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稠油冷采增产技术研究【摘要】八面河稠油资源分布广泛，储层差异大，开采效果较差，尤其是二类稠油开采难度大，单井产量低，除蒸汽吞吐外，冷采开发一直未突破核心和关键技术，严重制约了这类资源开采效果和效益，随着稠油蒸汽吞吐轮次逐渐增加，选井难度越来越大，成本不断增加，低油价条件下，亟需攻关低成本、低风险的冷采开发接替技术来实现稠油井增产。
关键词:稠油冷采增产稠油井常规开产普遍低产低液，主要原因是地层状态下原油的粘度较高，在地层中流动性差，在井筒中举升困难，光杆不同步现象普遍，管理难度大，导致油井不能正常生产，开采效率低。
针对稠油井存在的问题，主要开展三个方面的研究内容：一是开展井筒稠油流变特性研究；二是根据稠油流变特性研究得出的结论，开展掺水加药降粘工艺效果评价，形成了适合八面河油田稠油油井的掺水降粘工艺；二是开展稠油冷采增产工艺技术研究（开展包括微生物采油、提高大斜度稠油水平井生产压差等稠油增产技术研究），取得适合八面河油田稠油冷采增产的认识。
一、开展井筒稠油的流变特性研究（一）深度与温度的关系八面河油田稠油油藏埋藏深度一般在800-1300米，根据常规油管的井筒温度分布公式，可以计算出井筒内各个深度的液体温度。
常规油管的井筒温度分布公式：T0为地表层温度，东营平均14℃；x为计算点深度，m；m为地温梯度，℃/m；Ke为传热系数，一般为1.12w(m. ℃)C为混合液的比热容，J/（kg. ℃）；W为混合液质量流量，kg/s；q为产液量，m3；ρ为产液密度，kg/ m3从公式可以得出八面河油田稠油油藏地层原油温度约62℃。
（二）温度和含水对稠油粘度的影响原油粘度随着温度的升高而降低，取样在不同温度、不同含水情况作粘度测试实验，从实验数据可以看出，含水越高，油水两相粘度越低，含水在70%的时候粘度降幅最大。
表2稠油油水两相流体粘温关系（三）管道含水分析实验利用管道加热器，对管道中油样，在不同温度下进行含水分析。
稠油开采防砂技术及影响因素的探讨稠油开采是指对粘度较高的稠油进行开采和生产的一种技术，稠油一般指原油的粘度在1000mPa·s以上的一类原油。
稠油储量较大，但开采难度也较大。
在稠油开采过程中，砂是一个常见的问题，因为砂会造成管道堵塞、设备磨损和生产能力降低。
防砂技术在稠油开采中显得尤为重要。
本文将就稠油开采防砂技术及其影响因素进行探讨。
一、防砂技术1. 物理方法物理方法是指利用物理手段来防止砂进入生产设备。
物理方法通常包括沉降器、旋转器和筛网等装置。
沉降器通过重力和液体的阻力将砂颗粒沉降到底部，以达到过滤的目的。
旋转器则通过离心力将悬浮颗粒分离出来，起到分离砂和液体的作用。
筛网则是通过网孔的大小来阻止砂颗粒进入管道，达到过滤的效果。
2. 化学方法化学方法是指利用化学药品来改变砂颗粒表面的性质，使其在液体中难以悬浮或沉淀下来。
常用的化学方法包括表面活性剂和聚合物等。
表面活性剂可以使颗粒之间的吸附力减小，从而使粘合在一起的沙粒被分散开来，减小对设备的损害。
而聚合物可以增加液体的黏度，使得砂颗粒在液体中难以分散，从而减少对设备的侵蚀。
3. 机械方法机械方法是指通过机械装置来对砂颗粒进行分离和处理。
常用的机械方法包括离心分离、筛选和除磁等。
离心分离是通过离心力将砂颗粒和液体分离开来，从而防止砂颗粒进入生产设备。
筛选则是利用筛网将砂颗粒分离出来，达到过滤的效果。
除磁则是利用磁场将磁性颗粒分离出来，减少对设备的磨损。
二、影响因素1. 地质条件地质条件是稠油开采防砂技术的重要影响因素。
地质条件包括地层结构、岩性和沉积环境等。
不同的地质条件会导致砂含量、颗粒大小和分布不同，从而影响防砂技术的选择和实施。
3. 生产设备生产设备是稠油开采防砂技术的重要影响因素。
生产设备包括沉降器、旋转器和筛网等。
不同的设备对砂的分离效果不同，从而影响防砂技术的实施效果。
稠油开采防砂技术是稠油开采中至关重要的一环。
物理方法、化学方法和机械方法是常用的防砂技术，而地质条件、生产工艺和生产设备是影响防砂技术选择和实施的关键因素。
摘要所谓“冷采”，是指应用特殊的操作工艺和泵抽设备，刺激油层出砂，开采稠油油藏。
稠油冷采鼓励疏松砂岩稠油油藏大量产砂，相当于改变了井眼的几何形态，产生“蚯蚂洞”和膨胀带，也可能产生洞穴。
同时，原油呈连续泡沫状产出，像巧克力糊，说明原油在地下就产生了泡沫溶解气驱。
由于溶解气稳定存在于泡沫中而不逸出，较好地保持了油藏压力，其结果是导致原油产量和采收率非常高。
S．Chugh等人在其最近发表的一篇文章中(稠油开发的主导技术之一—冷采)，对稠油冷采之所以高产的机理进行了深入研究，并提出了适合冷采的油藏类型。
本文中，将这些机理有关的基本概念扩展到实际工作中，即采用直观的模拟方法，应用现有的黑油油藏模型器，改换输入数据即可。
重要的是，这些方法已成功地用来拟合了加拿大西部常规稠油油藏的冷采生产动态。
通过历史拟合模型，可以用这些方法对油井将来的冷采参数进行优化设计，并计算出更可靠的最终采收率。
同时，还可以用这些方法进行敏感性研究，包括不同油藏参数和操作参数(如油藏压力、日产量等)敏感性研究，以及冷采压力消耗后对以后的二次采油和三次采油的影响。
关键词：冷采，蚯蚂洞，历史拟合模型，采收率目录第1章前言 (1)第2章地质力学影响 (2)2.1 地质力学影响 (2)2.2 地质力学方法 (3)第3章流体影响 (4)3.1 泡沫油机理的作用 (4)3.2 不同的观点 (4)第4章油田选择 (6)第5章油藏模型描述 (7)第6章开采历史拟合 (10)6.1 TMF与日产油量 (10)6.2 日产气量 (11)6.3 日产水量 (11)第7章模型敏感性研究 (12)7.1 模型对粘度的敏感性研究 (12)7.2 模型对压缩性的敏感性研究 (12)7.3 模型对TMF的敏感性研究 (12)第8章结论 (13)参考文献 (14)谢致 (15)评语 (16)第1章前言在过去的近十年时间里，有很多作者写过文章，对稠油生产过程中溶解气驱现象进行过探索。
稠油冷采开发技术对于稠油油藏来讲,排砂冷采是指在没有人工能量补充的条件下,依靠天然能量,并通过调节压差使地层达到出砂,同时又保持地层骨架不被破坏,从而大幅度改善地层的渗透率,达到提高产量的过程。
此过程由于有少量天然气的存在,通常伴随着泡沫油的形成,泡沫油在排砂采油的过程中起到了提供能量、降低粘度和携砂的作用。
稠油冷采的主要做法是,不注蒸汽,也不采取防砂措施,而是在射孔后直接应用螺杆泵进行采油。
因此它具有开采工艺简单、生产成本低、适用范围广的优点,根据加拿大和河南油田的实践经验,一般单井日产油可达8ｔ以上,采收率可达8%～15%。
1 提高采收率机理多数稠油排砂冷采的实践者认为，冷采之所以能够大大地提高单井产量，主要依赖以下机理：(1)大量出砂形成“蚯蚓洞网络,使油层孔隙度和渗透率大幅度提高,极大改善了油层的渗流能力;(2)稳定的泡沫油使原油密度变得很低,从而使粘度很大的稠油得以流动;(3)由于油层中产出大量砂粒，使油层本身的强度降低，在上覆地层的作用下，油层将发生一定程度的压实作用，使孔隙压力升高,驱动能量增加；(4)远距离的边底水可以提供一定的驱动能量。
该技术最好应用于未开发过的新区,但也有许多在老区应用并取得成功的实例。
如加拿大的Ｈｕｓｋｙ石油公司和ＰａｎＣａｎａｄａ石油公司,同时在常规采油的老井中引入冷采技术,在冷采的区块中钻加密井继续进行冷采,结果产量提高幅度达1～6倍(加密井产量达8ｍ3/ｄ),含水下降10～40个百分点。
河南油田在注蒸汽热采的老区钻加密井进行冷采也取得了良好的效果,表现出该技术在老区也具有较好的适应性。
2 出砂冷采主要影响因素（1）出砂的影响一般来说，在生产初期含砂量会很高，通常在20%以上，有的甚至达到40%以。
但在半年至一年后，含砂量会逐渐减少，并趋于稳定，一般为1~3%，而原油产量则稳步上升。
因此要想得到较高的产能，就要做到诱导出砂，激励出砂。
（2）螺杆泵的影响适用于高含砂量和高原油粘度的大排量螺杆泵的应用，是稠油出砂冷采取得成功和高效的最关键因素。
八面河油田螺杆泵稠油携砂冷采工艺的探讨郝轶熊鸿翔刘帅工艺研究所摘要：八面河油田稠油区块具有地层埋藏浅、油层胶结疏松、出砂严重以及油稠等的特点。
对该油藏区块上实施携砂采油的地质条件进行了可行性分析，并对“面120-35-斜5井”实施了携砂冷采工艺，从实验结构分析得出了工艺认识。
该研究表明，该工艺可以解决了地层出砂、排砂的难题，避免了多次防砂导致油井产量下降而不能正常生产的问题，使难动用储量得以成功开发。
但在研究实施过程中也发现了此配套工艺方法的一些局限性，提出了相应的改进建议及措施，以便更充分发掘该技术的作用。
关键词：螺杆泵稠油携砂冷采目前八面河油田稠油区块主要实施热采开发，但热采工艺存在单井投入大，投资风险高，工艺复杂的缺陷。
而且经过多轮次热采后，热采效果逐轮次下降。
稠油区块有相当多的井由于井况、高含水和储层物性差等原因导致热采潜力小，这些井必须进行冷采开发。
为了降低采油成本,提高稠油开采经济效益, 20世纪 90年代,加拿大的一些小石油公司率先开展了稠油出砂冷采的工艺试验。
其主要做法是不注蒸汽,也不采取防砂措施,射孔后直接进行生产,矿场上取得了令人意想不到的效果, “携砂冷采”这一概念正是在这种情况下建立起来的。
经过十几年,特别是近几年的攻关研究，“出砂冷采”技术已进入现场实施阶段,并逐渐进行商业化开采。
本文通过在八面河油田稠油区块地质特性分析，并结合“面120-35-斜5井”实施的4次螺杆泵携砂冷采工艺实验的理论与实际分析，对该工艺在八面河稠油区块实施该工艺的可行性进行了初步的探讨与研究。
一、八面河油田稠油出砂冷采适应性分析出砂冷采技术不采取防砂措施，通过诱导非胶结砂岩稠油油藏的地层大量出砂和形成泡沫油而获得高产油流，具有产油量高和开采成本低的特点。
八面河稠油油藏具有稠油携砂冷采的特点：(1)油层疏松、胶结程度低，且泥质含量较低(低于20％)。
粒度中值小于2mm。
油藏有利于大量出砂，从而能改善流动环境；(2)油层埋深在1000m左右(300～800 m为最佳)，油层压力大，油层胶结疏松，又具有较高的地层能量；(3)油层厚度较厚。
稠油出砂冷采技术研究Ξ罗玉合,孙艾茵,张文彪,周 超(西南石油大学,四川成都 610500) 摘 要:稠油出砂冷采是近年来从加拿大兴起的一项稠油开采新技术。
稠油的开采是缓解原油短缺的重要手段,经济、高效地开发稠油具有重要的现实和战略意义,目前稠油出砂冷采已成为热点。
稠油出砂冷采是使油层大量出砂形成蚯蚓洞网络和形成稳定泡沫油而获得较高的原油产量。
能否应用这一技术进行开采主要取决于储层及原油性质等因素,以及配套的工艺技术。
关键词:稠油;出砂;冷采 20世纪80年代中期,随着国际油价的下跌和轻重油差价的扩大,稠油注蒸汽开采等方法面临着经济上的严重挑战。
为了降低采油成本,提高稠油开采的经济效益,80年代末90年代初,加拿大的一些小石油公司率先开展了稠油出砂冷采。
其主要作法是,不注蒸汽,也不采取防砂措施,射孔后直接应用螺杆泵进行开采,矿场实施取得了意想不到的效果,产油量得到了大幅度的提高。
“出砂冷采”这一概念正是在这种情况下建立起来的。
出砂冷采具有以下优越性:投资少、日产油量高和开采成本低,它通过诱导地层大量出砂和泡沫油的形成而获得高产油流;可作为热采后续开采方式,或者与热采结合以提高稠油油藏采收率;对于浅、薄、散的稠油油藏,由于热损失大,不能采用热采,而出砂冷采则可开发这类难动用的资源。
1 稠油出砂冷采机理稠油出砂冷采能保持长期高产并获得较高的采收率的主要机理是大量出砂形成蚯蚓洞网络和稳定的泡沫油流动。
1.1 大量出砂形成蚯蚓洞网络油层大量出砂后,蚯蚓洞在沿射孔孔道末端的高孔隙度区域形成并延伸,随着大量砂子的不断产出,井筒周围应力发生了不同程度的变化,油层呈现出相应的分带性,蚯蚓洞形成后,经流化带、屈服带和破坏带呈树枝状逐渐向外延伸,形成蚯蚓洞网络。
蚯蚓洞网络形成后,储层孔隙度从30%提高到50%以上,渗透率提高几十倍,极大地提高稠油的流动能力,蚯蚓洞形成和延伸过程中,产油量相对较低,产出液含砂量达10%～60%,蚯蚓洞稳定过程中,产油量提高,而产出液含砂量降至5%以内,并呈逐渐下降趋势。
1.2 稳定泡沫油流动出砂冷采井中的稠油通常都溶解一定量的天然气。
当对油井进行强采时,天然气将从原油中析出,但是这些气体不会马上聚集形成连续的气相,而在向井筒流动的过程中以气泡的形式存在。
当压力不断下降时,气泡不断变大,这时这些气泡形成一个“内部驱动力”,驱动砂浆由地层向井筒流动。
稳定的泡沫油还使原油密度变得很低,从而使粘度很大的稠油得以流动。
泡沫油的存在有以下作用:①产生内部驱动力,将油、气、水和砂子所形成的砂浆驱向井筒,其流速大大高于常规液相流动理论所预测的速度;②泡沫油中的气泡流经孔隙喉道时,将对喉道起堵塞作用,导致局部压力梯度升高,从而使局部拖曳力增加,达到激励地层出砂的目的;③由于井筒中流动的泡沫油密度很低,使得高粘度稠油更加容易携砂。
此外,由于油层中产出大量砂粒,使油层本身的强度降低,在上履地层的作用下,油层将发生一定程度的压实作用,使孔隙压力升高,驱动能量增加,而且远距离的边底水可以提供一定的驱动能量。
2 稠油出砂冷采的适用条件稠油冷采技术适用的油藏范围较广,对于油层厚度、原油粘度和油藏压力没有明显的限制,油藏的埋深以满足螺杆泵的扬程为宜。
只要油层胶结疏松、地层原油中含有一定溶解气量,距边底水较远的稠油油藏均可采用该技术。
2.1 储层条件37 2008年第2期 内蒙古石油化工Ξ收稿日期:2007-08-12作者简介:罗玉合(1982-),男(汉),四川广安人,西南石油大学油气田开发在读硕士,主要从事油气田开发方面的研究。
从机理上讲,油层需大量出砂才能形成良好的蚯蚓洞网络,也是稠油出砂冷采成功并获得高产油流的前提。
稠油油藏一般为砂岩油藏,其胶结疏松,储层物性好,孔、渗、饱参数较高。
因此,就储层而言,储层胶结程度和粒度对出砂冷采效果影响最大,疏松储层和半胶结储层适宜出砂冷采。
储层的埋藏深度与油层压力具有较好的对应关系。
埋藏深度太浅的稠油油藏,由于原始压力低,不利于产生较高的生产压差,难以激励储层初始出砂;而埋藏太深的油藏,井下工艺难以达到出砂冷采需要。
加拿大成功实施的出砂冷采稠油油藏埋藏深度一般在300～760m之间,对应原始油层压力为2.4～6.0M Pa,这也是该技术应用较理想的深度范围。
另外,储层厚度与蚯蚓洞的发育状况及油井产能有关。
一般而言,稠油出砂冷采适应的储层厚度在3m以上,最好大于5m。
但在原油粘度相对较低、储层物性很好的情况下,适应该技术的储层厚度下限可以进一步降低。
2.2 原油条件原油粘度与其携砂能力以及泡沫油的稳定性有关。
原油粘度越高,则携砂能力越强,所形成的泡沫油稳定性越好。
但是,原油粘度太高,其流动性又受到限制。
当脱气原油粘度小于500m Pa・s时,泡沫油持续时间短,稳定性差,且原油本身携砂能力低。
根据国外矿场经验,适合出砂冷采的脱气原油粘度为600～16000m Pa・s。
另外,适合出砂冷采的稠油中应该含有一定的溶解气。
虽然稠油油藏中的溶解气含量相对较低,但它对稠油出砂冷采有着十分重要的影响。
一方面,溶解气有利于形成稳定的泡沫油,泡沫油是出砂冷采不可或缺的因素,含气原油在从油层深处向井筒流动过程中,随着孔隙压力的降低,地层原油中产生大量微气泡形成泡沫油流动,且不断膨胀,为原油流动提供驱动能量,提高稠油的携砂能力;另一方面,溶解气可大大降低原油的粘度,改善其流动特性。
一般认为,溶解气油比为10m3 t左右为宜。
2.3 开采条件油井所处构造部位不同,开采效果差异很大。
一般来说,位于构造低部位或靠近气顶的油井,开采效果较差。
尤其是当蚯蚓洞与边水或气顶连通时,油井往往被迫关井。
因此,油井部署时应从油藏中心部位开始,逐步展开,尽量远离边水和气顶(最好不小于200m);对于靠近边水或气顶部位已完钻的井,应缓投产,以避免边水或气顶气沿蚯蚓洞网络串入油藏内部,危及主体部位的正常开发。
3 技术要求稠油冷采是一种非加热一次采油方式,在稠油储集层中它允许产砂并依靠强力射孔技术和设计精良的螺杆泵系统采油。
3.1 螺杆泵及下入深度要求国内外稠油出砂冷采实践证明,稠油出砂冷采井应尽量采用高转速螺杆泵,这样才能得到更分散、更稳定的泡沫油乳状液,最大程度地提高原油携砂能力,确保油层大量出砂。
稠油出砂冷采过程中,如果泵下得太浅,则油层会在很短的时产内被砂子埋住,抑制砂子和流体的产出,严重降低开采效果,而且此时生产压差和泵吸入口所产生的负压较低,不利于激励油层出砂;如果泵下得过深,则在泵排砂不及时的情况下,泵可能被砂子埋住而使油井被迫停产作业。
国外稠油出砂冷采井普遍将螺杆泵下至油层底部(即泵吸入口位于油层底部,泵体位于油层中部),并通过注入原油携砂等方式及时将砂子举升到地面,防止螺杆泵被砂堵或砂埋。
3.2 射孔技术要求油层大量出砂形成高渗透的蚯蚓洞网络是稠油出砂冷采的重要开采机理。
与此相适应,出砂冷采井必须采用大孔径、深穿透、高密度射孔技术。
采用大孔径射孔的目的是防止孔眼被地层砂形成砂桥堵塞,利于蚯蚓洞的形成和延伸。
室内实验表明:当孔眼直径小于储层颗粒粒径的4倍时,则砂粒容易在孔眼外形成稳定的砂桥,不利于砂子产出和蚯蚓洞的形成;当孔径大于储层颗粒粒径的6倍时,则难以形成稳定的砂桥。
因此,储层中砾石含量较高时,大孔径射孔是必需的。
稠油出砂冷采井普遍地采用32g以至更重的聚能射孔弹,孔径25mm,射孔密度一般大于40孔 m,最密时超过60孔 m,目前所采用的孔密大致为50孔 m。
就射孔所适用的压力条件而言,一般认为,采取低于油层压力1～2M Pa的负压射孔方式为好。
对于离气顶较近的油井,除了延缓投产外,应避射油层顶部一定厚度,以防蚯蚓洞过早地延伸进入气顶区域;对于离边水较近或存在底水的油井,除了延缓投产外,也应避射油层底部一定厚度,以防蚯蚓洞过早地延伸进入边水区域。
3.3 井筒降粘技术为了降低启动扭矩,延长井下设备使用寿命,主要采取两方面措施:一是在螺杆泵运转之前,泵上注轻质油;二是当产砂量过多或砂子在井筒发生沉降而影响生产时环空注入原油,提高携砂能力,稳定油井生产。
3.4 混砂液处理技术出砂冷采的产出液含砂量高,必须在井口进行脱砂处理后才能进入集转油站,一般采用多级大罐47内蒙古石油化工 2008年第2期 脱砂、脱水处理技术和洗砂工艺,除砂效率可达99%以上。
4 稠油出砂冷采的发展趋势稠油出砂冷采作为一种新兴的技术在许多方面还需要进一步研究和完善,主要向以下方面发展:4.1 油藏描述和数值模拟。
油藏研究正在趋于现代化,即在油藏的描述阶段加强不同专业领域的综合和二维向三维描述过渡,而稠油开采就是要把有意义的、完整的油藏描述融入到流动模型中,建立数学模型和数值模拟方法。
4.2 举升方式的进一步优化设计。
稠油出砂冷采目前主要采用螺杆泵,而螺杆泵还需要进一步优化设计来满足开采要求,电潜螺杆泵随着携砂能力的不断提高,性能的不断改进,将会越来越多的取代普通螺杆泵。
4.3 有限排砂采油。
其主要思想是用经济评价手段来确定在整个油田开发期内应该采取何种开采方式,而使经济效益最大化。
客观有效的经济评价方法是稠油有限排砂采油技术发展的基础,最大限度的保护产能,同时又能够挡住一定粒度地层砂的防砂方法是这项技术成功的关键。
4.4 提高采收率。
稠油出砂冷采采收率一般只有8%～15%,最高不超过20%,其后续开采方式还需进一步探讨。
5 结论5.1 大量出砂形成高渗透蚯蚓洞网络和稳定的泡沫油流动是稠油出砂冷采的主要机理。
5.2 储层参数、原油性质、油层压力和深度、油井所处构造部位以及盖、隔层分布等因素是衡量出砂冷采技术适应性和制定开发技术策略的重要依据。
5.3 稠油出砂冷采井需采用大孔径、深穿透、高密度射孔工艺技术,而且采用适应高含砂量和高原油粘度的高转速螺杆泵,且泵吸入口直接下入油层底部,以及配套的井下和地面工艺技术。
5.4 在对稠油出砂冷采机理的认识和工艺的改进等方面还存在一定的问题,这也有待于进一步研究。
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