稠油排砂冷采技術

對於稠油油藏來講，排砂冷采是指在沒有人工能量補充的條件下，依靠天然能量，並通過調節壓差使地層達到出砂，同時又保持地層骨架不被破壞，從而大幅度改善地層的滲透率，達到提高產量的過程。此過程由於有少量天然氣的存在，通常伴隨著泡沫油的形成，泡沫油在排砂採油的過程中起到了提供能量、降低黏度和攜砂的作用。

基本介紹

• 中文名：稠油排砂冷采技術
• 外文名：Cold production technology of heavyoil production
• 出現時間：20世紀80年代
• 套用：稠油開採
• 作用：防砂採油
• 學科：石油工程

介紹

稠油油藏一般埋藏較淺，壓實成岩作用差，油層疏鬆膠結，開採過程中出砂現象嚴重。採用防砂技術進行注蒸汽熱采投資大、成本高。20世紀80年代中期加拿大石油公司實施了稠油排砂冷采的現場試驗，取得了顯著的增產效果，從而引起了人們對其增產機理的探討，建立起“排砂冷采”這一概念。目前，加拿大稠油排砂冷采技術已由試驗階段轉人工業性推廣、套用階段。我國正在開展工藝性試驗，已顯示出良好的發展前景。

排砂冷采機理

稠油排砂冷采技術不需要向油層注入熱量，它屬於一次採油範疇，允許油藏出砂，並通過排砂採油大幅度提高稠油產量。儘管稠油排砂冷采技術已在加拿大廣泛套用，也取得了顯著的增產效果，礦場配套工藝技術成熟，但其冷采機理的研究仍處於不斷探討和完善之中。根據室內試驗、現場試驗及套用成果分析，稠油排砂冷采的增產機理主要有以下4方面：

(1)出砂形成“蚯蚓孔”網路，大幅度提高稠油的流動能力。由於油層膠結疏鬆，在較高的壓差作用下，砂粒容易脫落，而稠油粘度高，攜砂能力強，使砂粒隨稠油一起流動，在油層中形成“蚯蚓孔”網路，從而使油層孔隙度和滲透率大幅度提高，極大地提高了稠油的流動能力。

(2)稠油以泡沫油形式流動其流動阻力小。儘管稠油中溶解氣含量很低，但仍含有5～20m/t的溶解氣。在稠油從油層深處向井筒流動的過程中，隨著壓力的降低，從原油中逸出大量的微氣泡使之形成泡沫油流動，且氣泡不斷發生膨脹。由於稠油粘度高，膠質含量高，形成的油膜強度大，因此，泡沫油穩定不易破裂，泡沫油的形成減小了油流阻力。

(3)溶解氣膨脹提供驅動能量。

當含有微氣泡的稠油在向井筒流動時，隨著壓力降低，微氣泡會發生膨脹，形成泡沫流，而且油層中的原油、水以及岩石骨架也會發生彈性膨脹。這些因素的綜合作用為油流提供了驅動能量。

(4)遠距離的邊、底水提供補充能量。

當油井遠距離存在邊、底水時，水層能量以壓力傳遞方式(而不是流體傳遞)向蚯蚓孔補充能量，可以取得更好的開發效果。

排砂冷采適應條件

雖然國外有關研究機構和石油公司的研究人員已進行了多年的試驗和理論研究，然而，目前尚未形成公認的稠油排砂冷采篩選標準，目前普遍認為，稠油排砂冷采的適應條件有以下幾方面：

(1)進行排砂冷采的油藏必須是膠結疏鬆的砂岩油藏；

(2)油層具有較高的孔隙度、滲透率和含油飽和度；

(3)油藏埋藏深度最好在300～800m之間；

(4)脫氣原油粘度在2000～4000mPa·S之問；

(5)地層原油中含有一定量的溶解氣；

(6)油層泥質含量較低；

(7)距邊水、底水層較遠。

由於稠油排砂冷采技術是依靠出砂來實現採油，即不出砂則不出油。因此，除了上述油藏地質條件外，還必須配備攜砂能力極強的採油泵和配套的採油、集輸工藝。

(1)含砂率高，單井累積產砂量大。稠油排砂冷采投產前兩個月內的含砂量可達20%～60%(體積比)，大約經過半年到一年時間生產後，含砂量才降到5%以內(一般0．5%～3．0%之間)並穩定下來。但是，隨著產量的增加，短時間內含砂量也會增加，當產量穩定時，含砂量又會降至原來的水平。

(2)油井增產幅度大，但採收率較低。由於稠油的高粘特性，若採用防砂措施依靠天然能量開採，通常沒有產能或產能很低。採用稠油排砂冷采技術後，油井的增產幅度很大。在冷採過程中，隨著砂粒的不斷采出，油產量不斷增加，其中初期產量增加幅度較大，後期逐漸變緩。由於稠油排砂冷采屬於一次採油，無需向油層補充任何能量，因此，其採收率較低。

(3)產出液呈泡沫流動狀態，井底流壓低。稠油排砂冷采含水率較低，且產液呈乳化液形式。由於原油中含有一定的溶解氣，因此，當井底壓力降低時，溶解氣以微氣泡形式隨原油一起流動，且生產氣油比一直穩定在原始溶解氣油比水平，溶解氣與原油同步采出。

(4)一旦蚯螞孔發生外來水侵入，開採效果變差。由於蚯蚓孔延伸距離較遠，外來水一旦侵入油層進人蚯蚓孔，將嚴重危及油井生產。

(5)位於油藏低部位或靠近氣頂的油井，開採效果差。

1．鑽井、完井注意事項

(1)為了便於生產管理和節省投資，國外較多地採用叢式井組進行排砂冷采，一般每個井場鑽16～32口井，最大井斜達40°以上。

(2)排砂冷采井應遠離邊底水層或氣頂。

(3)由於油井不採取任何防砂措施，因此，油層段下應留有一定深度的沉砂口袋，以便大量出砂時起緩解作用。

(4)採用大孔徑、深穿透、高密度射孔技術，為油井出砂創造條件。

(5)採取負壓射孔方式，對於靠近水層的油層，應避射一定厚度。

2．採油注意事項

(1)廣泛採用攜砂能力極強的螺桿泵。螺桿泵的理論日排量可以從幾立方米到數百立方米，對於不同供油能力的油井均有較好的適應性。

(2)採用大直徑的抽油桿和油管。為了適應因螺桿泵泵徑和轉速增加導致扭矩增大的需要，一般採用大直徑油管和抽油桿，大直徑抽油桿可以滿足最大扭矩下抗扭強度要求，且抽油桿伸長量較小，運轉過程中能使螺桿泵的轉子與定子處於良好的吻合狀態。

採用大直徑油管有利於降低螺桿泵的出口壓力，另外，當泵發生砂堵時便於作業。AMooco和Suncor公司在個別排砂冷采井中採用114.3mm套管作為舉升油管。

(3)下泵深度應適中。在稠油排砂冷採過程中，如果泵下入過淺，則生產壓差小，不利於增產，油層可能被砂粒埋住，造成砂堵，會嚴重降低開採效果；如果泵下入過深(油層底部以下)，則在泵排砂不及時的情況下，可能造成砂埋住泵而使油井被迫停產。因此，稠油排砂冷采井一般將泵下人油層底部，即泵的吸人口位於油層底部，泵體位於油層中部。

3．地面集輸及廢物處理注意事項

(1)地面管網採用粗管線大彎度。雖然細管線有利於提高含砂流體的輸送速度，砂粒不易沉澱堵塞管線，但是會導致回壓升高，泵效降低。因此，從降低回壓提高舉升效率出發，地面管線應選用粗管線大彎度連線。

(2)井口採用大罐加熱沉降除砂裝置。由於產出流體中含砂率高，為了防止砂粒堵塞集輸系統，產出流體不能直接進入管網和集油站，必須在井口就地除砂。由於采出來的泡沫油本身具有較強的穩定性，消泡時間及砂粒在其中懸浮時間較長，為了加快砂粒沉降速度，國外一般採用大罐加熱沉降除砂方法。產出流體經過脫氣和重力分離後，各種物質在儲罐內呈層狀分布，從上到下分別為氣體、原油、粘稠混合物、水和砂粒。其中氣體經放空管線排出(可作為燃料供加熱用)，原油和水也經相應的管線輸出，其剩餘的粘稠混合物和砂粒通過真空泵抽提出來。

(3)脫出砂粒等廢物應進行處理。稠油排砂冷采井單井累積產砂量很高，有的甚至超過千立方米。雖然從儲罐底部抽提出來的砂子中仍殘餘l%～5%的稠油，這種“粘稠混合物”實際上為原油、泥質和粉砂質分散物以及水所形成的複雜乳化物，其中包含了大量表面活性很強、粘度極高的多糖分子。這種“粘稠混合物”的處理難度更大，因為這種乳化物是含有芳香族化合物的焦油狀物質，不能直接處理或作為工業原料，而乳化物的破乳費用高、難度大。

加拿大各石油公司普遍認為，在目前的條件下處理產出砂粒及廢物(包括粘稠混合物)較好的處理辦法是：將砂攪拌成砂漿(混入很低比例的粘稠混合物)，以壓裂方式注入到嚴重虧空的地層中。由於排砂冷采產出大量的砂子，所以應從環境保護的角度考慮產出流體和砂子，是否會造成地面變形及其對地面設施的影響。