[科普中国]-稠油排砂冷采技术

介绍

稠油油藏一般埋藏较浅，压实成岩作用差，油层疏松胶结，开采过程中出砂现象严重。采用防砂技术进行注蒸汽热采投资大、成本高。20世纪80年代中期加拿大石油公司实施了稠油排砂冷采的现场试验，取得了显著的增产效果，从而引起了人们对其增产机理的探讨，建立起“排砂冷采”这一概念。目前，加拿大稠油排砂冷采技术已由试验阶段转人工业性推广、应用阶段。我国正在开展工艺性试验，已显示出良好的发展前景。2

排砂冷采机理稠油排砂冷采技术不需要向油层注入热量，它属于一次采油范畴，允许油藏出砂，并通过排砂采油大幅度提高稠油产量。尽管稠油排砂冷采技术已在加拿大广泛应用，也取得了显著的增产效果，矿场配套工艺技术成熟，但其冷采机理的研究仍处于不断探讨和完善之中。根据室内试验、现场试验及应用成果分析，稠油排砂冷采的增产机理主要有以下4方面：

(1)出砂形成“蚯蚓孔”网络，大幅度提高稠油的流动能力。由于油层胶结疏松，在较高的压差作用下，砂粒容易脱落，而稠油粘度高，携砂能力强，使砂粒随稠油一起流动，在油层中形成“蚯蚓孔”网络，从而使油层孔隙度和渗透率大幅度提高，极大地提高了稠油的流动能力。

(2)稠油以泡沫油形式流动其流动阻力小。尽管稠油中溶解气含量很低，但仍含有5～20m³/t的溶解气。在稠油从油层深处向井筒流动的过程中，随着压力的降低，从原油中逸出大量的微气泡使之形成泡沫油流动，且气泡不断发生膨胀。由于稠油粘度高，胶质含量高，形成的油膜强度大，因此，泡沫油稳定不易破裂，泡沫油的形成减小了油流阻力。

(3)溶解气膨胀提供驱动能量。

当含有微气泡的稠油在向井筒流动时，随着压力降低，微气泡会发生膨胀，形成泡沫流，而且油层中的原油、水以及岩石骨架也会发生弹性膨胀。这些因素的综合作用为油流提供了驱动能量。

(4)远距离的边、底水提供补充能量。

当油井远距离存在边、底水时，水层能量以压力传递方式(而不是流体传递)向蚯蚓孔补充能量，可以取得更好的开发效果。2

排砂冷采适应条件虽然国外有关研究机构和石油公司的研究人员已进行了多年的试验和理论研究，然而，目前尚未形成公认的稠油排砂冷采筛选标准，目前普遍认为，稠油排砂冷采的适应条件有以下几方面：

(1)进行排砂冷采的油藏必须是胶结疏松的砂岩油藏；

(2)油层具有较高的孔隙度、渗透率和含油饱和度；

(3)油藏埋藏深度最好在300～800m之间；

(4)脱气原油粘度在2000～4000mPa·S之问；

(5)地层原油中含有一定量的溶解气；

(6)油层泥质含量较低；

(7)距边水、底水层较远。

由于稠油排砂冷采技术是依靠出砂来实现采油，即不出砂则不出油。因此，除了上述油藏地质条件外，还必须配备携砂能力极强的采油泵和配套的采油、集输工艺。2

排砂冷采基本特征(1)含砂率高，单井累积产砂量大。稠油排砂冷采投产前两个月内的含砂量可达20%～60%(体积比)，大约经过半年到一年时间生产后，含砂量才降到5%以内(一般0．5%～3．0%之间)并稳定下来。但是，随着产量的增加，短时间内含砂量也会增加，当产量稳定时，含砂量又会降至原来的水平。

(2)油井增产幅度大，但采收率较低。由于稠油的高粘特性，若采用防砂措施依靠天然能量开采，通常没有产能或产能很低。采用稠油排砂冷采技术后，油井的增产幅度很大。在冷采过程中，随着砂粒的不断采出，油产量不断增加，其中初期产量增加幅度较大，后期逐渐变缓。由于稠油排砂冷采属于一次采油，无需向油层补充任何能量，因此，其采收率较低。

(3)产出液呈泡沫流动状态，井底流压低。稠油排砂冷采含水率较低，且产液呈乳化液形式。由于原油中含有一定的溶解气，因此，当井底压力降低时，溶解气以微气泡形式随原油一起流动，且生产气油比一直稳定在原始溶解气油比水平，溶解气与原油同步采出。

(4)一旦蚯蚂孔发生外来水侵入，开采效果变差。由于蚯蚓孔延伸距离较远，外来水一旦侵入油层进人蚯蚓孔，将严重危及油井生产。

(5)位于油藏低部位或靠近气顶的油井，开采效果差。2

排砂冷采时钻井、采油和集输注意事项1．钻井、完井注意事项

(1)为了便于生产管理和节省投资，国外较多地采用丛式井组进行排砂冷采，一般每个井场钻16～32口井，最大井斜达40°以上。

(2)排砂冷采井应远离边底水层或气顶。

(3)由于油井不采取任何防砂措施，因此，油层段下应留有一定深度的沉砂口袋，以便大量出砂时起缓解作用。

(4)采用大孔径、深穿透、高密度射孔技术，为油井出砂创造条件。

(5)采取负压射孔方式，对于靠近水层的油层，应避射一定厚度。

2．采油注意事项

(1)广泛采用携砂能力极强的螺杆泵。螺杆泵的理论日排量可以从几立方米到数百立方米，对于不同供油能力的油井均有较好的适应性。

(2)采用大直径的抽油杆和油管。为了适应因螺杆泵泵径和转速增加导致扭矩增大的需要，一般采用大直径油管和抽油杆，大直径抽油杆可以满足最大扭矩下抗扭强度要求，且抽油杆伸长量较小，运转过程中能使螺杆泵的转子与定子处于良好的吻合状态。

采用大直径油管有利于降低螺杆泵的出口压力，另外，当泵发生砂堵时便于作业。AMooco和Suncor公司在个别排砂冷采井中采用114.3mm套管作为举升油管。

(3)下泵深度应适中。在稠油排砂冷采过程中，如果泵下入过浅，则生产压差小，不利于增产，油层可能被砂粒埋住，造成砂堵，会严重降低开采效果；如果泵下入过深(油层底部以下)，则在泵排砂不及时的情况下，可能造成砂埋住泵而使油井被迫停产。因此，稠油排砂冷采井一般将泵下人油层底部，即泵的吸人口位于油层底部，泵体位于油层中部。

3．地面集输及废物处理注意事项

(1)地面管网采用粗管线大弯度。虽然细管线有利于提高含砂流体的输送速度，砂粒不易沉淀堵塞管线，但是会导致回压升高，泵效降低。因此，从降低回压提高举升效率出发，地面管线应选用粗管线大弯度连接。

(2)井口采用大罐加热沉降除砂装置。由于产出流体中含砂率高，为了防止砂粒堵塞集输系统，产出流体不能直接进入管网和集油站，必须在井口就地除砂。由于采出来的泡沫油本身具有较强的稳定性，消泡时间及砂粒在其中悬浮时间较长，为了加快砂粒沉降速度，国外一般采用大罐加热沉降除砂方法。产出流体经过脱气和重力分离后，各种物质在储罐内呈层状分布，从上到下分别为气体、原油、粘稠混合物、水和砂粒。其中气体经放空管线排出(可作为燃料供加热用)，原油和水也经相应的管线输出，其剩余的粘稠混合物和砂粒通过真空泵抽提出来。

(3)脱出砂粒等废物应进行处理。稠油排砂冷采井单井累积产砂量很高，有的甚至超过千立方米。虽然从储罐底部抽提出来的砂子中仍残余l%～5%的稠油，这种“粘稠混合物”实际上为原油、泥质和粉砂质分散物以及水所形成的复杂乳化物，其中包含了大量表面活性很强、粘度极高的多糖分子。这种“粘稠混合物”的处理难度更大，因为这种乳化物是含有芳香族化合物的焦油状物质，不能直接处理或作为工业原料，而乳化物的破乳费用高、难度大。

加拿大各石油公司普遍认为，在目前的条件下处理产出砂粒及废物(包括粘稠混合物)较好的处理办法是：将砂搅拌成砂浆(混入很低比例的粘稠混合物)，以压裂方式注入到严重亏空的地层中。由于排砂冷采产出大量的砂子，所以应从环境保护的角度考虑产出流体和砂子，是否会造成地面变形及其对地面设施的影响。2