稠油開采方法

世界上稠油資源極為豐富，據(jù)統(tǒng)計，世界上證實的常規(guī)原油地質(zhì)儲量大約為4200X108m3,而稠油(包括高凝油)油藏地質(zhì)儲量卻高達15500X108m3；在我國，目前已在松遼盆地、渤海灣盆地、準(zhǔn)葛爾盆地、二連盆地等15個大中型含油盆地和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的稠油油藏，預(yù)測我國稠油(包括高凝油)油藏地質(zhì)儲量卻高達80X108m3以上。因此，稠油分布廣，儲量大，開采潛力大。但是，由于原油粘度高，油層滲流阻力過大，使得原油不能從地層流入井筒；即使原油能夠流到井底，在從井底向井口流動過程中，由于降壓脫氣和散熱降溫而使原油粘度進一步增加，都嚴重地影響原油的正常進行，使得稠油流動性差，開采難度大。我國稠油開采技術(shù)近二十年來發(fā)展迅速，已形成了勝利、遼河、新疆、河南、大港等稠油生產(chǎn)基地，其產(chǎn)油量逐年提高，我國已成為目前世界稠油生產(chǎn)的主要國家之一。第一章稠油的性質(zhì)一、稠油的定義和標(biāo)準(zhǔn)稠油是指粘度大的原油，重油是指密度大的原油，粘度越高的原油一般密度就越大。聯(lián)合國訓(xùn)練署于1979年6月在加拿大召開了關(guān)于重油和瀝青砂的標(biāo)準(zhǔn)：重油是指在油藏原始溫度下，脫氣原油粘度為100?10000mPa?s或在15.6°C(60°F)及O.lOIMPa條件下密度為934?1000kg/m3。瀝青砂是指在原始油藏溫度下，脫氣油粘度大于10000mPa?s或在15.6C(60F)及0.101MPa條件下密度大于1000kg/m3。根據(jù)國際稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，我國石油工作在考慮我國稠油特性的同時，按開發(fā)的現(xiàn)實及今后的潛在生產(chǎn)能力，提出了中國稠油分類標(biāo)準(zhǔn)，即將粘度為1X102?1X104mPa?s,且相對密度大于0.92的原油稱為普通稠油；將粘度為1X104?5X104mPa?s,且相對密度大于0.95的原油稱為特稠油；將粘度大于5X1045000mPa?s，且相對密度大于0.98的原油稱為超稠油(或天然瀝青)。這里必須弄清稠油與高凝油的區(qū)別，高凝油是指原油的凝固點比較高，在開發(fā)過程主要由于當(dāng)原油處于凝固點以下溫度狀態(tài)時，原油中的某些重質(zhì)組分(如石蠟)凝固析出，并沉積到油層巖石顆粒、抽油設(shè)備或管線上，造成油層滲流阻力過高，或抽油設(shè)備正常工作困難。到目前為止，高凝油尚無統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國某些油田有自己的地區(qū)性劃分方法，例如有的油田將凝固點大于40C，含蠟量超過35%的原油定為高凝油。二、稠油的一般性質(zhì)我國發(fā)現(xiàn)的稠油油藏分布很廣，類型很多，埋藏深度變化很大，一般在10?2000m之間，主要儲層為砂巖。中國稠油特性與世界各國的稠油特性大體相似，主要有以下特點。稠油中輕質(zhì)餾分很少，而膠質(zhì)瀝青含量很多，而且隨著膠質(zhì)瀝青含量增加，原油的相對密度及同溫度下的粘度隨之增高。常規(guī)油(即稀油)中瀝青質(zhì)含量一般不超過5%，但稠油中瀝青質(zhì)含量可達10%?30%，個別特超稠油可達50％或更高。稠油隨著密度增加其粘度增高，但線性關(guān)系較差。眾所周知，原油密度的大小與其含金屬元素的多少有關(guān)，而原油粘度的高低主要取決于其含膠質(zhì)量的多少。我國稠油油藏屬于陸相沉積，原油中金屬元素含量較少，而瀝青、膠質(zhì)含量變化大，與其他國家相比，瀝青質(zhì)含量較低，一般不超過10%，而膠質(zhì)含量較高，一般超過20%。因此，原油密度較小，但原油粘度較高。稠油中烴類組分低。稠油與稀油的重要區(qū)別是其烴類組分上的差異，我國陸相稀油中，烴的組成(飽和烴＋芳香烴)一般大于60%，最高可達95%，而稠油中烴的組成一般小于60%，最少者在20%以下，稠油中隨著非烴和瀝青含量的增加，其密度呈規(guī)律性大。稠油中含硫量低，在我國已發(fā)現(xiàn)的大量稠油油藏中，稠油中的含硫量都比較低，一般小于8%。河南油田稠油中含硫量僅為0.8%?0.38%，遠低于國外含硫量(見表1)。

表1典型稠油油田原油性質(zhì)對比表油、相對密度粘度mPa?s膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量％:含蠟量％含硫量％凝固點C金屬含量,mg/LNiVFeCu中國高升0.9500266148.460.5512.0112.53.1風(fēng)城0.965650000062.40.3133.31.0315.32.43井樓0.94252354632.29.60.3210.819.00.9415.4單駕寺0.9850920035.147.52.317.6孤島0.9650297560.4<1516.52.5羊三木0.9584102.321.15.260.29-725.80.9加拿大冷湖0.994043.34.5和平河1.026050.05.9委內(nèi)瑞拉Jobo1.020034.03.0944057Melones8739514（5）稠油中含蠟量低。我國的大多數(shù)稠油油田（如遼河高升、曙光、歡喜嶺、新疆克九區(qū)、勝利單家寺）原油中含蠟量在5%左右。河南井樓稠油油田稠油中含蠟量雖然高與上述稠油油田，但遠低于河南雙河等稀油油田的含蠟量（一般含蠟量在30%以上），見表1。（6） 稠油中的金屬含量較低。中國陸相稠油與國外海象稠油相比，稠油中鎳、釩、鐵及銅等金屬元素含量很低。特別是釩含量僅為國外稠油的1/200?1/400（見表1）,這是中國稠油粘度較高，而密度較小的重要原因之一。（7） 稠油凝固點較低。大多數(shù)稠油油藏屬于次生油藏，由于石蠟的大量脫損，以及前部氧化作用強烈，因此，稠油性質(zhì)表現(xiàn)為膠質(zhì)瀝青含量高、含蠟量及凝固點低的特點（見表1）。三、稠油的熱特性1.粘度對溫度的敏感性原油粘度隨溫度變化而變化的曲線，稱為粘溫曲線。對于常規(guī)原油而言，由于粘溫曲線作用不大，往往被人忽視。但對于稠油來說，稠油的粘度隨溫度變化十分敏感，溫度升高，粘度急劇下降。這是稠油熱采的最主要的原理一加熱降粘機理，也是決定是否進行熱力開采的基礎(chǔ)。采用ASTM（AmericanSocietyforTestingandMeterialsstandards）標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)紙，對幾乎所有稠油都出現(xiàn)平行的斜直線（見圖1）,即粘度與溫度呈線性關(guān)系；一般溫度升高10°C，粘度下降近60%。過去幾十年，有文獻記載的粘溫關(guān)系式超過100個，但是大多數(shù)學(xué)者公認，而且適用于稠油熱采的表達式有兩個，其余表達式的適用范圍較窄，或者誤差較大。圖1稠油粘溫曲線第一種表達式是Walther方程，其粘度與溫度的關(guān)系式為:1）lglg（卩+a）二A一Blg（1.8t+492）1）o式中卩 原油粘度，mPa?s；ot——溫度,°C；A、B——常數(shù)，分別為曲線的截距和斜率a 經(jīng)驗系數(shù)，一般取1.05。另一種相關(guān)式由Andrad提出，即卩二aebT* ⑵o式中a、b——常數(shù)；T*——絕對溫度，K。該式比較簡單，但在作為外推預(yù)測時不太可靠。2．熱膨脹性在熱力采油過程中，隨著油層溫度的升高，地下原油、水及巖石都將產(chǎn)生不同程度的膨脹，為驅(qū)動提供能量。上述三種物質(zhì)中，原油的熱膨脹系數(shù)最大（10-3C-1），其次是水（3X10-4C-1）巖石最?。?0-4C-1）。當(dāng)溫度由常溫升高到200C時，原油體積將增加20%。由此可見稠油的熱膨脹性在熱采中的作用。3．熱裂解性當(dāng)溫度升高一定值時，稠油中的重質(zhì)組分將會裂解成焦碳和輕質(zhì)組分（輕質(zhì)油和氣體）、熱裂解生成的輕質(zhì)組分對改善地下稠油的驅(qū)油效果作用很大。4．蒸餾性隨著溫度上升，原油中開始出現(xiàn)汽化時的溫度叫做原油的初餾點（又稱泡點）。當(dāng)溫度大于或等于初餾點時原油中的輕質(zhì)組分逐漸增多（見表2）。餾出量的多少除取決于蒸餾溫度外，還與原油特性及總壓力有關(guān)。值得一提的是，在蒸汽驅(qū)過程中，蒸汽對原油的蒸餾過程有重要影響，即有蒸汽存在時，相同溫度下的餾出量將大大增加，這是蒸汽驅(qū)提高稠油采收率的重要機理之一。表2高升油田二、三區(qū)混合油的蒸餾特性溫度C153.5160180J11U4M-I 、200220240260280300餾出量％初餾點1.01.52.12.94.05.36.89.5由于稠油具有熱特性，因此，熱力開采稠油（包括熱水驅(qū)、注蒸汽開采、火燒油層等）是目前提高稠油開發(fā)效果的有效技術(shù)之一。5．燃燒熱在稠油和瀝青的開采和精制中，燃燒熱是其能量平衡計算的重要參數(shù)之一。第二章稠油油層處理技術(shù)稠油對溫度敏感這一特征,國內(nèi)外普遍認為熱處理油層是較為理想的稠油開采方法。目前，廣泛采用的熱處理油層的采油方法是注熱流體（如蒸汽和熱水）、火燒油層兩類方法，注熱流體根據(jù)其采油工藝特點主要包括蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)兩種方式。同時，在本世紀80年代末，90年代初，世界上有關(guān)石油工程技術(shù)人員利用稠油油藏開采過程中容易出砂的原理發(fā)展起來一項稠油開采新技術(shù)，即稠油出沙冷采技術(shù)。一、蒸汽吞吐蒸汽吞吐采油方法又叫周期注氣或循環(huán)蒸汽方法，即將一定數(shù)量的高溫高壓下的濕飽和蒸汽注入油層，燜井?dāng)?shù)天，加熱油層中的原油，然后開井回采。我國多數(shù)新的稠油油藏，不論淺層（200m?300m）還是深層（1000m?1600m）。均首先采用這種技術(shù)，這是稠油開發(fā)中最普遍的采用方法。過去十年，依靠蒸汽吞吐技術(shù)打開了我國稠油開采的新局面。在國外，從1959年第一口井蒸汽吞吐以來，到目前為止還在普遍應(yīng)用。對于稠油油藏如果采用常規(guī)采油速度很低或根本無法采油時，必需采用蒸汽吞吐方法開采。而后在進行蒸汽驅(qū)開采。該方法的主要優(yōu)點是投資少、工藝技術(shù)簡單，增產(chǎn)快，經(jīng)濟效益好，對于普遍稠油及特稠油油藏幾乎沒有技術(shù)及經(jīng)濟上的風(fēng)險性。但是由于它是單井作業(yè)，雖然每口油井（包括預(yù)定的蒸汽驅(qū)注氣井）都要經(jīng)過蒸汽吞吐采油，可是整個開發(fā)區(qū)的原油采收率不高，一般只為8%?20%，我國也有個別地區(qū)近30%的實例，還需要接著進行蒸汽驅(qū)開采以提高最終的采收率。蒸汽吞吐可分為注氣、燜井及回采三個階段如圖2所示。稠油油藏進行蒸汽吞吐開采的增產(chǎn)機理為：油層中原油加熱后粘度大幅度降低，流動阻力大大減小，這是主要的增產(chǎn)機理。向油層注入高溫高壓蒸汽后，近井地帶相當(dāng)距離內(nèi)的地層溫度升高，將油層及原油加熱。雖然注入油層的蒸汽優(yōu)先進入高滲透層，而且由于蒸汽的密度很小，在重力作用下，蒸汽將向油層頂部超覆，如圖2所示，油層加熱并不均勻，但由于熱對流及熱傳導(dǎo)作用，注入蒸汽量足夠多時，加熱范圍逐漸擴展，蒸汽帶的溫度仍保持井底蒸汽溫度Ts(250?350°C)。蒸汽凝結(jié)帶，即熱水帶的溫度Tw雖有所下降，但仍然很高。形成的加熱帶中的原油粘度將由幾千到幾萬毫帕秒降低到幾個毫帕秒。這樣，原油流向井底的阻力大大減小，流動系數(shù)(他)成幾十倍地增加，油井產(chǎn)量必然增加許多倍。對于油層壓力高的油層，油層的彈性能量在加熱油層后也充分釋放出來，成為驅(qū)油能量。受熱后的原油產(chǎn)生膨脹，原油中如果存在少量的溶解氣，也將從原油中逸出，產(chǎn)生溶解氣驅(qū)的作用。這也是重要的增產(chǎn)機理。在蒸汽吞吐數(shù)值模擬計算中即使考慮了巖石壓縮系數(shù)、含氣原油的降粘作用等，但生產(chǎn)中實際的產(chǎn)量往往比計算預(yù)測的產(chǎn)量高，尤其是第一周期，這說明加熱油層后，放大壓差生產(chǎn)時，彈性能量、溶氣驅(qū)及流體的熱膨脹等作用發(fā)揮相當(dāng)重要的作用。厚油層，熱原油流向井底時，除油層壓力驅(qū)動外，重力驅(qū)動也是一種增產(chǎn)機理；美國加州稠油油田重力驅(qū)動便是主要的增產(chǎn)機理。帶走大量熱量，冷油補充入降壓的加熱帶，當(dāng)油井注汽后回采時，隨著蒸汽加熱的原油及蒸汽凝結(jié)水在較大的生產(chǎn)壓差下采出過程中，帶走了大量熱能，但加熱帶附近的冷原油將以極低的流速流向近井地帶，補充入降壓地加熱帶。由于吸收油層頂蓋層及夾層中的余熱而將原油粘度下降，因而流向井底的原油數(shù)量可以延續(xù)很長時間。尤其對普通稠油在油層條件下本來就具有一定的流動性，當(dāng)原油加熱溫度高于原始油層溫度時，在一定的壓力梯度下，流向井底的速度加快。但是，對于特稠油，非加熱帶的原油進入供油區(qū)的數(shù)量減少，超稠油更是困難?！埂讣迤?；泊； 二1＞」1場I； :i.心卜1求腎段圖2蒸汽吞吐示意圖1—冷原油；2—加熱帶；3—蒸汽凝結(jié)帶；4—蒸汽帶；5—流動原油及蒸汽凝結(jié)水;6—套管；7—隔熱油管；8—隔熱圭寸隔器(5)地層的壓實作用是不可忽視的一種驅(qū)油機理委內(nèi)瑞拉馬拉開湖岸重油區(qū)，實際觀測到在蒸汽吞吐開采過程30年以來，由于地層壓實作用，產(chǎn)生嚴重的地面沉降。產(chǎn)油區(qū)地面沉降達20m?30m。據(jù)研究，地層壓實作用產(chǎn)生的驅(qū)出油量高達15%左右。(6)蒸汽吞吐過程中的油層解堵作用稠油油藏在鉆井完井、井下作業(yè)及采油過程中，入井液及瀝青膠質(zhì)很容易阻塞油藏，造成嚴中重油層傷害。一旦造成油層傷害后，常規(guī)采油方法，甚至采用酸化，熱洗等方法都很難清除堵塞物。這是由于固形堵塞物受到稠油中瀝青膠質(zhì)成分的粘結(jié)作用，加上流速很低時，很難排出。例如遼河高升油田幾十口常規(guī)采油井產(chǎn)量低于10iWd。進行蒸汽吞吐后，開井回采時能夠自噴，放噴產(chǎn)量高達200?300m3/d左右，正常自噴生產(chǎn)產(chǎn)量高達50?100m3/d，個別井超過100m3/d。我國其它油田也有同樣情況。早在60年代美國加州許多重質(zhì)油田蒸吞吐采油歷史表明，蒸汽吞吐后的解堵增產(chǎn)油量高達倍20左右。（7）注入油層的蒸汽回采時具有一定的驅(qū)動作用分布在蒸汽加熱帶的蒸汽，在回采過程中，蒸汽將大大膨脹，部分高壓凝結(jié)熱水由于突然降壓閃蒸為蒸汽。這也具有一定程度的驅(qū)動作用。（8）高溫下原油裂解，粘度降低油層中的原油在高溫蒸汽下產(chǎn)生蒸餾作用某種程度的裂解，使原油輕餾分增多，粘度有所降低。這種油層中的原油裂解作用，無疑對油井增產(chǎn)起到了積極作用。（9）油層加熱后，油水相對滲透率變化，增加了流向井筒的可動油。在油層中，注入濕蒸汽加熱油層后，在高溫下，油層對油與水的相對滲透率起了變化，砂粒表面的瀝青膠質(zhì)極性油膜破壞，潤濕性改變，由原來油層為親油或強親油，變?yōu)橛H水或強親水。在同樣水飽和度條件下，油相滲透率增加，水相滲透率降低，束縛水飽和度增加。而且熱水吸入低滲透率油層，替換出的油進入滲透孔道，增加了流向井筒的可動油。（10）某些有邊水的稠油油藏，在蒸汽吞吐過程中，隨著油層壓力下降，邊水向開發(fā)區(qū)推進。如勝利油區(qū)單家寺油田及遼河油區(qū)歡喜錦45區(qū)。在前幾輪吞吐周期，邊水推進在一定程度上補充了壓力，即驅(qū)動能量之一，有增產(chǎn)作用。但一旦邊水推進到生產(chǎn)油井，含水率迅速增加，產(chǎn)油量受到影響。而且隨著油層條件下，油水粘度比的大小不同，其正、負效應(yīng)也有不同，但總的看，弊大于利，尤其是極不利于以后的蒸汽驅(qū)開采，應(yīng)控制邊水推進。從總體上講，蒸汽吞吐開采屬于依靠天然能量開采，只不過在人工注入一定數(shù)量蒸汽，加熱油層后，產(chǎn)生了一系列強化采油機理，而主導(dǎo)的是原油加熱降粘的作用。蒸汽吞吐開采效果的好壞，已經(jīng)建立了較為成熟的技術(shù)評價指標(biāo)，主要內(nèi)容包括：1）周期產(chǎn)油量及吞吐階段累積采油量；2）周期原油蒸汽比及吞吐階段累積油汽比；原油蒸汽比定義為采出油量與注入蒸汽量（水當(dāng)量）之比，即每注一噸蒸汽的采油量。如果油井吞吐前有常規(guī)產(chǎn)油量，則按增產(chǎn)油量計算，稱作增產(chǎn)油汽比。通常每燒一噸原油作燃料，可生產(chǎn)15m3蒸汽；3） 采油速度，年采油量占開發(fā)區(qū)動用地質(zhì)儲量百分數(shù)；4） 周期回采水率及吞吐階段回采水率?；夭伤识x為采出水量占注入蒸汽的水當(dāng)量百分數(shù)；5） 原油生產(chǎn)成本；6） 吞吐階段原油采收率，即階段累積產(chǎn)量占動用區(qū)塊地質(zhì)儲量的百分數(shù)；7） 油井生產(chǎn)時率及油井利用率，按開發(fā)區(qū)計算；8） 階段油層壓力下降程度。二、蒸汽驅(qū)蒸汽驅(qū)開采是稠油油藏經(jīng)過蒸汽吞吐開采以后接著為進一步提高原油采收率的熱采階段。因為進行蒸汽吞吐開采時，只能采出各個油井井點附近油層中的原油，井間留有大量的死油區(qū)，一般原油采收率為10%?20%。采用蒸汽驅(qū)開采時，由注入井連續(xù)注入高干度蒸汽，注入油層中的大量熱能加熱油層，從而大大降低了原油粘度，而且注入的熱流體將原油驅(qū)動至周圍的生產(chǎn)井中采出，將采出更多的原油，使原油采收率增加20%?30%。雖然蒸汽驅(qū)開采階段的耗汽量遠遠大于蒸汽吞吐，原油蒸汽比低得多，但它是主要的熱采階段。在蒸汽驅(qū)動開采過程中，由注氣井注入的蒸汽，加熱原油并將它驅(qū)向生產(chǎn)井中，見圖3所示。注入油藏的蒸汽，由注入井推向生產(chǎn)井過程中，形成幾個不同的溫度區(qū)及油飽和度區(qū)。即蒸汽區(qū)、凝結(jié)熱水區(qū)、油帶、冷水帶及原始油層帶。如圖4及5所示。熱水凝結(jié)帶又可分為溶劑帶及熱水帶。事實上這些區(qū)帶之間沒有明顯的區(qū)別的界限。這樣劃分便于描述蒸汽驅(qū)過程中油藏的各種變化。由圖3溫度剖面圖可以看出，當(dāng)蒸汽注入油藏后，在注入的蒸汽使蒸汽帶向前推進。在蒸汽帶前面，由于加熱油層，蒸汽釋放熱量而凝結(jié)為熱水凝結(jié)帶（2），熱水凝結(jié)帶包括溶劑油及熱水帶，他的溫度逐漸降低。繼續(xù)注入蒸汽，推進熱水帶并將蒸汽帶前緣的熱量加熱距注入井更遠的冷油區(qū)，凝結(jié)熱水加熱油層損失熱量后，它的溫度逐漸降到原始油層溫度（3）。未加熱的油層保持原始溫度（4）。由于每個區(qū)帶的驅(qū)替機理不同，因此注入井與生產(chǎn)井之間的油飽和度也不同（圖4）。原油飽和度因經(jīng)受的溫度最高而降至最低程度。它不取決于原油飽和度，而取決于溫度及原油的組分。在蒸汽溫度下，原油中部分輕質(zhì)餾分受到蒸汽的蒸餾作用，在蒸汽帶前緣（1與2之間）形成溶劑油帶或輕餾分油帶。在熱凝結(jié)帶（2）中，這種輕餾分油帶從油層中能抽提部分原油形成了油相混相驅(qū)替作用。同時熱凝結(jié)帶的溫度較高，使原油粘度大大降低，受熱水驅(qū)掃后的油飽和度遠低于冷水驅(qū)。由于蒸汽帶（1）及熱水帶（2）不斷向前推進，將可動原油驅(qū)掃向前，熱水帶前面形成了原油飽和度高于原始值的油帶及冷水帶（3），此處的驅(qū)油形式和水驅(qū)相同。在油層原始區(qū)（4），溫度和油飽和度

仍是原原始狀態(tài)。。認為蒸汽驅(qū)米油的機理有:許多的學(xué)者對蒸汽驅(qū)采油的機理進行了大量的室內(nèi)模擬實驗。認為蒸汽驅(qū)米油的機理有:1） 原油粘度加熱后降低；2） 蒸汽的蒸餾作用（包括氣體脫油作用）：3） 蒸汽驅(qū)動作用4） 熱膨脹作用；5） 重力分離作用；6） 相對滲透率及毛管內(nèi)力的變化；7） 溶解氣驅(qū)作用；8） 油相混相驅(qū)（油層中抽提輕餾分溶劑油）；9） 乳狀液驅(qū)替作用等；鑑汽發(fā)生羈鑑汽發(fā)生羈圖3蒸汽驅(qū)米油過程示意圖圖3蒸汽驅(qū)米油過程示意圖丁；T■一蒸汽溫度T-匝姑汕藏必丸①一耳門-冷?熱艇菇憂③一汕丫湫帯?*-'7-^i'i；-：l|■'.■：■TtTt圖4蒸汽驅(qū)采油過程中注采井間溫度剖面示意圖這些機理作用在油層中各個區(qū)帶中的作用程度是不一樣的，而且主要取決于原油及油層的性質(zhì)。在蒸汽帶中，蒸汽驅(qū)的主要機理是蒸汽的蒸餾作用及蒸汽驅(qū)油作用。在熱凝結(jié)帶中，主要是降粘、熱膨脹、高滲透率變化、重力分離及溶解氣驅(qū)等作用。在原始帶中，主要是常規(guī)水驅(qū)及重力分離作用。三、 火燒油層火燒油層是較早使用的提高油田采收率方法之一。1947年開始室內(nèi)研究；50年代進行了現(xiàn)場小型實驗；60年代現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)展較快；70年代由于受到注蒸汽開采沖擊，曾一度進展緩慢；進入80年代后，由于注氧火燒等先進技術(shù)的應(yīng)用，火燒油層技術(shù)的得到較快發(fā)展和廣泛應(yīng)用。美國、前蘇聯(lián)、羅馬尼亞、加拿大等國100多個油田開展了大規(guī)模工業(yè)性開采實驗?，F(xiàn)場實驗資料證實，火燒油層的采收率可以達到50%?80%?；馃蛯佑址Q油層內(nèi)燃燒驅(qū)油法，簡稱火驅(qū)。它是利用油層本身的部分重質(zhì)裂化產(chǎn)物作燃料，不斷燃燒生熱，依靠熱力、汽驅(qū)等多種綜合作用，實現(xiàn)提高原油采收率的目的。通過適當(dāng)井網(wǎng)，選擇點火井，將空氣或氧氣注入油層，并用點火器將油層點燃，然后繼續(xù)向油層注入氧化劑（空氣或氧氣）助燃形成移動的燃燒前緣（又稱燃燒帶）。燃燒帶前方的原油受熱降粘、蒸餾，蒸餾的輕質(zhì)油、氣和燃燒煙氣驅(qū)向前方，未被蒸餾的重質(zhì)碳氫化合物在高溫下產(chǎn)生裂解作用，最后留下裂解產(chǎn)物一焦炭作為維持油層燃燒的燃料，使油層燃燒不斷蔓延擴大。由于在高溫下地層束縛水、注入水及裂解生成氫氣與注入空氣的氧化合成水蒸氣，攜帶大量的熱量傳遞給前方油層，從而形成一個多種驅(qū)動的復(fù)雜過程，把原油驅(qū)向生產(chǎn)井。被燒掉的裂解殘渣約占儲量的10%?15%。從火燒油層的驅(qū)油機理看，它具有以下特點。1） 具有注蒸汽、熱水驅(qū)的作用，熱利用率和驅(qū)油效率更高，同時由于蒸餾和裂解作用，提高了產(chǎn)物的輕質(zhì)成分。2） 具有注汽、注水保持油層壓力的特點，且波及系數(shù)及洗油效率均較高。3） 具有注二氧化碳和混相驅(qū)的性質(zhì)，驅(qū)油效率更高，見效更快，且無須專門制造各種介質(zhì)及配套設(shè)備?；馃蛯硬捎瓦m應(yīng)范圍廣，既可用于深層（3500m）、薄層（〈6m）、較細密（0.035um2）、高含水（〉75%）的水驅(qū)稀油油藏，又可用于稠油油藏；既可用于一、二次采油，又可用于三次采油，還被認為是開采殘余油的重要方法.四、 出砂冷采稠油油藏一般埋藏較淺，壓實成巖作用差，儲層膠結(jié)疏松，開采過程中出砂現(xiàn)象十分普遍和嚴重，給生產(chǎn)帶來危害，采用各種防砂工藝技術(shù)后，雖然能收到一定的防砂效果，但是，這既影響了油井的產(chǎn)油量，又增加了防砂工具的投資?！俺錾袄洳伞闭悄芸朔鲜鑫：筒焕a(chǎn)生的一項稠油開采新技術(shù),它不需要向油層注入熱量，屬于一次采油的范疇，允許油藏出砂，并通過出砂采油大幅度提高稠油常規(guī)產(chǎn)量。（1）大量出砂形成“蚯蚓洞”網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了稠油的流動能力。稠油油藏一般埋藏較淺，壓實成巖作用差，儲層膠結(jié)疏松，沙礫間的結(jié)合能力弱，在較高的壓力梯度作用下，砂粒容易發(fā)生脫落，而原油粘度較高，攜沙能力強，致使砂粒隨稠油一道采出，油層中形成“蚯蚓洞”網(wǎng)絡(luò)（據(jù)有關(guān)文獻介紹，“蚯蚓洞”的形成主要依賴于砂粒間結(jié)合力的強弱差異來實現(xiàn)），從而使油層空隙度和滲透率大幅度提咼。一般情況下，空隙度可以從30%提咼到50%以上；滲透率可從1?2um2提高到上百平方微米，極大地提高了稠油的流動能力。稠油以泡沫油形式產(chǎn)出，減少了流動阻力。與輕質(zhì)油相比，盡管稠油中溶解氣含量很低，但仍然含有5?20m3/m3的溶解氣。在稠油從油層深處向井筒流動過程中，隨著油層壓力的降低，地層原油中產(chǎn)生的大量微氣泡形成泡沫油流動，且氣泡不斷發(fā)生膨脹。由于稠油粘度高，膠質(zhì)含量高，形成的油膜強度大，因此，泡沫油不易破裂，即使在非常低的壓力情況下，泡沫油仍能保持較長時間的穩(wěn)定。泡沫油的形成，減少了原油流動阻力。溶解氣膨脹，提供了驅(qū)油能量。稠油中的溶解氣以微氣泡的形式存在于地層中，當(dāng)含氣原油向井筒流動時，由于孔隙壓力降低，不僅微氣泡急劇發(fā)生膨脹，形成泡沫油，而且油層中的原油、水以及巖石骨架也會發(fā)生彈性膨脹。這些因素的聯(lián)合作用，為原油的流動提供了驅(qū)動能量。遠距離的邊、底水存在，提供了補充能量。邊底水對稠油出砂冷采的作用，國外存在不同的看法。有人認為，邊底水的存在可以為驅(qū)動補充能量，有利于稠油出砂冷采。也有人認為，稠油出砂冷采過程中必然形成蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)，一旦蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)延伸到邊底水區(qū)域，必然導(dǎo)致油井只產(chǎn)水不產(chǎn)油。第三章井筒降粘技術(shù)井筒降粘技術(shù)是指通過熱力、化學(xué)、稀釋等措施使得井筒中的流體保持低粘度，從而達到減少井筒流動阻力，緩解抽油設(shè)備的不適應(yīng)性，提高稠油及高凝油的開發(fā)效果等目的的采油工藝技術(shù)。該技術(shù)主要與用于稠油粘度不很高或油層溫度較高，所開采的原油能夠流入井底，只需保持井筒流體有較低的粘度和良好的流動性，采用常規(guī)開采方式就能進行開采的油藏。目前常采用的井筒降粘技術(shù)主要包括化學(xué)降粘技術(shù)和熱力降粘技術(shù)。一、井筒化學(xué)降粘技術(shù)井筒化學(xué)降粘技術(shù)是指通過向井筒流體中摻入化學(xué)藥劑，從而使流體粘度降低的開采稠油及高粘油的技術(shù)。其作用機理是：在井筒流體中加入一定量的水溶性表面活性劑溶液，使原油以微小油珠分散在活性水中形成水包油乳狀液或水包油型粗分散體系，同時活性劑溶液在油管壁和抽油桿柱表面形成一層活性水膜，起到乳化降粘和潤濕降阻的作用。乳化劑的選擇乳化劑在化學(xué)降粘中起著重要作用，如乳狀液的形成類型及穩(wěn)定性都與乳化劑本身的性質(zhì)有直接關(guān)系，選用乳化劑一般按其親油親水平衡值(HLB)來確定，通常形成水包油型乳狀液的HLB值為8?18。在實際應(yīng)用中，為了滿足開采要求，乳化劑選擇標(biāo)準(zhǔn)有三條：活性劑比較容易與原油形成水包油型乳狀液,具有好的穩(wěn)定性和流動性；乳化劑用量少,室內(nèi)試驗濃度不高于0.05%；原油采出后重力分離快,易于破乳脫水；化學(xué)降粘工藝技術(shù)乳化降粘開采工藝是在地面油氣集輸中建設(shè)降粘流程，根據(jù)加藥地點不同，可分為單井乳化降粘、計量站多井乳化降粘及大面積集中管理乳化降粘三種地面流程。根據(jù)化學(xué)劑與原油混合點的不同，又可分為地面乳化降粘和井筒中乳化降粘技術(shù)。單井乳化降粘是在油井井口加藥，然后把活性水摻入油套環(huán)形空間；計量站多井乳化降粘是為了便于集中管理，在計量站總管線完成加藥、加壓加熱及水量計量，然后再分配到各井，達到降粘的目的；而大面積集中管理乳化降粘則在接轉(zhuǎn)站進行加藥，這種方式設(shè)備簡單、易于集中管理。地面乳化降粘是使用于油井能夠正常生產(chǎn)，地面集輸管線中流動困難的油井。原油從油井產(chǎn)出后，經(jīng)井口油水混合器與活性劑溶液混合成乳狀液，由輸油管線輸送到集油站。井筒中乳化降粘工藝是由管柱裝有封隔器和單流閥，活性劑溶液通過油管柱上的單流閥進入油管與原油乳化，達到降粘的目的。根據(jù)單流閥與抽油泵的相對位置又可分為泵上乳化降粘和泵下乳化降粘，其管柱如圖6所示。

圖6井筒中乳化降粘管柱結(jié)構(gòu)示意圖

a—泵上乳化降粘；b—泵下乳化降粘1—摻液器；2—深井泵；3—封隔器；4—人工井底化學(xué)降粘工藝一定要根據(jù)油井的實際情況進行選擇，其設(shè)計中的主要參數(shù)包括活性劑溶液的濃度、溫度、水液比?；钚詣┧芤旱臐舛纫m當(dāng)，濃度過低不能形成水包油型乳狀液，濃度過高時乳狀液濃度進一步下降幅度不大，采油成本提高，經(jīng)濟上不和算，而且有化學(xué)劑（如燒堿、水玻璃等）在高濃度時易形成油包水型乳狀液，反而會造成原油粘度的升高。溫度對已形成的乳狀液粘度影響不大，但它影響乳化效果。實驗證明，隨著溫度的提高，乳化效果變好。水液比是指活性水與產(chǎn)出液總量的比值，它直接影響乳狀液的類型、粘度和油井產(chǎn)油量。水液比應(yīng)根據(jù)油井實際情況而定，某油田現(xiàn)場試驗結(jié)果表明：在井口活性劑溶液保持60°C，活性劑濃度為0.02?0.03時，不同的原油粘度與水液比關(guān)系見表3。表3某油由田原油粘度與水液比關(guān)系原油粘度（mPa?s）1000?20002000?3000>3000水液比25?30%30%>35%二、井筒熱力降粘技術(shù)井筒熱力降粘技術(shù)是利用高粘油、稠油對溫度敏感這一特點，通過提高井筒流體的溫度，使井筒流體粘度降低的工藝技術(shù)。目前常用的井筒熱力降粘技術(shù)根據(jù)其加熱介質(zhì)可分為兩大類：即熱流體循環(huán)加熱降粘技術(shù)和電加熱降粘技術(shù)。熱流體循環(huán)加熱降粘技術(shù)熱流體循環(huán)加熱降粘技術(shù)應(yīng)用地面泵組，將高于井筒生產(chǎn)流體溫度的油或水等熱流體，以一定的流量通過井下特殊管柱注入井筒中建立循環(huán)通道以伴熱井筒生產(chǎn)流體，從而達到提高井筒生產(chǎn)流體的溫度、降低粘度、改善其流動性目的的工藝技術(shù)。根據(jù)其井下管（桿）柱結(jié)構(gòu)的不同主要分為以下四種形式：1）開式熱流體循環(huán)工藝：其井下管柱結(jié)構(gòu)如圖7所示。開式熱流體循環(huán)根據(jù)循環(huán)流體的通道不同又可分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種。開式熱流體反循環(huán)工藝是油井產(chǎn)出的流體或地面其他來源的流體經(jīng)過加熱后，以一定的流量通過油套環(huán)形空間注入井筒中，加熱井筒生產(chǎn)流體及油管、套管和地層，然后在泵下或泵上的某一深度上進入油管并與生產(chǎn)流體混合后一起采到地面。開式熱流體正循環(huán)工藝則是指熱流體由油管注入井筒中，在油管的某一深度處進入油套環(huán)形空間與生產(chǎn)流體混合。這種工藝技術(shù)適用于自噴井和抽油井等不同采油方式生產(chǎn)的高凝油及稠油油井。

圖7開式熱流體循環(huán)工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖

a—反循環(huán)；b—正循環(huán)1—摻入流體；2—產(chǎn)液；3—套管；4—油管；5—油層閉式熱流體循環(huán)工藝：其井下管柱結(jié)構(gòu)如圖8所示。閉式熱流體循環(huán)工藝循環(huán)的熱流體與從油層采出的流體不相混合，而且循環(huán)流體也不會對油層產(chǎn)生干擾。圖7中列出了三種閉式熱流體循環(huán)的基本井下管柱結(jié)構(gòu)：a為加熱管同心安裝，從油套環(huán)形空間采油，該管柱的最大優(yōu)點是不需要封隔器，井下作業(yè)方便，相當(dāng)于井筒中懸掛了一個加熱器，在循環(huán)方式上熱流體可從中間油管進入，兩油管環(huán)形空間返出，也可相反循環(huán)。由于其從套管采油，因而不能用于抽油井；b為加熱管同心安裝，油管上安裝有封隔器，熱流體從兩油管環(huán)形空間進入井筒，由油套環(huán)形空間返回地面，油層采出流體由中心油管舉升到地面，此結(jié)構(gòu)不如a加熱效果好，但它適用于自噴井和抽油井；c為加熱油管與生產(chǎn)油管平行安裝，在油管下部裝有封隔器，熱流體由熱油管注入井筒，由油套環(huán)形空間返回地面，油層采出流體經(jīng)油管舉升到地面，這種結(jié)構(gòu)需有較大的套管空間，且井下作業(yè)困難。空心抽油桿開式熱流體循環(huán)工藝：其井下管柱結(jié)構(gòu)如圖9(a)所示。它是將空心抽油桿與地面摻熱流體管線連接，熱流體從空心抽油桿注入，經(jīng)桿底部凡爾流到油管內(nèi)與油層采出流體混合后一同被舉升到地面?？招某橛蜅U閉式熱流體循環(huán)工藝：其井下管柱結(jié)構(gòu)如圖9(b)所示。油層流體進入油管后，經(jīng)特定的換向設(shè)備進入空心抽油桿流向地面，而熱流體由桿與油管的環(huán)形空間進入井筒，然后由油套環(huán)形空間返回地面。除此之外，熱流體循環(huán)加熱降粘技術(shù)的管柱結(jié)構(gòu)變形很多，其基本的原理是相似的，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體情況確定，目標(biāo)是使得所開采的原油具有低的開采成本。熱流體循環(huán)加熱降粘技術(shù)的關(guān)鍵在于確定循環(huán)流體的量、循環(huán)深度、井口循環(huán)流粘度、含蠟量等的制約和流體在循環(huán)通道中流動時與管壁、井筒及地層巖石換熱的影響。循環(huán)深度的確定主要取決于油層采出流體沿井筒的溫度和粘度分布，循環(huán)深度確定后要求使得井筒中的流體具有足夠低的粘度和較好的流動性，滿足油井正常生產(chǎn)的換熱過程研究的基礎(chǔ)上，這兩個參數(shù)是影響加熱效果的主要因素，同時熱流體循環(huán)量往往會受到井口注入壓力的限制，在一定循環(huán)量的條件下，井口注入壓力必須能保證循環(huán)的順利進行，相反在地面限定井口注入壓力的情況下，循環(huán)量將受到制約。因此要保證達到加熱效果，應(yīng)根據(jù)油井的條件在優(yōu)化井筒管柱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，合理選擇熱流體循環(huán)的四個關(guān)鍵參數(shù)。加熱降粘技術(shù)電加熱降粘技術(shù)是利用電熱桿或伴電纜，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，提高井筒生產(chǎn)流體溫度，以降低其粘度和改善其流動性。目前常用方法有電熱桿采油工藝和伴熱電纜采油工藝兩種技術(shù)：電熱桿采油工藝：井筒桿柱和管柱結(jié)構(gòu)如圖10(a)所示。其工作原理是交流電從懸接器輸送到電熱桿的終端，使得空心抽油桿內(nèi)的電桿發(fā)熱或利用電纜線與空心抽油桿桿體形成回路，根據(jù)集膚效應(yīng)原

理將空心抽油桿桿體加熱，通過傳熱提高井筒生產(chǎn)流體的溫度、降低粘度、改善其流動性。2）伴熱電纜采油工藝：井筒管柱結(jié)構(gòu)如圖10（b）所示，伴熱電纜分為恒功率伴熱電纜與恒溫（自控溫）伴熱電纜兩種，后者節(jié)約電能，但價格昂貴，前者則相反。再生產(chǎn)高凝油和稠油的油井中，將伴熱電纜利用卡箍固定在油管外部，通電后電纜發(fā)熱加熱井筒中的生產(chǎn)流體。圖8閉式熱流體循環(huán)工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖1—摻入流體；2—產(chǎn)液；圖8閉式熱流體循環(huán)工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖1—摻入流體；2—產(chǎn)液；3—套管；4—油管1；5—油管2；6—油層；7—封隔器Ui：'圖9空心抽油桿熱流體循環(huán)工藝管柱結(jié)構(gòu)示意圖1—產(chǎn)液；2—摻入流體；3—空心抽油桿；4—油管；5—套管；6—抽油泵；7—油層；8—動液面；9—動密圭寸；10—圭寸隔器在電加熱降粘技術(shù)的工藝設(shè)計中關(guān)鍵是確定加熱深度和加熱功率兩個主要的參數(shù)。加熱深度根據(jù)井筒中生產(chǎn)流體的溫度，粘度分布及流體特性等為基礎(chǔ)確定，加熱功率的大小取決于所需的溫度增值，要通過設(shè)計使得井筒內(nèi)的生產(chǎn)流體具有低粘度和較好的流動性，同時考慮到節(jié)省材料和節(jié)省能源，因此要圖10電加熱降粘工藝井筒管柱結(jié)構(gòu)示意圖1—產(chǎn)液；2—動液面；3—油管；4—套管；5—油層；6—電熱桿；7—實心桿；8—抽油泵；9—拌熱電纜電加熱降粘技術(shù)對電纜和電纜桿制造工藝要求比較高，要去其質(zhì)量穩(wěn)定，工作可靠，溫度調(diào)節(jié)容易。在工藝實施過程中，其地面設(shè)備簡單，生產(chǎn)管理方便，溫度調(diào)節(jié)和控制容易、快速，沿程加熱均勻，停電凝管處理容易，熱效率高，便于實現(xiàn)自動控制，且對環(huán)境無污染，使用安全。電熱桿采油工藝還具有井下作業(yè)和維修施工方便、簡單，一次性投資少，資金回收快的特點，且電熱桿的重量加在懸點上，只適于有桿抽油系統(tǒng)采油的油井。而伴熱電纜則井下作業(yè)和維修施工復(fù)雜，且一次性投資較高，但其應(yīng)用不受采油方式的影響，因而適用范圍更廣。第四章螺桿泵在稠油開采中的應(yīng)用螺桿泵作為一種油田采輸工藝技術(shù)，是一種行之有效的人工采輸手段，不但廣泛應(yīng)用于采油生產(chǎn)，而且被廣泛應(yīng)用于油日地面油氣集輸系統(tǒng).這一切均取決于其對于輸送介質(zhì)物性有著優(yōu)越的適應(yīng)性，尤其是對于氣液混合物的輸送，能很好的解決普通容積泵所面臨的“氣蝕”“氣鎖”問題，達到很高的輸送效率.實際上螺桿泵的應(yīng)用不過20多年歷史.到目前，國外以及國內(nèi)的各大油田已經(jīng)開始較為廣泛的使用.一、 螺桿泵采油裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理螺桿泵采油裝置是由井下螺桿泵和地面驅(qū)動裝置兩部分組成。二者由加強級抽油桿作為繞軸，把井口驅(qū)動裝置的動力通過抽油桿的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到井下，從而驅(qū)動螺桿泵工作.螺桿泵一般分為單螺桿泵和雙螺桿泵兩種。由于國內(nèi)油田采油工藝普遍使用的是單螺桿泵，在此僅就單螺桿泵的結(jié)構(gòu)原理及性能作如下介紹.單螺桿泵結(jié)構(gòu)如圖11所示，井下單螺桿泵是由一個單頭轉(zhuǎn)子和一個雙頭定子組成，在兩件之間形成一個個密閉的空腔，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動時，這些空腔沿軸向由吸入端向排出端方向運動，密封腔在排出端消失，同時在吸入端形成新的密封腔，其中被吸入的液體也隨著運動由吸入端被推擠到排出端，螺桿泵地面驅(qū)動裝置為電力機械驅(qū)動，地面驅(qū)動裝置由可自動調(diào)4的推力向心球面滾子軸承承受泵的軸向負荷；螺桿泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，通過更換地面驅(qū)動裝置傳動皮帶輪的方法來加以實現(xiàn)。二、 螺桿泵性能及采油工藝應(yīng)用條件采油工程師經(jīng)過多年的實踐和探索，在選擇螺桿泵開采稠油方面，形成了較完善的工藝應(yīng)用條件，概況起來主要有以下幾方面：1） 原油粘度（50°C）W15000mPa?s；2） 工作環(huán)境溫度W90C；3） 不適用與高產(chǎn)出的油井；4） 井斜要求＜305） 適用于高含砂、高油氣比、高粘度的三高油井；6） 泵掛深度不宜過深，一般不超過900m；7） 產(chǎn)層必須有充足的供液能力，防止螺桿泵使用過程中出現(xiàn)空抽，間歇抽等情況;8） 沉沒度一般至少保持在200m以上。圖11螺桿泵結(jié)構(gòu)圖1、光桿；2、螺桿泵轉(zhuǎn)動裝置；3、卡箍法蘭；4、套管；5、油管；6、抽油桿；7、井下單螺桿泵；8、定子；9、轉(zhuǎn)子三、螺桿泵在稠油出砂井中的應(yīng)用在我國，螺桿泵開采稠油在華北油田、勝利油田等稠油油藏取得了較完善的經(jīng)驗。以勝利油田東辛油田開采為例。東辛油田營十三斷塊東二段由于油稠、出砂、粘土膨脹堵塞油層等原因，于1987年新鉆的12口油井，有11口投產(chǎn)不成功。曾采取壓裂、酸化、防砂和防粘土膨脹等多項新工藝措施，均無效果。1994年對該斷塊油井采取二次射孔。不洗井方法，并運用螺桿泵舉升稠油新工藝配合金屬棉、陶瓷防砂管防砂新技術(shù)使長期停產(chǎn)的營十三斷塊東二段的6口油井恢復(fù)了正常生產(chǎn)，日產(chǎn)油量由原來的1.6m3增加到51m3，檢泵周期由原來的30天延長到135天，截至1994年底，累計增產(chǎn)原油6418m3。第一口試驗井營13—32選擇沈陽新陽機器制造公司制造的LBJ150—15型螺桿泵，其技術(shù)參數(shù)見表4。經(jīng)過嚴格的現(xiàn)場施工，營13—32井試機一舉成功，初產(chǎn)液量為15m3/d，產(chǎn)油量為14m3/d，生產(chǎn)參數(shù)93r/min。表4 LBJ150—15型螺桿泵技術(shù)參數(shù)雙速電動機功率（KW）工作轉(zhuǎn)速（r/min）理論排量（m3/d）舉升高度（m）適用油井最高溫度（°C）適用油井含砂量（％）適用油井最大粘度（mPa?s）15.2293，18620，4015001502.52000以后，相繼在該層位6口油井進行了試驗，6口油井平均單井日產(chǎn)液量23.3m3,平均日產(chǎn)油量8.5m3,取得了較好的經(jīng)濟效益。四、螺桿泵及配套工藝在稠油開采中的應(yīng)用在應(yīng)用螺桿泵過程中，由于不同油井的開采狀況、地質(zhì)特點、原油物性差異較大，單一的工藝不能滿足開采需要，為此我國勝利油田、華北油田等油田結(jié)合自身油田實際，加強了配套工藝方面的研究與應(yīng)用工作。螺桿泵與地層化學(xué)