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1、超临界注汽配套工艺研究与应用超临界注汽配套工艺研究与应用一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识目 录蒸汽吞吐及水驱是稠油油藏的主要开发方式胜利油田稠油热采产量胜利油田稠油热采产量l热采开发3.55108t探明储量探明储量13.831013.83108 8t t已动用12.68108t未动用1.15108tl特超稠油及薄层稠油油藏l水驱开发9.13108t一、前一、前 言言胜利油田稠油储量概况胜利油田稠油储量概况(1)(1)已动用稠油老区进入高轮次、高含水开发阶段已动用稠油老区进入高轮次、高含水开发阶段, , 开发效
2、果变差开发效果变差u开发形势分析一、前一、前 言言单单10块块EdS1分周期油汽比柱状图分周期油汽比柱状图单单10块块EdS1分周期产油量柱状图分周期产油量柱状图l老区已进入高轮次吞吐阶段，吞吐效果越来越差（2 2）稠油后备资源品位差，开发难度大）稠油后备资源品位差，开发难度大一、前一、前 言言u开发形势分析l新区储层品位低 近近几几年年新新投投入入热热采采开开发发的的稠稠油油区区块块多多为为难难动动用用储储量量，储储层层物物性性较较差差：一一是是油油层层有有效效厚厚度度薄薄；二二是是储储层层敏敏感感性性强强；三三是是原原油油粘度高粘度高，多为特超稠油油藏；四是具有大量的，多为特超稠油油藏；四
3、是具有大量的边底水边底水。采油厂采油厂稠油区稠油区块热采采时间油油 藏藏 特特 征征胜利利T82T82和和T11T11南南东二段二段20032003非均非均质性性强强( (渗透率渗透率变异系数异系数0.6-2.3)0.6-2.3)；强强水敏；油稠、差水敏；油稠、差异大异大(4935-76098mPas)(4935-76098mPas)；层薄薄( (平均平均4.25m)4.25m)、夹层多多 河口河口陈37337320042004各小各小层砂体厚度砂体厚度较薄（薄（2-6m2-6m）；易出砂；中等偏）；易出砂；中等偏强强水敏水敏沾沾181820072007边底水稠油油藏，底水稠油油藏，边水体水体
4、积为油油层体体积的的10-1510-15倍；倍；油油层胶胶结疏松易出砂；具有疏松易出砂；具有强强水敏水敏桩西西桩斜斜13913920032003东部砂体部砂体为底水油藏，西部砂体底水油藏，西部砂体为边水油藏；水油藏；具有具有强强水敏水敏东辛辛营2727、营8-248-24东二、二、营8-638-63、营47-847-820052005以断以断块油藏油藏为主；主；边底水底水较为活活跃；主力油；主力油层有效厚度薄，有效厚度薄，净总比低比低开开发中心中心草草104104、草、草4S2+34S2+3、草草4S44S44 4、郑411411、草草109109、草、草12812820032003储层厚度平
5、均不到厚度平均不到8m8m；油藏埋藏浅，一般在；油藏埋藏浅，一般在950-1400m950-1400m；胶；胶结疏松，出砂疏松，出砂严重；大部分具有重；大部分具有较强强的的边底水；底水；储层具有具有较强强的敏感性；油稠，以特、超稠油的敏感性；油稠，以特、超稠油为主主（2 2）稠油后备资源品位差，开发难度大）稠油后备资源品位差，开发难度大未动用储量未动用储量1.151.15亿吨亿吨一、前一、前 言言u开发形势分析l未动用储量开发难度大 1.特特超超稠稠油油、薄薄互互层层、深深层层稠稠油油油油藏藏的的注注汽汽压压力力高高，约约为为22MPa-26MPa，目目前前的的注注汽汽工工艺艺(最最高高工工作
6、作压力压力21MPa)不能满足超临界压力不能满足超临界压力安全安全注汽的要求；注汽的要求； 2. 油油层层埋埋藏藏深深、井井筒筒热热损损失失大大，影影响响后后备备稠稠油油资资源的热采效果。源的热采效果。一、前一、前 言言u超临界注汽应用的意义后备资源热采难点湿蒸汽发生器主要参数对比湿蒸汽发生器主要参数对比 为为了了开开发发特特超超稠稠油油、薄薄互互层层、深深层层稠稠油油油油藏藏，胜胜利利油油田田已已具具有有注注汽汽压压力力为为26MPa26MPa的的超超临临界界蒸蒸汽汽发发生生器器。但但常常规规的的注注汽汽配配套套工工艺艺不不能能满满足足超超临临界界注注汽汽热热采采的的要要求。求。生产生产生产
7、生产厂家厂家厂家厂家胜利亚临胜利亚临胜利亚临胜利亚临界湿界湿界湿界湿蒸汽蒸汽发生器发生器发生器发生器美国美国美国美国热力热力热力热力公司公司公司公司美国美国美国美国HSMCHSMCHSMCHSMC公司公司公司公司日本日本日本日本川崎川崎川崎川崎重工重工重工重工美国美国美国美国丹尼尔丹尼尔丹尼尔丹尼尔公司公司公司公司工作工作工作工作压力压力压力压力MPaMPaMPaMPa21.021.021.021.018.218.218.218.218.218.218.218.217.517.517.517.518.318.318.318.3一、前一、前 言言u超临界注汽应用的意义 通通过过研研究究，建建立立
8、一一套套超超临临界界注注汽汽热热力力参参数数计计算算数数学学模模型型，在在此此基基础础上上，对对超超临临界界压压力力注注汽汽参参数数进进行行优优化化设设计计；通通过过对对超超临临界界注注汽汽条条件件下下的的井井下下工工具具进进行行优优化化设设计计，以以形形成成超超临临界界压压力力注注汽汽工工艺艺配配套套技技术术，实实现现特特超超稠稠油油、薄薄互互层层、深深层层稠稠油油的的注注汽汽热热采采，为胜利油田后备稠油储量的开发提供技术储备。为胜利油田后备稠油储量的开发提供技术储备。 一、前一、前 言言u超临界注汽应用的意义目 录一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井
9、下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律建立了能描述超建立了能描述超建立了能描述超建立了能描述超临界压力、亚临界压临界压力、亚临界压临界压力、亚临界压临界压力、亚临界压力及饱和水三种状态力及饱和水三种状态力及饱和水三种状态力及饱和水三种状态下的注汽井筒流动与下的注汽井筒流动与下的注汽井筒流动与下的注汽井筒流动与传热模型。传热模型。传热模型。传热模型。超临界注汽井筒流动与传热的精细描述 研究了注汽井筒油套环空几何尺寸、隔热油管研究了注汽井筒油套环空几何尺寸、隔热油管研究了注汽井筒油套环空几何尺寸、隔热油管研究了注汽井筒油套环空几何尺寸
10、、隔热油管接箍等注汽管柱热点对井筒流动与传热的影响。接箍等注汽管柱热点对井筒流动与传热的影响。接箍等注汽管柱热点对井筒流动与传热的影响。接箍等注汽管柱热点对井筒流动与传热的影响。二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律超临界注汽井筒流动与传热的精细描述二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律超临界压力蒸汽参数变化规律超临界压力蒸汽参数变化规律超超临界压力注汽井筒温度变化规律临界压力注汽井筒温度变化规律 超超过过临临界界点点后后，蒸蒸汽汽的的比比容容急急剧剧上上升升，压压力力越越低低，比比容容越越大大；在在超超临临界界状状态态，井井筒筒内内蒸蒸汽汽压压力力
11、升升高高，焓焓下下降降，而而温温度度既既可可能能升升高高也可能降低也可能降低 。超临界压力蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律二、超临界蒸汽热力参数变化规律井口井口燃烧同样燃油时不同压力下产生燃烧同样燃油时不同压力下产生的蒸汽质量倍数（压力的蒸汽质量倍数（压力17MPa17MPa、干度干度0.70.7蒸汽的热焓为蒸汽的热焓为1 1）井底蒸井底蒸汽比焓汽比焓 kJ/kgkJ/kg燃烧同样燃油时不同压力下产生燃烧同样燃油时不同压力下产生的蒸汽在井底的焓（蒸汽比焓的蒸汽在井底的焓（蒸汽比焓蒸汽质量）蒸汽质量）kJkJ压力压力 MPaMPa比焓比焓 kJ/kgkJ/kg262618201
12、8201.261.2616921692213221322424185618561.241.2417251725213521352121220922091.041.0420532053213521351717229422941 12132213221322132 超超临临界界压压力力注注汽汽时时蒸蒸汽汽的的比比焓焓低低，在在同同样样蒸蒸汽汽量量的的情情况况下下注注入入油油层层的的热热焓焓低低；但但在在燃燃烧烧同同样样燃燃油油的的情情况况下下,与与亚亚临临界界压压力力蒸蒸汽汽发发生生器器发发热热量量相相同同；而而超超临临界界压压力力蒸蒸汽汽发发生生器器的的本本体体热热损损失失小小于于亚亚临临界界压
13、压力力蒸蒸汽汽发发生生器器；因因此此在在锅锅炉炉发发热热量量相相同同，超超临界压力比亚临界压力注入油层的热焓多临界压力比亚临界压力注入油层的热焓多。 不同状态下注汽的比焓、总焓对比不同状态下注汽的比焓、总焓对比 超临界压力注汽热焓分析目 录一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化温度下温度下降降温度温度上升上升温度先下降温度先下降后上升后上升超临界注汽井筒热力参超临界注汽井筒热力参超临界注汽井筒热力参超临界注汽井筒热力参数数值模拟为优化设计数数值模拟为优化设计数数值
14、模拟为优化设计数数值模拟为优化设计注汽工艺提供了手段注汽工艺提供了手段注汽工艺提供了手段注汽工艺提供了手段编制了超临界注汽参数优化软件三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化超临界注汽井筒参数变化规律 随随着着井井口口注注汽汽压压力力的的提提高高，井井筒筒沿沿程程压压力力梯梯度度呈呈增增加加趋势。趋势。23MPa，380注汽时井底蒸汽焓值最大注汽时井底蒸汽焓值最大超临界注汽井筒参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化超临界注汽井筒参数变化规律随着压力升高，比容下降。随着压力升高，比容下降。三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化沿着井筒密度逐渐增
15、大沿着井筒密度逐渐增大超临界注汽井筒参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化超临界注汽井筒参数变化规律沿着热损失逐渐增大沿着热损失逐渐增大三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化三、超临界压力注汽参数优化 隔隔热热油油管管接接箍箍等等注注汽汽管管柱柱热热点点对对井井筒筒热热损损失失影响很大。影响很大。8%8%4%4%超临界注汽井筒参数变化规律目 录一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识位置位置位置位置汽压汽压汽压汽压, MPa, MPa套压套压套压套压,
16、 MPa, MPa抗内压抗内压抗内压抗内压, MPa, MPa抗外挤抗外挤抗外挤抗外挤, MPa, MPa井口井口井口井口24.9624.9616.2216.2247.6747.6739.9039.90井底井底井底井底37.6337.6337.6137.6137.7837.7838.9438.94超临界压力注汽高真空隔热油管强度校核（超临界压力注汽高真空隔热油管强度校核（P110管材）管材）l超临界注汽井底的蒸汽压力为超临界注汽井底的蒸汽压力为37.63MPa37.63MPal目前在用的隔热油管其抗外挤强度为目前在用的隔热油管其抗外挤强度为25MPa, 25MPa, 不能满足要求不能满足要求l
17、P110P110管管材材在在此此工工况况下下的的抗抗外外挤挤强强度度为为38.94MPa,38.94MPa,能能满满足足机机械械性能的要求。性能的要求。 超临界注汽隔热油管优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计超临界注汽隔热油管超临界注汽隔热油管0.04w/m.0.04w/m.生产厂家生产厂家日川崎公日川崎公司司TC-650TC-650日川崎公日川崎公司司TC-750TC-750美国贝克美国贝克公司公司美国贝克美国贝克公司公司美国贝克美国贝克公司公司超临界注超临界注超临界注超临界注汽隔热管汽隔热管汽隔热管汽隔热管导热系数导热系数W/m.W/m.0.0260.026
18、0.0170.0170.0350.0350.0260.0260.0170.0170.040.040.040.04工作压力工作压力MPaMPa253535超临界注汽隔热油管优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计超临界注汽井下工具优化设计n注汽井口安全系数：注汽井口安全系数：3.2n井口补偿器安全系数：井口补偿器安全系数：1.78n井下补偿器内管安全系数：井下补偿器内管安全系数：2.23n井下补偿器外管安全系数：井下补偿器外管安全系数：1.87(1)(1)优优选选了了管管材材，高高温温下强度提高了下强度提高了30%-50%30%-50%(2)(2)优优选选了了密密封封
19、材材料料( (由由柔柔性性石石墨墨+ +改改性性聚聚四四氟氟乙乙烯烯换换为为柔柔性性石石墨墨+ + 紫铜紫铜) )和密封结构和密封结构 超超临临界界注注汽汽配配套套工工艺艺已已全全部部设设计计完完成成，并并完完成成了了试试制制，超超临临界界压压力力井井口口补补偿偿器器、封封隔隔器器等等工工艺艺已已配配合合超超临临界锅炉注汽界锅炉注汽2 2井次。井次。 四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计隔热油管悬挂丢手装置结构示意图隔热油管悬挂丢手装置结构示意图 隔热油管悬挂器结构示意图隔热油管悬挂器结构示意图四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计超临界注汽井下工
20、具优化设计人工井底人工井底补偿器补偿器高真空隔热管高真空隔热管封隔器封隔器补偿器补偿器高真空隔热管高真空隔热管插入密封插入密封热敏封隔器热敏封隔器 针对隔热油针对隔热油针对隔热油针对隔热油管最大下深只有管最大下深只有管最大下深只有管最大下深只有1600m1600m1600m1600m的状况，的状况，的状况，的状况，研究设计了分段研究设计了分段研究设计了分段研究设计了分段注汽工艺管柱，注汽工艺管柱，注汽工艺管柱，注汽工艺管柱，实现了深层稠油实现了深层稠油实现了深层稠油实现了深层稠油井全井筒隔热注井全井筒隔热注井全井筒隔热注井全井筒隔热注汽，井筒热损失汽，井筒热损失汽，井筒热损失汽，井筒热损失小于
21、小于小于小于10%10%10%10%。高真空隔高真空隔热管热管油管油管深层稠油超临界压力注汽工艺管柱设计深层稠油超临界压力注汽工艺管柱设计 四、超临界井下注汽工具优化设计四、超临界井下注汽工具优化设计目 录一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识五、现场应用情况五、现场应用情况YZG9.0-26/395-HYZG9.0-26/395-H超临界注汽锅炉主要技术参数超临界注汽锅炉主要技术参数额定蒸发量额定蒸发量 9.0t/h额定蒸汽压力额定蒸汽压力 26.0MPa额定蒸汽温度额定蒸汽温度 395额定热效率额定热效率 88
22、%额定热功率额定热功率 5.6MW负荷调节负荷调节 70-100%排烟温度排烟温度 250 炉体表面温度炉体表面温度 平均温度平均温度 80 控制方式控制方式 PLC+触摸屏触摸屏安装方式安装方式 拖车式（液压升降）拖车式（液压升降）射孔井段射孔井段1166.8-1171.8m1173.9-1175.3m 厚度厚度5.0m1.4m原油粘度原油粘度21505mPa.s防砂方式防砂方式绕丝筛管绕丝筛管井段，井段，m m孔隙度，孔隙度，渗透率，渗透率，1010-3-3mm2 21166.8-1167.91166.8-1167.936.9136.91270427041167.9-1168.91167.
23、9-1168.936.736.7192219221168.9-1169.91168.9-1169.935.5235.52116111611169.9-1170.91169.9-1170.935.3335.336086081170.91170.91171.81171.833.3833.38165.2165.21173.9-1175.31173.9-1175.334.6534.65320320 储储层层纵纵向向上上非非均均质质性性较较强强，渗渗透透率率差差异异较较大大，储储层较好的井段只有层较好的井段只有3m3m，导致注汽压力高。，导致注汽压力高。草草104-104-斜斜3131井注汽情况井注汽情
24、况五、现场应用情况五、现场应用情况注汽管柱示意图注汽管柱示意图177.8mm177.8mm套管套管喇叭口喇叭口 1120.0m人工井底人工井底1211.0m油管短节油管短节井下补偿器井下补偿器 1020.0m热敏封隔器热敏封隔器11462mm高真空隔热管高真空隔热管防砂鱼顶防砂鱼顶1127.41m1166.8m1175.3m油层井段油层井段厚度厚度:6.4:6.4m/m/2 2层层防砂方式防砂方式: :绕丝筛管绕丝筛管设计注汽量设计注汽量:1200t:1200t设计注汽速度设计注汽速度:6:610t/h10t/h注汽设备：超临界压力锅炉注汽设备：超临界压力锅炉五、现场应用情况五、现场应用情况日
25、期日期注汽时间注汽时间 注汽压力注汽压力 注汽温度注汽温度 注汽速度注汽速度日注日注累注累注备注备注hMPat/htt8.122.319.5366921218.1320.521.73749185206水水处理故障理故障8.144243888.3332398.1721.522.437991944338.182222.538092036368.192423.23829216852汽汽窜停注停注 注注汽汽参参数数达达到到超超临临界界压压力力状状态态（注注汽汽压压力力大大于于22MPa22MPa、注注汽汽温温度度大大于于374374）。该该井井成成功功注注汽汽表表明明，注注汽汽锅锅炉炉及及注注汽井口、
26、井口补偿器等超临界压力注汽配套工具安全可靠。汽井口、井口补偿器等超临界压力注汽配套工具安全可靠。草草104-斜斜31注汽参数注汽参数五、现场应用情况五、现场应用情况u8 8月月11112525日注汽，注汽量日注汽，注汽量1400t1400t；u注注汽汽压压力力22.122.124.8MPa24.8MPa，注注汽汽温温度度2222日日380380388388；u9 9月月1 1日日投投产产，平平均均日日液液8.58.5，日日油油3 34t4t，含含水水55%55%；u超超临临界界注注汽汽前前，水水力力喷喷射射泵泵生生产产，日日液液2 23t3t，日油日油1.3t1.3t。生产情况生产情况五、现场
27、应用情况五、现场应用情况目 录一、前言二、超临界蒸汽热力参数变化规律三、超临界压力注汽参数优化四、超临界井下注汽工具优化设计五、现场应用情况六、认识六、认六、认 识识 1.超超临临界界压压力力状状态态下下注注汽汽井井筒筒流流动动、传传热热规规律律与与饱饱和和蒸蒸汽汽不不同同；超超过过临临界界点点后后，蒸蒸汽汽的的比比容容急急剧剧上上升升，压压力力越越低低，比比容容越越大大；在在超超临临界界状状态态，井井筒筒内内蒸蒸汽汽压压力力升升高高，焓焓下降，而温度既可能升高也可能降低。下降，而温度既可能升高也可能降低。 2.建建立立的的超超临临界界压压力力注注汽汽参参数数优优化化计计算算模模型型，实实现现
28、了了对对超超临临界界注注汽汽工工艺艺参参数数的的优优化化设设计计，提提高高了了超超临临界界注注汽汽的的经济开发效果。经济开发效果。 3.研研制制的的超超临临界界注注汽汽压压力力隔隔热热油油管管通通过过对对管管材材、隔隔热热性性能能的的优优选选和和控控制制，其其机机械械性性能能和和视视导导热热系系数数满满足足了了超超临临界界注注汽汽工工况况的的要要求求；在在此此基基础础上上完完成成了了深深层层超超临临界界注注汽汽工工艺艺管管柱柱结结构构的的优优化化设设计计，满满足足了了深深层层稠稠油油超超临临界界注注汽汽的的要要求。求。 4.通通过过现现场场实实际际应应用用表表明明，配配套套的的超超临临界界注注汽汽工工具具和和注注汽汽参参数数优优化化设设计计软软件件能能够够满满足足超超临临界界注注汽汽设设计计和和现现场场实实施施的的要要求求，为为胜胜利利油油田田特特超超稠稠油油、薄薄互互层层、深深层层稠稠油油等等后后备稠油资源的开发提供了技术储备。备稠油资源的开发提供了技术储备。六、认六、认 识识
