二氧化碳-采油工艺部分.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,二氧化碳驱提高采收率技术,(采油工艺部分),调研提纲,1、油藏伤害及油藏保护措施,2、采油工艺室内试验,3、采油数值模拟技术,4、井下工具及注采管柱的优化设计,5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术,6、结垢机理及预防结垢的工艺技术,7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术,第一节 CO,2,驱油藏伤害及油藏保护措施,危害,：,改变油藏基岩的润湿性，影响注水动态，也可以引起地层损害和井眼堵塞，处理过程和净化过程成本较高。,影响因素,：,油藏现状；,温度变化；,压力与CO,2,浓度；,混合物微酸；,气油的混相性。,在矿场实施中遇到的问题：,沥青、石蜡沉淀,气侵、气锥,注入水和CO,2,中杂质,腐蚀产物,第一节 CO,2,驱油藏伤害及油藏保护措施,沥青、石蜡沉淀的保护措施,机械方法,：采用刮蜡器清除沉淀。,热力方法,：加热原油或其他液体使蜡溶解。,化学方法,：加入化学抑制剂阻止沥青等絮凝沉淀。,Baker石油公司在Permian Basin和西德克萨斯地区，针对注水后的井，经历着严重的沥青沉淀问题，甚至引起电泵淹没，限制了产出液的流动。,根据当时的采油速度，通过细管注入,150ppm,的阻垢剂有效控制了沥青沉淀。,96 97 98 99,(年),产,油,量,(桶/天),油,水,气,10,100,1000,10,100,1000,10000,B,aker石油公司,化学方法处理某井效果图,产,气,量,(千英,尺,3,/天),启示,：采用化学方法抑制沉淀，操作简便，省时省力，为防止沥青石蜡沉淀堵塞井眼而影响采油过程，建议我局在先导试验中进行采用。,第一节 CO,2,驱油藏伤害及油藏保护措施,在矿场实施中遇到的问题：,沥青、石蜡沉淀,气侵、气锥,注入水和CO,2,中杂质,腐蚀产物,由于过早的气体突破而引起产量下降，气体指进和气锥损害地层的机理类似水锥和水指进，主要是,使相对渗透率变坏,。,保护措施,：针对气体粘度小、流度大的特点，目前国内外普遍的做法有以下几种：,注气平衡，均衡油气流动；,控制注气和采油速度；,调整注采方案，封堵气层。,沥青、石蜡沉淀,气侵、气锥,注入水和CO,2,中杂质,腐蚀产物,第一节 CO,2,驱油藏伤害及油藏保护措施,伤害类型,：,粘土膨胀；,速敏；,作业和操作不当；,多相流动造成；,注入水水质问题；,CO,2,中杂质气体。,保护措施：,严格注水水质的预处理；,正确选用预处理的表面活性剂；,严格注气气质的预处理。,调研提纲,1、油藏伤害及油藏保护措施,2、采油工艺室内试验,3、采油数值模拟技术,4、井下工具及注采管柱的优化设计,5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术,6、结垢机理及预防结垢的工艺技术,7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术,8、结论,细管驱替实验,回压控制器,毛细管玻璃观察器,CO,2,供给钢瓶,填砂盘管,恒温空气浴,活塞泵,打入的水,100ml量杯,湿式气体,流量计,试验用油,溶剂,长管模型驱替装置图,设计要求：,岩心足够长，能在多级接触后形成混相带。岩心直径和粒径需调节。,典型的室内研究设备-,长岩心CO,2,驱油物理模拟实验研究系统,中原油田勘探研究院建立。,该装置由注入系统、岩心夹持器系统和采出系统组成，三个系统为独立的板块结构。,岩心夹持器长,2m,，可旋转不同角度以模拟地层倾角。实验装置最大工作压力为,60MPa,，最高工作温度为,150,，控温精度为1。,100,80,60,40,20,0,100,80,60,40,20,0,0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5,注入倍数/PV,文188井岩心水气交替注入孔隙体积倍数与,原油采收率、含水率的关系,原油驱替效率/%,原油含水率/%,原油驱替效率,原油含水率,启示,：,室内试验可为现场实施提供必要的参数，并有效指导施工，我局在进行大规模的现场实施前，首先应完善相应的室内实验研究和分析系统，这是成功气驱的保证。,第三节 CO,2,驱采油数值模拟技术,1、组份模拟法,复杂的相态和在组份上独立的相持性，对于预测驱替效率要比粘性指进和面积扫油效率更为重要。,2、黑油混相模拟法,它们着手于计算实际的溶剂和油的物理混合，通过调整某种经验混合参数来预测混合和混相驱的结果。,3、混合混相及组份模型模拟法,通过混合参数的方法控制流体的重力分异。,该地区位于美国德克萨斯州Hockley县的西南部地区，从1994年开始，实施CO,2,驱油到现在该油田显示出非常好的效果。通过针对具有不同的渗透率的网格实例，得出的无因次三次采油产量预测，可得到以下结论：,拟合准确的CO,2,驱油响应的关键因素是选择合适的非均质程度的网格体系，通过调整气体的相对渗透率曲线，拟合的准确性可以进一步提高。,Slanghter 地区数值模拟技术,江苏FM油田F14断块,CO,2,混相驱油数据模型研究,江苏FM油田F14断块为一断鼻构造，构造的两翼对称。油藏北界受断层控制，南界为一火山岩岩墙，是一南倾北断的高渗透砂岩油藏。,为了确立注气过程中的有关参数，用,COMPIV全组分数模软件,模拟CO,2,驱混相和非混相驱油过程，进行了CO,2,驱预测计算，目的是确立有关参数的敏感性程度。,注入体积 HCPV,换油率 提高采收率,低部位注入,0.25HCPV,数模中低注入部位的敏感性,在同样的油藏压力和变化的注入量下，提高采收率和CO,2,驱换油率的乘积由4.37升至,63.34,，,之,后略有下降。,注入时油藏压力的敏感性,油藏压力(MPa),换油率 提高采收率,通过五个压力点组成的驱油效果可知，在低于MMP时，油藏压力极大地影响驱油效果，而在MMP以上时，基本无影响。,21.8MPa,调研提纲,1、油藏伤害及油藏保护措施,2、采油工艺室内试验,3、采油数值模拟技术,4、井下工具及注采管柱的优化设计,5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术,6、结垢机理及预防结垢的工艺技术,7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术,CO,2,驱管柱设计的依据,注采井参数；,储层和流体特性。,CO,2,驱管柱设计应满足的要求,管柱和井下工具的防腐要求；,防止和尽可能地减少泄漏；,每口井均应配装井下安全阀；,要考虑多层分注和分采要求。,第四节 CO,2,驱井下工具和注采管柱的优化设计,影响完井的因素,对完井设计的影响,储层和流体特性（深度、有效厚度、井底压力、温度、渗透率、原油比重、原油粘度、注入混合气成份等）,选择三次采油方式；设计井下工具及附属工具；确定分层层数；选择注入和生产方式；设计注入井的控制回流工具,生产井和注入井的气-液比,影响腐蚀的严重性，采取相应的防腐措施,套管尺寸、损坏情况和固井质量,补管技术、维护技术、井下工具、完井设计的适应性,安全和法定完井技术要求,附加的完井约束和完井措施,1、油管,2、水力平衡封隔器,3、生产套管,4、水力平衡封隔器,双管注入管柱,该完井管柱可分注两层。其特点是：地面控制注入量，调配不动管柱。但施工工艺复杂，成本较高。,注入井完井管柱-,双管注入管柱,1、衬管完井管柱,2、油管接头,3、油管,4、平衡封隔器,5、防腐合金钢或,玻璃纤维油管,6、皮碗封隔器,7、衬管,衬管完井管柱,单管注入管柱,1、油管,2、井下回流阀,3、油管接头,4、井下关闭阀,5、平衡封隔器,6、生产油管,其他注入井完井管柱,1、注入井二次完井,2、衬管,3、水泥固井,4、树脂硬粒,5、充填树脂硬粒的坑,二次完井后的情况,1、注入井,2、8,5/,8,in表层套管,3、5,1,/,2,in或7in生产套管,4、4,1,/,2,in衬管,5、井筒损坏部分,二次完井前的情况,美国新墨西哥州二氧化碳转注完井,-,挤水泥加衬管,生产完井管柱,1、外油管柱,2、带槽油管柱,3、密封插入器,4、内油管柱,5、生产回接套 管,6、尾管回接套筒,插入器,7、生产尾管,美国埃克森公司同心管完井管柱,该管柱尾管用水泥固结于完钻井深处，缓蚀剂沿内外油管环形空间注入，流经外油管挂上的槽，到达井底，随产出液从内油管流出。,1、缓蚀剂,2、注缓蚀剂管柱,3、管柱搭接器,4、单流凡尔,5、套管,6、射孔眼,7、流 体,8、气举阀,9、“X”型短接,10、水力封隔器,11、生产油管,12、接收器,平行管完井管柱,1、生产油管,2、缓蚀剂注入管,3、封隔器,4、套管,5、联顶短接,6、尾管,德国同心管完井管柱,生产完井管柱,止回阀,可变孔板式阀,压差控制阀,流速控制阀,CO,2,驱完井工具,CO,2,驱常用的封隔器有张力封隔器、水力封隔器、平衡（补偿）封隔器、皮碗封隔器等。这些基本都是水驱时常用的封隔器，只是对它们的钢体和密封胶筒要求更严格了，要求他们耐腐蚀性、耐油、耐温和密封性更好，对密封胶筒还要求其透气性更差。,CO,2,驱常用的封隔器,调研提纲,1、油藏伤害及油藏保护措施,2、采油工艺室内试验,3、采油数值模拟技术,4、井下工具及注采管柱的优化设计,5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术,6、结垢机理及预防结垢的工艺技术,7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术,美国30多个油田的CO,2,的矿场试验表明：工艺上最大的困难是,CO,2,对井下管柱及工具的腐蚀,。,在相同浓度下，CO,2,溶液比完全解离的强酸更具腐蚀性。CO,2,腐蚀产物在金属表面形成保护膜，但常有各种因素破坏保护膜，出现局部腐蚀，如，坑点腐蚀、裂隙腐蚀、环状腐蚀及槽沟腐蚀等。,CO,2,的腐蚀程度取决于多种参数：温度、压力、CO,2,含量、湿度、水的pH值、水的组份、沉淀物和流动条件等。,第五节 CO,2,驱腐蚀机理及防腐工艺技术,(驱油过程及采出过程),1、P,CO2,=3.0MPa,2、P,CO2,=0.1MPa,50 100 150 200,腐蚀速率mm/a (g/m,2,.h),11.0(10),5.5(5),温度 (),P,CO2,（MPa）,腐蚀程度,0.21,严重腐蚀,0.020.21,可能腐蚀,0.021,不产生腐蚀,CO,2,腐蚀程度,防腐工艺技术,1、注缓蚀剂(两种),一种是水溶性有机物，要给出缓蚀剂的最低浓度，并不断地向溶液中添加缓蚀剂。,另一种是含有分散剂晶粒的非水溶性有机物，须充分搅动使其到达金属表面形成防腐膜。,缓蚀剂名称,剂量（g/l）,腐蚀速率（g/m,2,.h）,缓蚀率（%）,使用,条件,SC-201F,0.05,0.7110,严重局部腐蚀,SC-203F,0.05,0.3992,31,空白斑点腐蚀,SC-204F,0.05,0.4163,28,局部,腐蚀,WS1-02,0.05,0.2604,54.76,均匀轻微腐蚀,注缓蚀剂防腐,常用的几种,CO,2,缓蚀剂效果,缓蚀剂的添加有连续注入、周期性注入和挤注处理（即把一定量的缓蚀剂泵入井中，然后挤入油层使之慢慢返出）等三种。,在Little Creek油田CO,2,驱试验中，采用了连续注入方式：缓蚀剂由环形空间加入，通过单向阀进入井中，并随产出流体经油管向上循环返出。,1、410ss采油树,2、改装连接器,3、缓蚀剂,4、短节9Cr-1Mo,5、特形接头,6、封隔器,7、钢丝滤网油管,密西西比CO,2,驱油油田装有防砂装置的采油井,注缓蚀剂防腐,2、涂防腐层,以保护膜的形式，较长时间地隔离腐蚀环境与完井管柱和井下工具钢材的直接接触，防止和减轻腐蚀。,3、选用防腐材料,一种是管柱及其工具完全采用不锈钢和耐腐蚀合金材料来取代碳钢，如13%Cr1%Mo钢等；,另一种是通过在关键部件使用不锈钢或耐腐蚀合金材料，在管柱内涂层使用非金属材料和添加缓蚀剂等综合治理的方法。,防腐工艺技术,材料名称,性 能,压力,(MPa),温度（）,硬度,氯化物环境,H,2,S环境,低碳,合金钢,0.21,148.9,HRC22,抗蚀性能,不好,要求低于HRC22,9Cr-1MoAISI,41013Cr,148.9,HRC22,抗蚀性能,不好,抗蚀性能,不好,二联,不锈钢,176.7,HRC28,抗蚀性能好,抗蚀性能好,奥氏体,不锈钢,65.6,HRC22,抗蚀性能,不好,抗蚀性能好,镍-钴合金,不受限制,HRC35,抗蚀性能好,抗蚀性能好,金属材料抗CO,2,腐蚀性能,油井类型,气源井,注入井,采油井,防腐工艺,聚合物或塑料涂层；,连续或间歇注入缓蚀剂。,注前对CO,2,进行脱水处理；(含水50ppm)。,装密封圈；,向环形空间注入柴油,。,除采用不锈钢和耐蚀合金材料进行防腐外，应用缓蚀剂结合内涂层油管也可有效防腐。,在科罗拉多州西南部的迈克伊尔摩气田的气源井，CO,2,含量高达98%，并含有少量H,2,S和H,2,O，采用聚合物和塑料涂层的管柱，效果很好。,美国凯利斯奈德油田萨克罗克区注入井采用塑料涂层的J-55油管，封隔器内涂有塑料、轴心镀镍，套管也采用玻璃钢衬里。此外还经常注入缓蚀剂和除氧剂，较好地控制了腐蚀。,萨克罗克CO,2,驱工程中采用了改性环氧酚醛树脂薄膜涂层，有效减少涂层的气孔和疵点，确保涂层的完整性。,不同类型井的防腐工艺及应用,矿场实施前，应对采出过程进行系统优化，加强产出液气体分压析出、酸性液体腐蚀、油井采油压差等的研究。着重探讨油藏不同压力、不同含水期的腐蚀速率。采取综合防腐措施，必要时，采油树及井下工具可采用不锈钢加工。,防腐工艺调研的启示：,调研提纲,1、油藏伤害及油藏保护措施,2、采油工艺室内试验,3、采油数值模拟技术,4、井下工具及注采管柱的优化设计,5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术,6、结垢机理及预防结垢的工艺技术,7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术,第六节 CO,2,驱结垢机理及预防结垢的工艺技术,在采油生产中不同程度地存在着结垢问题，在采出管线、油水分离泵、输油泵等处容易结垢。,世界范围内,CO,2,驱采出井,结垢普遍存在,大庆油田早期注CO,2,在整个15个月的试验期内，从生产井采出的碳酸盐垢总量达11.6t之多。结垢之后再进行处理是十分消极和被动的。,大庆小井距试验的结垢,油层中有大量可结垢离子；,在油层条件下，二氧化碳在水中溶解度很高，,这样就抑制了沉淀的发生。,采出管线中温度的升高和压力的降低。,水套加热炉沉淀量最多。,碳,酸,钙,溶,解,度,mg/,L,0 10 20 29 39 49 56,CO,2,分压，MPa,CO,2,分压对碳酸钙溶解度的影响,（曲线1）,和不同CO,2,分压下温度对碳酸钙溶解度的影响,（曲线2，1MPa；曲线3，4MPa；曲线4，12MPa）,600,500,400,300,200,100,10 38 66 93 121 149,温度,1,4,3,2,结垢成因：,结垢的预防与处理,参考国内外注CO,2,井口结垢经验，为减少设备损耗和产能损失，建议,以预防为主,。,磁法防垢:,在加热器水管上安装一个永磁软水器。优点是操作简单，不消耗其它材料和能源，安装后可一劳永逸，缺点是效果不够稳定。,阻垢剂防垢:,应根据油田具体情况，通过室内沉淀试验和模拟试验，选择阻垢剂。,印度安那地区采出水,得克萨斯地区注入水,怀俄明地区采出水,HCO,3,-,CL,-,SO,4,2-,Ca,2+,Mg,2+,CO,2,21560 80 1080 320,1510 36750 4000 2120 1290 360,1804 4770 5 40 20 9,阻垢剂氨基三甲叉膦（ATMP）的应用,在印第安那地区的油井垢质堵塞采出管线，常常使生产中断。在一些注水井中注入10mg/L的ATMP，连续处理两年，解决了硫酸钡沉淀问题。,美国得克萨斯地区，井筒和油层内有碳酸盐沉积物生成，引起注水压力升高。注入3.5-4.0mg/L的ATMP，在一年多时间里，注水压力未再增加。,怀俄明地区油井加热器内每隔13个月就产生严重碳酸盐结垢，用34mg/L的ATMP处理，有效地控制了结垢。,调研提纲,1、油藏伤害及油藏保护措施,2、采油工艺室内试验,3、采油数值模拟技术,4、井下工具及注采管柱的优化设计,5、驱油及采出过程中的腐蚀机理及防腐工艺技术,6、结垢机理及预防结垢的工艺技术,7、防止粘性指进和防重力超覆工艺技术,第七节 CO,2,驱油过程中防止粘性指进和,防重力超覆工艺技术,粘性指进,、,重力超覆,以及,油层的非均质性,等因素的存在，严重制约了注入气的波及效率，这是限制采收率提高的主要原因。,气,油,因粘滞力出现粘性指进,因重力差出现简单舌进,气,油,传统做法,-,水气交替注入,连续注CO,2,气体；,注碳酸水（ORCO法）；,CO,2,气体或液体段塞后面紧跟注水；,同时注CO,2,气体和水；,CO,2,段塞后交替注水和CO,2,气体。,因CO,2,和水的密度差异迅速分离，使水防止CO,2,指进与窜流的能力大大降低；,降低CO,2,与原油的接触效率，难以形成混相带。,注入方案,不足之处,泡沫的应用,在水气交替注入过程中用表面活性剂溶液代替注水，形成泡沫，降低流度。一般可使CO,2,流度降低50%以上。,由于高达85%95%的部分都是气体，这意味着可以用少量的水就能达到较好的降低流度的目的。,近来国外的现场实践证明：,活性剂类别,阴离子,非离子,在盐水中,溶解性,较好,较差,发泡能力,在高温、高含盐油层内形成泡沫的能力强,在高温、高含盐的油层内易与油水形成乳化凝胶相，使发泡能力降低。,泡沫稳定性,泡沫界面膜牢固，比较稳定,泡沫界面膜很脆，不稳定,岩石吸附量,砂岩表面吸附少，碳酸盐岩石表面吸附多,砂岩表面吸附多，碳酸盐岩石表面吸附少,泡沫质量,较低,高,价格,便宜,贵,以泡沫控制流度-,活性剂性质,浓度(wt),CD1045,CMC,木质素磺酸盐,IFT（dye/cm),25,20,15,10,5,0,0.001 0.01 0.1 1 10,木质素磺酸盐是一种低廉的造纸和制浆工业的副产品，价格低廉且易于得到，已经作为有效的牺牲剂而应用到注CO,2,驱中。可将基础处理剂减少,80%,。,SPE56609Jyun-Syung介绍的,牺牲剂的降低表面张力的效果。,木质素磺酸盐的应用,混合活性剂影响表面性质；当两种活性剂体系拥有相同的键长时，驱替效果最优。,表面活性剂的混和使用,Sharma etal发现：,减少活性剂的费用；,降低与由泡沫注入有关的注入问题。,作用效果：,活性剂的选择：,活性剂应具备发泡能力强、使用量少、成本低、泡沫稳定性好、地层岩石吸附量小,等优点。,国外稠化泡沫应用举例,稠化泡沫与水基泡沫的最大区别,一段时间之后，稠化泡沫因生成网状结构而大大提高了稳定性。,理想的情况是，其连续的液相在注入阶段不会稠化，并且可以有效地抵抗地层流体的驱动。,通过,实验检测,和,现场应用,，表明稠化泡沫具有显著的推广价值。,聚合物、泡沫、稠化泡沫的流度降比较,276 404 552 690 828,应用压力梯度,(KPa),0.1,0.001,0.01,138,1,聚合物,泡沫,稠化泡沫,T=71,；P=13MPa,流度降低因数,0.0001,30,25,20,15,10,5,0,CO,2,循环数,注前突破时间,注后突破时间,时间 天,Hagood A-9X井注CO,2,后,Hagood A-8X井的突破时间,可行性：,经过多年的技术储备，我局完全具备矿场实施,CO,2,驱油的条件。,建议：,加强CO,2,驱采油工艺研究,开展CO,2,驱采油工艺研究的紧迫性：,在我局增储上产的新形势下，如何有效地提高难动用储量的开发程度，是决定能否实现稳产高产的重要因素。,在采油工艺领域,建议开展以下几方面的研究：,考察具有一定产能的难动用区块的现状，对采用CO,2,驱的可行性、经济效益进行研究，同时应加大CO,2,气藏的勘探力度，为后续气驱提供气源；,完善CO,2,驱室内试验装置，建立建全配套的实验装备；,注入液的筛选与制备；,启示：,考虑到我局难动用储量中低渗透区块比重较大，应对泡沫驱油的适应性问题进行深入研究，将CO,2,制成泡沫是当前国外的研究热点，不断地改进泡沫的制备工艺、筛选相应的添加剂需要做大量的工作。,根据油藏工程提出的注入方式，采油工艺需解决采出过程中遇到的一系列复杂问题。,参考国外在采出过程中的最新研究动态，结合我局的地质及工艺条件，采取相应的配套措施，以保证采出过程的平稳运行。,加强采油井采出过程研究。,