稠油热采技术

稠油热采技术交流2008年3月一、稠油分类二、热力采油技术三、热力采油机理四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性五、井口注汽参数对井底注热参数的影响六、蒸汽吞吐采油方法七、蒸汽驱开采方法稠油热采技术交流一、稠油分类在油层条件下，粘度大于50mPa.s或脱气原油粘度大于100mPa.s的原油称为稠油。中国稠油的分类标准稠油分类主要指标辅助指标开采方式名称类别粘度mPa.s相对密度(20℃)普通稠油Ⅰ-150*～150*大于0.92可以先注水Ⅰ-2150*～10000大于0.92热采特稠油Ⅱ10000～50000大于0.95热采超稠油Ⅲ大于50000大于0.98热采注：*指油层条件下的粘度，无*时指油层温度下的脱气粘度。一、稠油分类二、热力采油技术三、热力采油机理四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性五、井口注汽参数对井底注热参数的影响六、蒸汽吞吐采油方法七、蒸汽驱开采方法稠油热采技术交流1.蒸汽吞吐2.蒸汽驱3.火烧油层4.热化学法二、热力采油技术蒸汽吞吐是指在本井中完成注蒸汽、焖井和开井生产三个过程的稠油开采方法。蒸汽吞吐通常只能采出生产井周围油层中有限区域内的原油，采收率一般为10%～20%。蒸汽吞吐筛选标准油藏参数一等二等12345原油粘度（mPa.s）50～1000010000～500001000050～1000050～10000原油相对密度0.92～0.950.95～0.980.980.92～0.950.92～0.95油层深度（m）150～160010005001600～1800500有效厚度（m）101010105～10净厚度/总厚度0.40.40.40.40.4孔隙度（%）≥20≥20≥20≥20≥20渗透率（10-3μm2）≥200≥200≥200≥200≥200原始含油饱和度（%）≥50≥50≥50≥50≥50φ×Soi≥0.1≥0.1≥0.1≥0.1≥0.1储量系数(104t/km2.m)≥10≥10≥10≥10≥10极限周期油汽比0.240.260.240.250.17注：油层条件下脱气原油粘度1.蒸汽吞吐2.蒸汽驱3.火烧油层4.热化学法二、热力采油技术蒸汽驱是指通过适当井网，由注汽井连续注汽，在注汽井周围形成蒸汽带，注入的蒸汽将地下原油加热并驱到周围生产井后产出。蒸汽驱采收率一般为20%～30%。蒸汽驱筛选标准油藏参数一等二等三等原油粘度（mPa.s）50～1000010000～5000050000原油相对密度0.92～0.950.95～0.980.98油层深度（m）150～1400150～1600≤1800有效厚度（m）≥10≥10≥5净厚度/总厚度0.50.50.5孔隙度（%）≥20≥20≥20渗透率（10-3μm2）≥200≥200≥200原始含油饱和度（%）≥50≥50≥40φ×Soi≥0.1≥0.1≥0.08储量系数(104t/km2.m)≥10≥1071.蒸汽吞吐2.蒸汽驱3.火烧油层4.热化学法二、热力采油技术火烧油层是指通过注入井向油层注入空气，使油层中的一部分原油燃烧而产生热量，加热和驱替未燃烧区的大部分原油，并从生产井中开采出来。1.蒸汽吞吐2.蒸汽驱3.火烧油层4.热化学法二、热力采油技术热化学方法是指向油井注入化学剂，以达到降低原油粘度的采油方法。⑴热化学吞吐⑵热化学驱4.热化学方法CO2吞吐N2吞吐降粘剂＋CO2＋蒸汽吞吐(DCSH)表活剂＋CO2＋蒸汽吞吐蒸汽＋CO2吞吐蒸汽＋丙烷吞吐蒸汽＋柴油吞吐⑴热化学吞吐⑵热化学驱4.热化学方法N2泡沫蒸汽驱蒸汽＋烟道气驱蒸汽＋尿素一、稠油分类二、热力采油技术三、热力采油机理四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性五、井口注汽参数对井底注热参数的影响六、蒸汽吞吐采油方法七、蒸汽驱开采方法稠油热采技术交流1.加热降粘2.热膨胀作用3.蒸汽蒸馏作用4.高温相对渗透率变化5.乳化驱替6.重力泄油三、热力采油机理稠油的粘度随温度的变化非常敏感，温度升高，粘度急剧下降。加热降粘是注蒸汽热采稠油的主要机理。1.加热降粘单2-1井原油粘温曲线y=4.5029E+12x-4.9992E+00R2=9.9816E-01110100100010000100000050100150200250温度(℃)粘度(mPa.s)建立地层原油粘温关系的步骤为：⑴取得地面脱气原油油样，并测定其粘温数据。⑵利用数学回归方法建立粘温关系。⑶进行溶解气修正。加热降粘μos＝A×μodBA＝10.715(5.615Rs+100)-0.515B＝5.44(5.615Rs+150)-0.338式中：μos含气原油粘度mPa.sμod脱气原油粘度mPa.sRs溶解气油比m3/m3加热降粘单2-1井原油粘温曲线y=4.5029E+12x-4.9992E+00R2=9.9816E-01110100100010000100000050100150200250温度(℃)粘度(mPa.s)单2块脱气油粘温曲线0.1110100100010000100000050100150200250300350400温度(℃)粘度(mPa.s)实测粘度回归粘度单2块粘温曲线0.1110100100010000100000050100150200250300350400温度(℃)粘度(mPa.s)脱气油粘度含气油粘度当高温蒸汽注入油层后，油藏中的流体和岩石产生热膨胀作用，孔隙体积缩小，流体体积增大，维持原油生产的弹性能量增加。2.热膨胀作用4.高温相对渗透率变化单2-1井高温相对渗透率曲线00.20.40.60.8100.10.20.30.40.50.60.70.80.9含水饱和度相对渗透率Krw(50℃)Krow(50℃)Krw(200℃)Krow(200℃)⑴随温度升高，束缚水Swc增大，残余油Sorw减少。⑵随温度升高，油相渗透率增强，水相渗透率降低。由于高温相对渗透率资料较少，高温下的残余油可由下式求取：Sors=0.13253+0.025956lnμos-0.000317(Ts-Ti)式中：Sors为蒸汽驱残余油μos对应Ts时的原油粘度mPa.sTs、Ti分别为蒸汽温度和原始油层温度℃高温相对渗透率变化1.由于注入流体的运动引起的能量传递。2.在油层中，由高温向低温的热传导。3.在注入流体与地层中原始流体之间，由于地层的渗透性引起的热对流。油层注蒸汽传热机理当流体的运动速度较小时，主要传热机理是1、2。当流体的运动速度较大时，主要传热机理是3。一、稠油分类二、热力采油技术三、热力采油机理四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性五、井口注汽参数对井底注热参数的影响六、蒸汽吞吐采油方法七、蒸汽驱开采方法稠油热采技术交流四、蒸汽、水、油及油藏岩石的热特性1.蒸汽、水的热特性2.原油的热特性3.油藏岩石的热特性4.油藏加热过程中渗透率变化1.蒸汽、水的热特性－基本概念●处于饱和状态的水蒸汽和水的混合物称为湿蒸汽。●湿蒸汽中所含干饱和蒸汽的质量分数称为干度X。在饱和点的水，蒸汽干度为0；完全饱和状态的蒸汽，其干度为100%。●在一定压力下，温度低于对应饱和温度的水称为未饱和水或热水。●当蒸汽温度高于该蒸汽压力所对应的饱和温度，此时的蒸汽为过热蒸汽。●饱和水蒸汽的临界压力为22.12MPa，临界温度为374.15℃。1.蒸汽、水的热特性⑴饱和蒸汽温度和压力的关系⑵水的比热⑶水蒸汽的热焓⑷湿饱和蒸汽的比容⑴饱和蒸汽温度Ts与压力P的关系不同压力下水的饱和温度或沸点100150200250300350400024681012141618202224压力(MPa)温度(℃)过热蒸汽饱和温度线热水Ts=280.034+14.0856lnP+1.38075(lnP)2-0.101806(lnP)3+0.019017(lnP)4⑵水的比热除液态氨外，其它任何液体的比热都比水小。同时水具有最大的汽化潜热焓，因此水是最好的注热载体。水的比热为1.0kcal/kg.℃＝4.1868kJ/kg.℃⑶水蒸汽的热焓(kJ/kg)●当水从冰点温度加热到某一压力下的饱和温度时所吸收的热量称为显热Hw。●饱和水变成干饱和蒸汽所吸收的热量称为汽化潜热Lv。●湿饱和蒸汽的热焓Hws：Hws＝Hw＋X×Lv当蒸汽进入油层时，首先释放潜热，待潜热释放完后，蒸汽变成饱和水；然后再释放显热，此时温度降低，饱和水变成热水。水蒸汽的热焓(kJ/kg)不同压力不同干度下的蒸汽热焓0500100015002000250030000510152025压力(MPa)热焓(kJ/kg)干度0干度20%干度40%干度60%干度80%干度100%过热蒸汽热水在相同压力下，蒸汽干度越高，蒸汽热焓越大。当压力为5MPa时，蒸汽干度为40%的热焓为1810kJ/kg，为饱和水的1.57倍；当蒸汽干度为80%的热焓为2466kJ/kg，为饱和水的2.14倍。水蒸汽的热焓(kJ/kg)随压力增加，饱和水显热增大，而蒸汽潜热减小。当压力9MPa时，饱和水显热蒸汽潜热。当压力=9MPa时，饱和水显热=蒸汽潜热。当压力9MPa时，饱和水显热蒸汽潜热。不同压力下饱和蒸汽的热焓0500100015002000250030000510152025压力(MPa)热焓(kJ/kg)饱和水显热Hws蒸汽潜热Lv干蒸汽热焓Hs⑷湿饱和蒸汽的比容(m3/kg)●单位质量的饱和水占据的体积称作饱和水的比容Vw。●单位质量的干饱和蒸汽占据的体积称作饱和蒸汽的比容Vs。●湿饱和蒸汽的比容Vws：Vws＝(1-X)Vw＋X×Vs湿饱和蒸汽的比容(m3/kg)不同压力下不同干度蒸汽的比容0.0010.010.11100510152025压力(MPa)蒸汽比容(m3/kg)干度0干度20%干度40%干度60%干度80%干度100%蒸汽的比容比饱和水的比容大得多，而且干度越高，蒸汽的比容越大。因此在注蒸汽开采过程中，注入蒸汽的干度越高，蒸汽带的扩展体积越大，加热范围越大，开发效果越好。湿饱和蒸汽的比容(m3/kg)随压力的降低，蒸汽与水的体积倍数快速增大。因此对蒸汽驱来说，油层压力尽可能降低。在较低压力下注蒸汽，蒸汽带的体积较大，蒸汽波及体积较高，开发效果较好。不同压力下饱和蒸汽与饱和水的体积倍数1101001000100000510152025压力(MPa)蒸汽体积/水2.原油的热特性⑴原油粘度随温度的变化⑵原油的比热及热容量⑶原油的导热系数⑵原油的比热Co(kJ/kg.℃)及热容量Mo●已知原油的相对密度γo，温度T(℃)，求Co：●原油的热容量Mo=Co×ρo设γo=0.98，T=300℃，则Co=2.73(kJ/kg.℃)Mo=Co×ρo=2675(kJ/m3.℃)1.68480.003391ooTC⑶原油的导热系数λo(kJ/d.m.℃)●已知原油的相对密度γo，温度T(℃)，求λo：λo＝10.124(1－0.00054×T)/γo设γo=0.98，T=300℃，则λo=8.66(kJ/d.m.℃)●已知温度T(273+℃)，求饱和水及蒸汽的导热系数：设T=300℃，则λw=47.3(kJ/d.m.℃)λs=5.95(kJ/d.m.℃)42731041353.511530.04436022.41233106.05099107.22766103.3713610wTTTTT42731041352.357870.02974291.46888103.57767104.29764102.0451110sTTTTT3.油藏岩石的热特性⑴油藏岩石的导热系数⑵油藏岩石的热容量⑶热扩散系数⑷热膨胀系数⑴油藏岩石的导热系数λs(kJ/d.m.℃)●λs的范围为59.6～329.2(kJ/d.m.℃)●cmg软件提供的缺省值为149.6(kJ/d.m.℃)●已知砂岩的孔隙度Φ、液体饱和度SL、温度T(℃)，求固结砂岩的导热系数λs：设Φ=0.3，SL=1，T=300℃，则λs=160(kJ/d.m.℃)●已知