國(guó)外稠油低成本開采新技術(shù)

1、國(guó)外稠油低成本開采新技術(shù)張義堂張朝暉(中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院熱采所)摘要全世界稠油、超稠油儲(chǔ)量相當(dāng)豐富，估計(jì)超過251012桶，是常規(guī)原油儲(chǔ)量的數(shù) 倍，但目前動(dòng)用程度相當(dāng)?shù)?，因此不斷發(fā)展新的稠油開采技術(shù)，大幅度提高稠油單井產(chǎn)量、降 低單位開采成本和提高稠油油藏采收率對(duì)促進(jìn)稠油開發(fā)、提高稠油在石油能源中的地位起著至 關(guān)重要的作用。本文首先介紹委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶的z嗽ta油田利用魚骨狀的多分支水平井進(jìn)行超稠油 冷采開采的情況，這種多分支水平井的幾何形態(tài)是按照實(shí)際的砂體分布和沉積環(huán)境來設(shè)計(jì)的， 該水平井的生產(chǎn)套管直徑為9”，水平井的主水平段采用篩管完井，多分支水平段為裸眼完井， 一口井的油層水平

2、井段總長(zhǎng)近2萬(wàn)英尺，單井產(chǎn)能相當(dāng)高；相對(duì)應(yīng)的人工舉升系統(tǒng)是利用電潛 泵或螺桿泵來加大采油強(qiáng)度，并加稀油解決舉升和輸送問題。目前該地區(qū)約有306口多分支水 平生產(chǎn)井，是世界上最大的多分支水平井的開發(fā)區(qū)，平均日產(chǎn)超稠油10萬(wàn)桶，預(yù)計(jì)2001年可 達(dá)到日產(chǎn)12萬(wàn)桶。此項(xiàng)技術(shù)對(duì)于均質(zhì)油藏來說可獲得長(zhǎng)期的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，產(chǎn)量遞減緩慢，而且 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，多分支水平井的鉆井費(fèi)用將隨之下降，由此實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能、低成本的開發(fā)。本文另一個(gè)重點(diǎn)介紹的是可以降低熱采成本的新技術(shù)，熱采技術(shù)對(duì)于開采稠油、超稠油是 最具吸引力的，它的成功應(yīng)用使得全世界原油熱采產(chǎn)量達(dá)130萬(wàn)桶d，而德士古公司應(yīng)用蒸汽 驅(qū)技術(shù)的開采產(chǎn)量占其中

3、的346，蒸汽驅(qū)可以說是開采稠油最具前景的一項(xiàng)熱采技術(shù)。而目 前我們面臨最大的問題是如何更有效、更充分的利用熱能，這些新技術(shù)恰恰解決了這一問題， 它們包括井下電蒸汽發(fā)生器、蒸汽分配器以及蒸汽優(yōu)化利用系統(tǒng)。井下蒸汽發(fā)生器體積小、結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，它不僅減少熱損失、提高注汽干度，還可以省去地面上的蒸汽分配系統(tǒng)，減少50的 投資，而且促進(jìn)了淺海地區(qū)稠油油藏的注蒸汽開發(fā)；蒸汽分配器是集蒸汽測(cè)量、計(jì)量、分配一 體的裝置，它可以有效的控制蒸汽分相，精確測(cè)量蒸汽干度和計(jì)量各分支流量。將高質(zhì)量的蒸 汽分送到各個(gè)注汽井；熱能管理是蒸汽驅(qū)開采中油藏管理的一個(gè)重要方面，它的目的是在最大 限度開采的過程中以最少量的蒸汽獲得

4、最大的利潤(rùn)，地質(zhì)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的三維可視化就有助于這 一目的的實(shí)現(xiàn)?？傊?，這些技術(shù)致力于熱采中的蒸汽優(yōu)化利用，促使稠油更為經(jīng)濟(jì)有效的開采。稠油冷采低成本開采技術(shù)多分支水平井的應(yīng)用一、概況petmzuata合資公司在委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶州a地區(qū)西部的zuata油田開發(fā)了74000acre的超稠油油藏，共鉆306口多分支水平井用于生產(chǎn)，原油產(chǎn)量為10萬(wàn)桶天，計(jì) 劃2001年達(dá)到12萬(wàn)桶d，這是世界上最大的多分支水平井的開發(fā)區(qū)，整個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)行35a。油藏特性總結(jié)于表1。通過三維地震和詳盡的地質(zhì)描述對(duì)每一口水平井都進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì)和地質(zhì)導(dǎo)向以確保 準(zhǔn)確穿過油層。開采初期一般使用電潛泵舉升，當(dāng)單井開采速

5、度下降時(shí)，改用螵桿泵開采。 井筒降粘方法采用攙稀油。經(jīng)過早期幾個(gè)月的生產(chǎn)階段，他們認(rèn)識(shí)到加速利用多分支水平井368才能促進(jìn)油田的開發(fā)，可以提高單井產(chǎn)油速度和最終采收率，并且降低原油單位開采成本。衰1油奠基本特性油藏深度 520717孔障度3035 滲透率，時(shí)l17 溫度3857重度，api8410油氣比，m3t 12414 5 脫氣原油粘度，田 5000 臺(tái)氣原油粘度cp12002000砂巖特征 膠結(jié)疏松壓縮系數(shù)，畫。(8090)106原始油藏壓力mpa 4362二、多分支水平井所謂多分支水平井就是從單分支的平面上再分出許多小分支以達(dá)到油藏各個(gè)部分，即使 水平總長(zhǎng)度不變，還是進(jìn)一步提高了單井開

6、采速度，多分支水平井的設(shè)計(jì)是針對(duì)不同的地質(zhì) 和地層特征，這樣可以有效地連通油藏，經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)油藏。1疊加式雙側(cè)向水平井 圖1所示疊加式雙側(cè)向水平井的設(shè)計(jì)，先下9”套管，向東或向西鉆370ln單分支，下7”篩管，然后在第一個(gè)分支 的上面，在9”套管上開窗鉆第二個(gè)分 支，r篩管回接到第一分支上面的套管， 根據(jù)上部砂巖目的層的實(shí)際深度，泵切 線段既可以在套管開窗口和襯管回接處 的附近位置。2魚骨式多分支水平井 魚骨式多分支水平井是在東西向的單分支水平井為主通道的基礎(chǔ)上，又鉆圖1疊加式雙側(cè)向水平井示意圖 了59根魚骨或魚刺式的側(cè)向分支，小分支從主干出來通常延伸300m，同時(shí)各個(gè)小分支之 間的距離為7

7、30m。小分支就是用來穿透砂巖中的層流阻擋層，更好地連通局部不連通的 薄層。小分支不下篩管，只在主干上下7”篩管。圖2所示為魚骨式多分支與疊加式雙側(cè)向相 結(jié)合的式樣。對(duì)于均質(zhì)油藏來說，魚骨式多分支水平井的好處是：稠油穿過砂巖到達(dá)小分支的距離比 到達(dá)主干的距離要短，這就加速了原油的開采；對(duì)于帶隔層、夾層或滲透受阻的非均質(zhì)油藏369來說，它的優(yōu)點(diǎn)就更加明顯：小分支為 原油流向井筒提供了直接的通道，否則 原油只能沿著彎曲、不通暢的通道流向 生產(chǎn)井，另外，它還可以接近與主干所 在砂體不相連的其他砂體，這些砂體本身不足以使用單獨(dú)一口井或一個(gè)常規(guī)分支。3側(cè)翼式多分支水平井側(cè)翼式多分支水平井是在原有的油 井

8、的基礎(chǔ)上，向兩側(cè)各打一個(gè)分支，這圖2魚骨式與疊加式多分支井的組合 種設(shè)計(jì)可大大減少地面井位。井的造斜疊加式雙側(cè)向魚骨式分支井，鉆井總長(zhǎng)度33753h，段方向?yàn)槟媳毕颍蕉螐闹行南驏|或鉆井總時(shí)間19d，穿過凈產(chǎn)層長(zhǎng)度19410h(58)向西370m處開始，鉆第一分支向東或向西，第二分支就從套管窗口反方向鉆，分支的篩管回接到9”套管柱。三、多分支水平井的特點(diǎn)1經(jīng)濟(jì)性 完成一口9根魚刺分支的魚骨式多分支井的鉆井和完井的費(fèi)用是一口單分支水平井相對(duì)費(fèi)用的118倍，其他多分支井對(duì)于單分支井費(fèi)用的倍數(shù)是：疊加式雙側(cè)向井158倍，側(cè)翼式雙側(cè)向井167倍，較為復(fù)雜的鳥足式三側(cè)向井是254倍。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)用這些多

9、種設(shè)計(jì)的 油井所得到的開采速度與其投資金額相比是值得的。圖3所示為單分支與多分支井開采速度 的比較。圖3單分支水平井井與多分支水平井開采速度的比較魚骨式多分支井表現(xiàn)出與圖3近似的結(jié)果(圖4)。2口最早的魚骨式多分支井與14口 同層的單分支水平井相比產(chǎn)能明顯提高，這2口井開采速度很快，而且12rnon后產(chǎn)能仍然 很高。2風(fēng)險(xiǎn)性當(dāng)遇到水或自由氣體時(shí)，多分支水平井當(dāng)然會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)性，在這種情況下，一個(gè)分支會(huì)使370|暑魚骨式分支井與14口單分支水平井的產(chǎn)鮑對(duì)比啪(只計(jì)主干長(zhǎng)度) m孟燃早井瑚矗寶么鄉(xiāng)一。碡嬲割一芒。8_【囂卜罄k螂半掣辭。121824時(shí)問帥n圖4 2日魚骨式水平井與單分支水平井產(chǎn)能的比較

10、整個(gè)井都處于危險(xiǎn)，這時(shí)必須及時(shí)采取補(bǔ)救措施。多分支水平井因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，今 后也就需要更多的費(fèi)用修井。多分支井的連接處的防砂問題也比單分支井難以解決。最后的問題是，對(duì)于疊加式多分支井來說，它的設(shè)計(jì)會(huì)使泵的位置較高于生產(chǎn)層之上，這樣升高的回壓可能在一定程度上限制了產(chǎn)能或最終采收率。然而，目前所鉆的井大多數(shù)沒 有類似情況發(fā)生，對(duì)于少數(shù)井的這類問題，在開采速度降到可以在切線段之下使用較小的泵 時(shí)，有可能通過移動(dòng)泵深來補(bǔ)救。3小結(jié)多分支水平井可以提高產(chǎn)能，提高最終采收率，降低原油單位生產(chǎn)成本。魚骨式多分支水平井可以保持均質(zhì)油藏長(zhǎng)期的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高非均質(zhì)油藏的最終采收率和開采速度，因?yàn)槟切┘?xì)小分支

11、可以通過油藏的隔層，否則泄油會(huì)很慢。在生產(chǎn)后期開采速度遞減時(shí)，通過結(jié)合多個(gè)目的層的分支，可以長(zhǎng)期保持油井的開采 速度在經(jīng)濟(jì)極限速度之上，由此多分支井和魚骨式多分支井的預(yù)期采收率高于單分支井。多分支井的開發(fā)，尤其是側(cè)翼式雙側(cè)向井的開發(fā)，減小了區(qū)塊的井?dāng)?shù)，從而減小了單 位開采成本和對(duì)環(huán)境的影響。熱采新技術(shù)一、熱采的難點(diǎn)熱采一直是經(jīng)濟(jì)有效開采稠油資源的最佳方法。熱采技術(shù)的成功應(yīng)用使全球熱采日產(chǎn)量 達(dá)13兆桶。而熱采技術(shù)目前面臨的問題是如何進(jìn)一步降低熱采成本，如何加強(qiáng)熱能管理， 做到利用最少的熱能開采出更多的原油。針對(duì)這些問題，texac0公司所做的研究包括通過 熱分析模型、數(shù)值模擬軟件以及這兩種技術(shù)

12、的綜合應(yīng)用，大大地改善熱能管理；通過熱電聯(lián) 供的方法大大降低產(chǎn)生蒸汽的成本，并借以得到廉價(jià)的蒸汽和電能；還研究了蒸汽驅(qū)綜合監(jiān) 控程序以及三維可視化技術(shù)，它使地質(zhì)學(xué)家和工程師能夠在可視化中心對(duì)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行全方 位的評(píng)價(jià)。這構(gòu)成了今天多學(xué)科的油藏管理方法(圖5)。另外texa公司還研制了井下蒸 汽發(fā)生器和地面蒸汽分配系統(tǒng)，并且所有這些技術(shù)都在日常熱能管理決策中得到了應(yīng)用。圖5熱能管理二、井下電蒸汽發(fā)生器 目前正在研究開發(fā)的井下電蒸汽發(fā)生器著眼于深層、海上、受環(huán)境限制以及資金投入敏感等稠油油藏。它可在油層部位生成蒸汽，比常規(guī)的熱采系統(tǒng)更具優(yōu)越性(圖6)。井下電蒸汽發(fā)生器避免了地面蒸汽分配系統(tǒng)及其潛在

13、的蒸汽分離問題，而且由于它直接在井下砂巖 層輸送蒸汽，因此解決了地面以及井筒的熱損失問題。井下電蒸汽發(fā)生器小且結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn) 單，重量輕，地面設(shè)備占地小，比常規(guī)蒸汽發(fā)生器更易快速推廣，它非常適合海上作業(yè)安 裝。它比常規(guī)注汽系統(tǒng)節(jié)省約50的投資。低廉的成本、快速推廣的優(yōu)勢(shì)以及較高的再利 用價(jià)值，使這種井下電蒸汽發(fā)生器成為蒸汽驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)中最理想的蒸汽發(fā)生器。1、exac0公 司和meshekaw石油公司合作開發(fā)的井下電蒸汽發(fā)生器在kem river的項(xiàng)目中通過了一系列 礦場(chǎng)測(cè)試，并逐步走向商業(yè)化。圖6蒸汽發(fā)生器三、地面蒸汽分配系統(tǒng) 高效蒸汽驅(qū)開采要優(yōu)化蒸汽輸送過程。蒸汽輸送是指要以適量速度及干度將蒸汽

14、輸送到油層。優(yōu)化蒸汽輸送有許多難點(diǎn)，一般出現(xiàn)在地面蒸汽分配系統(tǒng)以及注入井筒上。兩相蒸汽 分配系統(tǒng)解決了向所有注入井輸送高干度蒸汽的難題。蒸汽干度低將導(dǎo)致蒸汽驅(qū)項(xiàng)目采收率 低并降低經(jīng)濟(jì)效益。導(dǎo)致蒸汽干度低的主要原因是在管道連接處發(fā)生相態(tài)分離的現(xiàn)象。 splitigator設(shè)備的主要性能是能夠獲得合理的相態(tài)分離，亦即沒有液相的產(chǎn)生(圖7)。合理使用splmgator設(shè)備不僅能夠有效控制相態(tài)分離，而且能精確測(cè)量流人每個(gè)分支的蒸汽干度和蒸汽量。圖7 t味a00公司splitigat叫相態(tài)分離設(shè)備四、熱能管理 熱能管理是蒸汽驅(qū)油藏管理最重要的環(huán)節(jié)。它是指蒸汽驅(qū)整個(gè)過程中對(duì)蒸汽需用情況的評(píng)價(jià)、監(jiān)控以及調(diào)整

15、或改變的能力。熱管理計(jì)劃的主要目的是利用最少的蒸汽(成本)投入注汽產(chǎn)液量 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖8最佳汽驅(qū)策略三維工程方案獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益(采收率)。一種名為“三維工程方法”是利用數(shù)值和解析方法可估算 蒸汽的需要量，然而要依據(jù)準(zhǔn)確的地質(zhì)特征描述、完整的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理系 統(tǒng)。近些年來。地質(zhì)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的三維可視化成為定量評(píng)價(jià)油藏的重要工具。在地質(zhì)力學(xué)模 型中利用三維可視化技術(shù)評(píng)價(jià)延時(shí)溫度，油飽和度、蒸汽飽和度以及三維地震數(shù)據(jù)的能力已 經(jīng)取得了顯著進(jìn)步。這些工具為地質(zhì)學(xué)家和工程師們?nèi)轿坏卦u(píng)價(jià)熱采作業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ)。也就是說全方位的監(jiān)控評(píng)價(jià)使他們更立體地認(rèn)知了儲(chǔ)層中蒸汽或熱能的累積情況，因此 綜合的三維可視化技術(shù)在對(duì)改善作業(yè)以及提高開采效果方面有明顯促進(jìn)作用(圖8)。結(jié)束語(yǔ)本文介紹了降低稠油冷采、熱采開采成本的新技術(shù)、新方法。其中冷采主要利用多分支 水平井技術(shù)來提高單井產(chǎn)量和最終采收率，從而降低開采成本，此項(xiàng)技術(shù)目前在加