重力稳定火烧油层介绍.ppt

重力重力稳定泄油火燃油定泄油火燃油层机理及机理及应用研究用研究任韶然任韶然 中国石油大学（中国石油大学（华东）2011年年1月月1.内容提要内容提要1.重力泄油火重力泄油火烧油油层技技术2.现场试验现场试验介介介介绍绍3.研究目的研究目的4.研究内容和技研究内容和技术路路线5.技技术指指标一、一、课题立立项的必要性分析的必要性分析二、二、课题目目标和任和任务三、三、课题技技术方案方案四、基四、基础条件和条件和优势五、五、课题组织方式及管理机制方式及管理机制六、六、课题预算及筹算及筹资方案方案2.SAGD and Vapex 原原理：水平井理：水平井组组注井：水平井产油井油水油水蒸汽或溶解油气腔蒸汽或溶解油气腔体体(steam or vapour chamber)Unswept zone未被未被驱驱替区替区3.火火烧烧油油层层原理原理注空气井注空气井燃燃烧区区生生产井井冷油区冷油区油焦油焦高温氧化高温氧化400-600 C燃料燃料(焦焦)4.v 反反反反应热应热:37,000 50,000 kJ/kg 37,000 50,000 kJ/kg 37,000 50,000 kJ/kg 37,000 50,000 kJ/kg 原油原油原油原油 蒸汽潜蒸汽潜蒸汽潜蒸汽潜热热:2,000 kJ/kg 2,000 kJ/kg 2,000 kJ/kg 2,000 kJ/kg原油原油热热裂解裂解 升升级级重油重油 轻质轻质油油 +油焦（油焦（CokeCoke）v 驱驱替效率替效率替效率替效率:100%:100%:100%:100%驱驱替效率替效率替效率替效率 :75%:75%:75%:75%v 温度温度温度温度:400 800:400 800:400 800:400 800o o o oC C C C 温度温度温度温度:150300:150300:150300:150300o o o oC C C C 稠油开稠油开发技技术5.火火烧烧油油层层工工艺原理原理高温氧化反高温氧化反应油焦油焦油焦油焦 +O+O+O+O2 2 2 2 =CO CO CO CO2 2 2 2+CO+H+CO+H+CO+H+CO+H2 2 2 20+0+0+0+热热量量量量重重重重质质油油油油 +O+O+O+O2 2 2 2 =CO CO CO CO2 2 2 2+CO+H+CO+H+CO+H+CO+H2 2 2 20 +0 +0 +0 +热热量量量量高温氧化反高温氧化反高温氧化反高温氧化反应过应过程程程程火火烧油油层原油原油原油原油热热裂解：裂解：裂解：裂解：重重重重质质油油油油 =轻轻油油油油 +油焦油焦油焦油焦6.Air Injection wellProducer wellIdeal Case(dry Combustion)Combustion front propagationCombustion front propagation火火烧烧油油层层-机理机理7.Ideal Case(dry Combustion)Burger.J.G.et al:Thermal Methods of Oil Recovery,Insitut Fracncais du Petrole Publications,(1985).vvTwo dimensionTwo dimensionCombustion front propagation最大波及最大波及效率效率 62%火火烧烧油油层层-机理机理8.Air,O2,Air+H2O,Cycles,etc.SweptzoneCombustionzoneReactionzoneCoolzoneOverride-气气顶窜顶窜ChannelingWellburnoutShearGasbreakthrough现场经验(1965-1985)Old Combustion Concepts(Courtesy of Prof.M.Dusseault)99.Oil bank(油聚集油聚集)反反应降低降低-fail!传统传统火火烧烧油油层层工工艺艺10.重力重力稳定泄油定泄油11.传统的的ISC井位布局：井位布局：长井距井距InjectionwellVerticalproducerwellSAGD and VAPEX：短井距：短井距InjectionwellHorizontalproducerwell水平井火水平井火烧油油层新工新工艺t1t2t3t4InjectionwellHorizontalproducerwell12.水平井火水平井火烧油油层Mobile oil zone(MOZ)Air&WaterCombustion zoneProducer wellInjection wellCold Heavy OilCoke zoneToeHeel13.14.Cold Heavy Oil注气井Air生产井ToeHeel水平井火水平井火烧油油层15.Producer wellToeCold Heavy OilCoke zoneInjection wellMOZHeel水平井火水平井火烧油油层起动点火16.Cold Heavy OilToeHeelInjection wellCoke zoneMOZProducer wellHeavy residual/coke水平井火水平井火烧油油层17.注气井注气井-生生产井井 井距短井距短重力重力稳定定驱替替减少气减少气窜顶适用于不流适用于不流动的超稠油的超稠油水平井火水平井火烧油油层高效的燃高效的燃烧过程程18.英国英国Bath大学大学THAI火火烧油油层实验研究研究19.20.GasAnalysersAirN2H2OControllerPCA/DinterfaceD/AinterfaceGas/LiquidSeparationSamples3-Dcell21.火火烧油油层实验油砂填充Injection well温度测试22.0cm20cm40cm50cm60cm10cmCoke Zone53cm 60 cm油焦在油管内沉淀油焦在油管内沉淀23.实测的温度的温度场:11 小小时HorizontalproducerInjectionwell水平井火水平井火烧油油层实验Verticalmid-plane24.Horizontalmid-planeVerticalmid-planeHorizontalproducerCokedeposit水平井火水平井火烧油油层实验25.稳稳定的燃定的燃烧过烧过程程 top-Burning Combustion fronttop-Burning Combustion front(a)t=35 min(b)t=120 min(d)t=600 min(c)t=360 min水平井火水平井火烧油油层实验26.Run 2000-01Run 2000-01产油率：油率：Athabasca Tar Sand Bitumen27.实测实测的的产产出油出油API 重度重度(干干烧烧及湿及湿烧烧)：Wolf Lake oil(viscosity 50,000 mPa.s).28.火火烧烧油油层过层过程中程中产产油的油的API重度重度变变化：化：Athabasca tar sand.CatalyticNon-catalytic29.油藏数油藏数值值模模拟拟30.模模拟实验拟实验室室实验实验：温度：温度场场 (600 min)31.实验实验室室实验实验模模拟拟：氧气分布：氧气分布场场32.实验实验室室实验实验模模拟拟：产产油量及油重度油量及油重度变变化化33.油田模油田模拟拟：温度：温度场场34.燃燃烧过程程稳定定 驱替效率高：替效率高：80-85%OOIP80-85%OOIP产 出出 油油 品品 位位 升升级 ：6-8 6-8 o oAPIAPI空气可空气可注性高，注性高，产油率高油率高可用于有气可用于有气顶和底水的油藏和底水的油藏水平井火水平井火烧油油层工工艺特点特点35.现场试验现场试验(Pilot)PetroBank Ltd.Canada36.现场试验现场试验,PetroBank Ltd.Canada三组井,100m间隔水平井段水平井段长500m,井井深深 500m油油层厚厚10m19口口 观观察井察井：P/T沥青青质油砂油砂,API o8设计产油油 629 桶桶/天天产水水189 桶桶/天天注气量注气量3百万百万ft3/天天空气空气/油比油比1500 m3/m3总总投投资资$3千万千万*地面设备：空气压缩机,移动蒸汽发生器，分离装置，管线37.风险风险及安全及安全问题问题n空气突破到水平井？空气突破到水平井？n高温高温对生生产井井结构的影响？构的影响？n腐腐蚀n点火点火及重新及重新点火点火n注气井：可注性注气井：可注性n生生产井井:pump?气气举?n注空气安全？注空气安全？38.加加PetroBnak公司公司THAI现场试验设计：设计了了3组井井,100m间隔隔水平井段水平井段长500m,井深井深 500m油油层厚厚10m19口口 观察井：察井：测试P/T沥青青质油砂油砂,API o8设计产油油 629 桶桶/天天产水水189 桶桶/天天注气量注气量 3百万百万ft3/天天预计空气空气/油比油比1500 m3/m3燃燃烧前注蒸汽前注蒸汽2个月，将地个月，将地层温度提高到温度提高到200C，同同时建立注入井和水平建立注入井和水平产井的通道。井的通道。39.现场试验方案方案设计40.41.现场试验结果（果（WHITESANDS THAI Field Pilot）总井数：三井数：三对目目标油藏：砂厚大于油藏：砂厚大于20m；生生产井：水平段井：水平段长度度500-700m，井距，井距100m注入井：垂直井，与生注入井：垂直井，与生产井距离井距离18m。其它井：其它井：10口口观测井，井，测量量17处温度及温度及2处压力力预热阶段：段：2006年年3月月7月，注采井均注，累月，注采井均注，累积注入注入8000m3蒸汽蒸汽开开发效果：效果：2006年年12月，空气注入速率月，空气注入速率90,000m3/day，燃，燃烧前前缘温度温度700800，氧气含量，氧气含量0%，未未“短路短路”窜出，含水率出，含水率85%降降至至70%后逐后逐渐降至降至50%，日，日产液量液量159m3，出砂率低于，出砂率低于1%。42.43.44.45.FIVE RIVER PHASE PROJECT：1、地、地质情况：情况：孔隙度孔隙度 34%，渗透率渗透率 50008000md，垂向渗透率，垂向渗透率0.9倍倍IJ方方向向 饱和度和度80%2 2、点火方式、点火方式-加加热后后自燃：注蒸汽自燃：注蒸汽3 3个月加个月加热地地层（100100),),注空气自燃注空气自燃3、布井方式布井方式总井数井数18对，4个平台个平台生生产井：井：18口，水平井段口，水平井段长500-700m，间距距125m；距油；距油层底部底部2m；射孔；射孔210到到215m注入井：注入井：18口，距油口，距油层底部底部20m；射孔；射孔225 到到235m四、注入四、注入设计预热阶段：蒸汽段：蒸汽75m3/day 3个月个月燃燃烧生生产阶段：生段：生产井注蒸汽井注蒸汽10m3/day维持井温；空气注入速率：随燃持井温；空气注入速率：随燃烧面面积扩大，由大，由10,000 m3/day升高至升高至125,000m3/day；46.1 1、注气井注气井-生生产井井距短，井井距短，联通性好，通性好，适合于高粘（不流适合于高粘（不流动）稠油；）稠油；2 2、重力、重力稳定泄油（定泄油（驱替），减少气替），减少气窜和超覆；和超覆；有助于有助于维持高效的燃持高效的燃烧过程；程；3.3.与水平井与水平井结合，合，单井控油和泄油空井控油和泄油空间大，大，油藏油藏综合采收率高合采收率高工工艺特点：特点：47.研究要点研究要点48.研究目研究目标1、针对目目标区区块，根据火，根据火烧油油层机理和工机理和工艺要求，要求，通通过加速加速热力力计（ARC）、燃）、燃烧管和三管和三维模型模型实验，测定原油燃定原油燃烧反反应动力学参数及反力学参数及反应热焓，建立目，建立目标区区块燃燃烧反反应动力学模型，力学模型，进行可燃性行可燃性评价。价。2、根据室内根据室内实验结果，果，进行目行目标区区块的油藏数的油藏数值模模拟研究，模研究，模拟和和监测燃燃烧前前缘的的发展及油藏展及油藏动态，提，提出水平采油井出水平采油井设计、采油工、采油工艺和火和火烧前前缘监测方案，方案，为矿场方案制定提出指方案制定提出指导性的意性的意见。49.主要研究内容：主要研究内容：1.目目标油藏原油可燃性和高温氧化反油藏原油可燃性和高温氧化反应可持可持续性性评价价 2.燃燃烧-高温氧化机理研究高温氧化机理研究 3.高温氧化反高温氧化反应动力学及数力学及数值模模拟方法方法4.火火烧前前缘监测技技术5.油藏油藏筛选和适和适应性研究性研究6.重力重力稳定泄油火定泄油火烧油油层工工艺设计和方案和方案优化化50.主要研究内容：主要研究内容：1.目目标油藏原油可燃性油藏原油可燃性评价和高温氧化反价和高温氧化反应可持可持续性性评价价 通通过加速加速热力力计（ARC）在近）在近绝热条件下，条件下，进行目行目标油藏的可燃性油藏的可燃性评价价实验，评价目价目标油藏原油的可燃性和高温氧化反油藏原油的可燃性和高温氧化反应的可持的可持续性，即性，即对一定量原油从低温到高温一定量原油从低温到高温连续加加热，测试氧化反氧化反应产生的温度生的温度变化，化，分析从低温氧化到高温氧化的分析从低温氧化到高温氧化的转化的可持化的可持续性，性，计算放算放热量，量，评价高温价高温燃燃烧的的稳定性。定性。2.燃燃烧-高温氧化机理研究：高温氧化机理研究：结合合ARC实验结果，果，进行静行静态氧化反氧化反应实验，分析原油燃，分析原油燃烧前后的前后的组分（采用色分（采用色谱和和4组分方法分方法-饱和和烃、芳香、芳香烃、胶、胶质和和沥青，分析参与青，分析参与燃燃烧的的组分。分。通通过进行一行一维燃燃烧管或三管或三维填砂模型填砂模型实验，研究原油高温氧化反，研究原油高温氧化反应的的产物和反物和反应中温度中温度变化，分析燃化，分析燃烧机理、反机理、反应物和物和产物、反物、反应热焓。单组分反分反应实验：进行不同行不同饱和和烃、蜡和、蜡和沥青的氧化青的氧化实验，在不断加，在不断加温温过程中，程中，测试其低温氧化其低温氧化-高温氧化高温氧化转化的化的过程，程，评价保持价保持稳定燃定燃烧的的可行性，分析参入高温氧化反可行性，分析参入高温氧化反应的的组分。分。51.主要研究内容：主要研究内容：3.3.高温氧化反高温氧化反应动力学及数力学及数值模模拟方法方法 根据物理模根据物理模拟实验的的拟合，确定数学模型中的裂解和氧化反合，确定数学模型中的裂解和氧化反应相关参数；提出适用于重力相关参数；提出适用于重力稳定泄油火定泄油火驱技技术油藏数油藏数值模模拟的的燃燃烧动力学模型。力学模型。建立目建立目标区区块的油藏数的油藏数值模模拟模型，研究重力模型，研究重力稳定泄油火定泄油火驱技技术对地地质参数（合理厚度界限、油品性参数（合理厚度界限、油品性质、不同物性、不同物性Kv/KhKv/Kh等）等）的敏感性；的敏感性；进行注采系行注采系统优化研究（注采井平面、化研究（注采井平面、纵向匹配关向匹配关系系优化、注采参数化、注采参数优化），研究化），研究试验井井组的开的开发指指标：包括泄：包括泄油空油空间大小、火大小、火烧前前缘温度、水平井段温度、温度、水平井段温度、产液和液和产气量等，气量等，为采油工采油工艺设计提供依据。提供依据。4.4.火火烧前前缘监测技技术 研究不同的火研究不同的火烧前前缘监测技技术的的应用，包括用，包括监测井井测试、物、物质平衡分析、失踪平衡分析、失踪剂测试分析、微地震分析、微地震监测等技等技术，结合油藏数合油藏数值模模拟结果，提出果，提出现场监测方案。方案。52.主要研究内容：主要研究内容：5.5.油藏油藏筛选和适和适应性研究性研究 通通过调研、室内研、室内实验和和现场经验，提出，提出重力重力稳定泄油火定泄油火烧油油层工工艺的的油藏油藏评价及价及选择方法，研究方法，研究其其油藏适油藏适应范范围和条件，和条件，包括包括油藏油藏类型、型、油油油油层层厚度、埋深、渗透率、厚度、埋深、渗透率、厚度、埋深、渗透率、厚度、埋深、渗透率、非均非均非均非均质质特性、特性、特性、特性、油油油油层压层压力、原油力、原油力、原油力、原油粘粘粘粘度、油度、油度、油度、油水水水水饱饱和度和度和度和度等参数。等参数。等参数。等参数。6.6.重力重力稳定泄油火定泄油火烧油油层工工艺设计和方案和方案优化化 根据油藏数根据油藏数值模模拟结果，提出空气注入直井和水平采油井果，提出空气注入直井和水平采油井的的设计，研究火，研究火烧高温高温对采油井管柱的影响和高温防采油井管柱的影响和高温防护技技术，分析泄油和气体通道，提出采油技分析泄油和气体通道，提出采油技术方案。方案。研究注入的空气在油藏内的流研究注入的空气在油藏内的流动和和窜流流规律，及防止空气律，及防止空气从水平井短路从水平井短路窜出；水平井井身出；水平井井身设计及防高温及防高温损害技害技术53.关关键技技术1.原油可燃性及高温氧化反原油可燃性及高温氧化反应的可持的可持续性（性（评价）价）2.油油层预热及点火工及点火工艺3.防止注入的空气直接从水平井防止注入的空气直接从水平井“短路短路”窜出出4.水平井井身水平井井身设计和防高温和防高温损害技害技术5.火火烧前前缘监测与井内温度与井内温度测试技技术54.实验设备加速加速热力力计（ARC）和）和热重差重差热力力计（TG/DSC）ThermoGravimetric/Differential Scanning Calorimeter1.高高压高温高温长氧化管（氧化管（f1f10cm，长2m，10MPa）2.三三维低低压火火烧油油层模型模型 （1.0 x1.0 x0.3m高）高）3.原油原油组分及分及产气气组分分析分分析仪器器设备：原油：原油4组分分析、分分析、质谱分析、色分析、色谱仪、氧气、氧气、CO2、CO和和H2S分析分析仪等等55.温箱热电偶油样/岩样压力力传感器感器空气注空气高温氧化注空气高温氧化静静态实验装置装置56.气样分析AirN2H2O控制阀数据采集数据采集气液分离器油样3-D模型3维燃燃烧实验设备57.58.