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稠油井筒降粘技术综述

稠油井筒降粘技术综述
稠油井筒降粘技术综述

摘要

稠油是天然石油的重要组成部分,它不仅是动力燃料,而且是化工行业、建筑行业的重要原料。世界稠油和沥青资源极为丰富,地质储量约为61800亿桶。

稠油的流动性差,粘度大,开采的关键问题是降粘、改善其流动性。井筒降粘技术是指通过热力、化学、稀释等措施使得井筒中的流体保持低粘度,从而达到改善井筒流体的流动条件,缓解抽油设备的不适应性,提高稠油及高凝油的开发效果等目的的采油工艺技术。该技术主要应用于原油粘度不很高或油层温度较高,所开采的原油能够流入井底,只需保持井筒流体有较低的粘度和较好的流动性,采用常规开采方式就能进行开采的稠油油藏。

常见的井筒降粘方法有:应用抽稠泵、井筒热力降粘技术、稀释降粘技术化学降粘技术等。每种技术都有自己的优缺点,并在不同时期在各个油田得到广泛应用。

关键词:稠油,储量,粘度,流动性,降粘技术

目录

第1章前言 (1)

第2章稠油开采设备及应用 (2)

2.1抽稠泵原理 (2)

2.2抽稠泵的应用 (2)

第3章井筒热力降粘技术及应用 (4)

3.1电加热降粘技术 (4)

3.1.1 电加热降粘技术原理 (4)

3.1.2 电加热降粘技术应用 (5)

3.2热流体循环加热降粘技术 (6)

3.2.1 热流体循环加热降粘技术原理 (6)

3.2.2 热流体循环加热降粘技术应用 (9)

第4章井筒稀释降粘技术及应用 (11)

4.1井筒稀释降粘技术原理 (11)

4.2井筒稀释降粘技术应用 (13)

第5章化学降粘法及应用 (14)

5.1化学降粘法原理 (14)

5.2化学降粘法应用 (14)

第6章其他井筒降粘方法 (16)

第7章结论 (17)

参考文献 (18)

致谢 (20)

第1章前言

稠油是天然石油的重要组成部分,它不仅是动力燃料,而且是化工行业、建筑行业的重要原料。UNITAR关于稠油的定义及分类标准是:重油和油砂是天然存在于孔隙介质中的石油或类似石油的液体或半固体,可以用粘度和密度来表示其特性。重油是指在原始油藏温度下脱气原油粘度为100-1000mPa·s,或在15.6℃(600°F)及大气压下密度为0.9340-1.0000g/cm3(20°API-10°API)的原油;在原始油藏温度下脱气原油粘度大于10000mPa·s或在15.6℃(60°F)及大气压下密度大于1.0000g/cm3(小于10°API)的原油为沥青或油砂。

世界稠油和沥青资源极为丰富,但对全世界稠油资源做出估算与评价非常困难,因为各地区的资源分类标准存在很大差异,据各方面研究机构的统计,世界稠油和沥青的地质储量约为61800亿桶,其中加拿大位居首位,约为30000亿桶,占世界总量的48%,其次为委内瑞拉,12000亿桶,占总量的19%,第三是前苏联,10000亿桶,占总量的16%,此后依次是伊拉克、科威特、美国、中国等。中国的稠油资源主要集中在渤海湾地区,但资源探明率仅为10%,仍有很大的勘探潜力。

稠油的流动性差,粘度大,开采的关键问题是降粘、改善其流动性。井筒降粘技术是指通过热力、化学、稀释等措施使得井筒中的流体保持低粘度,从而达到改善井筒流体的流动条件,缓解抽油设备的不适应性,提高稠油及高凝油的开发效果等目的的采油工艺技术。该技术主要应用于原油粘度不很高或油层温度较高,所开采的原油能够流入井底,只需保持井筒流体有较低的粘度和较好的流动性,采用常规开采方式就能进行开采的稠油油藏。

常见的井筒降粘技术有:机械降粘技术、井筒热力降粘技术、稀释降粘技术化学降粘技术等[1]。

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第2章稠油开采设备及应用

2.1 抽稠泵原理

在机械采油方面,有常规管式泵(Φ44、Φ56、Φ57、Φ70mm),Φ44/70mm浸入式抽稠泵、阀式泵、螺杆泵、水力喷射泵、水力活塞泵等,加大机械力度,改善稠油流动性,将稠油采出地面。

抽稠泵主要由上泵筒、上柱塞、下泵筒、下柱塞、中心管、进出油阀、抽油杆接头及泵筒接头等组成。上、下柱塞由中心管连接,上、下泵筒由泵筒接头连接,进出油阀均装在柱塞中。如图2-1所示。

图2-1 抽稠泵结构

抽稠泵依靠抽油杆带动上、下柱塞运动,引起环形空间容积变化而分别形成低、高压腔,使进油阀能迅速打开或关闭,下行程时,进油阀关闭,承受整个油管内油柱的压力,帮助抽油杆下行,环形腔容积减小,形成高压腔,高压环形腔中的原油顶开出油阀,进入油管。下行程时,油管液柱重力座在进油阀上,形成液压反馈力,帮助抽油杆下行,缓解了抽油杆在稠油井中下行困难的问题,因而在一定程度上克服了阀球滞后关闭的现象,一定程度上提高了泵效[2-3]。

2.2 抽稠泵的应用

新疆塔河油田由于该地区井深、原油粘度高、密度大,普通的杆式泵和管式泵在开采高粘原油时经常出现油流阻力大、光杆下行困难、泵效低等问题,为此经过多次现场试验和筛选,最后认为液力反馈式抽稠泵比较适合塔河油田高粘重质原油的开采。液力反馈式抽稠泵最大下泵深度在2500m以内,开采粘度在4000mPa·s以内。如果开采过高粘

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度的流体,必须借助于电加热或降粘等措施[4]。

串联式抽稠泵运用浸入式进油原理,并同液力反馈原理结合起来,解决了稠油井生产光杆下行阻力大的难题。适用于粘度2000-4000mPa·s的常规稠油井、蒸汽吞吐井抽油生产,含砂小于0.1%,含气少的稠油井。在胜利纯梁油区高12、高424区块应用累计22井次,增加产能7682吨[5]。

胜利油田还曾采用环阀式抽稠泵,环阀式抽稠泵是针对常规管式泵因油稠、凡尔沾滞延时复位,造成泵效低的问题而设计的抽油泵。可以在斜度小于45°的井中应用。该泵配合电热杆、注蒸汽,可适合原油粘度2500-100000mPa·s的稠油井[6]。

胜利草桥油田采用长筒阀式抽稠泵抽稠油。阀式抽稠泵强行开启、关闭游动凡尔,克服了延时复位和气锁现象;由于稠油流动慢,短冲程高冲次时不能及时供液而常常造成干抽现象,采用长筒泵长冲程低冲次则可使稠油充分流入泵筒内。因而长筒阀式抽稠泵抽稠油的泵效远远优于普通泵[7]。

我国在螺杆泵的研制方面起步较晚,1989年石油大学万邦烈教授在胜利油田现河采油厂进行了潜油电动螺杆泵采油技术试验;辽河油田在金马区块进行了电动潜油螺杆泵的现场试验;重庆虎溪电机厂也开始对电潜螺杆泵机组进行开发,并在中原油田进行下井试验,20世纪90年代中期开始在国内油田小规模应用。截至目前,地面驱动的螺杆泵已有批量应用,应用及配套技术也相对成熟,生产企业有北京石油机械厂、唐山玉联实业有限公司、上海东方泵业有限公司、潍坊生建集团公司、胜利高原有限公司、天津立林机械有限责任公司等。大量文献资料表明,国内对电动潜油螺杆泵技术的研究起步较晚,但潜力巨大。

2011年,鲁克沁油田玉东202-4井转螺杆泵投入运行后,日产液29.2m3/d,日产油7.1t/d,含水74%,增油5t/d,免修期大于330天,累计增油1200余吨。与抽油机采油相比,转螺杆泵生产,日稳定增液7.1m3/d以上,电机电流下降67%,达到了提液增产降耗的目的;同时,由于螺杆泵抽汲力相对平稳,对地层激动小,井口取样未见砂粒,对鲁克沁油田地层出砂起到了较好的抑制作用[8]。

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第3章井筒热力降粘技术及应用

井筒热力降粘技术是利用高凝油、稠油的流动性对温度敏感这一特点,通过提高井筒流体的温度,使井筒流体粘度降低的工艺技术。常用的井筒热力降粘技术根据其加热介质可分为两大类:即热流体循环加热降粘技术和电加热降粘技术。

3.1 电加热降粘技术

3.1.1 电加热降粘技术原理

电加热采油系统主要由电加热管、电缆、升压变压器、电控柜、传感器等组成。具有结构简单,易操作等特点。适用于自喷井及机抽井,不受井深限制。该系统利用电热杆或伴热电缆,将电能转化为热力学能,提高井筒生产流体温度,以降低其粘度和改善其流动性。目前常用方法有:电热杆采油工艺、伴热电缆采油工艺和无电缆加热系统。

(1)电热杆采油工艺

电热杆采油工艺的井筒杆柱和管柱结构如图3-1(a)所示。其工作原理是交流电从悬接器输送到电热杆的终端,使得空心抽油杆内的电缆发热或利用电缆线与空心抽油杆杆体形成回路,根据集肤效应原理将空心抽油杆杆体加热,通过传热提高井筒生产流体的温度,降低粘度,改善其流动性。

1

2

3

4

5

9

(a)(b)

1-产液;2-动液面;3-油管;4-套管;5-油层;6-电热杆;7-实心杆;8-抽油泵;9-伴热电缆

图3-1 电热杆加热降粘工艺井筒管柱结构示意图

从现场应用来看,电热杆泵抽采油是目前最有效的井筒举升稠油工艺。它最大的优

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点是补偿了稠油在井筒中的热损失,保持了稠油的流动性,降低了稠油流动阻力。其缺点是耗电量大,成本较高,电热杆的联接处必须干燥无水,保持其绝缘性能,否则易短路烧坏电缆。

井下电加热在应用中能明显地起到升温、降粘、防止结蜡的作用,但也存在受井斜影响大,杆管偏磨严重,抽油杆容易磨穿的问题。由于杆管环形空间小,无法下入防磨器等工具,因而,防偏磨在该技术应用中必须考虑,目前已应用旋转井口装置来减缓偏磨的影响。其次是一次性投入大,耗电量大,生产成本高,对低产井经济效果差。

(2)伴热电缆采油工艺

伴热电缆采油工艺的井筒管柱结构如图3-1(b)所示。伴热电缆分为恒功率伴热电缆与恒温(自控温)伴热电缆两种,后者节约电能,但价格贵,前者则相反。在生产高凝油和稠油的油井中,将伴热电缆利用卡箍固定在油管外部,通电后电缆发热以加热井筒中的生产流体。矿场正在试验空心抽油杆中下入伴热电缆的工艺,以便提高加热功率,并简化管柱起下工艺。

(3)无电缆加热系统

该系统主要由地面控制部分、井下加热部分和泵下功率补偿等几部分组成,解决了电加热采油能量损耗大的缺陷。

在电加热降粘技术的工艺设计中,关键是确定加热深度和加热功率两个主要参数。加热深度根据井筒中生产流体的温度、粘度分布及流动特性等为基础确定;加热功率的大小取决于所需的温度增值。要通过设计使得井筒内生产流体具有低粘度和较好的流动性,同时要考虑到节省材料和节约能源,因此要根据油井的具体情况确定合理的加热深度和经济的加热功率。

3.1.2 电加热降粘技术应用

电热空心抽油杆越泵加热技术1995年5月在辽河冷家油田,冷37-166井进行了试验。该井射孔段为1368.1-1399.5m,50°C时地面脱气原油动力粘度19.157Pa·s。1995年4月下入电热空心抽油杆,Φ57mm的管式泵,泵上加热进行生产,排出压井液后,由于油稠进不了泵而停抽,1995年进行水力压裂后,采用电热空心抽油杆越泵加热技术再次进行生产,泵挂深度1250m,泵下加热110m,加热总深1360m,加热功率81.2kW,初期日产液18t,井口温度51°C。在该井试验成功的基础上,又分别在辽河油田的曙光、高升、沈阳采油厂,青海油田,大港油田采油三厂,胜利油田河口、胜利采油厂推广应

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用,并出口墨西哥、菲律宾等国家。

河南油田曾在工频供电条件下进行过空心杆过泵电热采油试验并取得成功。工频电加热原理为工频交流电采用特种变压器,可将三相电转变为所需单相电,电流通过加热体时,会产生强大的集肤效应,减少了导电面积增加了加热体的阻抗,用较小的加热电注参产生较大的热量,同时电加热工具全部浸入井筒内,热量的利用率较高。

魏岗油田的张店、东庄、杨坡等区块的原油物性均表现出高凝高含蜡的特点,原油密度为0.82-0.90g/cm3,粘度为6.0-156.0mPa·s,含蜡量为23.7%-53.8%,胶质沥青的含量为2.88%-18.19%,凝固点42-57°C。原油在井下1228-800m即达到凝固点,造成在井筒内流动能力差、举升困难,开采难度大,采用抽油机、螺杆泵等常规开采方式均无法正常生产。通过采取空心杆井下电加热技术,实现对油管内原油的全程加热,减少结蜡影响,提高出油温度,改善了原油的流动性,确保原油顺利从地下举升到地面,配合适当地面伴热输送工艺,保证了油井正常生产。

塔河油田根据电加热杆适用条件和技术参数,结合T606井原油物性(50°C时原油粘度25936mPa·s,70°C时原油粘度3285mPa·s),原油温敏性和地层供液能力,选择该井进行电加热杆加热采油技术实验,电加热杆下入深度1800m,有效发热功率0-120kW。从2001年4月17日开井生产,采用8mm油嘴的生产制度,电加热功率为100kW,油压从0MPa升至3.5MPa后稳定到2.7MPa,套压在5.9-7.3MPa之间波动,到2001年10月31日累计生产原油25166t,平均日产原油128t/d。对于供液能力相对较足,自喷能力相对强,且原油含水较低,原油温敏性好,50°C时原油粘度5000-20000mPa·s的稠油井采用电加热杆伴热采油是可行的,但耗能较大,采油成本高[9-11]。

对于太深的井来说,电热杆过泵加热工艺无论电缆强度还是加热功率都会限制泵挂的进一步加深,且耗电量大,举升成本太高,工业化使用受限[12-15]。

3.2 热流体循环加热降粘技术

3.2.1 热流体循环加热降粘技术原理

热流体循环加热降粘技术是应用地面泵组,将高于井筒生产流体温度的油或水等热流体,以一定的流量通过井下特6B8A管柱注入井筒中建立循环通道,以伴热井筒生产流体,从而达到提高井筒生产流体的温度、降低粘度、改善其流动性目的的工艺技术。根据井下管(杆)柱结构的不同,主要分为以下四类:

(1)开式热流体循环工艺

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开式热流体循环工艺的井下管柱结构如图3-2所示。开式热流体循环根据循环流体的通道不同又可分为正循环和反循环两种。开式热流体反循环工艺是油井产出的流体或地面其它来源的流体经过加热后,以一定的流量通过油套环形空间注入井筒中,加热井筒生产流体及油管、套管和地层,然后在泵下或泵上的某一深度上进入油管并与生产流体混合后一起采到地面。开式热流体正循环工艺则是指热流体由油管注入井筒中,在井筒中的某一深度处进入油套环形空间与生产流体混合。这种工艺技术适用于自喷井和抽油井等不同采油方式生产的高凝油及稠油油井。

(2)闭式热流体循环工艺

闭式热流体循环工艺循环的热流体与从油层采出的流体不相混合,而且循环流体也不会对油层产生干扰。图3-3中列出了三种闭式热流体循环的基本井下管柱结构:(a)为加热管同心安装,从油套环形空间采油,该管柱的最大优点是不需要封隔器,井下作业方便,相当于井筒中悬挂了一个加热器,在循环方式上热流体可从中间油管进入,从两油管环形空间返出,也可反向循环,但由于其从套管采油,因而不能用于抽油井;(b)为加热管同心安装,油管上安装有封隔器,热流体从两油管环形空间进入井筒,由油套环形空间返回地面,油层采出流体由中心油管举升到地面,此结构不如(a)加热效果好,主要适用于自喷井和抽油井;(c)为加热管与生产油管平行安装,在油管下部装有封隔器,热流体由加热管注入井筒,由油套环形空间返回地面,油层采出流体经油管举升到地面,这种结构需有较大的套管空间,且井下作业困难。 123

4

5(a)(b)

612

345

6

1-掺入流体;2-产液;3-套管;4-油管;5-封隔器;6-油层

图3-2 开式热流体循环工艺管柱结构示意图

8 1

2345(a)(b)6123

456

11(c)

12

34

5

6177

1-掺入流体;2-产液;3-套管;4-油管1;5-油管2;6-油层;7-封隔器

图3-3 闭式热流体循环工艺管柱结构示意图

(3)空心抽油杆开式热流体循环工艺

空心抽油杆开式热流体循环工艺的井下管柱结构如图3-4(a)所示。它是将空心抽油杆与地面掺热流体管线连接,热流体从空心抽油杆注入,经杆底部阀流到油管内与地层采出流体混合后一同被举升到地面。

(a)

(b) 1-产液;2-掺入流体;3-空心抽油杆;4-油管;5-套管;6-抽油泵;7-油层;8-动液面;

9-动密封;10-封隔器 图3-4 空心抽油杆热流体循环工艺管柱结构示意图

(4)空心抽油杆闭式热流体循环工艺

空心杆闭式热流体循环工艺的井下管柱结构如图3-4(b)所示。油层流体进入油管后,经特定的换向设备进入空心抽油杆流向地面,而热流体由杆与油管的环形空间进入井筒,然后由油套环形空间返回地面。

除此之外,热流体循环加热降粘技术的管柱变型很多,其基本原理是相似的,在实际应用中应根据具体情况确定,目标是使得所开采的原油具有较低的开采成本。

3.2.2 热流体循环加热降粘技术应用

孤东油田应用了井筒抽油泵泵上掺污水工艺。空心杆泵上掺水原理是将本区污水(或降粘剂溶液)通过掺水管线输送到各计量站,经大卡炉加热到70-85°C左右,通过计量阀组计量后分配到每口单井,加热后的水(或降粘剂溶液)经过井口高压软管、三通进入空心杆后经单流阀、筛管进入油管,与泵入原油混合后形成水包油乳化液,加热后的井口产出液温度可达70°C左右,从而达到降粘抽稠目的。同时由于掺入液量较大、温度高,可以解决稠油井的干线回压高的难题,而不再需要掺污水伴输[16-19]。孤东油田在室内对垦东521块、垦东53块及九区30多口井进行了不同含水条件下的油水混合物的粘温关系实验,用以准确地分析井筒流体举升过程中油水混合物的粘温特性及其对举升状况的影响。

2001年12月,辽河油田在杜212断块区选择了4口油井进行空心杆掺水试验,通过对试验前后油井的数据进行对比分析(见表3-1),可以看出油井均生产正常,井口粘度平均降低126mPa·s,达到了降粘稳油的目的,试验取得了明显的效果[20]。

表3-1 杜212断块区空心杆掺水生产数据对比

孤岛油田使用了双空心杆闭式循环加热工艺。以胜利油田孤北一断块的GDGBI-38为例分析,该井粘度18700mPa·s吞吐第一周期时,生产三个月产出液温度由68°C下降到40°C以下,之后出现光杆缓下现象,于第四个月关井,周期生产时间122天,厩期产油

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721吨。于2010年6月l日实施第二周期转周,生产两个月后井口产出液温度由75°C下降到48°C,温度递减较快,2010年8月27日实施双空心杆循环加热降粘。目前该周期累计产油3795吨[21]。

重力热管伴热采油方式,是指抽油机井中的空心抽油杆经过特殊加工处理后,再添加工作液、抽空、密封连接制成超长重力热管,然后安装在井筒内形成热管生产井。

车洪昌[22-24]等在分析重力热管改善抽油井井筒热损失原理的基础上,进行了重力热管井筒伴热室内物理模拟试验和矿场试验。室内复配出的工质A液,与水基工质相比,具有液体密度小、蒸气密度高的优点,适合进行重力热管传热。室内模拟重力热管井筒温度分布结果表明,重力热管冷凝段与蒸发段的温度之比大于0.7,能够有效改善井筒流体温度分布。矿场试验结果表明,在蒸汽吞吐过程中采用重力热管井筒伴热技术,能够有效减小井筒流体温度下降的幅度,延长油井的生产时间,增加蒸汽吞吐周期的产量。

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第4章井筒稀释降粘技术及应用

4.1 井筒稀释降粘技术原理

稀释降粘主要是利用相似相容原理,加入溶剂降低稠油粘度,改善其流动性。常用的溶剂有甲醇、乙醇、煤油、粗柴油、混苯等。混苯中的甲苯、二甲苯是胶质、沥青质的良好溶剂。

空心杆掺稀油工艺是通过空心杆将稀油从泵上或泵下掺入,降低井筒中原油的粘度,使油井正常生产,同时也解决了原油地面集输困难的问题。国内外研究表明,稠油是一种由可溶沥青粒子组成的胶体,沥青粒子相互缠结在由软沥青组成的溶剂中。因此,稠油的高粘度主要是由于可溶沥青粒子相互缠结引起的。流变性测量表明,稠油粘度随沥青浓度的增加急剧增加。掺入稀油,其作用在于减少了沥青的质量分数,增加稠油在稀油中的溶解量,减少了可溶沥青粒子相互缠结的程度,从而达到降低稠油粘度的目的。掺稀采油工艺主要根据油井的供液能力、原油物性及掺稀室内实验结果等进行选择。

按掺入位置可分为泵上、泵下及泵内掺入,如图4-1所示。泵上掺入的优点是掺入液不影响泵的有效排量,可实现小泵深下;缺点是不能降低进泵原油粘度,只能降低杆柱运行阻力,适用于稠油粘度相对较低并可以进泵的油井。泵下掺入的优点是可以降低进泵原油的粘度,缺点是掺入夜及产液一同经泵吸入排出,影响了泵排量,降低了泵效。泵下掺入适用于原油粘度大、进泵困难、产量低的油井。

1-稀油入口;2-空心抽油杆;3-油管;4-抽油泵;5-环流泵

图4-1 空心杆掺稀油降粘工艺示意图

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自喷生产井掺稀管柱可分为开式和半闭式两种类型,如图4-2、图4-3所示,开式工艺管柱设计简单,易于实施,但难以控制掺入压力,稠稀混合较差。机抽生产井可采用开式或半闭式掺稀工艺。改进型掺稀工艺热损失小,掺稀部位加上喷嘴或射流泵可改善混合效果。

轻质稀原油不仅有好的降粘效果,且能增加产油量,并对低产、间隙油井输送更有利。在油井含水升高后,总液量增加,掺输管可改作出油管,能适应油田的变化。因此,在有稀油源的油田,轻油稀释降粘,具有更好的经济性和适应性。

图4-2 开式环空油管掺稀油

图4-3 半闭式环空油管掺稀油

采用此种方法大规模地开采稠油时,选用的稀释剂必然是稀原油,因为稀原油来源广泛,可提供的数量大,因此也带来一些问题:①稀原油掺入前,必须经过脱水处理,

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而掺入后,又变成混合含水油,需再次脱水,这就增加了能源消耗;②稀原油作为稀释剂掺入稠油后,降低了稀油的物性。稠油与稀油混合共管外输时,增加了输量,并对炼油厂工艺流程及技术设施产生不利影响;③鉴于稠油与稀油在价格等方面存在的差异,采用掺稀油降粘存在经济方面的损失。因此,高粘原油加烃类稀释剂进行降粘集输,并非完善的方法,应综合考虑其经济性、可行性,必要时可采用别的更好的方法。

采用掺稀虽然基本解决了井筒举升问题,但是稀油与稠油之间较大的价格差异以及因之增加的原油处理、运输费用,影响了掺稀的经济效益。

4.2 井筒稀释降粘技术应用

吐玉克油田原油属普通Ⅱ型稠油,密度921.1-973.2kg/m3,50°C时地面脱气脱水原油粘度为5589-20700mPa·s,油藏温度下脱水脱气原油粘度为500-916.1mPa·s,非烃含量20.7%-36.3%,凝固点为19°C-27°C,含蜡量0.96%-6.3%,地层水型为CaCl2型,总矿化度30000-170000mg/L。掺稀油实验研究结果表明:吐玉克油田的稠油与吐哈各油田生产的原油混合后均具有良好的降粘效果,且各种稀油掺入后的降粘效果相差不大;稀油与稠油掺入比为3:7时效果较好。吐哈油田对玉东1井、玉东平1井和玉东2井采用空心杆泵下掺稀油和空心杆泵上掺稀油的现场试验都取得了成功[25]。

塔河油田具有油藏地质构造复杂、稠油流体性质特殊、油井深等特点,国内外多项稠油采油工艺均不适用于塔河碳酸盐岩油田。针对这种情况,塔河油田采用了掺稀采油工艺。在稠油中掺入适量稀油后其粘度将明显降低,大大改善了井筒流动条件和减小了地面测试难度。塔河油田2001年10月首次对146000mPa·s(50°C)的原油实施井筒掺稀降粘工艺获得成功以来,目前已有50多口深层稠油或特稠油井进行了井筒掺稀采油的应用,都取得了高产、稳产的措施效果。全部动用塔河X区西北部稠油区块含油气面积,增加动用地质储量。掺稀降粘采油工艺为塔河油田累积增产原油逾万吨,增加动用地质储量近千万吨,增加预测储量千万吨,创造了巨大的经济效益[26]。

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第5章化学降粘法及应用

5.1 化学降粘法原理

化学降粘法是原油开采中普遍应用的方法之一。所谓化学降粘法就是将一定的化学药剂从油管(套管)环形空间注入井底,在井下泵的抽吸搅拌作用下,使药剂溶液与稠油混合,降低原油粘度后被采出。由于原油物性及所用药剂不尽相同,其原理也有所不同,大致可分为两大类,即乳化降粘法和润湿降阻法。其中乳化降粘法是使水溶性好的表面活性剂作为乳化剂,按一定量加入水中注入油井,使原油分散游离,形成O/W型乳化液,将稠油的摩阻变成水的摩阻,达到降低稠油粘度的目的。润湿降阻法是在稠油生产过程中,加入表面活性剂水溶液,破坏油管或抽油杆表面长期与稠油接触所形成的亲油性,使其表面润湿反转,变为亲水性,形成一层连续的水膜,减少抽汲过程中稠油流动的阻力,改善稠油的流动性。因此,由不同表面活性剂(乳化液)和不同助剂构成了种类不同的稠油降粘剂。

由于超稠油降粘降阻剂的降阻作用,破坏了油管、抽油杆表面的超稠油膜,使其表面润湿性反转变为亲水性,形成连续的水膜,使超稠油与管、抽油杆壁间的摩擦变为水与水间的摩擦,因此大大减少了抽吸过程中的原油流动阻力,从而取代电加热,实现超稠油井筒举升,降低开采成本。

掺活性水降粘工艺与电加热降粘工艺相比,运行成本下降幅度较大,具有明显的经济效益。

对于出砂冷采而言,已排除了工业化锅炉的加热方式;稀释降粘法无法用简单方法直接回收轻质油,且成本过高。所以乳化降粘具有降粘幅度大、经济、对出砂冷采适用的特点。

井筒化学降粘辅助稠油井筒举升工艺运行成本低,施工简单,是一种降本增效的有效途径;化学降粘措施的有效期较短,实施具有长期性和连续性。井筒化学降粘技术适合综合含水在30%-70%的高粘原油井筒举升;与电加热相比,化学井筒降粘设备投入费用及年运行费用都要节省不少。能够解决稠油井光杆下行困难等问题,同时还能有效起到减轻抽油机负荷、节电,延长抽油机设备使用寿命的作用[27]。

5.2 化学降粘法应用

化学降粘法在美国、加拿大的部分稠油区块已有广泛应用,国内的大庆油田、胜利油田也取得了较好效果。胜利油田罗902井原油粘度大于300000mPa·s,采用井筒电加热

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工艺无法正常生产,进行井筒化学降粘后,获得了工业油流。桩斜139井属于大斜度深层油井,原油含蜡5.1%,凝固点8.0°C,50°C脱水脱气原油粘度7835mPa·s,单纯采用电加热的方式无法解决井筒举升问题。采用乳化降粘剂SB-2对该井进行乳化降粘,使粘度大幅度降低,解决了光杆下行缓慢的问题,日产液量43t左右,日产油量25t,增产效果显著[28]。东辛的Y72-54井,油质稠(粘度达8400mPa·s),抽油机光杆下不去,在2000年2月在该井加降粘剂溶液作业施工后,日产液5.7t,日产油3t,到2000年4月底累计产油202.3t[29]。辽河油田在特油公司作业四区10#采油平台进行了超稠油井筒掺活性水降粘的现场试验,油井总数共8口,平均日产液量173m3,平均日产油62m3,综合含水63%,试验结果表明:维持油井产量的前提下,掺药降粘后抽油机电流大幅降低(10~30A)、井口产出液温度降低(20~30°C)。有效降低生产成本,具有明显的经济效益[30]。

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第6章其他井筒降粘方法

随着油田开发难度的增加,在用传统强采方法提高原油产量的基础上开发出许多原油降粘方法[31]:

(1) 外置电场法(РФ专利№2092678),其基本原理是在油管内原油上提过程中,电场作用使原油中的水发生乳化,由于乳化水含盐溶液,因而发生二次电化学反应,使乳化水分解成氢分子和氧分子,因此产生的气泡使油管内的液体密度变小,而油套环空内的液体密度相对不变。随着静液压力的下降在井口形成压差,与此同时,油管内原油中的乳化水被气化,电离作用形成的气相阻止了水化物及盐份在油管内壁的沉淀,油管内流体变成一种高度分散的低密度气液混合物,最终为实施自然气举和形成地层压降创造了条件。该方法的配套设备有地面和井下两部分。

(2) 乳化水电解法,即在油管内预置一轴套,其制作材料能使矿化水与钢套管发生电解反应(РФ专利№2132454),这样可省去地面设备,井下设备的体积也可做到最小,这种方法同样可以预防盐、水合物及石蜡的沉淀,延长油管的使用寿命。

(3) 井底预置低伏核电池电源法,这种电池的使用寿命可达24年(РФ专利

№2120542),开启电源可使原油中的乳化水气化,从而达到原油降粘目的。

(4) 声波采油法(РФ专利№1010902),该方法可以使油管内的原油中形成“长期存活”和“漂浮”的气泡,原油变成低分散体系的液体易于流动。

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第7章结论

稠油含有较高的胶质、沥青质,其粘度大、流动性差,给生产带来了许多不便。而且各地区稠油油藏的类型差异较大,油藏特点各不相同。不同的油藏条件直接影响着稠油开采方式的选择及其开发效果。到目前为止,常见的井筒降粘技术有:机械降粘、井筒加热、稀释降粘、化学降粘,并且随着油田开发难度的增加,在用传统强采方法提高原油产量的基础上开发出许多原油降粘方法。

相近的油藏条件可采用不同的开采工艺,不同的油藏条件可采用相同的开采工艺。因各地稠油油藏油质不同,可根据具体情况采用相应的降粘开采技术。为了更进一步提高稠油的采收率,加强科研与生产、地质与工艺的结合,优化或再开发新的技术,完善稠油生产工艺,将是一项长期而重要的工作。

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稠油降粘方法的作用机理及研究进展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/c5855383.html, 稠油降粘方法的作用机理及研究进展 作者:赵文学韩克江曾鹤施岩 来源:《当代化工》2015年第06期 摘要:综述了常用稠油降粘方法的作用机理及优缺点。目前常用的稠油降粘方法主要有 加热降粘,掺稀降粘,降凝降粘,加表面活性剂降粘,微生物降粘,改质降粘,油溶性降粘剂降粘,加碱降粘,催化降粘等。并对以上几种方法进行对比和应用前景的展望。 关键词:降粘;机理;应用前景 中图分类号:TE 624 文献标识码: A 文章编号: 1671-0460(2015)06-1365-03 Mechanisms and Research Progress of Heavy Oil Viscosity Reduction Methods ZHAO Wen-xue1, HAN Ke-jiang1, ZENG He2, SHI Yan2 ( 1. China Huanqiu Engineering Company, Beijing 100012, China; 2. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun113001, China) Abstract: Current common heavy oil viscosity reduction methods were reviewed as well as their mechanisms, advantages and disadvantages. The current common heavy oil viscosity reduction methods include heating method, mixing light oil method, mixing surfactant method, microbial method and so on. And above several methods were compared, and their application prospect in future was analyzed. Key words: Viscosity; Mechanism; Application prospect 稠油是指含有高胶质沥青质,高蜡,高硫等高粘度的原油。由于稀油消耗量的逐渐增加,难以满足当今社会的需求[1]。因此,稠油降粘技术是当各国的极大关注的问题。我国地大物 博物产丰富,稠油分布广泛,其中超稠油,重油主要分布在克拉玛依、新疆、辽河等油田,现在我国的主要任务是开采储量大、埋藏浅、粘度相对较低的油田[2]。目前,稠油降粘主要有 物理降粘和化学降粘法。物理降粘主要有掺稀油降粘,加热降粘等方法,化学降粘包括降凝降粘,油溶性降粘剂降粘、表面活性降粘、微生物降粘,改质降粘,加碱降粘,催化降粘[3]。 本文主要对各种降粘方法的优缺点进行了分析对比并综述了各个方法的发展前景。 1稠油降粘的机理 稠油一般不能以真溶液形式存在,而是以胶体形式存在,其中沥青质为分散相的核心,它周围的胶束为分散相,其轻质油馏分和部分胶质为分散介质[4]。胶束中胶质沥青质以氢键或π-π等作用力与胶质分子间缔合,稠油的高粘度就是由于胶质、沥青质等大分子之间的相互作

稠油开采技术的最新研究进展

《稠油开采技术的最新研究进展》 油工(2)2001 喻天龙 201013074 近年来,随着塔河油田开发规模的不断扩大,稠油开发的难度越来越高。其中,塔河12区超稠油井越来越多,超稠油油藏开发的形势越来越不容乐观。该厂尽管在稠油深抽、稠油降粘等稠油开采配套技术上不断下大功夫,但稠油井筒举升难的问题依然进度缓慢。根据多方论证和技术分析,其主要原因是12区原油粘度高,在油藏条件下具有较好的流动性。但是,在进入井筒后的垂直流动过程中,随着井筒温度的降低,原油粘度逐步增大,流动性逐渐变差。针对以上客观实际难题,该厂充分发挥地质技术人员攻关优势,紧跟开采开发形势,瞄准10区、12区超稠油举升、掺稀降粘、化学降粘技术难题,展开大胆探索和技术攻关,初步获得了突破性进展。 第一,根据油田快速上产发展要求,不断加大稠油开采工艺自主创新力度。今年以来,先后实施了两级接力举升、深抽减载装置、超深尾管深抽电泵、电加热杆等稠油新工艺,配套实施了18型游梁式抽油机、24型塔式抽油机、皮带式抽油机等配套工艺,试验取得较好效果。目前,已初步形成具有塔河特色的稠油开发采油技术模式。 第二,进一步加大油溶性、水溶性化学降粘剂评价、优选和试验力度。今年以来,筛选出两种水溶性化学降粘剂、三种油溶性化学降粘剂进入现场进行放大样试验。与去年相比较,化学降粘剂的应用效果得到很大提高,极大地缓解了稠油区块稀油紧缺的瓶颈问题,保证了新区稠油井正常投产需要。 第三,加大了中质油混配密度。目前,混配密度达到了0.898g/cm3,日增加中质油300吨。同时,加大掺稀生产井优化力度,分区块、分单元判定不同的掺稀优化目标,还采用低压自喷井提前转抽,提高混配效果等一系列措施,今年上半年,共计节约稀油11万余吨。 1、稠油油田开采历程及开采现状 欢喜岭采油厂稠油开采始于1982年5月。在当时勘探发现油层发育好、油层集中的锦89块、锦203块、锦8块等有效厚度大于10m的范围内布井118口,

稠油综述

稠油开采、处理、集输降粘方法概述 一稠油油藏特征 (2) 二稠油开采方法 (2) 1 热力采油 (2) 2 化学采油 (4) 3 利用微生物方法采油 (5) 4 稠油出砂冷采技术 (5) 5 水平压裂辅助蒸汽驱技术 (6) 6结论和建议 (6) 三稠油集输降粘方法概述 (6) 1 稠油改质降粘 (7) 2 加热降粘 (7) 3 稠油掺稀输送方法 (8) 4 掺热水法或活性水 (8) 5 低粘液环输送方法 (9) 6 加减阻剂 (9) 7 乳化降粘 (9) 8 加油溶性降粘剂降粘 (10) 9 稠油催化降粘 (10) 10 结语 (10) 四稠油脱水 (10) 1 转相点对稠油预脱水工艺的影响 (10) 2 克拉玛依某油田稠油脱水工艺 (12) 五其他 (13) 1 稠油拐点温度测算方法 (13) 2 稠油集输管线压降计算方法 (14) 3 原油降凝剂作用机理与影响因素 (15) 4 蜡沉积规律实验研究 (15) 相关资料 (16)

我国海上油气田主要分布在渤海湾、东海、南海西部、和南海东部,截止2005年底,共发现油田41个,气田4个,开发井共计1286口,年产油量32×106m3,年产气量58×108m3。我国海上原油探明储量为29.3×108m3(储量分布见图1),稠油所占的比重较大,稠油储量的绝大部分分布于渤海湾,约为17.85×108m3。2005年,中国海上原油产量的43%来自重油油藏,预计到2010年,重油产量将占中国海上原油总产量的60%以上。 作为动力燃料和化工原料有着独特的优点,是其它新能源不能代替的。因此稠油的开发利用越来越受到人们的重视。 一稠油油藏特征 据我国现行标准,把原油比重大于0.934,粘度在100m Pa·S以上定位稠油(或称重油)。按照稠油粘度高低将稠油划分为三种类型,分述如下: 普通稠油:脱气油粘度为150~10000m Pa·S,比重在0.92以上。 特稠油:粘度在(1~5)×104 m Pa·S,比重大于0.95。 超稠油:粘度在5×104 m Pa·S以上,比重大于0.98,这种稠油在油层中实际上是不流动的。 概括而言,稠油主要特点如下:胶质与沥青质含量高,轻质馏分很少,少于10%,一般仅5%左右。稠油中含硫量很低,一般小于0.8%,石蜡含量也较低,通常在5%左右。 二稠油开采方法 1 热力采油 热力采油主要是通过一些工艺措施使油层温度升高,降低稠油粘度,使稠油易于流动,从而将稠油采出。其主要方法有蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层、热水驱等。 1.1蒸汽吞吐 蒸汽吞吐是一种相对简单和成熟的注蒸汽开采稠油的技术,其机理主要是加热近井地带

文留油田稠油特性及降粘技术应用研究

文留油田稠油特性及降粘技术应用研究 文留油田稠油特性及降粘技术应用研究 摘要:文留油田稠油井分散,物性差异较大,依据粘度将其分为普通稠油、特稠油和超稠油,本文对这三类稠油的物理特性、开采方式进行了分析和研究。结合文16-45井,详细介绍了稠油开采和应用油基稠油降粘复合解堵工艺情况。 关键词:文留油田稠油特性降粘热洗解堵 文留油田随着老区滚动扩边及Ⅱ、Ⅲ类储层的不断开发,稠油井日益增多,但比较分散。不同稠油井之间,物理特性差异较大,50℃脱气原油粘度104~9100 mPa.s,平均粘度814.06 mPa.s;地面脱气原油密度0.8215~0.9350g/cm3,平均密度0.8678g/cm3。 一、文留油田稠油物理特性 按有关稠油分类标准,把文留油田稠油分为三类:普通稠油、特稠油和超稠油(见表1)。 说明:表中粘度取50℃时地面脱气原油粘度;分类以原油粘度为首要指标,相对密度为辅助指标,当两个指标发生矛盾时则按粘度进行分类。 1.普通稠油 普通稠油即50℃温度下脱气原油粘度在100~6000mPa.s之间,能用常规抽油泵生产,表现为粘滞阻力较大,功图肥大,电流较高。文留油田有普通稠油井32口,占稠油井总数的86.5%。其中11口井用常规降粘剂或定期热洗降粘后,能维持低能耗长检泵周期持续生产。有5口井用常规降粘剂降粘后,伴有粘滞力较大的重质油析出集聚,导致泵阀球失灵,常规热洗无效,需要进行作业检泵。有4口稠油井因粘度相对较低,通过选用或改进抽稠泵即可维持正常生产。有12口井常规降粘效果较差,频繁洗井扫线,长期高能耗生产;由于粘度降不下来,流动阻力大,泵效低,严重影响原油产量,但通过油套环空投加新型高效专用降粘剂也实现了正常生产。 2. 特稠油

国内外稠油降粘剂发展现状及展望

国内外稠油降粘剂发展现状及展望 1、概述 稠油,国外叫重质原油,是指在油层条件下,原油粘度大于50mPa·s或者在油层温度下脱气原油粘度大于100mPa·s,密度大于0.934g/cm3的原油。近年来各国石油专家认为,轻质原油的开发受储量的限制,不会有太多的轻质原油储量供我们去开采。据有关资料估计,全世界轻质原油资源为3600亿吨。可采储量为1350亿吨,而重质原油的资源有9000亿吨,可采储量为1800亿吨。我国现已探明和开发的稠油油田已有20多个。主要有胜利油田的孤岛油田,胜坨东营组、单家寺、草桥等油田,大港油田的枣园、羊三木上油组、孔店等油田,新疆的克拉玛依六东区、黑油山油田,吉林的扶余油田。辽河油田稠油储量占全国第一位,产量占辽河油田年产1500万吨的一半以上,主要分布在辽河油田的高升油田、曙一区、欢17块、锦45块、齐40块、锦7块、冷43.37块、牛心坨、海外河及小洼油田。有的区块稠油粘度高达 13×104mPa·s。 稠油之所以稠,主要由于油中胶质、沥青质含量高所致,从表1中可看出,原油中的胶质、沥青质含量越高、油的粘度就越大。 长期以来,世界各国关于重质原油(稠油)和沥青的定义、分类标准及评价的说法不完全一致。1982年2月在委内瑞拉召开的第二届重质原油及沥青砂学术会上正式提出了这一定义和标准,联合国开发训练署推荐的分类标准见表2。 上述由联合国开发训练署推荐的分类标准,主要是针对重质原油和沥青的差异,也包括了重质原油与普通原油界限,但比较粗。根据我国稠油特点和开发的需要,石油总公司勘探开发研究院提出了我国稠油分类标准见表3。 辽河油田参照国内外稠油分类标准和本油田实际及开采工艺,将稠油分为以下四类见表4。 由于稠油粘度大,流动性差,有的在地层温度下根本无法流动,给开采带来许多困难: 1)、由于油稠,所以抽油机的负荷很大,这不仅耗电量大,而且机械事故(如断抽油杆,断悬绳等)也随着增加,作业频繁; 2)、由于油稠,有时连抽油杆也下不去,影响正常生产; 3)、由于油稠,地面管线回压很高,增加了原油外输困难;

有机硅稠油降粘剂成分分析配方开发降粘机理和技术工艺

有机硅稠油降粘剂配方技术开发,降粘机理及问题解决方案导读:本文详细介绍了有机硅类稠油降粘剂的研究背景,理论基础,参考配方等,本文中的配方数据经过修改,如需更详细资料,可咨询我们的技术工程师。 有机硅类稠油降粘剂广泛应用于石油开采方面,禾川化学引进国外配方破译技术,专业从事有机硅类稠油降粘剂成分分析、配方还原、研发外包服务,为石油化工企业提供一整套配方技术解决方案。 一.背景 稠油因其密度大、粘度高、流动性差而不能用常规方法开采。稠油开采的关键是降粘、降摩阻、改善流变性。目前常用的稠油(包括特稠油和超稠油)降粘方法有:掺稀降粘、加热降粘、改质降粘及乳化降粘。掺稀降粘受稀油来源的限制;加热降粘能耗大;改质降粘存在催化剂筛选困难的缺点;乳化降粘因其使用范围宽(包括油层开采、井筒降粘、管道输送等领域) ,且工艺简单等优势而研究活跃。 有机硅降粘剂是由甲基三氯烷类做主要原材料,在有机溶剂条件下,经水解得到环状的、线性的和交联聚合物的混合物。再经过碱化处理而形成的一种淡黄色透明的液体,生成的产品相对稳定。分子结构中含有Si-C 键的化合物,以硅氧键(Si-O-Si)为骨架组成的聚硅氧烷,是有机硅化合物中数量最多,应用最广的一类。 有机硅分子中的≡Si—OH 键易与粘土上的≡Si—OH键缩聚成≡Si—O—Si≡键,在粘土表面形成一层甲基朝外的CH3-Si牢固化学吸附层,使粘土表面发生润湿反转,阻止和减缓粘土表面的水化作用,阻止泥页岩水化膨胀,坍塌。能够有效地控制钻井液高温增稠,防止高温聚结作用,形成端-端(E-E),端-面(E-F)

的结合,削弱和拆散了粘土颗粒的空间网架结构,并放出大量自由水,致使钻井液的粘度和切力下降,达到了稀释降粘的目的。 禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验,经过多年的技术积累,可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库,彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题,利用其八大服务优势,最终实现企业产品性能改进及新产品研发。 样品分析检测流程:样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。有任何配方技术难题,可即刻联系禾川化学技术团队,我们将为企业提供一站式配方技术解决方案! 稠油乳化降粘机理 乳化降粘机理的研究主要体现在原油乳状液理论和最佳密堆积理论。 原油乳状液理论表明:W/O(油包水)型乳状液粘度与油的粘度成正比,并随含水率的增加而呈指数增加,故含水原油乳状液的粘度远远超过不含水原油的粘度;O/W(水包油)型乳状液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mPa·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。若设法将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降低。 稠油乳化降粘剂不仅能形成稳定的O/W乳状液起到降粘的作用,而且也能借助氢键渗透、分散进入胶质和沥青质片状分子之间,拆散平面重叠堆砌而成的聚集体,形成片状分子无规则堆砌,有序程度降低,空间延伸度减少,聚集体中包含的胶质、沥青质分子数目减少,原油的内聚力降低,起到降粘的作用。

稠油降粘方法概述

稠油降粘方法概述 文章结合稠油高粘本质特点,综述了稠油开发降粘稠油粘度的办法,其中包括蒸汽吞吐降粘、蒸汽驱降粘、井筒加热降粘、火烧油层降粘、稠油乳化降粘、掺稀油降粘、油溶性降粘剂降粘、微生物降粘、水热催化裂解降粘、超声波降粘、磁降粘等及其降粘机理,浅谈各种降粘方法的优势和不足,并总结降粘工艺特点。 标签:稠油;降粘;乳化 1 稠油粘度较高的根本原因 1.1 稠油体系作为一种胶体系统已经得到了普遍的认同,胶质是胶溶剂,而沥青质则是分散相,油质就是分散介质了。而导致稠油体系在高温下仍然具有很高粘度的根本原因就是其内部所含有的复杂超分子结构了。 1.2 在稠油体系中,这些超分子结构并不都是紧密相连的,一些低层次的分析结构会在力的作用下发生聚集的现象,这样就会形成排列很分散但复杂程度却很高的超分子结构,在此过程中就包裹了大量的液态油。 1.3 随着又有一种应用更加广泛的沥青胶体结构模型,当沥青质超分子结构受到被流体剪切的过程中,即使其与胶粒是不能看作是一个整体的,然而其与胶粒之间却还是有很强的吸附作用,因此其粘度也得到了一定程度的增加。 1.4 一般情况下,稠油体系中的蜡含量是不大于10%的,然而由于温度较低时蜡晶的析出,稠油的粘度也会增高,因此稠油在低温状态时是呈现出一定的非牛顿性的。 2 常规稠油降粘方法 2.1 热力降粘的方法 由于稠油体系中的重质组分含量很高,所以其流动性很差,粘度很高,并且其还具有较强温度敏感性,通常采油的热力降粘的方法有井筒加热、蒸汽驱、热水驱、单井蒸汽吞吐、热化学以及火烧油层等方法,而应用的较为广泛则是蒸汽驱和蒸汽吞吐这两种方法。 2.1.1 蒸汽吞吐降粘法。这种方法也叫做循环注蒸汽法或注蒸汽热激励法。其实质就是在很短的时间内将一定量的具有高温高压的湿饱和蒸汽注入到稠油体系中去,在油井周围的一定区域内进行加热,从而降低稠油体系的粘度。 这种方法具有响应速度快,油气高,可多次吞吐并且井间地层不需要连续等优点,然而随着油藏天然能量的不断减少以及吞吐时间的不断增加,近井地带含油饱和度会越来越低,束缚水就会逐渐饱和,蒸汽热效率降低,周期生产效果也

原油降凝降粘剂在原油开采和集输中的应用

原油降凝降粘剂在原油开采和集输中的应用 张付生 谢慧专 董丽坚 (石油勘探开发科学研究院油化所,北京,100083) BEM系列降凝剂和O RV系列油基降粘剂及HEA系列水基降粘剂对原油具有较好的改性效果,分别适用于高凝原油和低粘稠油及高粘稠油的开采和集输。介绍了它们在原油开采和集输过程中的应用效果及取得的经济效益。 关键词:降凝剂 降粘剂 开采 集输 我国绝大多数原油属于高凝原油和稠油,据统计,含蜡量高于10%的原油产量[1]约占全国原油总产量的90%,胶质沥青质含量较高的稠油产量[2]约占原油总产量的7%。目前,我国对高凝原油及稠油的开采和集输主要采用传统的热力方法,这种方法消耗大量的能量。因此,研制适合原油开采和集输用的降凝降粘剂具有十分重要的意义。近年来,石油勘探开发研究院在降凝降粘剂的研究方面取得了可喜的成绩,研制开发出适合原油开采和集输用的BEM系列降凝剂[3]和HEA 系列水基降粘剂[2]及ORV系列油基降粘剂[4],并在原油开采和集输过程中得到广泛的应用,取得了巨大的经济效益和社会效益。 1 降凝剂在高凝原油开采和集输中的应用 1.1 我国高凝原油的性质 我国高凝原油主要分布在大庆、胜利、中原、南阳和冀东等油田。原油主要通过输油管线进行运输,我国拥有1.7万公里的原油集输网络,部分管线输送的原油的性质见表1。 表1 我国部分管线原油的性质 管线名称鲁宁线中洛线濮临线魏荆线蜡,%20.6024.5921.430.8 胶质沥青质,%23.70 6.818.09.90 密度/g?cm-30.88550.83850.76280.8550 凝点/℃24333236.5 粘度(30℃)/M Pa?s93511727631720 由表1可见,我国管线集输的原油中蜡含量较高,导致原油具有较高的凝点和粘度,给原油的输送带来较大的困难。 1.2 降凝剂在原油集输中的应用 针对我国原油蜡含量高、凝点高和粘度高的特点,并根据降凝剂的作用机理[5],石油勘探开发研究院研制开发BEM系列降凝剂[3],该剂由酯类化合物和其它化学剂组成,并具有较合适的烷基链长度和分子量及分子量分布,因此,对原油具有较好的适应性和较好的改性效果,且对环境无污染。 BEM系列降凝剂在鲁宁、中洛、濮临和魏荆等多条管线的现场应用效果,见表2。 表2 我国部分管线的概况和降凝剂的应用效果 管线名称鲁宁线中洛线濮临线魏荆线 降凝剂BEM3BEM5P BEM5P BEM6N 加剂量 /mg?k g-140505050 加剂前/后原 油凝点/℃ 24/532.5/1332.5/14.536.5/23 加剂前/后原油 粘度(30℃)/ M Pa?s 3228/498 (25℃)1172/60763/191720/119 净创经济效 益/万元?a-11300519400350 由表2可见,BEM系列降凝剂对表中四条管线输送的原油具有较好的降凝效果和降粘效果,在50(40)m g/kg加药量的情况下,降凝幅度均大于10℃,降粘率大于80%。管线加剂后,耗电量与加剂前持平,节约了大量的燃料油,降低了输油成本(主要是燃料油费用和电费),取得了巨大的经济效益和社会效益。据统计,鲁宁线等4条管线每年净创效益2500万元以上。此外,管线加剂后,其运行的安全性和应变能力得到了提高。 收稿日期:19990407;修改稿收到日期:19990920。 作者简介:张付生 33岁,硕士,油田化学专业,从事原油清防蜡剂及降凝降粘剂研究工作,已发表论文5篇。 1999年11月 精 细 石 油 化 工 S PE CIALITY PE TROCHEM ICALS 第6期

稠油降粘技术

稠油降粘技术 目前常用的稠油(包括特稠油和超稠油)降粘方法(包括掺稀油降粘、加热降粘、稠油改质降粘、乳化降粘、微生物降粘技术等五种)的降粘原理及其优缺点。掺稀油降粘存在着稀油短缺及稠油与稀油间价格上的差异等不利因素;加热降粘则要消耗大量的热能,存在着较高的能量损耗和经济损失;改质降粘要求较为苛刻的反应条件,同时使用范围较窄;乳化降粘使用范围相对较宽(包括油层开采、井筒降粘、管道输送等领域),同时工艺简单,成本较低,易于实现。分析认为,采用化学降粘方法进行稠油降粘具有一定的优势,建议优先考虑。 一、掺稀降粘 掺稀降粘采油工艺是通过油管或油套环空向油井底部注入稀油,使稀油和地层产出的稠油充分混合,从而降低稠油粘度和稠油液柱压力及稠油流动阻力,增大井底生产压差,使油井恢复自喷或实现机械采油的条件。 掺稀油方式有空心抽油杆注入、单管柱注入、油管注入和套管注入4 种。 空心抽油杆注入: 稀油由空心抽油杆注入井下, 在泵筒内与地层稠油混合后由油管举升到地面(见图1) , 减小了流动阻力。 单管柱注入: 平行于油管下一条管柱, 将稀油注入到泵

下与地层液混合, 经油管将混合液采出(见图2)。 图1空心杆注稀油降粘示意图图2油管注稀油降粘示意图 套管注入: 稀油从油、套环形空间注入, 在泵下与地层稠油混合后经油管举升到地面(见图3)。 油管注入: 稀油从油管注入与地层液混合,经抽油泵上的带孔短节进入油、套环形空间被举升到地面(见图4)。 图3套管注稀油降粘示意图图4油管注稀油降粘示意图

一般来说,稠油与轻油的混合温度越低,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。确定合理的掺油比应根据油井的原油粘度、温度、含水、含砂等情况而定。给稀油管输温度,是决定掺油量的重要因素。辽河金马公司通过多年摸索发现,当管输温度保持在50摄氏度左右时,稀油黏度降至最低,能够充分带动井内稠油举升至地面。为此,他们在偏远井站的稀油干线上增装了5座加热炉,保证了稀油入井温度在40摄氏度以上;同时对4座采油站的稀油干线进行了合并,减少了零散输送带来的热损失。通过这两项举措,日减掺稀油78吨。在保证油井正常生产的前提下,使油井产量、泵效最高,经济效益最好。 井筒掺稀油循环工艺不仅能提高产液的温度,还可以通过提高井筒混合液的含水量来降低粘度。在确定掺稀深度时,原油的拐点温度是个非常重要的量。原油在井筒中被举升的过程中,温度不断降低。当原油温度接近拐点温度时,其流动性明显变差时开始掺稀,所以确定掺稀深度实际上就是计算井筒的温度分布。由于稀油密度低,掺稀后混合液密度也降低,掺入深度越深,井筒流动阻力越小,井口压力越高。在井底掺稀时,不需要加封隔器,操作工艺相对简单,实际上一般在井底掺稀。不同类型稠油拐点温度测算公式为: T 0= 8.6lgμ+ 22.5 式中: T0为稠油拐点温度,μ为地面

(工艺技术)工艺管道讲义(下发)

工艺、集输及长距离输送 管道工程 第一章油田工艺设备安装工程简述 第一节油田油气集输 第二节稠油集输 第三节气田集输 第四节含油污水处理 第五节油田注水、注汽 第二章工艺管道工程 第一节管道工程基本知识 第二节工艺管道工程施工图预算的编制

第三节实例 第三章油气集输管道安装 第一节油气集输管道概述 第二节管道施工 第三节预算编制的基本内容 第四节管道的阴极保护 第五节管道穿跨越工程 第六节工程量计算规则 第七节实例 第四章长距离输送管道 第一节长距离输送管道的界定和施工程序 第二节工程量计算规则 第三节实例 第一章油田工艺设备安装工程简述 第一节油田油气集输 油气集输工艺是将分散的油井产物经过单井的油、气、水的产量计量,收集处理成质量合格的原油、天然气、石油液化气、轻烃等产品,并经过储存、

计量后输送到用户的全过程。采用合理的油气集输工艺流程,对于油田建设 的总体布局,对于油田的可靠生产、工艺水平及生产经济效益起着关键的作用。油气集输流程:(加热降凝、加降凝剂) 油井------- ?计量站一*接转站 --------------- ?联合站----------- ?首站—?外输、油井:1、采油树直接进计量站 2、井口加4m2水套加热炉。(DN80) 加 热 八、、 炉

计量站 O __________________ , 二、计量站:主要由总机关、双循环水套加热炉、计量分离器等组成。作用 是油井产物的收集,汇总加热后输送到接转站或联合站。同时单井的产物加 热后进入计量分离器进行单井油气产量的计量, 计量完成后混合汇入总汇管, 见附图: 三、接转站:主要由油气分离器、储油罐、泵房、加热炉组成。油、气、 水混合物进入接转站的分离器进行油气分离,分离出的油水混合物经泵房 提升进入加热炉升温输送至联合站。 分离出的天然气(伴生气),部分用作加 热炉燃料,多余部分外输 外输 井口 外输 计量站来油

稠油乳化降粘技术_刘国然

第2卷第1期特 种 油 气 藏1995年 稠油乳化降粘技术 刘国然 编译 (辽河石油勘探局钻采工艺研究院 辽宁 盘锦 124010) 前 言 世界上的稠油资源非常丰富,储量和产量都占很大比例。为了开发稠油资源,世界各产油国和地区都在致力于研究稠油的开采和集输问题。为了降低稠油的粘度,增加流动性,提高产量,一般采用热采法、稀释法、乳化降粘法等。其中乳化降粘技术具有方法简单、经济、所需能量少等优点。 化学降粘法及机理 1. 化学剂的分类 化学降粘剂分为降凝剂(或叫流动改进剂)和乳化剂(表面活性剂)。前者能大大降低含蜡原油的粘度、胶凝强度和凝点,而使原油流动性得到改善,后者使高粘原油形成低粘度的水包油(O/W)型乳化液,而使稠油粘度大大降低。 表面活性剂是一种化合物,其分子中有亲水原子团和疏水原子团,由于其少量的存在可使表面性质有显著变化。根据实用性质,表面活性剂又可分为洗净剂、乳化剂和湿润剂等。表面活性剂通常分为阴离子系、阳离子系、两性离子系及非离子系四大类。 2. 乳化降粘机理 稠油乳化降粘就是使一定浓度的表面活性剂水溶液,在一定温度下与井下稠油充分混合,使高粘原油以粗油滴系分散于活性水中,形成低粘度的水包油(O/W)型乳状液。这种乳状液降低了原油在井筒和管线中的运动阻力。 原油中加入亲水表面活性剂后,因亲水基表面活性很强,而替代油水界面上的疏水自然乳化剂而形成定向的吸附层,吸附层将强烈地改变着分子间相互作用和表面传递过程,致使原油粘度显著下降。实践证明,原油粘度越高使用表面活性剂降粘效果越好。 稠油乳化降粘开采和集输机理也可从两方面来理解:一是表面活性剂溶液与稠油接触能使油水界面张力下降,所以在一定温度下经过搅拌,油便呈颗粒状分散在表面活性剂水溶液中,形成极粗的水包油型乳状液。活性剂分子吸附于油珠周围,形成定向的单分子保护膜,防止了油珠重新聚合,可见乳状液流动能使液流对管壁的摩擦压力减弱(图1)。二是由于表面活性剂水溶液的湿润作用,使液流流动阻力显著减少,即在管壁上吸附了一层表面活性剂水溶液的

稠油不加热集输技术

稠油不加热集输技术与应用 (西南石油大学油气储运工程,四川成都,610500) 【摘要】:稠油的密度大、粘度高、流动性差,输送困难。对稀释法、乳化降粘法、加剂降粘法、超声波法、改质降粘法、低粘液环法等稠油不加热集输技术的机理及应用条件进行了分析,探讨制约不加热输送技术发展的难题,为稠油的经济、安全输送提供有益的借鉴。【关键词】:稠油; 降粘;不加热集输 稠油即高粘度重质原油,国际上常称为重油。稠油是一种复杂的、多组分的均质有机混合物,主要是由烷烃、芳烃、胶质和沥青质组成。一般是以油层条件下或油层温度下的脱气原油粘度为主,粘度在50 mPa·s以上叫稠油。粘度在50~10 000 mPa·s称为普通稠油;粘度在10 000~50 000 mPa·s称为特稠油;粘度>50 000 mPa·s称为超稠油或天然沥青。 随着世界能源供应日趋紧张,储量丰富的稠油日益引起各国的重视。稠油富含胶质和沥青质,粘度高,密度大,流动性差,其特殊性质决定了稠油的集输必然是围绕稠油的降粘、降凝改性或改质处理进行的。我国原油主要是以稠油油藏为主,稠油中胶质、沥青质含量过高是稠油高粘度的原因,对稠油开采和输送工艺难度相当大,针对不同稠油油品选择合理的降粘方法将变得至关重要。否则将影响稠油正常开采和输送,从而增加开采、输送的成本,降低经济效益。我国油田集输系统主要采用加热输送工艺,该工艺的弊端是输油能耗高、允许的输量变化范围小、停输易发生凝管事故。因此,近年来稠油的不加热集输技术越来越引起人们的重视。本文对几种稠油不加热输送技术的机理及应用条件进行了分析,探讨了其有利的方面和存在的问题,为稠油的经济、安全输送提供有益的借鉴。 1 稀释降粘技术 1. 1 机理 稀释降粘主要是利用相似相容原理,加入溶剂降低稠油粘度,改善其流动性。常用的溶剂有甲醇、乙醇、煤油、粗柴油、混苯等。混苯中的甲苯、二甲苯是胶质、沥青质的良好溶剂。其作用机理为,当加入稀释剂后,混合物中蜡含量浓度减少,溶液的饱和温度降低,从而降低了混合物的凝点。另外,低粘原油的胶质、沥青质是一种降凝剂,它阻止了蜡晶网络的形成,使混合物的凝点、屈服值和粘度等降低。 1. 2 应用 国内外研究表明,轻油掺入稠油后可起到降凝降粘作用,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。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。稀释剂与原油的混合方式和混合温度也同样影响稀释的效果,一般来说,稠油与轻油的混合温度越低,降粘效果越好。稀释

稠油化学降粘研究进展

Vo.l13,No.23精细与专用化学品第13卷第23期 Fi n e and Specia lty Che m icals2005年12月6日 稠油化学降粘研究进展 孙 慧* 张付生 (中国石油勘探开发研究院油田化学所,北京100083) 摘 要:分析了稠油的组成及稠油高粘度形成机理。综述了稠油化学降粘技术(乳化降粘、油溶性降粘剂降粘、井下水热催化裂化降粘、微生物法降粘等)的研究与应用,并对其降粘作用机理进行分析。探讨了油溶性降粘技术和乳化降粘技术存在的问题,指出油溶性降粘剂的研究思路:在降粘剂分子中引入稠环芳香基团、具有表面活性基团、含氟表面活性剂基团,以提高降粘效果。 关键词:稠油;化学降粘;乳化降粘剂;油溶性降粘剂;催化裂化 R esearch T rends on Reducing V iscosity of V iscous C rude O ils by Che m icalM ethods SU N H ui,Z HANG Fu-s heng (O il F ield Chem istry D epart m ent,R esearch Instit u te o f Petro leu m Exp l o ration and D evelop m ent,Be iji ng100083,Ch i na) Abstract:The co m po siti ons and the v i scos i ty for m i ng m echan i s m of v i scous crude o il s we re d i scussed.The research trends on reduc i ng v iscosity by che m i ca lm et hods i ncluding v iscosity reduc tion w ith e mu lsify i ng agents,o i-l solub l e v i sco sity reducers,cata l y ti c aquather m al crack i ng and v i scos i ty reducti on by m icrobe we re rev ie w ed.T he proble m s ex i sti ng i n v i s-cos it y reducti on by usi ng e mu lsify i ng v iscosity reducers and o il so l uble v iscosity reducers w ere discussed.It was po i nted out that research i dea of o i-l so l ub l e v iscosity reducers fo r v iscous crude o ilw as t o synt hesize ne w effective o i-l so l uble v i sco sity reducers w it h f used r i ng-arom ati c g roup,po l ar/acti ve surface group or fl uor i nated active surface group i n order to i ncrease the v iscosity reduc i ng effec t. K ey word s:v iscous crude o i;l chem ical v iscosity reduce r;e m ulsify i ng v i scos it y reducer;o il so l ub l e v iscosity reduc-er;cata l y ti c cracki ng 随着世界能源供应日趋紧张,储量丰富的稠油日益引起各国的重视。稠油富含胶质和沥青质,粘度高,密度大,流动性差,给其开采和集输带来很大困难。降低稠油粘度,改善稠油流动性,是解决稠油开采、集输和炼制问题的关键。 工业上常用的降粘方法有加热降粘、掺稀降粘、化学降粘(乳化降粘,油溶性降粘剂降粘等)等。近年来化学降粘技术越来越引起人们的重视。 化学降粘技术对我国稠油的开采和输送具有特别重要的意义。我国稠油储量丰富,但许多油藏因区块分散、含油面积小、油层薄等原因不能经济地用蒸汽吞吐或电热等方法开采;在沙漠和海底铺设输油管道时,传统的加热输送方法不能适应恶劣的环境要求;另外,西部新建管线长且地形复杂,人烟稀少,也不宜采用加热方法降粘。在这些情况下,化学降粘技术显示出了得天独厚的优势,值得大力推广。 1 稠油的组成及其高粘机理 1.1 组成与分类 原油是各种烃类(饱和烃、芳烃)与非烃类(胶质、沥青质)的混合物,当各种组分相对含量不同时,则原油物性不同。表1列出了部分稠油的组成和物性。 16 *收稿日期:2005-09-08 作者简介:孙慧(1982-),女,在读硕士研究生,主要从事稠油降凝降粘方面的研究工作。

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