The Calculation of Heating Radius and Determination of Parameters in Heavy Oil Steam Stimulation

在稠油吞吐过程中,加热半径是热采中的重要指标,对注汽参数和生产制度起到了指导性作用。运用能量守恒原理,从热量注入方面考虑了蒸汽相变释放的气化潜热,从热量损失方面考虑井筒热量损失和顶底盖层热量损失,最终得到了新的加热半径计算公式。计算结果表明,加热半径受注汽参数、焖井时间、储层参数等因素影响,并系统阐述了岩层各物性参数的计算及选择方法。最后通过实例验证了该方法的计算值和试井解释出的值较为相符,为现场实际应用提供了可靠的方法。

稠油开采中多元热复合流体相态的研究进展

稠油的储量远超常规石油的储量,但因稠油黏度大和密度大的特点而难以开采,高效经济开发稠油已成为石油领域的研究重点。热复合开采技术是目前高效开发稠油油藏的关键技术,其中多元热复合流体的相态特征是稠油油藏开采流程设计与评价的关键。为此,从热复合开采技术中的混合气体系和稠油-气体系2个方面,系统地阐述了多元热复合流体相态的实验和理论研究现状。对于混合气体系相态,多采用静态法进行实验测试,使用状态方程结合混合规则进行理论预测,CO_(2),N_(2),H_(2)O和CH_(4)等常见气体分子组成的二元体系的相态测试趋于成熟,但缺少多元体系的测试数据与预测模型;对于稠油-气体系相态,总结了一般性实验流程与近年实验结果,提出一种加速油气相平衡的新型实验装置构想,指出目前理论预测在气体种类、注气量、气体扩散模型、二元相互作用系数等方面的不足。进而对多元热复合流体相态研究提出展望,以期促进热复合开采技术进一步的机理研究与参数优化。

稠油热采井射孔孔眼应力分析及影响因素

针对稠油热采井生产过程中,射孔井段套管频繁出现损伤断裂的问题,基于弹塑性和热力学理论,采用有限元方法建立注汽—焖井—生产过程射孔套管有限元热力学耦合模型,对各阶段射孔套管应力分布特征进行研究,并开展不同射孔参数下射孔套管强度影响规律分析。研究表明:生产过程中射孔孔眼位置出现明显应力集中现象,在温差及内外压差等共同作用下,注采前期套管应力最大可达498.16 MPa,并逐渐产生塑性失效现象,当注采作业完成时,套管塑性失效现象最严重;随着射孔相位角增大,射孔密度对Mises应力值的影响逐渐减小,而套管孔眼最大应力与射孔相位角成反比关系。该研究对延长稠油热采井射孔套管使用年限和保障正常生产作业具有十分重要的意义。

中深层稠油水平井前置CO_(2)蓄能压裂技术

利用准噶尔盆地西北缘乌夏地区中深层稠油油藏参数,对水平井前置CO_(2)蓄能压裂技术的开发机理、关键操作参数及开发效果进行了详细研究。研究结果表明:①伴随压裂—焖井—生产等开发阶段的延伸,前置CO_(2)蓄能压裂后的油井逐步显现出增能改造、扩散降黏、膨胀补能、释压成泡沫油流等特性,井底流压提高了2~4MPa,CO_(2)扩散至油藏的1/3,原油黏度降至500mPa·s以下,泡沫油流明显;②研究区最优压裂段间距为60m、裂缝半长为90m、裂缝导流能力为10t/m,CO_(2)最佳注入强度为1.5m3/m,注入速度为1.8m3/min,油井焖井时间为30d,油藏采收率提高了2%~3%;③通过与常规压裂生产效果进行对比,前置CO_(2)蓄能压裂技术可使产油量提高5.2t/d,预测CO_(2)换油率达2.45,开发效果显著提升。

海上稠油油田多元热流体吞吐增产机理研究与实践

多元热流体为蒸汽、氮气、二氧化碳的高温高压混合气体,具有降低稠油黏度、提高地层压力、改善油藏剖面、提高稠油油藏开发效果等作用。多元热流体吞吐技术在海上稠油高效开发中应用广泛,随吞吐轮次增加,对多元热流体吞吐机理缺乏认知,开采效果降低。为有效提升稠油油田的开采效果,采用油藏模拟分析和多元热流体吞吐及驱替室内试验方法,探究了不同多元热流体组分对增产的贡献,进一步明晰多元热流体吞吐增产机理,为多元热流体热采方案优化设计和吞吐后开发调整提供理论指导和有效措施。试验结果表明:海上油田通过多元热流体热采示范应用,油田日产油由热采前218m^(3)·d^(-1)升至最高641m^(3)·d^(-1),增幅195%,热采效果明显。

稠油多轮次注采固井水泥浆体系评价与优选

在稠油多轮次注采开发过程中,井筒水泥环需承受350℃高温及多轮次温度交变,需要水泥浆体系具有良好的耐高温和抗疲劳能力。开发了4种耐高温水泥浆体系,在350℃高温循环加热的条件下,对4种水泥浆体系进行10轮次的加热,分别测定其抗压强度和弹性模量,并取样进行X射线衍射分析、扫描电镜形貌分析、纳米CT扫描测试。评价了4种水泥浆体系的抗高温循环能力,探讨了其性能变化的机理。试验结果表明,复合加砂水泥和耐高温韧性水泥可满足稠油多轮次注采开发需求,硅酸盐水泥中添加细硅粉和弹塑剂可有效改善其抗高温能力和耐疲劳能力。

稠油污水回用热采锅炉二氧化硅指标与结垢过程分析

为了研究稠油污水回用热采锅炉过程中二氧化硅指标与结垢过程之间的关系,认清结垢物的微观形貌与化学组成特征,通过室内模拟蒸汽发生器开展了水质中不同二氧化硅质量浓度的结垢实验,并结合现场热注锅炉试验确定回用污水二氧化硅的优化指标,提出二氧化硅质量浓度由原来的50 mg/L放宽到75 mg/L是可行的。对生成的结垢物采用扫描电镜、能谱、X衍射、电子探针等分析技术开展了结垢物微观形貌与化学组成的分析。结果表明,结垢物随水的向前流动其厚度逐渐变厚,越靠近蒸汽出口处结垢越严重,结垢物矿物成分相似,结垢物微观形貌上呈不规则的团状和网状分布,伴有不同孔径大小的孔隙空间,孔隙中发育有少量的针状和柱状晶体。

用于稠油热采井的耐温凝胶堵剂研制与评价——以春光油田为例

针对河南春光油田稠油热采水平井水窜严重的问题,通过耐高温凝胶堵剂配方研究及性能评价,配套双封定位封堵工艺,实现了水平井不同水窜位置的有效封堵。所研制的耐高温凝胶堵剂,具有耐温耐盐性能好和封堵强度高的特点,耐盐1.00×10^(5)mg/L,耐温达到350℃,高温60 h后突破真空度仍保持在0.065 MPa以上,现场实施后有效延缓了稠油水平井水窜速度,改善了稠油热采水平井开发效果。

稠油电加热嵌入式控制装置设计及其试验

为提高稠油井电加热系统的加热效率,解决油田中频电源加热运行控制主要依靠人工经验设置和低效的自动控制造成电能浪费的现状,本文设计了稠油电加热嵌入式控制装置。基于非嵌入式获取的油井生产电信号,以稠油开采电机的电功率为闭环反馈信号,获取油液最优温度的参考输入。在此基础之上,通过井口油液温度的微分反馈环节,改善温度迟滞效应,实现中频电源的节能优化控制。通过对嵌入式硬件核心电路模块的设计和主要软件功能的开发,不仅实现了稠油井电加热过程的动态控制,还实现了各项运行指标的现场及云端的实时监测。稠油井场试验分析表明,所设计的稠油电加热嵌入式控制装置符合井场节能安全的生产需求,节约能耗可达20%。

多元热流体不同组成介质耦合作用机理微观实验

多元热流体吞吐是蒸汽吞吐的重要接替方式之一,而现有的研究尚不能清晰解释不同介质之间的耦合作用机理,难以为海上多元热流体开发提供有效措施。利用微观可视化模拟系统,通过非凝析气(CO_(2)、N_(2))和热水的不同组合驱油实验,研究微观条件下多相流动特点,揭示热水、CO_(2)和N_(2)三者之间两两相互影响的耦合作用机理,并定量分析耦合作用机理对波及系数、洗油效率和采收率的影响。研究结果表明:热水与N_(2)相互协同,提高波及系数,在驱替中期,热水加热稠油,降低流动阻力,N_(2)气泡变形膨胀,补充压力,在驱替后期,在主流道形成贾敏效应,驱替范围从主流道向边缘扩展;热水与CO_(2)相互协同,提高洗油效率,热水冲刷CO_(2)驱替过后的膜状剩余油,同时二者降低油气表面张力,将油气段塞式流动变为念珠式流动,消除附加表面张力,动用簇状剩余油,增大体系毛管数;CO_(2)和N_(2)之间相互竞争,N_(2)与CO_(2)分压,阻碍CO_(2)溶解,CO_(2)和N_(2)混合后,补能作用减弱;三种介质耦合作用时,采收率整体提高29%,协同作用效果比竞争作用效果更为显著。利用微观实验厘清多元热流体两两介质之间的耦合作用机理,为后期多元热流体开发稠油油藏提供理论指导。

稠油热采热流体循环加热过程中的井筒温度分布

针对稠油开采时闭式热流体循环加热井筒产出流体的情况,文中建立了循环加热流体和产出流体的二维瞬态温度分布模型,充分考虑了对流换热、轴向传热以及热源项对热流体加热产出流体的影响。使用有限体积法对模型进行求解,并分析了热流体入口温度、热流体流量、热流体加热深度、产液量对产液温度的影响规律,以及这4个因素发生变化时对产液温度的影响程度。通过与现场实测数据及其他模型进行对比,验证了文中建立的温度模型的准确性。研究结果表明,热流体入口温度变化对产液温度的影响程度最大,产液量变化和热流体流量变化的影响程度比较接近,而热流体加热深度变化的影响程度较小。该研究成果对于热流体循环加热开采稠油的现场生产具有指导意义。

稠油采出流体余热回收流动传热特性

为回收稠油热采生产的井口流体余热,采用数值模拟方法,研究稠油井口采出流体在矩形流道内的流场与温度场,分析不同参数对流动传热特性的影响规律,得到流动压降及传热系数计算式。结果表明:不凝气质量分数影响最大,随着不凝气质量分数增加,热交换器传热性能降低,流动阻力增大;当不凝气质量分数>10%后,流动传热特性几乎不再受其影响;进口采出液流速增加、通道水力直径减小,传热性能变强、流动阻力变大;进口温度升高使冷凝段长度降低,热交换器整体压降降低。

稠油火驱油藏封堵气窜用腐殖酸钠冻胶的研制

以腐殖酸钠为成胶剂制备冻胶,评价了高温、高压并伴有烟道气存在的条件下腐殖酸钠冻胶的稳定性,通过流变实验分析了冻胶强度在高温热处理中的变化规律,通过物理模拟测试评价了冻胶的封堵能力,借助Cryo-SEM观察了冻胶的形态,探讨了腐殖酸钠冻胶用于火驱封堵气窜的可行性。实验结果表明,以腐殖酸钠为成胶剂,通过优选催化剂调控成胶时间,可以形成适应120,150,180℃等不同温度条件的耐温冻胶,成胶时间10~75 h可调,冻胶经热处理90 d后脱水率低于20%。该冻胶在高温、高压及存在O_(2)和CO_(2)的条件下仍具有较好的稳定性。使用10%(w)腐殖酸钠、1.2%(w)水溶性酚醛树脂形成的冻胶在0.94μm^(2)的填砂管中的突破压力梯度可达3.95 MPa/m,表现出较强的封堵能力。

辽河油田热采井套管瞬时安全系数计算及优选

辽河油田稠油热采井套管损坏现象频发,注汽过程中套管热应力过高是套管损坏的主要原因,考虑稠油热采工程地质参数对套管规格进行优选是解决该问题的关键。针对此,考虑高温条件下套管屈服强度以及弹性模量变化规律,采用有限元方法建立了温度-压力耦合作用下套管应力计算及分析数值模型,分析了热采过程中套管-水泥环-地层温度场变化规律,并且对该模型进行了验证,计算了温压耦合作用下套管应力动态变化规律,研究了套管规格参数(钢级、壁厚)和工程地质参数(注汽压力、地层力学特性)对套管应力的影响,得到了不同条件下套管安全系数变化规律。研究结果表明:当注汽温度升高时,套管的热应力会显著增加,导致安全系数降低。为了满足更高温度的热采环境,可以采用更高级别和厚度的套管钢材,并根据不同工程场景选择不同的套管钢级和壁厚。在热采井地层弹性模量下降时,套管内壁所受的热应力会减小。为了减小套管所受的热应力,可以调整注汽压力以降低其与地应力之间的压差。研究结果可为辽河油田热采井的套管优选和高温状态下套管的安全性评估提供依据。

硬硅钙石晶须对高温下油井水泥强度的影响

针对稠油热采过程中高温下固井水泥环强度下降严重的问题,以SiO_(2)为硅源,Ca(OH)_(2)为钙源,采用水热合成法制备了硬硅钙石晶须(C_(6)S_(6)H),并将其应用在油井水泥中抑制水泥石在高温下的强度衰退。通过热重分析仪(TG)、红外光谱仪(FTIR)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱仪(EDS)表征了C_(6)S_(6)H晶须的结构。TG分析表明:所制备的C_(6)S_(6)H晶须热稳定性好,在900℃时质量损失仅为3.57%。FT-IR和XRD分析结果表明:所制备的C_(6)S_(6)H晶须晶型完整,结晶度高;通过SEM观察所制备的C_(6)S_(6)H晶须呈针状纤维形态,利用图像处理软件分析C_(6)S_(6)H晶须SEM图,计算得出C_(6)S_(6)H晶须长度范围在1~16μm,长径比范围为15~55。水泥石抗压强度测试结果表明:该晶须材料对水泥石高温下强度的衰退有很好的抑制作用。加砂水泥石养护7 d,养护温度为280℃时的水泥石抗压强度为6.4 MPa,相比100℃时的水泥石抗压强度下降率高达78.8%;而加入C_(6)S_(6)H晶须的加砂水泥石养护7 d,在养护温度为280℃时的水泥石抗压强度为23.2 MPa,相比100℃时的水泥石抗压强度仅下降了48.7%,并且加入C_(6)S_(6)H晶须的加砂水泥石抗压强度在温度超过100℃后始终保持在20 MPa以上。通过全自动压汞仪,SEM分析了水泥石的微观结构,掺入C_(6)S_(6)H晶须的加砂水泥石在温度超过200℃后,C_(6)S_(6)H呈高长径比的针状网络结构并分布在水泥石中,没有出现加砂水泥石中C_(6)S_(6)H堆叠、板结的情况,细化了水泥石的孔径结构,提高了水泥石内部结构的致密性,有效抑制了水泥石高温强度衰退。

多元热流体吞吐开发稠油乳状液稳定性机理

稠油在全球能源格局中占据重要地位,在满足全球不断增长的能源需求方面发挥着重要作用。多元热流体(超临界蒸气、CO_(2)和N_(2))吞吐开发技术能够克服传统蒸气驱能耗高、热利用率低、效果差的问题,已成为提高稠油采收率的前景技术。然而,稠油中的表面活性物质及多元热流体的复杂组分会导致多元热流体吞吐过程中形成稳定且复杂的乳状液,为后续稠油破乳工作带来了巨大挑战。首先通过分析稠油族组分含量、沥青质微观形貌及官能团特性,明确了稠油基本物性。随后,基于含水率、乳状液粒径尺寸分布等参数,探讨了多元热流体吞吐开发稠油乳状液稳定性,并利用扫描电镜和红外光谱技术揭示了乳状液稳定性机制。最终,研究了聚醚型破乳剂对稠油乳状液的脱水效果。为针对多元热流体吞吐技术的高效破乳剂研发提供了理论指导。

海上稠油热采井临界配注工具研究及应用

随着海上稠油热采规模化推进,长水平段热采井普遍存在储层吸汽不均、动用程度差等问题。临界配注工具在一定适用条件下可实现蒸汽恒流配注,有效解决长水平段油藏动用不均问题。通过临界配注机理研究及模拟分析,揭示了临界流动的物性条件、流道几何尺寸要求;研制了采用系列化拉瓦尔喷嘴结构的临界配注工具,室内试验验证具有恒流注汽功能,整体耐温350℃、耐压21 MPa,恒流测试误差小于2%;现场试验表明临界配注工具在高温工况下结构可靠,水平段注汽剖面均匀,有效改善了注汽质量,适合在海上稠油热采井均衡注汽中推广使用。

渤海油田稠油热采开发技术及应用

渤海油田稠油热采经过十多年的摸索,在关键技术攻关和关键设备建造方面取得了重大的突破,探索出了一条适合海上稠油热采的成功之路。本次研究涉及渤海油田稠油热采7个油田,一共实施了67口井蒸汽吞吐和1个蒸汽驱试验井组,通过97井次注热参数统计和开发生产动态分析,发现仅有6井次蒸汽吞吐过程顺利,暴露出了在注热、热采、地质油藏研究等12个方面的问题,在蒸汽吞吐过程中共有167井次事件严重影响了生产;并指出了油井增注、油层压水、防治气窜、油藏增能等注热前预处理的相应技术对策,希望引起高度重视,能够更好地高效开发海上稠油。

海上特超稠油热采井硫化氢成因及治理措施

渤海L油田特超稠油蒸汽吞吐开发过程中产生了较高浓度的H2S,给平台带来极大的安全隐患。通过开展硫元素含量及高温高压热模拟试验研究,分析了硫化氢中硫元素来源及硫化氢生成与原油、储层矿物、地层水、温度之间的关系,同时结合海上平台空间受限及蒸汽吞吐工艺特点,开发了硫化氢处理工艺。结果表明,渤海L油田蒸汽吞吐过程中产生的硫化氢硫元素来源主要为原油,其次为地层水中硫酸根离子,硫化氢的生成受控于受热温度及地层水中硫酸根离子的浓度;开发的脱硫剂及小型化脱硫装置可满足海上热采井放喷及生产过程中硫化氢的处理需求,保障了海上油田安全生产。