胜利油田稠油开采技术 王增林 中国石化胜利油田分公司 2011 年 9 月
提 纲 一 胜利油田稠油油藏主要特点 二 胜利油田稠油开采技术 三 结论与认识
一 胜利油田稠油油藏主要特点 胜利油田地理位置图 胜利油田 胜利油田位于中国东部渤海湾盆地, 为中国第二大油 田,1961 年发现, 累积探明原油储量 50 亿吨, 产油 10 亿吨
一 胜利油田稠油油藏主要特点 胜利稠油储量分布 胜利主要稠油油田位置图 桩 139 罗家 - 垦西 孤岛 孤东 陈家庄 单家寺 王庄 东辛 八面河 金家 乐安 先后在单家寺 乐安 孤岛 孤东 王庄和陈家庄等 11 个油田发现了稠油 稠油资源量 10.79 亿吨, 探明 5.26 亿吨
一 胜利油田稠油油藏主要特点 胜利油田稠油油藏以边际稠油为主, 具有以下开发难点 : 深 : 埋藏深度 900m~2000m; 稠 : 原油粘度超过 10 10 4 mpa s; 薄 : 油层厚度小于 6m; 敏 : 水敏渗透率保留率小于 30%; 低 : 油汽比仅 0.34 ( 采收率 15.9%)
提 纲 一 胜利油田稠油油藏主要特点 二 胜利油田稠油开采技术 三 结论与认识
二 胜利油田稠油开采技术 通过开展边际稠油开发理论与技术攻关, 在稠油渗流机理 开发配 套技术等方面取得了如下主要成果 : 1 稠油非达西渗流机理 2 特超稠油 HDCS 开发技术 3 薄层稠油多井型组合开发技术 4 强水敏稠油 近热远防 开发技术 5 水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术 6 热化学复合驱开发技术
1 稠油非达西渗流机理 稠油渗流不符合达西渗流规律 研究发现稠油渗流机理不同于稀油, 是具有启动压力梯度的 非达西渗流 渗流速度 (10-5 m/s) 达西流区 非达西流区 启动压力梯度 压力梯度 (MPa/m)
( ) = + = + w w wi w w w w w rw o o oi o o o o o o ro B S t q D g p B KK B S t q D g p p B KK ϕ ρ ρ µ ϕ ρ ρ λ µ 1 0. 01 0. 1 1 10 100 0. 1 1 10 100 启动压力梯度, 流度,mD/mPa s 以渗流实验为基础, 得到了启动压力梯度的数学模型 : 式中 :λ 为启动压力梯度 ( ) K µ o λ lg 1.1915 0.165 10 = 建立了考虑启动压力梯度影响的稠油非达西渗流方程 1 稠油非达西渗流机理 MPa/m
1 稠油非达西渗流机理 稠油油藏热采流场分布特征自井筒向油藏内部依次划分为三个流区 : 达西渗流区 非达西渗流区和不流动区 如孤岛中二北吞吐末期三个流区宽度分别为 35m 56m 和 51m 井筒 孤岛中二北流场分布 ( 地下原油粘度 400 毫帕 秒 渗透率 2500 毫达西 ) 300 10MPa 启动压力 驱动压力 80 65 油层温度 达西渗流区 (35m) 非达西渗流区 (56m) 不流动区 (51m)
1 稠油非达西渗流机理 在该油藏三个流区分别设计密闭取心井, 取心分析饱和度与 理论预测结果相吻合, 证实了稠油非达西渗流机理的正确性 流区 井号 动用状况 含油饱和度 % 理论预测 取心分析 达西渗流区 : 23- 斜检 535 含油饱和度低 0.29 0.31 非达西渗流区 : 24- 检 533 含油饱和度高 0.53 0.52 不流动区 : 25- 检 533 原始状态 0.60 0.59
2 特超稠油 HDCS 开发技术 针对粘度超过 10 10 4 mpa s 的特超稠油常规注蒸汽难以 有效动用的难题, 首创 HDCS 四要素组合开发技术 H( 水平井 ): 降低注入压力 D( 油溶降粘剂 ): 近井化学降粘 C( 二氧化碳 ): 扩散降粘 助排隔热 S( 蒸汽 ): 蒸馏 加热降粘
2 特超稠油 HDCS 开发技术 建立了 HDCS 四要素优化配比的参数图版, 指导了现场实施 注汽强度, t/m 16 14 12 10 8 6 4 2 注汽强度 (S) 二氧化碳注入量 (C) 降粘剂注入量 (D) 水平段 150 米水平段 200 米水平段 250 米 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 降粘剂及二氧化碳注入量, t 0 0 0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 粘度, 毫帕 秒 原油粘度 20 10 4 mpa s, 水平段长度 200 米的合理 DCS 配比为 : 降粘剂 (D)32t, 二氧化碳 (C)88t, 蒸汽 (S)2460t
2 特超稠油 HDCS 开发技术 研发了压力等级 26MPa 超临界高压注汽锅 炉, 出口温度达到 394 研发了注采一体化泵及管柱, 避免作业冷伤 害, 井口产液温度提高 20 以上, 延长生 产周期 注采一体化抽油泵工作示意图
水平井均匀注汽工艺 2 特超稠油 HDCS 开发技术 一个出汽点 根据储层条件和油层状况 设计多个出汽点 注汽管柱一个出汽点只能保证 40m-80m 水平段有效吸汽 ; 设计了水平井自补偿器和具有自动分配功能的配汽器, 实现水平段全段 均匀注汽, 提高油井产量和油层动用程度
2 特超稠油 HDCS 开发技术 利用该技术共动用特超稠油储量 5718 10 4 t, 累积增 产原油 193.6 10 4 t 王庄油田郑 411 油藏 HDCS 开发井位 ( 粘度 30 10 图 4 mpa s) 周期产量, t 2000 1500 1000 500 0 HS 127 水平井蒸汽吞吐 HDCS 1812 HDCS 开发 例如, 郑 411 油藏应用该技术, 单井 周期产量由原技术的 127t 提高到 1812t, 增加了 13.3 倍, 油汽比 0.82
3 薄层稠油多井型组合开发技术 水平井开采薄层稠油优势 研究表明, 利用水平井可降低油层热损失 20%~30%, 提高吸汽产液能力 1.7 倍以上, 油藏动用范围显著扩大 油层热损失 100 80 60 水平井 直井 % 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 油层厚度 m
3 薄层稠油多井型组合开发技术 开发薄层稠油井型组合方式 根据薄层稠油的油藏特点, 优化提出了三种典型的井型组合方式 对单 薄层稠油油藏, 采用水平井与水平井组合 水平井与分支井组合 ; 对多薄层稠 油油藏, 采用水平井与直井组合 单薄层稠油油藏 多薄层稠油油藏 (1) 水平井与水平井组合 (3) 水平井与直井组合 ( 利用直井动用非主力层, 汽驱注汽易于调节 ) 在单 2 馆陶 草 27 草 104 埕 91 (2) 水平井与分支井组合 等 50 多个单元应用
3 薄层稠油多井型组合开发技术 水平井开采薄层稠油技术界限多井型组合开发技术降低了开发动用门槛 普通稠油 特稠油 超稠油动用厚度界限由原来的 6m 8m 10m 分别降低到 2.4m 2.9m 和 3.7m 油层厚度 米 12 10 8 6 4 2 6 原厚度界限新厚度界限 2. 4 8 2. 9 10 3. 7 0 普通稠油特稠油超稠油 ( 小于 10000mPa s) (1~5 10 4 mpa s) (>5 10 4 mpa s)
3 薄层稠油多井型组合开发技术 水平井钻井轨迹控制技术 自研了 MWD+LWD 井轨迹控制系统 测量范围 : 温度 <150 电阻率 0.2~2000Ω m 自然伽玛 0~500API 测量精度 : 井斜精度 ±0.1 方位精度 ±1.0 上下摆幅不超过 0.5m, 左右摆幅不超过 2.5m 18P613 Ng6 31 油层厚度 3-4 米
3 薄层稠油多井型组合开发技术 水平井配套防砂工艺技术 套管完井挂精密滤砂管完井裸眼精密滤砂管完井精密滤砂管完井管外挤压砾石充填套管完井长井段挤压砾石充填防砂 堵塞点 亏空区域 滤失 水平井正向挤压充填示意图 滤失 水平井逆向挤压充填示意图
3 薄层稠油多井型组合开发技术 利用该技术共动用 6m 米以下薄层稠油储量 7482 104t, 4 其中 3m 3 米以下储量达 1042 104t, 4 累积增产原油 425.1 104t 4 t 陈家庄油田陈 373 油藏开发井位图 ( 外围薄油层厚度小于 6m) 陈 371 块 陈 373 块主体 2006 年直井热采陈 373 东扩陈 373- 平 6 陈 311 块 例如, 陈 373 油藏外围 6m 以下薄层储量 1277 10 4 t, 平均单井日产油 13.8t/d, 油汽比 1.10 储量动用率由 58.6% 提高到 90.9%
4 强水敏稠油 近热远防 开发技术 针对强水敏稠油油藏粘土含量高 遇水膨胀堵塞储层的难题, 研究发现蒸汽高温加热能使敏感性粘土矿物转化为非敏感性矿物 蒙脱石 +K + +Al 3+ 水热反应伊利石 +SiO + 4 机理 : 水敏矿物蒙脱石在高温作用 下失水 晶格间距缩小, 转化为非水敏 矿物伊利石 临界转化温度点 100, 在 矿物含量 % 80 60 40 20 蒙脱石 伊利石 78 % 300 时转化率达到 78%, 且不可逆 0 60 100 150 200 250 300 高温蒸汽能使水敏转化为非敏, 这一发现为强水敏稠油油 藏注汽开发打下基础 温度
4 强水敏稠油 近热远防 开发技术 基于上述发现, 提出了 近热远防 的开发策略 : 近热 : 近井地带通过高温蒸汽使粘土转型, 降低储层水敏程度 远防 : 远井地带采用深部防膨技术, 抑制储层水敏伤害 注汽井 郑 36 油藏 近热远防 开发机理图 蒸汽加热前缘 300 温度 近热 远防 渗透率保留率 高温水敏转化区 (16m) 低温水敏区 (40m)
4 强水敏稠油 近热远防 开发技术 研发了耐温高效油层深部防膨剂 : 郑斜 41 井 2 号样 PGS 蜘蛛网键 防膨剂处理后岩心渗透率保留率 粘土 防膨剂 研制具有网状包裹性能的防膨剂, 有效压缩粘土矿物晶面间距, 防止粘土膨胀 高温 常温渗透率保留率均超过 95%
4 强水敏稠油 近热远防 开发技术 利用该技术共动用强水敏稠油储量 4791 10 4 t, 累积 增产原油 262.5 10 4 t 王庄油田郑 36 油藏开发井位图 例如, 郑 36 强水敏油藏粘土含量 13.8% 渗透率保留率仅 12%, 应用 近热远防 开发技术, 建成生产能力 53.5 10 4 t, 油汽比 1.44, 由不能动用到储量动用率达 95.6%
5 水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术 原油粘度 80 毫帕 秒到 150 毫帕 秒的油藏通常采用注水开发, 但采收率一般低于 20% 实验研究表明, 水驱转蒸汽驱可大幅度 提高采收率 100 含水 含水 100 采出程度 % 80 60 40 20 水驱蒸汽驱 ( 干度 0.6) 采出程度采出程度 80 60 40 20 含水 % 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 注入倍数 PV ( 粘度 150 毫帕 秒 )
5 水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术 长期水驱造成油层压力高, 汽驱蒸汽腔小, 热利用率低 解决这一 问题, 其技术核心是高压条件下有效实施蒸汽驱 研究表明, 蒸汽干度达到 0.6, 蒸汽驱油层压力界限可提高至 7 兆帕, 突破了地层压力大于 5 兆帕不能实施蒸汽驱的传统认识 驱油效率, % 80 70 60 50 干度 0.4 干度 0.6 干度 40% 干度 60% 40 30 20 2 3 4 5 6 7 8 9 10 汽驱压力, 兆帕
5 水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术 配套了高干度注汽工艺 为达到井底蒸汽干度 0.6 以上的技术要求, 研制了蒸汽干度 99% 高干度蒸汽锅炉 ( 干度提高 25%)
5 水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术 研发了高效井筒隔热工艺 高真空隔热油管, 视导热系数 0.0068W/(m ); 隔热衬套 隔热补偿器 ; 耐高温长效封隔器 井筒蒸汽干度 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 4t/h 6t/h 0 130 260 390 520 650 780 910 1040 1170 1300 井深,m 隔热补偿器 确保井底干度达到 60% 以上
5 水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术 孤岛南区原油粘度 130mPa s, 实施水驱转蒸汽驱, 采收率由 19.7% 提高到 45.8%, 年产油由 2.2 10 4 t 提高到 18.5 10 4 t 年产油 1 04 t 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 年产油量采出程度 35 30 25 20 15 10 5 0 采出程度 % 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 水驱 转蒸汽驱阶段
6 热化学复合驱开发技术 针对常规蒸汽驱易汽窜 热利用率低的问题, 创新提出热化学复合驱开发方法 : 基于蒸汽驱, 辅以泡沫体系选择性封堵汽窜通道提高蒸汽波及体积, 耐高温驱油剂提高驱油效率, 实现蒸汽均衡高效驱替
6 热化学复合驱开发技术 综合研究注入方式 时机 配方综合研究注入方式 时机和配方, 提出了热化学复合驱油体系 蒸汽 : 连续注入化学剂 : 段塞式伴注, 逐渐加量泡沫剂 :70-120 吨蒸汽注入 0.25PV 后注入驱油剂 :30-70 吨泡沫段塞后注入 动态调整蒸汽驱前缘, 实现均衡驱替 生产井 注入井 生产井 注入井 生产井 平面均衡 纵向均衡
6 热化学复合驱开发技术 研制了耐温高效起泡剂 : 起泡体积 300 毫升, 耐温 300 300 阻力因子 47 目前在用泡沫剂耐温 250 阻力因子 15-20 发明了高温驱油剂 : 界面张力达到 10-3 mn/m, 耐温 300 降粘率 >96%
6 热化学复合驱开发技术 孤岛中二北油藏井位图 日产油 t/d 160 120 80 90.7% 145t/d 100 含 90 水 80 % 40 72.9% 70 20t/d 0 60 0 300 600 900 时间 d 油藏平均埋深 :1300m 含水下降 : 17.8% 产量增加 : 6 倍采收率 : 57.1% 提高采收率 :25.1%
二 胜利油田稠油开采技术 应用上述主导技术, 胜利油田稠油年产量由 143 10 4 t 增加 到 421 10 4 t, 净增 278 10 4 t, 累积增产原油 1960 10 4 t 年产油 1 0 4t 450 400 350 300 250 200 150 100 强水敏稠油 近热远防 开发技术薄层稠油多井型组合开发技术特超稠油 HDCS 开发技术水驱稠油转高压蒸汽驱开发技术热化学复合驱开发技术基础油 234 227 220 194 174 143 144 164 177 185 238 287 308 364 413 42 1 新技术占 90% 50 0 1995 1998 2001 2004 2007 2010 年度
提 纲 一 胜利油田稠油油藏主要特点 二 胜利油田稠油开采技术 三 结论与认识
三 结论与认识 1 稠油渗流呈现非达西渗流特征; 2 HDCS 开发技术可以有效动用原油粘度高达 50 10 4 mpa s, 深度达到 2000m 的特超稠油油藏 ; 3 多井型组合开发技术可以动用稠油油层厚度达到 2.5m 薄层稠油油藏 ;
三 结论与认识 4 近热远防 开发技术可动用水敏指数高达 0.9 的稠油油藏 ; 5 高干度蒸汽驱技术可大幅度提高高压稠油油藏采收率; 6 热与化学组合驱油技术可实现加合增效, 是大幅度提高稠油油藏采收率技术的发展趋势