快捷搜索:

稠油热采工艺本事

  稠油热采工艺技术_能源/化工_工程科技_专业资料。详细总结了稠油热采工艺及其配套技术

  稠油热采工艺技术 科研所 2019年4月 内容 第一节 稠油的特性及分类 第二节 水及水蒸汽的热特性 第三节 蒸汽吞吐技术 第四节 注蒸汽系统热效率 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 第六节 油藏数值模拟技术介绍 第一节 稠油的特性及分类 一、稠油的一般特性 1.稠油中的胶质与沥青质含量高,轻质馏分少。 我国主要稠油油田原油中的胶质与沥青含量在25%-50%之间, 而原油轻质馏分(300℃)一般仅10%左右 。 2.稠油对温度的敏感性强。 以下是胜利油田三类稠油粘温曲线 第一节 稠油的特性及分类 粘度/mpa.s 一、稠油的一般特性 2.稠油对温度的敏感性强 10000000 1000000 100000 10000 1000 100 草4ES44 草104 郑411 由粘温曲线可见: 随温度升高,其粘度急 剧下降。 这一特性也是进行注蒸 汽的原因。 10 1 50 60 70 80 90 100 125 150 175 200 225 温度/℃ 第一节 稠油的特性及分类 二、稠油的分类标准 稠油分类 名称 类别 普通稠油 Ⅰ 亚 Ⅰ-1 类 Ⅰ-2 中国的稠油分类标准 主要指标 辅助指标 粘 度mPa·s 50*(或100)~ 10000 相对密度 (20℃) >0.9200 50*一150* >0.9200 150*一10000 >0.9200 开采方式 可以先注 水 热采 特稠油 Ⅱ 10000—50000 >0.9500 热 采 超稠油 Ⅲ >50000 >0.9800 热 采 注:*指油层条件下粘度,无*者指油层温度下脱气原油粘度。 内容 第一节 稠油的特性及分类 第二节 水及水蒸汽的热特性 第三节 蒸汽吞吐技术 第四节 注蒸汽系统热效率 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 第六节 油藏数值模拟技术介绍 第二节 水及水蒸汽的热特性 一、水是最好的注热载体 1.除液态氨外,其余任何液体 的比热(或热容)都比水小。 水的比热是1卡/kg.℃。 2.水的饱和温度随压力的增加 而增加,当压力确定后,饱和 温度只有唯一值。 第二节 水及水蒸汽的热特性 一、水是最好的注热载体 3.当水的温度低于此压力下的饱和温度,则水是热水; 当水的温度等于饱和温度,称为饱和水。 饱和水逐渐被加热,液态水开始沸腾或汽化,称为水与汽两相混合 液体,此时的温度并不增加,而吸收的热量用于水的汽化,汽化所需的 热能很大,称为汽化潜热。 当将饱和水继续加热达到完全汽化时,此时蒸汽称为饱和蒸汽。 当继续加热,饱和蒸汽吸收更多的热量后,在固定压力下,蒸汽的 温度将升高,超过了饱和温度,此时蒸汽称为过热蒸汽。 第二节 水及水蒸汽的热特性 二、湿饱和蒸汽的特性 1.干度: 汽相占有的质量分数称为蒸汽的干度,用X表示。 一般直流式注汽锅炉出口的干度控制在80%,而不是再高;因为 这可使炉管中有20%左右的水相,以携带走结垢物质,防止结垢。 2.湿饱和蒸汽的热焓(或比热焓) 第二节 水及水蒸汽的热特性 二、湿饱和蒸汽的特性 Hs=Xs·Lv+Hws 式中: Hs——总热焓 Xs——蒸汽干度 Lv——汽化潜热焓 Hws——水的显热焓 显热随压力增加而 增加,汽化潜热随压力 增加而减小;这也是为 何千方百计降低注汽压 力的原因之一。 第二节 水及水蒸汽的热特性 二、湿饱和蒸汽的特性 3.不同压力、不同干度的热焓。 由图中看出: ? 在相同压力下,蒸汽 干度越高,热焓越大; ? 随压力升高,汽化潜 热焓和显热焓的差值变小。 第二节 水及水蒸汽的热特性 二、湿饱和蒸汽的特性 4.湿饱和蒸汽的比容: 饱和蒸汽比容: 单位重量的饱和蒸汽 占据的体积:Vs 饱和水的比容: 单位重量的饱和水 占据的体积:Vw 湿饱和蒸汽的比容Vws就是干蒸汽与饱和水的比容之和。 Vws=Xs·Vs+(1-Xs)Vw 第二节 水及水蒸汽的热特性 二、湿饱和蒸汽的特性 4.湿饱和蒸汽的比容: 由图中看出: ?蒸汽的比容远比饱和水的比容要大得多; ?干度越高,比容越大,波及体积越大,加热范围越大; ?随着压力升高,蒸汽比容与饱和水的比容差值变小。例如:1Mpa时, 蒸汽比容是饱和水比容的近200倍,而20Mpa时只有近2倍。 所以注湿蒸汽,一是追求高干度,二是千方百计追求降低注汽压力。 内容 第一节 稠油的特性及分类 第二节 水及水蒸汽的热特性 第三节 蒸汽吞吐技术 第四节 注蒸汽系统热效率 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 第三节 蒸汽吞吐技术 一、蒸汽吞吐概念 周期性的向油井口注入一定量的蒸汽,通过焖井,而后开井产油的一 种开采方式。 注汽时,地层分为3个带: 蒸汽带、热水带和冷水带。 传热方式: 热对流是主要传热机理, 把蒸汽的热焓传递给油层。 热传导,油层的部分热量传 递给顶底盖层。 第三节 蒸汽吞吐技术 二、蒸汽吞吐机理 降粘作用:温度升高粘度下降。 解堵作用:高温高速蒸汽对近井储层的冲刷作用,可解除井筒附近钻 井液等的污染。 降低界面张力:高温蒸汽将使油水界面张力降低,从而改善液阻和气 阻效应(即贾敏效应)。 热膨胀作用:高温将导致原油和水发生膨胀,也导致岩石膨胀,使孔 隙体积减少,增加油的产出量。 第三节 蒸汽吞吐技术 三、蒸汽吞吐渗流机理 330 ℃ 泄油半径 80 ℃ 加热半径 65 ℃ 牛顿流区 启动压力梯度 油层温度 非牛顿流区 L 35m 流动区56m 不流动区 波及区 未波及区 注汽后渗流特征表现为复合油藏特点,稠油油藏具有波及区和未波及 区,在波及区流体流动性较高,而在未波及区流动性较差。 第三节蒸汽吞吐技术 波及三区域、蒸汽吞吐渗流机理 未波及区域 日 产 液 压 力 随着时间的延长, 可明显看出波及 区的压力降低, 逐渐进入未波及 区 /MPa m3/d 从压力扩散传播变化关系看,在波及区域压力扩散过程,压力值逐渐 降低,形成地层拟稳态流动,当压力传到未波及区,进入无限大地层压力 传播区域,从该井生产特征看,前期注入液体等构成波及区域,当采完后 就进入了未波及区域,表现为稳定的低产低液生产特征。 第三节 蒸汽吞吐技术 四、蒸汽吞吐生产特征 ? 低采出程度、高采油速度 ? 蒸汽吞吐属于依靠天然能量开采,为一次采油方式。 ? 加热半径为10~30m,最大不超过50m; 加热半径/米 加热半径与轮次关系图 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 轮次 平面剩余油分布 第三节 蒸汽吞吐技术 四、蒸汽吞吐生产特征 周期油汽比 周期产油量 、注汽量 吨 五、蒸汽吞吐开采规律 热采稠油周期产油量变化曲线 ? 周期油汽比逐周期下降; 3500 3000 2500 1.27 2574 2595 1.08 2584 2403 2248 产油量 注汽量 2612 2683 2742 油汽比 2773 2729 2865 3045 1.4 1.2 1 2000 2027 1500 1000 1933 0.8 0.87 1610 0.74 1453 0.60 1359 1228 1232 1218 0.6 0.53 0.49 0.45 0.4 0.4 0.43 500 0.2 0 0 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 周期产油量,周期油汽比逐周期下降,回采水率逐周期增加。 内容 第一节 稠油的特性及分类 第二节 水及水蒸汽的热特性 第三节 蒸汽吞吐技术 第四节 注蒸汽系统热效率 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 第六节 油藏数值模拟技术介绍 第四节 注蒸汽系统热效率 一、注蒸汽过程热流程 ?蒸汽发生器的热效率; ?地面输汽管线的热效率; ?井筒的热效率; ?油藏系统的热效率; 第四节 注蒸汽系统热效率 ?井筒的热效率 1、注汽井能量平衡示意图 2、井下注汽管柱示意图 3、影响井筒隔热的主要因素 4、隔热油管的性能 5、不同环空介质对热传导系数的影响 6、辽河油田井筒隔热单元测试结果 7、提高注汽速度,减少井筒热损失 8、减少井筒热损失的主要措施 第四节注蒸汽系统热效率 注汽井井筒热效率分析 井口注入热量 (压力1、温度1、干度1、流量) 井筒隔热 井筒散热 (地层温度) 油层 井底注入热量 (压力2、温度2、干度2、流量) 高真空隔热管 热敏封隔器 喇叭口 防砂鱼顶 丝堵 人工井底 第四节注蒸汽系统热效率 ?井筒热力计算数学模型 1、流体连续性方程 高温蒸汽在油管内流动时,质量流量保持不变,因此满足流体的连续性方程: ?Ms ? 0 2、井筒蒸汽压力计算方程 ?p ? pg ? p f p2 ? p1 ? ?p ? p1 ? ?gh ? 2.8354 ? Ms2 ? ? Rti ?h? f 3、井筒热损失计算方程 QL ? 2?Rto ? Ke ? Rto Uto ? ?Uto Ke ? f ?t ? ?t 2 ? t1 ? 3、井筒热平衡方程 ?H m1 ? Lv1 ? X1 ?Ms ? QL ? ?H m2 ? Lv2 ? X 2 ?Ms 第四节注蒸汽系统热效率 ?井筒热力计算步骤 从井口到油层进行一维网格划分 根据井口注入参数 计算单元网格内蒸汽压降ΔP, ΔP~x ,h,Ms,Re,Rti 计算单元网格内热散失QL, QL ~ts,h,T, Rto ,Uto,Ke,地层温度 Y 根据热能量平衡方程计算单元网格蒸汽干度x(1),判断 x0 N 按单相流热水进行热力参数计算 通过程序将计算结果自动写入Microsoft Excel 电子表格中 井深/m 10 70 130 190 250 310 370 430 490 550 610 670 730 790 850 910 970 1030 1090 1150 0 18MPa 0.1 15MPa 0.2 11MPa 0.3 0.4 干度 计算结果表明,随井筒深度的 增加压力、温度上升,干度下 降。 0.5 0.6 0.7 0.8 井深/m 11MPa 15MPa 18MPa 井深/m 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 10 70 130 190 250 310 370 430 490 550 610 670 730 790 850 910 970 1030 1090 1150 压力/KPa 10 70 130 190 250 310 370 430 490 550 610 670 730 790 850 910 970 1030 1090 1150 310 320 330 340 温度/℃ 350 360 18MPa 370 15MPa 11MPa 380 ?井筒热力计算结果示例 第四节注蒸汽系统热效率 第四节注蒸汽系统热效率 ?影响井筒隔热的主要因素 1、隔热管的性能; 2、环空的介质及状态; 第四节注蒸汽系统热效率 1、隔热管的性能 目前主要应用的两种隔热油管的性能对比 型号 Ⅲ型隔热管 真空隔热油管 内壁平均温 度℃ 300 300 外壁平均温度 ℃ 57 27 视导热系数 单位长度热损失 W/(m ℃) W/m 0.0488 265.5 0.0068 25.7 隔热油管是最主要的注汽及井筒隔热工具 ?Ⅲ型隔热管:视导热系数0.05-0.08w/m·℃ ?高真空隔热油管:视导热系数0.0068w/m·℃ 第四节注蒸汽系统热效率 1、隔热管的性能 影响隔热管效果的一重要因素 隔热管夹层含氢随注汽周期的变化 使用周期 夹层含氢% 1 2 3 4 5 4.04 7.12 11.88 15.0 20.56 隔热管夹层含氢对视导热系数的影响 6 23.5 夹层含氢% 0 视导热系数 W/ (m ℃) 0.0619 井筒热损失 (1200m) 11 20 0.115 15.7 40 0.167 18.7 60 0.218 20.8 80 0.3828 24.7 第四节注蒸汽系统热效率 2、环空的介质及状态 ?不同环空介质对热传导系数的影响 环空介质 清水 空气 7”套管、2 7/8”油管、4 ?”隔热管, 不同环空介质时的总传热系数 200 4.329W/m2K 3.291 W/m2K 油管温度 250 300 4.652 W/m2K 4.696 W/m2K 3.582 W/m2K 3.791 W/m2K 350 4.846 W/m2K 4.02 W/m2K ?环空中充满水时,井筒热损失剧增; 第四节注蒸汽系统热效率 ?减少井筒热损失的主要措施 ?采用高效隔热管柱; ?及时更换隔热管柱,一般设计使用次数不超过12次; ?防止新旧隔热管柱混用; ?减小接头处热损失,隔热管接头处必须加隔热套; ?采用密封可靠,耐久的抗高温封隔器; ?环空排出水,或注入氮气、隔热液,深井采用环空注氮气隔热技术; ?注汽时打开套管,将环空蒸干,隔热效果显著 ?提高注汽速度降低热损失。 内容 第一节 稠油的特性及分类 第二节 水及水蒸汽的热特性 第三节 蒸汽吞吐技术 第四节 注蒸汽系统热效率 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 第六节 油藏数值模拟技术介绍 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 一、HDCS强化采油技术: 采用高效油溶性复合降粘剂和CO2辅助水平井蒸汽吞吐,利用其协同降 粘、混合传质及增能助排作用,降低注汽压力、扩大波及范围,实现中深 层、特超稠油油藏有效开发的技术。 HDCS H ---- 水平井(Horizontal well) 技 术 D ---- 高效油溶性复合降粘剂(Dissolver) 构 成 四 C ---- CO2(Carbon dioxide) 要 素 S ---- 蒸汽(Steam) 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 一、HDCS强化采油技术: 1、具有极强的解聚降粘能力,并且解聚过程不可逆 胜利特超稠油扫描电镜表观形貌 图片 原子力电镜扫描成像图片 18.5 7.6 5.4 1.7 ×2000倍 加降粘剂前空白沥青质形貌 ×2000倍 加降粘剂后空白沥青质形貌 加降粘剂前空白沥青质成像 加降粘剂后沥青质成像 加入SLKF降粘剂后,特超稠油中大聚集体数量明显减少,且单 个聚集体体积大幅度减小(实测结果:降低46-550倍),有效 解除因scCO2萃取而引起的重质成分沉积; 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 一、HDCS强化采油技术: 2、 scCO2在超稠油中有较好溶解性,对温度、压力极 为敏感,具有良好的传质能力 溶解度 s3m/m3 120 100 80 60 40 20 0 0 胜利特超稠油CO2溶解度与温度、压力关系图版 油藏条件 (80sm3/m 3) 注汽条 件 (38sm3/ m3) 60℃ 80℃ 100℃ 120℃ 200℃ 250℃ 300℃ 5 10 15 20 25 30 35 饱和压力 MPa 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 一、HDCS强化采油技术: 随着蒸汽的注入,三个区域同时向外迅速扩散,实现了热力降粘、超临 界二氧化碳与油溶性复合降粘剂协同降粘的滚动接替,使蒸汽前缘带一直 处于低粘度区域,原油保持了较高的流动性,有效的降低了注汽压力,提 高了蒸汽波及范围。 mPa.s 乳化高粘区 100000 粘 度 10000 1000 低温水 高温水区 地层原油 常规 注汽 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 100000 粘 度 10000 1000 100 低温水+不饱和CO2+少量降粘剂 注汽过程中饱和CO2低粘区 注前焖井时饱和CO2低粘区 地层原油 HDCS 技术 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m mPa.s 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 二、泡沫流体增产技术: 1、泡沫相关概念 泡沫流体是由不溶性或微溶性的气体分散于液体或固液混合流体中 所形成的分散体系,是一种可压缩非牛顿流体,泡沫在多孔介质中 是不断生成和破灭的。 泡沫流体的形成: 起泡剂水溶液 气体 充分混合 泡沫 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 1、泡沫相关概念 (1) 泡沫质量 泡沫流体中气体体积与泡沫体积之比,又称 为泡沫特征值、泡沫干度。 (2) 起泡体积 在一定条件下100mL起泡剂溶液所能形成的 泡沫体积,表征起泡剂的起泡能力。 (3) 半衰期(表征泡沫的稳定性) 从泡沫中排出一半的液体所需的时间(析液半衰期)。 泡沫柱体积变为泡沫原始体积一半所需的时间(泡沫柱半 衰期)。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 1、泡沫相关概念 (4) 阻力因子:相同流量条件下泡沫渗流阻力与水渗流 阻力之比;或相同流量和气液比条件下,泡沫渗流阻力 与气液两相渗流阻力之比,表征泡沫封堵强度。 (5) 残余阻力因子:用泡沫封堵后,用某种驱替介质驱 替一定体积后的渗流阻力与相同流量条件下水驱渗流阻 力之比,表征泡沫的耐冲刷性。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 2、泡沫流体技术在石油工程中的应用 氮气泡沫冲砂洗井技术 成 熟 氮气泡沫流体混排技术 应 氮气泡沫酸酸化技术 用 技 氮气泡沫堵水调剖技术 术 在 4.6 三相泡沫流体堵水调剖技术 研 4.7氮气泡沫砾石充填技术 技 术 4.8 氮气泡沫压裂技术 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 2、泡沫流体技术在石油工程中的应用 ①氮气泡沫冲砂、混排技术 针对漏失严重井和近井地带堵塞严重问题,通过建立了冲砂、混排 井筒泡沫流动计算模型,实现了对井底流体压力的有效控制和负压循环。 密度 ( kg/m3) 压力 (MPa) 500 400 300 200 100 0 0 环空 油管 500 1000 1500 2000 2500 油井斜深 ( m) 泡沫密度分布曲线 2000 2500 油井斜深 (m) 泡沫压力分布曲线 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 2、泡沫流体技术在石油工程中的应用 ①氮气泡沫冲砂、混排技术 工艺原理:通过泡沫吞吐、负压混排,依靠泡沫较强的携带固体微粒 能力以及形成的较大井底压差,将近井地带的固体颗粒以及有机沉淀物等 堵塞物排出地层,同时,利用高速返排流体,由内向外对炮眼的压实带进 行冲洗,疏通射孔炮眼,达到解除储层堵塞的目的。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 2、泡沫流体技术在石油工程中的应用 泡沫改善蒸汽吞吐开发效果原理 视粘度高 遇水稳定遇油不稳定 破灭再生同时进行 界面活性 降低水相相对渗透率 增大蒸汽的流 度比 提 高 封堵汽窜,提 波 高富集油地带 及 的动用程度 系 数 实现地层深 部封堵调剖 提高洗油效率 降低综合含水 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 3、低成本堵调技术 (一)高膨钠土颗粒堵剂研究: 通过筛选,选择高膨钠土形成的浊液作为堵剂主材,并针对其容易 “注不进”、“堵不住”问题进行研究。 注不 进 堵不 住 1、体系稳定性研究 2、体系孔吼匹配技术研究 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 3、低成本堵调技术 (一)高膨钠土颗粒堵剂研究: 1、体系稳定性研究 体系组成 5.0%粘土 7.5%粘土 10.0%粘土 12.5%粘土 5.0%粘土+1.0%水泥 7.5%粘土+1.0%水泥 10.0%粘土+1.0%水泥 12.5%粘土+1.0%水泥 5.0%粘土+2.0%水泥 7.5%粘土+2.0%水泥 10.0%粘土+2.0%水泥 12.5%粘土+2.0%水泥 5.0%粘土+3.0%水泥 7.5%粘土+3.0%水泥 10.0%粘土+3.0%水泥 12.5%粘土+3.0%水泥 10.0%粘土+5.0%水泥 12.5%粘土+5.0%水泥 稳定时间,min 2天后稍有水析出 4天后稍有水析出 一周未见水析出 一周未见水析出 4.0 5.0 6.5 30 45 45 60 一周未见水析 45 50 60 一周未见水析出 60 一周未见水析出 一周后析水率, % 10 5 15 10 10 5 10 10 10 20 10 5 20 单一粘土悬浮体系:粘土含量增 加,稳定性增强。 粘土-水泥体系: 1)粘土10%时,粘土含量增加, 体系稳定性增强; 2)粘土10%,体系稳定性好,水 泥的量对其影响不大 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 3、低成本堵调技术 (一)高膨钠土颗粒堵剂研究: 2、体系孔喉匹配性研究 试验结果表明,随水泥量的 不同浓度水泥体系颗粒粒径分布 30 25 水:粘土:水泥=100:10:1 水:粘土:水泥=100:10:1.5 水:粘土:水泥=100:10:2 水:粘土:水泥=100:10:3 20 水:粘土:水泥=100:10:4 水:粘土:水泥=100:10:5 15 频率,% 增大,粘土水泥浆体系颗粒粒度中 10 值增大,可有效提高对大孔道的封 堵效果。 5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 粒径,um 入口端压力,MPa 6μ m2岩芯管不同粘土-水泥体系注入性能 40 管1( k=6.0D,R=100:10:1) 管2( k=7.0D,R=100:10:1.5) 35 管3( k=6.7D,R=100:10:2) 管4( k=7.3D,R=100:10:3.5) 30 管5( k=5.7D,R=100:10:5) 25 20 15 10 5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 出口端出水量,PV 入口端压力,MPa 入口端压力,MPa 12μ m2岩芯管不同粘土-水泥体系注入性能 45 管6( k=11.8D,R=100:10:3) 管7( k=11.5D,R=100:10:3.5) 40 管8( k=12.0D,R=100:10:4) 管9( k=14.0D,R=100:10:5.5) 35 30 25 20 15 10 5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 出口端出水量,PV 18μ m2岩芯管不同粘土-水泥体系注入性能 40 管10( k=20.1D,R=100:10:5) 管11( k=18.8D,R=100:10:6) 35 管12( k=19.1D,R=100:10:6.5) 30 25 20 15 10 5 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 出口端出水量,PV 试验结果表明,可以通过配比水泥量和分散剂浓度,调整 体系粒度中值,实现堵剂与地层的配伍。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 3、低成本堵调技术 (二)三相泡沫堵剂研究: 三相泡沫组成及特点: 氮气泡沫体系:氮气、水、起泡剂 三相泡沫体系:氮气、水、起泡剂、粘土固相颗粒 三相泡沫体系 优势 三相泡沫体系 结构特点 三相泡沫体系 性能特点 封堵强度 高 固相颗粒与泡沫 液膜形成壳状结 构 增大泡沫半衰期 增加泡沫液膜厚度和粘弹性 泡沫破灭后固相颗粒堆积封堵 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 (二)三相泡沫堵剂研究: 三相泡沫体系结构示意图 三相泡沫分子动力学模拟图 氮气 起泡剂 粘土 从分子动力学模拟结果看,也印证了三相泡沫这一结构特点。可以看 出来氮气在中间形成了一个圆球,起泡剂和粘土颗粒附着在球的表面。 注:红色代表氮气,紫色为起泡剂,绿色为粘土颗粒,白色的代表水 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 (二)三相泡沫堵剂研究: 试验了不同气液比条件下的封堵率,结果表明当气液比在1:1— 2:1时,三相泡沫的封堵率较高,确定三相泡沫体系配方为:10%粘土 +0.6%—1%起泡剂+氮气,粘土粒径400目,气液比1:1-2:1。 气液比 回压,MPa 注入最大压差, 反向水驱最大 MPa 压差,MPa 承压梯度 (MPa/m) 封堵率(%) 1:2 3.80 0.05 0.03 0.06 16.7 1:1 4.00 0.22 0.12 0.25 85.2 2:1 4.00 0.28 0.14 0.29 85.6 3:1 4.00 0.19 0.12 0.18 80.2 石油开发中心 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 4、多元热流体提高稠油油藏采收率技术 多元热流体为“氮气+二氧化碳+蒸汽”,它可以扩大蒸汽的波及体 积,提高洗油效率,减少蒸汽热损失,增加油层能量,降低储层原油粘 度,延长油井生产周期,从而提高多轮次吞吐稠油油藏的开发效果。 二氧化碳 氮气 水蒸气 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 4、多元热流体提高稠油油藏采收率技术 ? 多元热流体产生 通过空气压缩子系统、燃油喷射子系统将注入的空气和燃油在发生器子系统点火燃烧产生烟道气,在发 生器子系统中后端通过将蒸汽喷射进入燃烧腔进行激冷后产生混合气后注入井内。 油 水 水 罐 处 罐 放 锅炉排空阀 空 箱 理 柱塞泵 锅 炉 锅炉注汽阀 蒸汽旁通阀 井口 冷 却 阀 空压机组 组 空气放空阀 油 罐 空气调节阀 流量计 油泵 流量计 蒸汽入口阀 复合气排空阀 补偿器 干度提升器 截止阀 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 4、多元热流体提高稠油油藏采收率技术 优化了地面复合气混注比,提高井筒热效率。 高干度复合气相图 井筒压力、液相体积分数分布图 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 多元热流体提高采收率机理: 油层径向蒸汽干度对比 0.14 蒸 提 高 0.12 油 0.1 复合气 汽 腔 蒸汽 发 油层蒸汽干度 层 0.08 育 蒸 0.06 均 汽 0.04 匀 干 度 0.02 且 持 0 3 7.5 12.5 17.5 久 径向距离/m 各组分平衡常数值分布 3.5 3 增 大 降 粘 范 2.5 2 1.5 1 围 0.5 0 C1 C3 C5 提 C11 高 C26 地 C36 层 CO2 能 量 气液平衡常数 y/x 0 1.5 2.5 3.5 4.5 7.5 12.5 17.5 22.5 27.5 32.5 37.5 42.5 47.5 52.5 径向距离/m 蒸汽腔随时间变化 1#层 2#层 井底压力随时间变化 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 4、多元热流体提高稠油油藏采收率技术 12MPa、324℃ N80腐蚀速率 mm·a-1 P110腐蚀速率 mm·a-1 0.097 0.099 15MPa、342℃ N80腐蚀速率 P110腐蚀速率 mm·a-1 mm·a-1 0.115 0.110 19MPa、361℃ N80腐蚀速率 mm·a-1 0.102 P110腐蚀速率 mm·a-1 0.096 腐蚀失重挂片实验 结论:N80与P110在高温高压复合气环境下由于CO2的作用,受到一定程度的腐蚀,平 均腐蚀速率略高于石油行业标准SY/T5329-199规定的0.076mm/ a的腐蚀指标,在实际 应用中,因单井吞吐注入时间短,腐蚀对管柱的影响程度较低。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 5、增产增注提高稠油油藏采收率技术 ①压裂防砂技术 在高于油层破裂压力下将砾石充填到地层的称之为压裂充填防砂。 作用: ●压前地层流体进入井筒的流动为径向流,压后为线性流。 ●水力裂缝可以避免和缓解岩石的破坏。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 5、增产增注提高稠油油藏采收率技术 ①压裂防砂技术 压裂防砂的关键技术——端部脱 砂压裂工艺 ●定义: 在水力压裂过程中,抑制裂缝 的进一步延伸,并允许成缝以后 扩张和充填,造出短而宽裂缝的 技术。 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 ②纤维化学复合防砂技术 纤维化学和端部脱砂压裂防砂工艺结合,改善了目前的开发效果。 纤维化学防砂 配套端部脱砂 压裂工艺 建立更加稳固的高 强度充填砂体,防 止速敏破坏 提高压裂缝宽,改善 近井渗流能力,变径 向流为线性流,有效 降低近井附近渗流压 降,降低了速敏影响 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 ②纤维化学复合防砂技术 技术研制与优化:在室内物模试验和数模优化的基础上,结合现场 施工存在的问题,通过技术优化与创新,提升了该技术有效性。 高温树脂涂 确定了偶联剂、改性剂等用 敷砂配方研 量配方 制 技 术 纤维选型 优选G纤维材料及表面处理 研 究 及表面处 液 与 理 优 化 油层速敏区 域数模计算 确定油井速敏发生区域半径 现场压裂 参数优化 通过阶梯排量等测试,优化 泵注参数。 强化了涂敷砂胶结强度,提 高了砂体耐温抗压能力 提高树脂涂敷砂的强度50% 以 上, 砂体渗透率可增加10% 优化防砂施工规模和充填砂量 的设计。 保证了端部脱砂压裂防砂成功 内容 第一节 稠油的特性及分类 第二节 水及水蒸汽的热特性 第三节 蒸汽吞吐技术 第四节 注蒸汽系统热效率 第五节 改善蒸汽吞吐效果的技术 第六节 油藏数值模拟技术介绍 第六节 油藏数值模拟技术介绍 油藏数值模拟是迄今为止定量描述在非均 质地层中多相流体流动规律的唯一方法。 人们通过观察与实验,认识了局部与瞬时 的物理规律,就可以利用计算机的大容量将局 部规律推广到大范围,利用计算机的高速度将 瞬时规律推广到长时间。 第六节 油藏数值模拟技术介绍 1、 定义 油藏数值模拟就是用数值的方法来解油藏中 流体(相或者组分)渗流的偏微分方程组。 所谓数值方法是一种近似的解法,即用离散 化的方法把连续函数转变成离散函数,用计算机 来求解。通常用的方法有有限差分法,也可用有 限元法和谱分析方法,但大多使用有限差分法。 而材料力学用有限元法,天气预报用谱分析方法 。 ?2、 内容 (1)建立数学模型 (2)建立数值模型 (3)建立计算机模型 建立数学模型 建立数值模型 建立计算机模型 ?2、 内容 ?(1) 建立数学模型 即建立一套描述油藏中流体渗流的偏微分方 程组,包括初、边值问题。 (2)建立数值模型 通过离散化,将连续的偏微分方程组转换成 离散的有限差分方程组,再用多种方法将非线性 系数线性化,成为线性代数方程组,然后求解线、 内容 ?建立计算机模型 将资料(静、动态)的输入,系数矩阵和常数 项的形成,多种解法和结果的输出等,编制成计算 机程序。 数值模拟的关键是计算的精度和速度。由于计算 的精度取决于离散的程度,但离散的程度又决定了计 算的速度。这是一对矛盾,要根据解决问题的需要而 选择离散化程度和计算速度。 ?2、 内容 ?建立计算机模型 偏微分方程组 离散化 有限差分方程组 线性化 线性代数方程组 解方程组 得到压力、饱和度等 ?3、 用途 ?油藏描述 ?油藏动态预测 ?驱油机理研究 ?4、 国内外油藏数值模拟发展概况 (1)国外 1) 发展历史 50年代 数值模拟起步 1953年美国G.H.Bruce等人发表了“孔隙介 质中不稳定气体渗流的计算”。 60年代 黑油模型 油、气、水三相和三组分,质量守恒。 ?4、 国内外油藏数值模拟发展概况 70年代初 热采模型 蒸汽驱和火烧油层,质量守恒+能量守恒。 70年代末 组分模型 油、气、水三相和多组分,质量守恒+相态 软件 化学驱模型 油、气、水三相和各种化学物质组分,质量守 恒+化学反应 80年代 工业性应用,向综合性多功能模型发展 。 90年代 工作站数值模拟。 ?4、 国内外油藏数值模拟发展概况 ? 八十年代,油藏数值模拟已经进入工业化应用阶段,随着 工业化进程,即应用的拓宽和计算机的发展,则必然在模型、解 法及前后处理等方面有较大的发展。 1、模型方面 (1) 状态方程的组分模型 该模型涉及到: 组分模型:组分的质量守恒方程。 状态方程:不同压力、温度下的相态. 数值模拟将烃类组分的相态与地下的渗流力学问题有机地结 合起来。 ?(2) 双重介质模型 ? 该模型涉及到: ? 双孔单渗模型; ? 双孔双渗模型; ?(3) 热采模型 ? 该模型涉及到: ? 质量守恒方程; ? 能量守恒方程; ? 顶底层的热损失; ? 水蒸汽性质; ? 燃烧动力学。 ? 该模型可用于模拟: ? 注蒸汽热力采油; ? 火烧油层。 ?如 CMG公司,包括: ? IMEX 黑油模型; ? STARS 热采模型; ? GEM 组分模型; ? WINPROP 相态模型; ? BUILDER 前处理; ? RESULT 后处理. 5、热采数值模拟软件发展 ? 三维、三相、多组份 ? 直角坐标、柱坐标 ? 模拟蒸汽吞吐、蒸汽驱过程 ? 考虑热采的主要特性 – 注汽井、生产井 – 注入不同压力(温度)、干度的水蒸汽 – 原油的粘温特性 – 蒸汽吞吐过程中相渗曲线随温度变化 – 顶底盖层及隔夹层的吸热、散热问题 – 油藏温度场、粘度场、饱和度场变化 – 边井、角井网格修正 5、热采数值模拟软件发展 热采油藏模拟软件的附加功能 ? 注蒸汽加添加N2、CO2 ? 注蒸汽加泡沫剂Foam ? 分散组份:凝胶、聚 合物、碱化物 ? 边底水模型 ? 泡沫油Foamy ? 井筒离散化的水平井 ? 角点网格 ? 局部网格加密 动态数组 断层处理 双孔、双渗 出砂冷采 电磁加热 火烧油层 低温氧化 地质力学模型:压裂 、地层变形 5、热采数值模拟软件发展 ? 热采数值模拟前处理主要功能 – 建立网格模型 – 输入岩性数据 – PVT数据 – 相渗数据及其随温度变化 ? 相渗曲线自动光滑 – 确定求解方法 – 井定义 ? 完井及射孔层位定义 – 动态数据:注入数据、生产数据、生产条件 – 历史拟合数据 5、热采数值模拟软件发展 ? 热采数值模拟后处理主要功能 – 生产动态曲线 ? 动态曲线D模拟场图 ? 旋转、切片、联井剖面 – 图形模板 ? 多井动态曲线 ? 多场图显示 – 图形输出 ? 单图输出 ? 多时间步图形输出 ? 图形动态输出(avi格式) 5、热采数值模拟软件发展 热采油藏模拟的基本数学方法 ? 基本假设 – 油藏内油、气、水三相流动,流动满足达西定律。 – 流体由三相(油、气、水)和多个组份(水、死油、 轻质油、气等)组成。油相中含有死油、轻质油组份 ;水相、气相中含有水组份;任一组份在相间分配关 系服从相平衡原理。 – 油藏内的渗流为不等温渗流过程,温度影响着原油的 粘度以及油、气、水三相相对渗透率曲线。 – 流动过程中的热量通过传导、对流、辐射等三种方式 实现热传递。 3 ? S J ? 1.0 J ?1 5、热采数值模拟软件发展 热采油藏模拟的基本数学方法 ? 基本微分方程 – 质量守恒方程 Z 流入质量 - 流出质量 + 源/汇产生的质量 = 质量的变化 – 能量守恒方程 单位时间净流入单元体的能量 + 由传导和辐射净传递的能量 流入 + 源/汇产生的能量 - 向盖、底层散失的能量 = 单元体内能的变化量 ? 约束方程 Y – 饱和度约束方程:So+Sw+Sg=1 – 组份约束方程、辅助方程 ? 定解条件 3 ? S J ? 1.0 J ?1 流出 X – 边界条件、初始条件 ? 差分方程组 – 差分方程组的形成:微分方程离散化,采用块中心网格、五点或九 点差分格式 – 差分方程的线性化:自适应隐式方法和全隐式方法求解 3 ? S J ? 1.0 J ?1 5、热采数值模拟软件发展 热采油藏模拟的基本数学方法 ? 基本微分方程 ? ? ? ? N p ? ? ? ? ?? J xIJ J ?1 ? k krJ ?J ??? ?P ? ?Pc J ? ? J ?Z ?????? ? ? Np ?? J ?1 ? DIJ ? J ? ? xIJ Np ? ? qJ CqIJ J ?1 Nr ? ? ? s?Ik k ?1 ? s Ik rk ? ? ? ? ? ? ?t ??? ? Np ? ? J ? J ?1 SJ x IJ ???? ? ? ?t 1?? ? r Cir I ? 1,2,???, N c 该方程从数学意义上说是非线性扩散方程,除了静态地质 参数,动态参数主要包括压力、相平衡常数、相对渗透率、粘 度、密度、毛细管力、饱和度、化学反应系数等。 5、热采数值模拟软件发展 建立数学模型 单井模型 井组模型 试验区模型 全油藏模型 蒸汽超覆研究 吞吐产油曲线、热采数值模拟软件发展 稠油热采数值模拟主要输入参数 网格参数、油藏参数 ? 坐标系及网格选择:直角网格、柱坐标网格、角点网格 ? 网格划分:NX、NY、NZ ? 网格大小:DX、DY、DZ,网格大小可以是简单的常数,也可 以是不同变数 ? 网格修正:对于边部、角部等特殊网格的体积、面积修正。 ? 网格数据:顶深、油层厚度、砂层厚度、孔隙度、渗透率、 饱和度,这些数据可以按网格、按层或按常数输入。 5、热采数值模拟软件发展 稠油热采数值模拟主要输入参数 流体参数 ? 组份定义: ? 组份名称:‘Water’、OIL ? 组份对应的物性数据及临界数据:莫尔质 量、密度、临界压力、临界温度、比热等 ? 粘温数据:粘温曲线数据 ? 参考点数据:参考温度、参考压力 5、热采数值模拟软件发展 稠油热采数值模拟主要输入参数 岩性数据 ? 岩性编号 ? 不同温度下相渗端点数据:温度、束缚水、残余 油、临界气饱和度、气驱残余油、残余油下的水 相相渗、原生水下的油相相渗、原生水下的气相 相渗 ? 相渗曲线数据:油水相渗的含水饱和度、油相相 渗、水相相渗,油气相渗的含气饱和度、油气相 渗、水气相渗 5、热采数值模拟软件发展 稠油热采数值模拟主要输入参数 初始化数据 ? 初始压力 ? 初始温度 ? 初始含油饱和度 ? 初始含水饱和度 ? 对于底水油藏的油水界面深度 5、热采数值模拟软件发展 稠油热采数值模拟主要输入参数 数值方法参数 ? 系数矩阵排序:自然排序、红黑排序、D4排序、RCM排序 ? 方程解法:高斯消去法、迭代法 ? 解法控制参数:最大时间步、最大内迭代(Newton迭代) 循环步、最大外迭代(Jacobian矩阵解迭代)循环步、迭 代超松弛系数、收敛误差、自适应隐式解法 ? 迭代控制参数:1个时间步内,压力、温度、饱和度、 mole分数等参数变化范围 5、热采数值模拟软件发展 稠油热采数值模拟主要输入参数 井和动态数据 ? 时间:开始时间、开始时间迭代步长 ? 单井数据:井编号、井名、井位坐标、井系数 ? 井组数据:井组名、井组内井名 ? 完井定义:完井井段、井半径、井系数、表皮系数 ? 井类别定义:生产井、注入井 ? 井操作数据:开井、关井 ? 注汽井:井编号、注汽温度、注汽干度、注汽压力 ? 生产井:井编号、最大产液、最小流压 ? 停止计算标识:STOP 5、热采数值模拟软件发展 STARS软件特点 ? 前处理Builder – Model、Well、Grid、PVTBuilder ? 后处理Result – 3D场图 ? 鼠标读值、旋转、切片、按时间步输出图形文件 ? 场图动态变化输出,AVI格式文件 ? 场图模板 – 生产动态曲线 ? 曲线上读值 ? 历史拟合等曲线对比 ? 动态曲线模板 ? 非常规模块 – 出砂冷采、电磁加热、低温氧化 STARS软件工作平台 输入数据:*.dat 输出数据:*.out 完全输出数据, *.irf,*.mrf 后处理使用数据,*.3tp 3D图形模板,*.ses 动态曲线、热采数值模拟软件发展 针对中心油藏开发问题,形成了一下几项数模机理研究与优化技术: 超稠油HDCS强化 采油数模技术 泡沫调剖数模优化 技术 多元热流体数模机 理及优化技术 流固耦合影响采收 率数模机理研究 深层中低渗稠油开 发方式数模研究 采用化学反应对降粘剂的 作用机理进行模拟,平衡 常数反映二氧化碳溶解度 。 采用泡沫机理模型,复合 泡沫采用八组分。 混合气相态计算,油层不 同组分相平衡参数设置 应力场采用有限元进行模 拟,考虑热应力及地应力 综合作用。 分段压裂采用局部细分网 格,分支井考虑分支数和 分支夹角。 HDCS热采吞吐注入参数 数模优化,对HDCS驱进 行井网优化和驱替机理 研究。 注入参数数模优化,对 复合泡沫堵调机理进行 研究。 地面混合气组成,混注 烟道气渗流物理场变化 情况。 揭示了应力敏感性稠油 油藏,应力变化对开发 效果的影响。 通过数模计算对比不同 完井方式开发效果的影 响。 谢谢!

您可能还会对下面的文章感兴趣: