CN103643930B

CN103643930B - 热能稠油降粘方法

Info

Publication number: CN103643930B
Application number: CN201310391713.0A
Authority: CN
Inventors: 徐振宇; 赵波; 赵育生; 徐瑾
Original assignee: KARAMAY CHANGHE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: KARAMAY CHANGHE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103643930A

Abstract

热能稠油降粘方法是油田稠油降粘技术，它克服了其它技术存在的缺点，其装置是由无氧气体发生装置和无氧气体增压装置两套设备组成，具体是冷却罐与柴油机由管线连接；过滤罐与冷却罐与由管线连接；缓冲罐与过滤罐与由管线连接，撬装式压缩机与缓冲罐由管线连接。柴油机上安装着多级滤清器，第一级为旋流式预滤器，第二级细滤是微孔纸滤芯。过滤罐底部放置有微粒过滤器。在撬装式压缩机上有四级压缩机空压机，分别是一级气缸、二级气缸、三级气缸、四级气缸；它是按照一定步骤进行的。

Description

热能稠油降粘方法

技术领域：

本发明涉及油田稠油降粘技术，尤其是热能稠油降粘方法。

背景技术：

稠油亦称重质原油或高粘度原油（英文名为heavyoil），并不是一个严格的范畴。按粘度分类，把在油层温度下粘度高于100mps，已的脱气原油称为稠油。据估计世界常规石油的总资源量为3000亿吨，此外还有稠油、油砂及油页岩等非常规石油资源，它们的储量折合为石油估计有八九千吨之多，这些将成为21世纪石油的重要来源。据有关资料报道，我国稠油的储量在世界上居第七位，迄今已发现有9个大中型含油盆地和数量众多的稠油油藏区块。世界各国在石油工业的发展过程中，都是先开采较易开采的、较轻的原油。国外石油储量大的国家，因其资源丰富且开采稠油成本高、风险大，尚未将开采稠油列入议事日程。一旦打出稠油井，除部分为满足工业生产进行开采外，一般是采用封井的办法，暂时搁置，不进行开采。随着较轻原油资源的逐渐减少，不得不开始开采一些较难开采的重质油，因此在世界石油产量中重质油的份额正在逐渐增大。近年来，我国也加速了稠油的开发，目前稠油的产量已经占全国石油年产量的十分之一左右。

在油田的石油开采中，稠油具有特殊的高粘度和高凝固点特性，在开发和应用的各个方面都遇到一些技术难题。就开采技术而言，胶质、沥青质和长链石蜡造成原油在储层和井筒中的流动性变差，要求实施高投入的三次采油工艺方法。高粘、高凝稠油的输送必须采用更大功率的泵送设备，并且为了达到合理的泵送排量，要求对输送系统进行加热处理或者对原油进行稀释处理。就炼化技术而言，重油中的重金属会迅速降低催化剂的效果，并且为了将稠油转化为燃料油，还需要加入氢，从而导致炼化成本大大增加，渣油量大，硫、氮、金属、酸等难处理组份含量高，也是炼油厂不愿多炼稠油的原因。可见，稠油的特殊性质决定了稠油的采、输、炼必然是围绕稠油的降粘降凝改性或改质处理进行的。

针对稠油粘度大等特征和各油藏的构造可采取不同的采油工艺。稠油油藏水驱开采技术主要包括机械降粘、井筒加热、稀释降粘、化学降粘、微生物单井吞吐、抽稠工艺配套等：稠油油藏热采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、丛式定向井以及水平井、火烧油层以及与稠油热采配套的其它工艺技术等。火烧油层的难点是实施工艺难度不易控制地下燃烧，同时高压注入大量空气的成本又十分昂贵。而化学降粘法加入的化学药剂在某种程度上造成地层严重污染。目前国内外对稠油和高凝油开采一般均采用热采方式，电加热技术是在空心抽油杆中穿一根电缆，电缆的一端与空心抽油杆的底端相连，在由电缆、空心抽油杆构成的回路上施加交流电，通过被加热的空心抽油杆对稠油或高凝油的热传导实现加热降粘。与其他技术相比，具有较高的效率，而且该工艺方法作业比较简单，费用较低，采油比较经济。因此具有明显的优越性，在我国的许多油田得到广泛应用。

稠油组成及性质：油井生产过程中所产生的沉淀物（结蜡块）常为固态或半固态，颜色呈黑褐色或深褐色，成份以石蜡为主，同时胶质与沥青质以及钻井液所携带的沙粒等掺杂其中。

这些沉淀物使得原油粘度很高，高含蜡原油的流变特性随温度变化较大，在不同温度下表现出不同的流变特性。当油温高于原油析蜡点时，蜡晶基本上全部溶解于原油中，溶解的石蜡可以认为是一种石蜡和石油溶剂分子间具有相互作用的均匀介质，其粘度是油温的单值函数，表现为牛顿流体的特性。在油温由析蜡点降至异常点的过程中，蜡晶不断析出，体系的分散颗粒浓度随之增加，并形成很细的细分散体系，粘度特性基本上仍表现为牛顿流体。

当油温低于异常点时，原油中析出的蜡使体系内部的物理结构（如颗粒取向、形状和排列）发生了质的变化。原油粘度不再是温度的单值函数，而与剪切速率也有关系，表现为假塑性流体特性，并且伴随有触变性。当油温降至失流点或凝固点以下时，蜡晶析出量大大增加，体系中分散颗粒的浓度也相应增大，颗粒开始相互连接成网，体系中的连续相和分散相彼此逐渐转相，此时的原油具有触变、屈服一一假塑性流体特性。

稠油的温度：高凝高含蜡稠油中蜡晶的形成和聚结直接受温度的影响。当稠油温度高于析蜡温度时，一方面，油中的蜡晶颗粒会部分或全部溶解；另一方面，沥青胶质将高度分散，减小了结蜡凝固的可能性。随着稠油体系的冷却，蜡晶将按分子量的高低依次不断析出、聚结、长大，使油凝固，同时沥青胶质也依次均匀的吸附在已析出的蜡晶上或共晶长大，加剧了稠油的凝固。稠油的温度越低，其粘度越高，越不利于开采。

油井生产时油流从井底向井口的流动过程中，温度是逐渐降低的。温度降低的因素主要有两个：一个与地温梯度有关，即油流上升过程中由于地层温度是逐渐降低的，因而油流通过油管和套管不断把热量传给地层，使油流体本身温度降低。另一个因素与稠油中气体析出有关。当气体从稠油中分离出来时，体积膨胀，流速增加，因而需要吸收一部分热量，使稠油本身温度降低。

稠油开采的难度：对应用广泛的有杆抽油井而言，在开采稠油时，由于粘度过高，含蜡量大，使得油管的油流通道减小，抽油杆柱的上、下行阻力增加，下冲程时易出现驴头“打架”现象，上冲程时驴头负荷增加，严重时会使抽油杆卡死在油管中，甚至造成抽油杆断裂的井下事故。此外，对于油层温度较低的井，在抽油泵固定阀、固定阀罩及其以下部位由于压力低，在生产过程中也容易形成堵井，而要被迫进行修井。

对于电潜泵生产井而言，由于电潜泵井排量大，吸入口处压力低，当油层温度较低时，此处容易结蜡并造成叶导轮流道堵塞，钻井液阻力增加，使泵的排量下降，同时会使电机负荷增加，严重的可造成电机经常停机，使电泵机组不能正常运转。

总之，稠油的开采过程中有很多的困难，由于稠油的性质造成开采中的井下事故及其费用，会使采油成本大幅度上升。因此，稠油降粘开采方法的研究对于减小井下事故的发生及降低稠油开采成本增加。

发明内容：

本发明的目的是提供投资小、见效快、生产无事故的热能稠油降粘方法，它克服了其它技术存在的缺点，本发明的目的是这样实现的，其装置是由无氧气体发生装置和无氧气体增压装置两套设备组成，具体是由柴油机、冷却罐、过滤罐、缓冲罐、撬装式压缩机、管线连接而成，冷却罐与柴油机由管线连接；过滤罐与冷却罐由管线连接；缓冲罐与过滤罐与由管线连接，撬装式压缩机与缓冲罐由管线连接。柴油机上安装着多级滤清器，第一级为旋流式预滤器，第二级细滤是微孔纸滤芯。过滤罐底部放置有微粒过滤器。在撬装式压缩机上有四级压缩机空压机，分别是一级气缸、二级气缸、三级气缸、四级气缸。

本发明按照以下步骤进行：第一步查阅停关井底层地质资料，停井时一段时期的单井出油量资料，以此作为依据挑选适合采油的井；第二步到达井口后根据井况选择适合该井的工艺方法；第三步安装进出口管线；第四步设备操作间内关闭进气阀门试压，试压值高于设计施工压力2-3MPa；第五步小排量注入，观察出口是否正常；第六步注气三十小时以后仔细观察压力；当压力变化达到设计要求后停止注气；第七步闷井扩散24小时后，打开出口阀门，用油罐车收油。

无氧气体发生装置的作用是将环境空气经柴油机进行燃烧后，经过冷却罐的降温、过滤器的除杂和缓冲罐的降压处理。无氧气体增压装置是利用撬装式压缩机产生用于生产的高压无氧热能气体。

1、柴油机，它的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成。主要参数是，燃油规格：中国0#(轻柴油)；进气量：7.83（m³/min）；进气方式：涡轮增压；排气量：21.8（m³/min）；空气耗量：5.2（m³/min）；最大输出功率为255kW。

2、一次过滤，柴油机微粒过滤器采用金属材料，放置在过滤罐底部，利用网状结构物理捕集或氧化颗粒物及污垢。收集到的颗粒物及污垢连续或者定期地通过加热再生从过滤器中被移走。

3、缓冲罐，利用罐内足够空间使进入的气体运行更平稳。

4、二次过滤，柴油滤清器滤除柴油中的机械杂质和水，滤清器是采用多数的，第一级为旋流式预滤器(如叶片环、旋流管)，用于滤除粗大颗粒杂质，过滤效率在80%以上，第二级细滤是微孔纸滤芯(一般称作主滤芯)，其过滤效率达99.5%以上.

5、压缩机，撬装式压缩机为活塞式四级压缩机空压机，柴油机尾气经过滤清器进入一级气缸，经过一级活塞压缩后进入一级冷却器；然后进入二级气缸，再经过二级活塞压缩后进入二级冷却器；然后进入三级气缸，由三级活塞压缩后送入三级冷却器；再由三级气缸送入三级冷却器；再经过四级气缸压缩后经高压单流阀投入使用。压缩机的动力由柴油机提供，由减速离合器负责结合。

主要参数：无氧热能气体成分以N₂、CO₂为主，O₂含量低于5%，气源工作压力25MPa；注入气相对密度1.09kg/m³；注入气温度160-220℃；日最大供气量1440m³/d；举升度适应井深达3800m以上；施工作业2小时就可见效，单井的整个气举工作时间在3-4小时以内；此间的产油液量在2－12m³；对每口井做好即时参数的记录、摸清其油液量恢复规律后，按周期定期气举，一般2－30天举油一次；

本发明的意义是：一是适用范围广；二是操作灵活、施工方便，本发明是以汽车为载体，故不受距离和固定设备的条件限制，可以随时到达指定井场，方便施工；三是操作管理简单,改变工作制度灵活；四是安全保障系数高，无氧热能气体成分以N₂、CO₂为主，O₂含量低于5%，所以与天然气混合后，不会产生可燃或可爆气体，为安全气举施工创造了条件；五是举升度高，适应井深可达3800m；六是效率高，一台流动的无氧式气举设备，造价仅为《撬装制氮系统》的二十分之一，施工作业一般2小时就可见效，单井的整个气举工作时间在3-4小时以内；此间的产油液量在2－12m³；对每口井做好即时参数的记录、摸清其油液量恢复规律后，可以按周期定期的气举，一般2－30天可举油一次；七是节能环保，本装置的二氧化碳气源主要来源于车载气举车所排出的尾气，通过专用设备的过滤、缓冲、降温、增压，在施工过程中就免除了尾气向空中排放。

附图说明：

图1为热能稠油降粘装置的方块图，图中1、柴油机2、冷却罐3、过滤罐4、缓冲罐5、撬装式压缩机6、管线。

具体实施方式：

实施例1、本发明是由柴油机1、冷却罐2、过滤罐3、缓冲罐4、撬装式压缩机5、管线6连接而成，冷却罐2与柴油机1由管线6连接；过滤罐3与冷却罐2由管线6连接；缓冲罐4与过滤罐3与由管线6连接，撬装式压缩机5与缓冲罐4由管线6连接。柴油机1上安装着多级滤清器，第一级为旋流式预滤器，第二级细滤是微孔纸滤芯。过滤罐3底部放置有微粒过滤器。在撬装式压缩机5上有四级压缩机空压机，分别是一级气缸、二级气缸、三级气缸、四级气缸。

实施例2、本发明按照以下步骤进行：第一步查阅停关井底层地质资料，停井时一段时期的单井出油量资料，以此作为依据挑选适合采油的井；第二步到达井口后根据井况选择适合该井的工艺方法；第三步安装进出口管线；第四步设备操作间内关闭进气阀门试压，试压值高于设计施工压力2-3MPa；第五步小排量注入，观察出口是否正常；第六步注气三十小时以后仔细观察压力；当压力变化达到设计要求后停止注气；第七步闷井扩散24小时后，打开出口阀门，用油罐车收油。

实施例3、无氧气体发生装置的作用是将环境空气经柴油机进行燃烧后，经过冷却罐的降温、过滤器的除杂和缓冲罐的降压处理。无氧气体增压装置是利用撬装式压缩机产生用于生产的高压无氧热能气体；柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成，主要参数是，燃油规格：中国0#轻柴油；进气量：7.83m³/min；进气方式：涡轮增压；排气量：21.8（m³/min）；空气耗量：5.2m³/min；最大输出功率为255kW；一次过滤，柴油机微粒过滤器采用金属材料，放置在过滤罐底部，利用网状结构物理捕集或氧化颗粒物及污垢；收集到的颗粒物及污垢连续或者定期地通过加热再生从过滤器中被移走；缓冲罐，利用罐内足够空间使进入的气体运行更平稳；二次过滤，柴油滤清器滤除柴油中的机械杂质和水，滤清器是采用多数的，第一级为旋流式预滤器，如叶片环、旋流等，用于滤除粗大颗粒杂质，过滤效率在80%以上；第二级细滤是微孔纸滤芯，其过滤效率达99.5%以上；撬装式压缩机为活塞式四级压缩机空压机，柴油机尾气经过滤清器进入一级气缸，经过一级活塞压缩后进入一级冷却器；然后进入二级气缸，再经过二级活塞压缩后进入二级冷却器；然后进入三级气缸，由三级活塞压缩后送入三级冷却器；再由三级气缸送入三级冷却器；再经过四级气缸压缩后经高压单流阀投入使用。压缩机的动力由柴油机提供，由减速离合器负责结合。

实施例4、本发明的主要参数：无氧热能气体成分以N₂、CO₂为主，O₂含量低于5%，气源工作压力25MPa；注入气相对密度1.09kg/m³；注入气温度160-220℃；日最大供气量1440m³/d；举升度适应井深达3800m以上；施工作业2小时就可见效，单井的整个气举工作时间在3-4小时以内；此间的产油液量在2－12m³；对每口井做好即时参数的记录、摸清其油液量恢复规律后，按周期定期气举，一般2－30天举油一次。

Claims

1.热能稠油降粘装置，它是由柴油机（1）、冷却罐（2）、过滤罐（3）、缓冲罐（4）、撬装式压缩机（5）、管线（6）连接而成，其特征是：冷却罐（2）与柴油机（1）由管线（6）连接；过滤罐（3）与冷却罐（2）由管线（6）连接；缓冲罐（4）与过滤罐（3）由管线（6）连接，撬装式压缩机（5）与缓冲罐（4）由管线（6）连接；柴油机（1）上安装着多级滤清器，第一级为旋流式预滤器，第二级细滤是微孔纸滤芯；过滤罐（3）底部放置有微粒过滤器；在撬装式压缩机（5）上有四级压缩机空压机，分别是一级气缸、二级气缸、三级气缸、四级气缸。

2.权利要求1所述热能稠油降粘装置的降粘方法，其特征是：它是按照以下步骤进行的：第一步查阅停关井底层地质资料，停井时一段时期的单井出油量资料，以此作为依据挑选适合采油的井；第二步到达井口后根据井况选择适合该井的工艺方法；第三步安装进出口管线；第四步设备操作间内关闭进气阀门试压，试压值高于设计施工压力2-3MPa；第五步小排量注入，观察出口是否正常；第六步注气三十小时以后仔细观察压力；当压力变化达到设计要求后停止注气；第七步闷井扩散24小时后，打开出口阀门，用油罐车收油。

3.权利要求1所述热能稠油降粘装置的降粘方法，其特征是：无氧气体发生装置的作用是将环境空气经柴油机进行燃烧后，经过冷却罐的降温、过滤器的除杂和缓冲罐的降压处理；无氧气体增压装置是利用撬装式压缩机产生用于生产的高压无氧热能气体；柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成，主要参数是，燃油规格：中国0#轻柴油；进气量：7.83m³/min；进气方式：涡轮增压；排气量：21.8m³/min；空气耗量：5.2m³/min；最大输出功率为255kW；一次过滤，柴油机微粒过滤器采用金属材料，放置在过滤罐底部，利用网状结构物理捕集或氧化颗粒物及污垢；收集到的颗粒物及污垢连续或者定期地通过加热再生从过滤器中被移走；缓冲罐，利用罐内足够空间使进入的气体运行更平稳；二次过滤，柴油滤清器滤除柴油中的机械杂质和水，滤清器是采用多级的，第一级为旋流式预滤器，用于滤除粗大颗粒杂质，过滤效率在80%以上；第二级细滤是微孔纸滤芯，其过滤效率达99.5%以上；撬装式压缩机为活塞式四级压缩机空压机，柴油机尾气经过滤清器进入一级气缸，经过一级活塞压缩后进入一级冷却器；然后进入二级气缸，再经过二级活塞压缩后进入二级冷却器；然后进入三级气缸，由三级活塞压缩后送入三级冷却器；再由三级气缸送入三级冷却器；再经过四级气缸压缩后经高压单流阀投入使用；压缩机的动力由柴油机提供，由减速离合器负责结合。

4.权利要求1所述热能稠油降粘装置的降粘方法，其特征是：本发明的主要参数：无氧热能气体成分以N₂、CO₂为主，O₂含量低于5%，气源工作压力25MPa；注入气相对密度1.09kg/m³；注入气温度160-220℃；日最大供气量1440m³/d；举升度适应井深达3800m以上；施工作业2小时就可见效，单井的整个气举工作时间在3-4小时以内；此间的产油液量在2－12m³；对每口井做好即时参数的记录、摸清其油液量恢复规律后，按周期定期气举，2－30天举油一次。