[學習]提高原油采收率原理

1、2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 1 頁,中國地質大學石油工程專業(yè)選修課,提 高 原 油 采 收 率 原 理ENHANCED OIL RECOVERY THEORY,袁彩萍2010.11.10,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 2 頁,第八章 熱力采油,第一節(jié) 基本理論 一、基本概念 二、 稠油 (一) 、稠油的一般特性 (二) 、稠油的熱特性

2、 (三) 、我國稠油的特點 (四) 、稠油分類標準 (五) 、我國稠油資源的分布及特點 (六) 、我國稠油熱采技術的發(fā)展歷程 (七)、主要稠油熱采技術成就三、水蒸氣及原油的性質,第二節(jié) 蒸汽吞吐一、蒸汽吞吐開采過程二、蒸汽吞吐機理三、影響蒸汽吞吐的因素第三節(jié) 蒸汽驅一、蒸汽驅采油機理二、影響蒸汽驅效果的因素 第四節(jié) 火燒油層一、火燒油層的采油機理二、火燒油層的采油方法,2010年11

3、月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 3 頁,第八章　熱力采油,本 章 重 點 ：,1、稠油,2、蒸汽吞吐,3、蒸汽驅,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 4 頁,熱力采油的發(fā)展史,熱采發(fā)展史任何技術的發(fā)展都是以生產的需要為動力，生產的需要是熱力采油技術發(fā)展的原動力。由于發(fā)現的稠油無法用天然能量和注水進行正常開發(fā)，人們開始了研究新技術。早期的研究包括：注熱氣體電加熱注熱水注蒸

4、汽火燒油層實踐證明比較成功有效的是蒸汽吞吐、蒸汽驅和火燒油層,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 5 頁,1920年湖爾科特提出火燒方法，在地下將油點燃，燒掉一部分油產生大量熱，與此同時把未燃燒的油粘度降低并驅向生產井。1933年，蘇聯(lián)首次進行了現場試驗。1931年，美國在德克薩斯德威爾森和斯旺油田最早進行蒸汽驅試驗。1950年殼牌石油公司在委內瑞拉德明格蘭油田進行蒸汽驅試驗中,由于井周圍發(fā)生

5、冒汽事故被迫停止注汽,結果從這些從沒有出過油的井中產出了大量油,從而意外地發(fā)現了蒸汽吞吐這一技術。由于蒸汽吞吐技術只需注幾天汽就可馬上產油，見效快，風險小，工藝相對簡單，因而得到了快速發(fā)展。這一技術的突破，徹底改變了稠油的開發(fā)史，稠油得到了大面積的真正開發(fā)，研究方向也重點轉向了注蒸汽開發(fā)。,熱力采油的發(fā)展史,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 6 頁,熱力采油的發(fā)展史,幾個主要國家稠油和瀝青砂的儲量：

6、加拿大：3820?108t委內瑞拉：2270?108t美國：300?108t中國：20?108t前蘇聯(lián)：242?108t世界重油和瀝青砂儲量大約為15000 ?108t,熱力采油在EOR采油中的地位及潛力,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 7 頁,熱力采油的發(fā)展史,熱力采油的成本隨著稀油資源的開發(fā)利用，21世紀重油(是原油提取汽油、柴油后的剩余重質油，其特點是分子量大、粘度高。比重一般在

7、0.82～0.95，比熱在10000～11000 kcal／kg左右 )資源在能源供應及化工原料中將占重要地位。各種油的生產成本（2002年）：加拿大重油 $8 /bbl加拿大瀝青砂 $10 /bbl加里福尼亞重油 $6 /bbl北海輕油 $10-12 /bbl委內瑞拉

8、$4 /bbl中東輕油 $2 /bbl中國重油（估計） $7-8 /bbl油頁巖油 $45 /bbl煤生油 $50 /bbl,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 8 頁,熱力采油的發(fā)展史,稠油熱采產量：從熱力采油形成一定商業(yè)產量以來，熱力采油產量一直占強化采油產量

9、的很大比例，80年代在70％以上，90年代在60％。美 國：2004年初：EOR產量：66.3萬桶/d 蒸汽驅產量占近55%；加拿大：2004年初：EOR的產量：28萬桶/d 蒸汽驅的產量占近50%；印 尼：2004年初：EOR的產量：22萬桶/d 基本為蒸汽驅的產量。中 國：2004年初：EOR的產量:40萬桶/d

10、 注蒸汽產量占50％,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 9 頁,一、基本概念1、熱力采油方法：是指利用熱能加熱油藏, 降低原油的粘度, 將原油從地下采出的一種提高采收率的方法。熱采的總的目的：加熱油層提高原油溫度，使原油易于流動。2、蒸汽干度：是指蒸汽質量與被加熱的液體的總質量比值，通常用百分比表示：,式中：ρ1 ，ρ3 分別表示體系中液體和氣體的密度； V1，V3

11、分別表示體系中液體和氣體的體積。3、過熱蒸汽：是指蒸汽溫度超過飽和壓力下溫度的蒸汽。過熱蒸汽中沒有液相，熱采中采用的蒸汽一般都是濕蒸汽，即蒸汽干度小于100%的蒸汽，而不是過熱蒸汽。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 10 頁,4、比容（ V ）：單位質量的飽和液體占的體積稱為比容， 單位為：m3/ kg。5、濕蒸汽的比容(Vws)：為干蒸汽和飽和水的比容之和。即:

12、 Vws= XsVs+（1-Xs）Vw 式中：Xs—蒸汽干度，小數； Vs—蒸汽比容，m3/kg ； Vw—飽和水的比容， m3/kg 。6、導熱系數（λ）：是指在穩(wěn)定條件下，單位時間內單位溫度梯度通過單位截面積所傳遞的熱量。單位為 W/(m · K)。導熱系數是溫度和壓力的函數。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源

13、學院石油系　Yuan Caiping,第 11 頁,7、比熱（C）：使單位質量的物質溫度上升1℃所需熱量。單位：kJ/(kg · ℃ )。比熱高說明原油的吸熱量越多，放熱量也越大。8、熱容：使單位體積物質的溫度上升1℃所需熱量。,第一節(jié) 基本理論,式中：Cr—巖石的熱容， kJ/(m3 · ℃ ) ; ρr—巖石的密度，kg/m3; cr—巖石的比熱容，kJ/(kg·℃ ),式中：λ— 導

14、熱系數, W/(m · K); Cr—熱容, kJ/( m3 · ℃ ) α—m2 / s。,9、熱擴散系數：導熱系數與熱容之比，即：,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 12 頁,二、稠油稠油定義：是指在油層條件下原油粘度大于50 mPa.s或者在油層溫度下脫氣原油粘度大于100 mPa.s，原油相對密度大于0.934（我國0.92）的原油稱稠油。我國一般

15、采用稠油的定義，西方國家采用重油的定義，以原油的重度（°API）作為第一指標。原油重度與相對密度的換算關系為：,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 13 頁,（一）、稠油的一般特性1、膠質瀝青質含量高、輕質鎦分少。高粘度和高相對密度是 稠油最主要的特征。2、S、O、N等雜原子含量多。例如：美國、加拿大、委內瑞拉的重油含S高達3-5%。3、稠油中含有較多的稀有金屬，如N

16、i、V、Fe、Mo等；4、稠油中石蠟含量一般較低，但也有極少數為“雙高原油”。5、同一稠油油藏中，原油性質在垂向油層的不同井段及平面上各井之間常常有很大的差別；在同一油田或油區(qū)，原油性質相差更大。如遼河高升油田高3-5-13井不同深度原油性質：,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 14 頁,（二）、稠油的熱特性1、稠油的粘溫特性（是稠油熱采的理論基礎）；2、稠油的蒸餾特性(蒸汽

17、驅、火燒油層采油機理之一)；當溫度升高到泡點時，原油中的輕質組分將分離為氣相、重組分仍保持為液相；3、稠油的熱裂解特性：在火燒油層過程中，表現得比在蒸汽驅過程中更加突出；4、稠油的熱膨脹特性：原油的熱膨脹系數最大，相當于水的3倍多，巖石的10倍。原油、水及巖石的體積膨脹將產生不可忽視的驅油作用。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 15 頁,（三）、我國稠油的特點（1）輕質鎦分少

18、，300℃時輕質鎦分約占5%, 膠質瀝青質含量很高，10%-30%，個別高達50%或更高；（2）稠油粘度隨比重增加而增加，但并不是呈線性關 系；（3）含S量低，一般為0.8%左右；（4）金屬V和Ni含量低。（5）石蠟含量低。（6）對溫度的敏感性很大。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 16 頁,（四）、稠油分類標準1、聯(lián)合國訓練研究署（UNITAR）推薦的重油分類

19、標準,說明：（1）重質原油和瀝青砂油是天然地存在于孔隙介質中的石 油狀液體或半固體。（2）用粘度來劃分重質原油和瀝青砂油，在缺少粘度數據 用密度代替。（3）重質原油通常含有3%以上的硫。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 17 頁,2、我國熱采工作者提出了稠油的分類標準，以劉文章為代表的分類方案，該方案重點強調

20、了以下幾點：（1）分類標準盡可能與國際標準一致，以便進行國際交流，便于進行稠油資源評價和開發(fā)方法的研究；（2）以原油粘度為主要指標，以密度為輔助指標是合理的；（3）分類標準與油田開發(fā)方法相聯(lián)系，更具有實用性。（4）按推薦的分類標準，油層條件下粘度在50 mPa.s以下的原油不屬稠油。不能將高含蠟原油稱作稠油。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 18 頁,第一節(jié) 基本理論,劉

21、文章推薦的稠油分類標準,注：*指油層條件下的粘度；其它指油層溫度下的脫氣原油的粘度。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 19 頁,1、普通稠油：粘度低限值取脫氣油粘度為100 mPa.s或者油層條件下的粘度為50 mPa.s,高限值取脫氣粘度10000 mPa.s,相對密度>0.92。這類稠油又分兩個亞類：粘度在150 mPa.s以下的可以先注水開發(fā)，高于150 mPa.s則適宜于注蒸汽開發(fā)。

22、而且按目前的注蒸汽開采技術，這類油藏最為適宜。2、特稠油：粘度低限值取脫氣粘度10000 mPa.s ，高限值取脫氣粘度50000 mPa.s ，相對密度>0.95。對于這類稠油，采用蒸汽吞吐是成功的，國內已有成功的例子，國外也有大量的實踐經驗。但是進行蒸汽驅，技術難度較大，采收率也較低。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 20 頁,3、超稠油：脫氣粘度>50000

23、mPa.s，相對密度>0.98。實際上，這種稠油在油層條件下是不能流動的，常規(guī)注蒸汽開采方法的經濟效益降低，技術難度較大。估計這種稠油資源超過全部資源的一半以上。隨著技術的發(fā)展，目前對超稠油進行注蒸汽在技術上、經濟上有可能是成功的如加拿大Cold Lake及Peace River油田，原油脫氣粘度超過10萬 mPa.s ，采用非常規(guī)的蒸汽驅技術，即水平井熱采，利用地層水傳熱，蒸汽驅已成功。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月1

24、0日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 21 頁,（五）、我國稠油資源的分布及特點我國目前已在12個盆地發(fā)現了70多個稠油油田。我國陸上稠油油藏多數為中、新生代陸相沉積，少量為古生代的海相沉積，儲層以碎屑巖為主，具有高孔隙、高滲透、膠結疏松的特征。重質油(沸點在約350℃以上的餾分油和渣油。但這一詞的含意并不明確。在石油煉制工業(yè)中，重質油 包括重質餾分油和減壓渣油 )主要分布在盆地邊緣斜坡帶、凸起邊緣或凹陷中斷裂背斜帶

25、的淺層。陸相重質油由于受成熟度較低的影響，瀝青含量低而膠質含量高。目前，稠油儲量最多的是東北的遼河油區(qū)，其次是東部的勝利油區(qū)和西北的克拉瑪依油區(qū)。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 22 頁,（六）、我國稠油熱采技術的發(fā)展歷程從1980年到目前，我國稠油開發(fā)技術的發(fā)展大致經歷了三個階段：1、1980-1985（“六五”）：以稠油蒸汽吞吐開采技術為目標；2、1986-1990（

26、“七五”）： 以稠油蒸汽吞吐技術推廣應用與稠油蒸汽驅先導試驗為目標；3、1991-1995（“八五”）：以改善蒸汽吞吐、蒸汽驅開采效果為目標。另外，1966-1967年在克拉瑪依油田、勝坨油田及扶余油田開展了三個火燒油層先導試驗，由于文革而中途停止。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 23 頁,（七）、主要稠油熱采技術成就1、油藏描述技術取得很大的進展；2、熱采數值模擬及物理

27、模擬技術在稠油開發(fā)中發(fā)揮 重要作用；3、深井井筒隔熱及保護套管技術；4、叢式定向井及水平井鉆采技術；5、稠油油井防砂技術（機械防砂、高溫防砂）；6、分層注汽及注入化學劑助排技術；7、稠油熱采井機械采油技術；8、井下高溫測試技術（遼河油田研制的溫度、壓力 雙參數測試儀）；9、注蒸汽專用鍋爐及熱采井口設備；10、稠油集輸、計量、脫水及輸送技術。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系

28、　Yuan Caiping,第 24 頁,1、蒸汽性質：水是地球上最豐富的資源，也是最良好的的熱載體，因此，熱力采油中采用水作為熱載體將熱量引入油藏，來加熱油層。在注蒸汽開采過程中，無論是蒸汽吞吐還是蒸汽驅,注蒸汽干度越高比容越大，蒸汽帶的擴展體積越大，加熱范圍越大，開發(fā)效果越好。,三、水蒸汽及原油性質,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 25 頁,2、原油粘度—溫度關系：稠

29、油的粘度對溫度非常敏感。溫度上升，稠油的粘度急劇下降，這就是稠油熱采的加熱降粘機理。稠油的粘度與溫度的關系滿足方程：,式中 T——絕對溫度，k； μo——稠油粘度，mPa.s; A, B——常數，不同稠油A，B常數不同。,第一節(jié) 基本理論,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 26 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐,蒸汽吞吐（Puff and Huff）：就是

30、將一定量的高溫高壓飽和蒸汽注入油井（吞），關井數天（燜井），加熱油層及其原油，然后開井回采（吐）的循環(huán)采油方法。蒸汽吞吐方法是稠油開采中最常用的方法，也是工業(yè)化應用最好的熱采方法。蒸汽吞吐又稱蒸汽激勵或循環(huán)注蒸汽。優(yōu)點：1、一次性投資少、工藝技術簡單、增產快、經濟效益好。 2、對于普通稠油及特稠油油藏，蒸汽吞吐幾乎沒有任何技術、經濟上的風險，因此這種已廣泛用于稠油開采中，也是工業(yè)化應用最好的熱采方法。應用條件：1、

31、地質因素：油層壓力、滲透率、原油粘度及飽和度、油層厚度及有無邊底水等。2、施工參數：注氣壓力、燜井時間、蒸汽干度、注氣速度。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 27 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐,注蒸汽可分為三個階段：注汽階段(吞蒸汽）、關井階段（燜井）和回采階段（吐蒸汽）。,一、蒸汽吞吐開采過程,蒸汽吞吐過程示意圖,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 28 頁,,,,熱水

32、帶,冷油帶,注汽,悶井,產油,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蒸汽吞吐一周期示意圖,蒸汽帶,第二節(jié) 蒸汽吞吐,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 29 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐開采過程,1、注汽階段：注汽階段是油層吞入蒸汽的過程，如上圖。根據要求的施工參數（注入壓力、注入速度、蒸汽干度、周期注汽量），把高溫高壓飽和蒸汽注入油層。注入蒸汽優(yōu)先進入高滲透帶，而且由于蒸汽與油藏流體的密

33、度差，蒸汽占據油層的上部。2、關井階段：注完設計的蒸汽量后，停止注汽，關井，也叫燜井，燜井的時間一般為2-7天。燜井的目的在于：（1）使注入的近井地帶的蒸汽的熱損失盡可能地擴散到油層深部，加熱那里的原油；（2）騰出時間準備回采，如下泵等。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 30 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐開采過程,3、回采階段：油井注完蒸汽關井達到設計的燜井時間后，開井生產進入回

34、采階段。在回采階段，由于油層壓力較高，一般油井能夠自噴生產，裝上較大的油嘴以防止油層出砂，開井生產最初幾天，通常含水率很高，但很快出現產油峰值，其產量為常規(guī)產量的幾十倍。當井不能自噴時，立即下泵生產。隨著回采時間延長，由于注入地層的熱量損失及產出液帶出大量的熱量，被加熱的油層逐漸降溫，流向井筒的原油的粘度逐漸升高，原油產量逐漸下降。當產量降至某一極限產量時，結束該周期的生產，重新進行下一周期的周期吞吐，如此多周期地吞吐作業(yè)，最后轉入

35、蒸汽驅開采。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 31 頁,蒸汽吞吐生產動態(tài)示意圖在多周期吞吐中，前一周期回采結束時留在油層中的余熱對下一周期的吞吐將起預熱作用，有利于下一周期的增產?，F場中常出現下一周期的產量峰值較多上一周期要高?？偟纳a規(guī)律有：原油峰值產量隨著吞吐周期的增加而降低，而且在同一生產周期內原油回采產量隨回采時間增加而降低。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 一、蒸汽吞吐開采過程,第二節(jié) 蒸汽吞

36、吐,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 32 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐機理,向油層注入高溫高壓蒸汽后，近井地帶相當范圍內的地層溫度升高，將油層和原油加熱。加熱帶中原油粘度將下降1-2個數量級，從幾千甚至幾萬mPa?s降至幾百個mPa?s 。原油流度提高幾十倍，原油的流動阻力相應地大幅度下降，油井產量相應地增加許多倍。,溫度對原油粘度的影響,2010年11月10日,資源學院石油系　Yu

37、an Caiping,第 33 頁,蒸汽吞吐的油藏條件油層埋深： ≤ 1600m油層厚度： ≥ 5m凈總厚度比： ≥ 0.4孔隙度： ≥ 20%滲透率： ≥ 200?10-3?m2原始含油飽和度： ≥ 0.5含油量（ ?×Soi）： ≥ 0.10,第二節(jié) 蒸汽吞吐,2010年11

38、月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 34 頁,蒸汽吞吐的優(yōu)缺點：優(yōu)點：工藝簡單，見效快可以加快采油速度，在較短時期內大幅度增產原油；通過多周期蒸汽吞吐，預熱油層，降低油層壓力，為下一步汽驅做好準備；較快地回收一次投資，提高經濟效益。缺點：采收率較低采收率較低：和常規(guī)采油方法一樣，靠天然能量采油，一般只有15-20％由于冷熱周期變化，對井的損害較大。,第二節(jié) 蒸汽吞吐,2010年11月10日,資源學院

39、石油系　Yuan Caiping,第 35 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐,二、蒸汽吞吐機理周期吞吐增產的機理較為復雜，但可以肯定原油受熱降粘在提高稠油產量中起著非常重要的作用，熱膨脹的溶解氣作用也促進了地層流體的流動，蒸汽的井筒清洗效應以及回采過程中的地污染的清除也是蒸汽吞吐增產的因素。此外高溫引起的油水相對滲透率和毛細管壓力變化，以及巖石潤濕性改變都有助于地層原油的流動。1、原油降粘近井地帶蒸汽加熱原油，大幅度降低了原油的粘度，大大提高

40、了原油的流動能力，這是蒸汽吞吐增產的一個重要機理。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 36 頁,2、地層能量增加：注入的蒸汽以及注入蒸汽后原油的受熱膨脹使油層的彈性能大為提高，原來油層中少量的溶解氣及游離氣，加熱后溶解氣驅作用增加。3、井筒或地層堵塞清除：稠油油藏在鉆井、完井、井下作業(yè)及采油過程中，外來的鉆井液及油藏的石蠟、瀝青質很可能污染地層甚至堵塞地層，造成嚴重的地層傷害。一旦油層被傷害，常規(guī)采

41、油方法，甚至酸化，熱洗方法都很難清除堵塞物。在蒸汽吞吐注入過程中，注入蒸汽的高溫使沉積在井筒附近空隙中的瀝青質的相態(tài)發(fā)生變化，使其由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，溶于原油中。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 37 頁,在回采過程中，由于液流方向的改變，在放大壓差下高速流入井筒時，油、蒸汽、水產生了對井筒附近地層的沖刷作用，將堵塞物排出地層，大大改善井筒附近地層的的滲流條件

42、，提高了原油的流動能力。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐機理,油層傷害程度對蒸汽吞吐效果的影響,從中可以看出油層傷害越嚴重，蒸汽吞吐效果越好。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 38 頁,4、相滲透率與潤濕性改變注入的濕蒸汽加熱后，高溫使油層的油水相對滲透率發(fā)生了變化，在相同水飽和度下，油相滲透率增加，水相滲透率降低，平衡水飽和度增加。高溫蒸汽使砂粒表面上的瀝青膠質油膜破壞，潤濕相發(fā)生了改變

43、。由原來的親油或強親油變?yōu)橛H水或強親水。從油相分流率來看：油相滲透率增加，同樣可以提高油相的分流量，進而增加原油產量。此外，回采過程中的蒸汽驅動作用，以及冷凝水的閃蒸作用也是蒸汽吞吐增產的機理。注入油層的蒸汽仍有一部分能夠在回采過程中保留其相態(tài)，這些蒸汽在流動過程中受壓降的影響，其體積大大膨脹。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 二、蒸汽吞吐機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 39 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐,

44、三、影響蒸汽吞吐效果的因素,1、油藏地質參數（1）原油粘度：原油粘度對蒸汽吞吐的效果影響很大，原油粘度越高，蒸汽吞吐效果越差。右圖：原油粘度越低, 吞吐的峰值產量以及周期累積產油量都增大,增產期也相應地延長。,原油粘度對蒸汽吞吐效果的影響,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 40 頁,第二節(jié) 蒸汽吞吐 三、影響蒸汽吞吐效果的因素,（2）油層厚度：油層越厚，吞吐效果越好，油層越薄，效果越差。原因:

45、因為油層越厚注入的熱能向上下層的熱損失越大，油層中的汽油比越小，熱能利用率越低。這一現象尤其在蒸汽驅中更為明顯。,油層厚度對蒸汽吞吐效果的影響,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 41 頁,（3）油層滲透率：對于稠油油藏，一般為疏松的砂巖或砂層，滲透率都較高，有利于稠油的開采。油藏數值模擬結果指出，砂巖k率增加，蒸汽吞吐的日產量和累積產油量均增加。其原因在于，k的增加提高了原油的流度（ko /μo ）

46、。此外，對于粘度很高的油層，k對吞吐效果影響更大。（4）含油飽和度：油層含油飽和度越高，增產效果越好，蒸汽吞吐的峰值產量越高。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 三、影響蒸汽吞吐效果的因素,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 42 頁,2、注汽工藝參數（1）原油蒸汽干度：原油蒸汽干度是影響蒸汽吞吐開采效果的主要因素。在總蒸汽量相同條件下，蒸汽干度越高，回采期原油峰值產量越大。而且整個回采期的累積產油量越高。（

47、2）注入汽量：在其他條件相同時，注入蒸汽量增加，吞吐增產油量也增加，但原油蒸汽比下降。對于某一具體油藏，注入量越大，肯定是加熱范圍越大，熱油產量越高。但注入量太大，原油蒸汽比下降，油井停產作業(yè)時間延長，對生產不利。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 三、影響蒸汽吞吐效果的因素,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 43 頁,（3）注汽速度：蒸汽吞吐中注汽速度主要受兩個因素控制，一是井底蒸汽干度，二是地層破裂壓力。注汽

48、速度過小，井筒熱損失會增加，導致井底干度降低，從而降低吞吐效果；注汽速度又不能太大，否則注入蒸汽就會壓裂地層，造成裂縫性氣竄使下一周期的蒸汽吞吐以及后續(xù)的蒸汽驅開采效果惡化。在油層破裂壓力以內，注汽速度高，可以提高蒸汽干度，縮短油井停產注汽時間，有利于提高增產效果。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 三、影響蒸汽吞吐效果的因素,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 44 頁,氣舉速度越大，吞吐周期內累計采油量越高。

49、從圖中可知，氣舉速度為1.5 ft3/d比0.2 ft3/d的產油速度大的多。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 三、影響蒸汽吞吐效果的因素,氣舉井氣舉速度對蒸汽吞吐效果的影響,（4）生產氣舉速度：,,,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 45 頁,取決于生產壓差的大小，增大生產壓差，有利于提高吞吐效果。對于氣舉生產來說(如圖),井口壓力越小，吞吐周期內累計產油量越高。（6）燜井時間：燜井時間存在一個最優(yōu)值，一

50、般為3-6d。,第二節(jié) 蒸汽吞吐 三、影響蒸汽吞吐效果的因素,井口壓力對蒸汽吞吐效果的影響,（5）注汽壓力：在低的注汽壓力下，蒸汽注入壓力對吞吐效果具有明顯的影響；而在高的注汽壓力下，注汽壓力對吞吐效果的影響主要,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 46 頁,第三節(jié) 蒸汽驅油,由注入井到生產井的過程中，形成了幾個不同的溫度區(qū)：④蒸汽和冷凝水帶→③熱水帶→ ②熱油帶→① 原始油帶。,一、蒸汽驅

51、采油機理,蒸汽驅過程示意圖,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 47 頁,第三節(jié) 蒸汽驅,蒸汽驅（steam Drive) ：是接替蒸汽吞吐的一種稠油開采方法。在蒸汽吞吐開采稠油方法中，吞吐只能采出油井井筒附近地層中的原油，而井間仍有大量的稠油未能采出，其采收率僅為10%-20%。蒸汽吞吐后進行蒸汽驅開采，可以使一部分井間地層中的原油采出地面，可進一步提高稠油的采收率20%-30%。與蒸汽吞吐

52、相比，盡管蒸汽驅可以大幅度提高稠油油藏的采收率但該方法消耗的熱能多、投資大、技術復雜程度高、風險大。目前蒸汽驅的產量要比蒸汽吞吐的產量小。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 48 頁,,,,,,,蒸汽帶,熱水帶,冷油帶,注汽井,生產井,生產井,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,蒸汽驅過程示意圖,第三節(jié) 蒸汽驅油,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,

53、第 49 頁,蒸汽驅機理:1、降粘作用2、熱膨脹作用3、蒸汽的蒸餾作用4、溶解氣驅作用5、溶劑抽提作用6、重力分離作用7、高溫對相對滲透率的影響。,稠油蒸汽驅機理對采收率的貢獻,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 50 頁,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,1、降粘作用溫度升高使原油粘度降低，是蒸汽驅開采重油的最重要的機理。主要是

54、隨著蒸汽的注入，油藏溫度升高，油和水的粘度都要降低，但水粘度的降低程度與油相比則小得多，其結果是改善了水油流度比： 在油的粘度較低時，驅替效率和波及效率都得到改善，這也是熱水驅、蒸汽驅提高采收率的原因所在。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 51 頁,2、熱膨脹作用熱膨脹是熱水帶中的重要采油機理。這一機理可采出5％－10％的原油，其大小取決于原油類型、初始含油飽和度和受熱帶的溫度。隨著溫度的

55、升高，油發(fā)生膨脹，飽和度增大，而且變得更具流動性。油的膨脹量取決于它的組成。當溫度增加150℃，原油體積將增加15％，殘余油飽和度將減少10％-30％，從而提高了原油的采收率。輕質油的膨脹率大于重油，因此，熱膨脹作用在采輕油中所起的作用比重油更大。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 52 頁,3、蒸汽蒸餾作用(汽提)：指某種液態(tài)混合物中的揮發(fā)性組分在

56、直接引入蒸汽時，可以在低于其沸點的溫度下蒸發(fā)為氣態(tài)。蒸汽的蒸餾作用是蒸汽帶中的重要采油機理。它降低了油藏液體的沸點溫度。當溫度等于或超過系統(tǒng)的沸點溫度時，混合物將沸騰，引起油被剝蝕（因混合物的沸騰所引起的擾動），使油從死孔隙向連通孔隙轉移，增加了驅油的機會。蒸汽蒸餾在采輕質油中將起更大作用。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 53 頁,表8-2 不同

57、可蒸餾組分含量原油的采收率,威爾曼（B.T.Willman）等人的室內巖心驅替實驗結果(見表8—2)進一步驗證了蒸汽蒸餾作用提高原油采收率的機理。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 54 頁,4、溶解氣驅作用蒸汽注入過程中形成的蒸汽帶，溫度很高，凝結帶后緣靠近蒸汽帶前緣的區(qū)域，由于溫度的大幅度升高，原油中的溶解氣溶解度降低而分離出來，體積膨脹對原油產生

58、驅替作用。因此能提高采收率。威爾曼用不含可蒸餾組分的原油，在166℃熱水驅替后，當水油比達到1000:1時，采收率為54.8％。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 55 頁,5、油相混相作用 (溶劑抽提作用、溶劑萃取作用):水蒸汽蒸餾出的大部分輕質餾分，通過蒸汽帶和熱水帶被帶入較冷的區(qū)域凝析下來，凝析的熱水與油一塊流動，形成熱水驅。凝析的輕質餾分與

59、地層中的原始油混合并將其稀釋，降低了油的密度和粘度。隨著蒸汽前沿的推進，凝析的輕質餾分也不斷向前推進，其結果形成了油的混相驅。由混相機理而增加的采收率，對重油來說大約3％－5％。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 56 頁,6、重力分離作用在蒸汽驅過程中，由于蒸汽的密度遠遠小于原油和水的密度，因而要發(fā)生汽水分離，進入油層的蒸汽發(fā)生超覆現象：蒸汽聚

60、集于油層頂部，并向平面方向擴散，蒸汽凝結水從油層下部向前推進。上部的原油在蒸汽加熱條件下，粘度降低很快，原油變輕膨脹，促進超覆于油層頂部的蒸汽向前推進的速度上升，并先于熱水帶突入生產井。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 57 頁,7、高溫對相對滲透率的影響：溫度升高引起相對滲透率的變化而提高原油采收率，主要原因有：(1)溫度升高，油水粘度比大幅度下

61、降，油水流度比得到改善，引起油相相對滲透率增加，水相相對滲透率降低，殘余油飽和度降低(圖8—20)；,圖8-20 相對滲透率與溫度及含油飽和度的關系,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 58 頁,(2)溫度升高，吸附于巖石顆粒表面及油——水界面上的瀝青、膠質等極性物質解附，使油—水界面張力減小，巖石潤濕性發(fā)生反轉，從而導致油的相對滲透率升高，水的相對滲透率

62、降低，促使水驅殘余油飽和度降低而提高了原油的采收率。不同類型的原油，起主導作用的蒸汽驅機理不同。對于稠油油藏，降粘作用和蒸汽蒸餾作用是最主要的采油機理；對于輕質油藏，熱膨脹和蒸汽蒸餾是最主要的采油機理。油藏特性(如油藏厚度)、蒸汽干度、注汽溫度等因素在很大程度上影響著蒸汽驅的機理?？傊羝尣捎蜋C理是十分復雜的。,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping

63、,第 59 頁,蒸汽驅提高稠油采收率機理比較復雜，盡管上述因素都有于提高采收率，但不同條件下各因素發(fā)揮作用的水平不同。如，隨著原油密度增加，粘度降低作用、潤濕性改變效應增強而原油熱膨脹作用減弱、油—水界面張力效應與原油密度關系不大。如圖8-21所示。,圖8-21熱水驅中各種機理對提高采收率的貢獻,第三節(jié) 蒸汽驅油 一、蒸汽驅采油機理,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 60 頁,理論和實踐

64、證明，在一定的技術條件下，適合于蒸汽驅的稠油油藏，其蒸汽驅可達到的驅油效果取決于油藏本身的條件，而實施中能否達到開發(fā)效果又取決于方案設計的操作條件。適合于稠油油藏的蒸汽驅能否成功取決于油藏的自身特性和操作條件的影響。用物理模擬和數值模擬可以知道影響蒸汽驅效果的油藏參數主要包括：油層厚度、原油粘度、含油量、油藏的埋藏深度、油藏壓力和油藏的非均質性6個方面。而影響驅替效果的操作條件包括注入速度、蒸汽干度和生產井與注入井的采注比等參數。

65、,第三節(jié) 蒸汽驅油 二、影響蒸汽驅效果的因素,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 61 頁,1、油藏參數的影響（1)油層厚度：隨著凈總厚度比的增加，蒸汽驅采收率越來越大。當凈總厚度比大于0.6以后，改善幅度變小。,第三節(jié) 蒸汽驅油 二、影響蒸汽驅效果的因素,當凈總厚度比小于0.6時，隨著凈總厚度比的減小，蒸汽驅效果急劇下降。當凈總厚度比小于0.4時蒸汽驅效果較差。,,2010年

66、11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 62 頁,（2)原油粘度：普通稠油，比重在0.92～0.95g/cm3，脫氣油粘度為50～10000mPa.s，這類油，在油藏中本身具有一定的流動能力，因此可以進行常規(guī)蒸汽驅；特稠油，比重在0.95～0.98g/cm3，脫氣油粘度為10000～50000mPa.s，這類油流動性很差，常規(guī)汽驅有一定困難，必須采取預熱或吞吐引效才能實現汽驅；超稠油，比重大于0.98g/cm3

67、，脫氣油粘度大于50000mPa.s，這類油在油藏條件下基本沒有流動性，不預先加熱到一定溫度是無法驅動的，因此這類油常規(guī)汽驅是無效的。,第三節(jié) 蒸汽驅油 二、影響蒸汽驅效果的因素,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 63 頁,在半對數坐標上，隨著油藏原油粘度對數的增大，蒸汽驅的采收率呈線性下降；圖中原油粘度對蒸汽驅效果的影響幅度并不太大，當地層油粘度從50-5000mPa?s時，采收率只降低

68、了15%。需要注意的是，原油粘度過大，所需驅動力很高。,第三節(jié) 蒸汽驅油 二、影響蒸汽驅效果的因素,從開采效果和操作因素考慮，常規(guī)蒸汽驅的地層油粘度最好小于5000mPa?s。,2010年11月10日,資源學院石油系　Yuan Caiping,第 64 頁,隨著油藏含油飽和度的增加，蒸汽驅的采收率線性增加；隨著含油量的增加，蒸汽驅的采收率增加。,第三節(jié) 蒸汽驅油 二、影響蒸汽驅效果的因素,（3)含油量( So·