碳酸盐岩油藏稠油井筒降粘工艺技术研究_稠油降粘技术研究进展

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摘要

s碳酸盐岩稠油油藏一般埋藏较深，油藏温度达126℃，原油粘度一般均在3000mPa·（50℃）以上。由于埋藏深、油藏温度高，原油地层条件下，粘度较小，原油在地层条件下，能成功地流入井筒，而在井底向地面流动的过程中，由于温度不断降低，原油粘度不断升高；同时压力的降低，造成原油中的气体、轻质成分不断分异，原油的粘度进一步增大，流动时产生的摩阻使得原油在地层能量下举升到一定高度后无法流动到地面。本文通过国内外井筒降粘工艺的调研，井筒的温度场、压力场和粘度沿井筒分布的研究，确定了最佳的井筒降粘深度点，开展了掺稀、化学降粘和电加热等降粘工艺的优化，针对不同的原油粘度配套了相关的井筒降粘工艺。

关键词：碳酸盐岩，稠油，降粘，举升

目录

目录..................................................................................................................................2 第1章 前言..............................................................................................................................1 1.1 研究的目的及意义......................................................................................................1 1.2 研究内容......................................................................................................................1 第2章 稠油降粘工艺国内外调研..........................................................................................2 2.1 井筒化学降粘原理......................................................................................................2 2.2 电加热降粘原理..........................................................................................................2 第3章 井筒能量平衡与井筒的流态特征..............................................................................3 3.1.井筒中的能量平衡......................................................................................................3 3.2 井筒的流态特征...........................................................................................................5 第4章 井筒掺稀油降粘工艺计算..........................................................................................6 4.1 掺稀油降原理与规律..................................................................................................6 4.1.1 降粘原理............................................................................................................6 4.1.2 降粘规律............................................................................................................6 第5章 结论..............................................................................................................................7 参考文献....................................................................................................................................8 致

谢..................................................................................................错误！未定义书签。

第1章 前言

1.1 研究的目的及意义

最近几年之内，碳酸盐岩油藏勘探开发在国内储层勘探中取得了突破，成为我国陆地石油开发的主要上产阵地。在多数已经探明的碳酸盐岩油藏中，中至重质原油占比例交大。由于油藏埋藏深、成藏的多批次及碳酸盐岩油藏的特殊性，造成油井原油物性差异变化大，相邻油井的原油性质即存在较大的差异，同一油井在不同的开采阶段，原油性质也会发生一定的变化，对采油工艺制定和实施提出了更高的要求。

为适应稠油油藏的开发要求，先后形成了许多稠油开采工艺技术系列，如掺稀自喷、掺稀机械采油工艺、电热杆降粘工艺和水力喷射泵降粘举升工艺、化学降粘辅助举升工艺等。

随着稠油井开井数的不断增加，对各种稠油采油工艺的配套和优选的要求日益迫切。通过稠油开采工艺室内理论研究，将增加稠油开采工艺的适用性，提高工艺的针对性，有效实现稠油油藏的高效开发，实现开发经济效益的最大化。

1.2 研究内容

通过国内外稠油井筒降粘工艺的调研，结合稠油采油工艺现状，开展井筒降粘配套工艺技术研究，对目前降工艺进行优化和完善，形成适合于稠油降粘的稠油开采工艺技术系列。

1）稠油降粘工艺国内外调研

开展国内外稠油降粘工艺技术调研，了解国内外稠油降粘工艺的研究的新进展。2）原油组分及原油物性分析

对稠油开展组分及原油物性分析，开展原油粘温关系、流变性及原油含水对粘度变化规律研究，确定最佳的原油降粘温度、不同含水率下的降粘方式及最佳的井筒降粘深度。

3）井筒传热与流动规律计算

开展井筒传热方面的研究，建立井筒流态特征研究，确定电加热降粘、掺稀油降粘的方式及降粘工艺参数。

4）不同降粘工艺的分析与评价

结合原油流变性、井筒温度场、压力场研究结果，结合不同降粘工艺的模拟研究结果，对井筒降粘工艺进行分析评价，并对工艺进行完善和配套。

第2章 稠油降粘工艺国内外调研

目前国内外在稠油开采过程中常用的井筒降粘工艺主要有：掺化学剂乳化降粘工艺、电加热降粘工艺及掺稀油降粘工艺。

2.1 井筒化学降粘原理

井筒化学降粘技术是通过向井筒流体加入化学药剂，使流体粘度降低的稠油开采技术。其作用原理是：在井筒流体中加入一定量的水溶性表面活性剂溶液，使原油以微小的油珠分散在活性水中，形成水包油乳状液或水包油型粗分散体系，同时活性剂溶液在油管壁和抽油杆表面形成一层活性水膜，起到乳化降粘和润湿降阻的作用。

其主要的降粘机理如下：

由于原油中含有天然乳化剂（胶质、沥青质等），当原油含水后，易形成W/O型乳状液，使原油粘度急骤增加。原油乳状液的粘度可用Richarson公式表示：

0

（2-1）

式中，为乳状液粘度；0为外相粘度；为内相所占体积分数；为常数，取决于，当≤0.74时为7，≥0.74时为8。

从式中可看出，对于W/O型乳状液，由于乳状液的粘度与油的粘度成正比，并随含水率的增加而呈指数增加，所以含水原油乳状液的粘度远远超过不含水原油的粘度；而O/W型乳状液，由于乳状液的粘度与水的粘度成正比，与原油含水率的增加成反比，而水在50℃的粘度仅为0.55mPa.s，远远低于原油的粘度，而且含水越高，原油乳状液粘度越小。所以如果能设法将W/O型乳状液转变成O/W型乳状液，则乳状液的粘度将大幅度降低。

对于原油来说，含水小于25.98%时形成稳定的W/O型乳状液，含水大于74.02%时形成稳定的O/W型乳状液，在25.98%～74.02%范围内，属于不稳定区域，可形成W/O型，也可形成O/W型。但由于原油存在天然的W/O型乳化剂，所以一般形成W/O型单方面液，使原油粘度大幅度增加。乳化降粘就是添加一种表面活性剂或利用稠油中所含有的有机酸与碱反应，生成表面活性剂，其活性大于原油中天然乳化剂的活性，使W/O型乳状液转变成O/W型乳状液，从而达到降粘的目的。

2.2 电加热降粘原理

目前国内外油田应用的电加热采油方式主要有电热杆加热、电缆加热、电热油管加热三种方式。其工作原理是通过对井下电加热工具供电，将电能转化为热能，使井下电

加热工具发热，提高井筒原油的温度，利用稠油粘度的温度敏感性，降低原油的粘度，提高原油的流动性，使油井恢复生产能力。

产液粘度（mPa.s）

未电热产液粘度（mPa.s）******9601280井深（m）电加热160000未电热***000电加热3206409601280井深（m）图2-2 电加热降粘工艺对温度及粘度的影响

一般而言，高粘原油的粘度对温度更敏感，随着温度的升高，原油粘度呈明显下降的趋势。在通常的油藏加热温度范围内，温度升高10℃，稠油的粘度下降50%。另外，高粘原油的凝固过程是随温度降低，粘度增大，最后失去流动性的渐变过程，而一般原油在反常点以下呈突变过程，这表明高粘原油的加热降粘效果比一般原油更显著。

在电加热降粘技术采油设计中，关键是确定加热深度和加热功率及电加热降粘技术对油井的适应性。

电加热选井时，应选择含水较低的井，发挥电加热优势，提高加热井的经济效益。

第3章 井筒能量平衡与井筒的流态特征

3.1.井筒中的能量平衡

油层产出的油气混合物从井底上升时，历经散热、脱气及气体膨胀、析蜡等过程，产液的粘度、密度和产出气的体积、粘度等随着产液在井筒的流动相应的发生变化，所以，有必要对产液在井筒的流动规律（即压力和温度的分布）进行精确计算。

在井筒上截取dl长的微元，并坐标l的正方向向上，进行能量平衡的分析（如图3-1）。假设脱气及气体膨胀做功与油气的举升相抵消，又假设析蜡放出的热均匀分布于全井筒，并作为内热源，则可写出能量平衡方程式：

向地层散热量＋举升功－析蜡放热＝产液内能的改变量

kdtmldlGfGggdlqdlGfCfGgCgd

（3-1a）'o又可简化为：

kl 'tomldlGfGggdlqdlWd

（3-1）



图3-1 井筒微元之能量平衡

式中：kl为从油管中的流体至地层间单位管长的传热系数，W/(m·℃)，klkd，k也是传热系数，但针对1m2油管表面积而言，W/(m2·℃)；为油管中油气混合物的温'度，℃；to为井底原始地层温度，℃；m为地温梯度，℃/m，通常，m=0.02～0.035℃/m；l为从井底至井中某一深度的垂直距离；q为通过油管的石油析蜡释放出的溶解热，作

为内热源强度，对含蜡很高的原油，内热源作用不可忽略，W/m；Gf,Gg为产出石油和伴生气通过油管的质量流率，Kg/s；GfGggdl为油气混合物的举升功，实际上可忽略不计；WGfCfGgCg为称为水当量，而Cf,Cg相应为石油及伴生气的比热，J/(Kg·℃)。

在忽略举升功后，上式的解为：

CekllW'tomlWmkq

（3-2）

ll'上式的边界条件是，在井底，l0,t0，而

CWmq

lklWm而，qlklkl'1Wltoml

（3-2a）e实际上，一般的原油中的含蜡量不超过30%，析蜡的影响可忽略不计，得到：

kWmll'1eWtoml

（3-2b）kl 4

对于斜直井，井筒中产出的流体温度分布仍按(3-2a)式计算，仍取垂直方向长度l为自变量，但同样垂直长度，倾斜的井筒散热表面积要比垂直 的大，这可在传热系数上加以修正，即用kL代替kl，这里kLkl。同理，水平井的弯曲段可以把它分为若干cos个倾斜的直线段，分段按斜直井的方法计算温度的变化。

3.2 井筒的流态特征

3.2.1 气体的粘度（游离气）

气体的粘度随压力和温度变化：



（3-29）gK104expxgx3.5547.780.01M

（3-30）TM28.96g

（3-31）

1.59.40.02M1.8T

（3-32）K20919M1.8T2.40.2x

（3-35）

式中，g为气体的相对（干空气）密度；T为气体的绝对温度，K。3.2.2混合物的粘度（油、气、水）

mlElg1El

（3-36）

Elql

（3-37）qlqg

（3-38）

qgp0TZRpRsq086400PT0qlq0B0

（3-39）86400式中，Z为天然气压缩因子；

P0、T0为标准状况下的压力(MPa)、温度(K)；

P、T为计算段的平均压力(MPa)、温度(K)；

q0为日产量，m3/d。

在采用掺稀降粘工艺计算井筒流态特征时，先计算稠油与稀油混合时的混合物的粘度，再计算油、水混合物的粘度，计算油、气、水三相流的粘度。一般当稠油和稀油的粘度指数接近时，混合油粘度符合下式。

lglg混xlglg稀(1x)lglg稠

（3-40）

式中，混、稀、稠分别为混合油、稀油及稠油在同一温度的粘度，mPa·s；x为稀油的质量分数。

第4章 井筒掺稀油降粘工艺计算

掺稀工艺就是指通过油（套）管向井内注入热轻质油，与井内稠油混合，稀释从地层流入井筒的原油，使稠油粘度降低，从而实现稠油开采的目的。实施掺稀工艺的依据为：1）稠油在高温下有较好的流动性，能够与稀油很好的混合；2）稠油掺稀后能大幅度降低粘度，减小井筒流动阻力，缓解抽油设备的不适应性。室内掺稀实验结果表明，通过原油掺稀，稠油粘度能够降低90%以上；3）用相应管柱使稀油在井底与稠油混合，降低混合油粘度，并一定程度上降低了生产液的回压，采取合理生产制度，使稠油能够实现连续生产。

掺稀油降粘时，掺入稀油的比例、掺入温度、混合效率等对降粘效果都有一定影响，掺入稀油的比例越高，温度越高，混合时间越长，降粘效果越好。考虑到举升成本，应尽可能地减少稀释比。

4.1 掺稀油降原理与规律 4.1.1 降粘原理

一般当稠油和稀油的粘度指数接近时，混合油粘度符合式（4-1）。

lglg混xlglg稀(1x)lglg稠

（4-1）

式中，混、稀、稠分别为混合油、稀油及稠油在同一温度的粘度，mPa·s；

x为稀油的质量分数。

4.1.2 降粘规律

（1）轻油掺入稠油后可起到降粘降凝作用，但对于含蜡量和凝固点较低而胶质、沥青质含量较高的高粘原油，其降凝降粘作用较差。

（2）所掺轻油的相对密度和粘度越小，降凝降粘效果也越好；掺入量越大，降凝降粘作用也越显著。

（3）一般来说，稠油与轻油混合温度越低，降粘效果越好。混合温度应高于混合油的凝固点3~5℃，等于或低于混合油凝固点时，降粘效果反而变差。

（4）在低温下掺入轻油后可改变稠油的流型，使其从屈服假塑性体或塑性体转变

为牛顿流体。

第5章 结论

目前主要的机械采油工艺有螺杆采油、抽稠泵采油、电潜抽稠泵采油、管式泵采油和复合采油等工艺，从目前生产情况来看，自喷采油掺稀降粘效果好，但稀油资源有限，随着稠油区的不断探明将不能满足需求。

1）国内外调研分析表明：化学降粘、电加热是目前主要的井筒降粘工艺，同时也适用于塔河油田稠油油藏的开发。

2）通过井筒流动与传热规律的研究，确定了不同降粘工艺参数的计算模型，为井筒降粘工艺设计提供了技术基础。

3）不同降粘工艺的适应性分析表明，目前采取的井筒掺稀油降粘工艺可行，掺入深度、掺入比合理。对于自喷井，采用套管掺、油管采的方式更合理。对于含水≥45%的机抽井，应采用化学降粘工艺进行井筒降粘。对于油田边远的单独油井，电加热可作为主要的降粘工艺。

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