱强度上进一步深入研究，使其成为开发稠油最有希望的方法之一。重力泄油理论和水平井技术发展了SAGD、SAGP、VAPEX、COSH技术。今后，这种发展的势头仍将保持下去12。现在的稠油开采越来越倾向于水平井和复合井技术的应用。与常规井相比，水平井具有提高生产能力、加快开采速度和降低底水锥进等优

19、点。复合井通过复杂的井结构引入一种新思路，通过较多的侧向井进入到以前未被捕集到是原油带，与直井甚至单个水平井相比，复合井具有更多的优势。目前，主要的水平井稠油热采技术有水平井蒸汽吞吐、水平井蒸汽驱、加热通道蒸汽驱、重力辅助蒸汽驱（SAGD）、改进的重力辅助蒸汽驱（ESAGD）、水平井电加热开采、坑道式水平井开采、多底水平井开采、重力辅助火烧油层技术（COSH）、水平井火烧油层。如何合理应用水平井和复合井技术来提高原油采收率，是今后稠油热采中应该关注的问题13。42稠油冷采技术的发展趋势可靠的油藏研究是油藏管理行为的战略工具。因为巨大的投资计划8通常以这些研究结果为基础得到批准。与这些投资相关联

20、的最终利润基本上依赖于从油藏研究中所得到的生产动态预测结果的精确性。目前石油工业正在经历着一场关于油藏研究的现代化，一种趋势是在油藏的描述阶段加强不同专业领域的综合和二维向三维描述过渡，这些的油藏描述和数值模拟成就中受益的一个领域是稠油的开采14。稠油的开采目前所面临的挑战是1需要把有意义的、完整的油藏描述融入到流动模型当中；2对于稠油生产建立强有力的数学模型和数值模拟方法。完成第一项任务需要描述油藏的各向异性，采用三维非结构化网络和网络粗化技术，完成第二项任务就是要开发数学模型和数值模拟技术来预测稠油冷采的生产过程。目前国外有许多学者致力于这两个方面的研究。随着适合冷采油藏深度的加深，作为冷

21、采举升工具主力的螺杆泵将向着高扬程、大排量和低转速方向发展。电潜螺杆泵随着性能的不断改进，将会越来越多的取代普通螺杆泵。电潜泵随着携砂能力的不断提高，将会越来越多地进入稠油冷采市场15。未来的疏松砂岩稠油油藏的出砂管理模式不会再局限于排砂与防砂两种相互对立的方式上，人们可以根据需要决定是否采取有限排砂采油的方式。稠油有限排砂采油的核心思想是使单井经济效益最大化，为了实现这一目标，需要用经济评价手段来确定在整个油田开发期内应该采取何种开采方式。客观有效的经济评价方法是稠油有限排砂采油技术发展的基础，最大限度地保护产能，同时又能够挡住一定粒度中值地层砂的防砂方法是这项技术成功的关键。稠油冷采技术虽

22、然采油成本低，但采收率一般只有815，最高不超过20，也就是说仍然有80以上的资源留在地下。因此，如何进一步经济有效地提高采收率，是有关研究机构和石油公司普遍关心的课题。由于目前国内外尚未有稠油冷采油田进入冷采之后的提高采收率阶段，因此对这一领域仍然没有实践经验。加拿大的一些油公司和研究机构提出了一些可能会采取的方法，包括电磁加热以及溶解剂驱替（VAPEX）、蒸汽辅助重力驱、蒸汽吞吐、蒸汽驱等联合应用，但是效果怎样有待于实践的检验16。9第5章结论（1）稠油的热采主要的是加热稠油，降低粘度。在热采中，蒸汽吞吐开采效果不错，技术已经被绝大多数油田运用，SAGD技术应用前景较为广泛，但是需要钻井水

23、平提高，SAGP、SAGP、VAPEX、COSH技术潜力较大，能够很好的解决一些油层地质物性比较差的缺点，今后，这种发展的势头仍将保持下去。现在的稠油开采越来越倾向于水平井和复合井技术的应用。与常规井相比，水平井具有提高生产能力、加快开采速度和降低底水锥进等优点。复合井通过复杂的井结构引入一种新思路，通过较多的侧向井进入到以前未被捕集到是原油带，与直井甚至单个水平井相比，复合井具有更多的优势。（2）稠油冷采主要是应用油层本身的性质在不加热原油的基础上尽可能的多采出原油，其中的出砂冷采技术是热点，也是可行的方法之一，我个人认为如果在出砂冷采的基础上在使用化学吞吐技术和化学降粘就能更好的开采一些稠

24、油油藏。目前，蒸汽吞吐、蒸汽驱、热水驱、火烧、聚合物和CO2非混相驱以及稠油出砂冷采这六种强化开采稠油的方法在世界范围内得到了比较广泛的成功运用。超、特稠油开采目前比较成功和有潜力的技术是水平井SAGD、溶剂萃取、化学吞吐以及螺杆泵携砂采油、化学降粘等。但每种技术都不是尽善尽美，关键是要根据不同油藏，因地制宜、采用不同的开采技术。解决稠油开采难题和降低生产成本的关键是加强科技攻关，要注重基础理论研究和超前技术研究，舍得投入，提倡多学科协作，联合攻关，特别要注重科研与生产、地质与工艺的紧密结合，扩大国际合作与交流，研究、借鉴他人经验。10参考文献1于连东世界稠油资源的分布及其开采技术的现状和展望

25、J特种油气藏，2001，82981042廖泽文油藏开发中沥青质的研究进展J科学报，1999（19）18243于连东世界稠油资源的分布及其开采技术的现状和展望J特种油气藏，2001,8（2）981044董本京,穆龙新国内外稠油冷采技术现状及发展趋势J钻采工艺,2002，25618215刘新福等稠油出砂冷采特征及技术对策J河南石油1997,11317226张荣斌，陈勇日臻完善的SAGD采油技术J国外油田工程，1999，11315177黄鸥,黄忠廉译油田稠油热采技术综述J国外油田工程，1997，01（6）9108DETOWSON著,王培良,王卫星编译加拿大现场稠油热采技术综述J河南石油,1998,1

26、（1）44459董本京,穆龙新,李国诚,等防砂与排砂采油的经济效益评价方法J钻采工艺,2003,262141710穆龙新,李国诚,王永杰,等关于稠油有限排砂采油方法的探索J钻采工艺,2003,261202211STANGHRSORDYTHESANERRANCHPILOTTESTOFFRACTUREASSISTEDSTEAMFLOODINGTECHNOLOGYCSPE13036，198512邵先杰，凌建军等水平压裂辅助蒸汽驱影响因素分析J特种油气藏，2003，106505413刘新福，吴官生出砂冷采技术在稠油和稀油油藏中的应用J石油勘探开发情报，1999，105525914徐广义埋地天然气管道防

27、腐技术J油气田地面工程，2010,29（02）771115赵金榜天然气地下管道用涂层品种性能及选用设想J中国涂料，2000,102232616董本京,穆龙新国内外稠油冷采技术现状及发展趋势J钻采艺2002（3）1821致谢12致谢本文是在导师王长进老师的悉心指导下进行的。王长进老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中，王长进老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。在王长进老师提高采收率方面具有丰富的实践经验，对我的实验工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象。在此表示深深的谢意。此外，我还要感谢我的导师以及同学在整个过程中的帮助。