【石油技术】过热蒸汽装置—提高稠油开发效果的有效设备

发布时间:2018-10-07 20:31    

1 引言

哈萨克斯坦肯基亚克盐上油田是一个有着40年开发历史的老油田,前苏联时期即落实有地质储量1.1× 108 t,在此期间,稠油油藏曾经进行过湿饱和蒸汽吞吐、湿饱和蒸汽驱及热水驱、聚合物驱等几种强化采油工艺分别进行试采,每一种工艺方法都有其局限性,对提高产出液和提高采油速度的效果均不明显,直到2003年采出程度还不足10%。

为改善肯基亚克盐上稠油油藏的开发效果,提高其单井产油量,2004年3月中国石油集团原副总经理吴耀文提出采用过热蒸汽吞吐的开发方案。根据方案的要求,中国石油集团工程设计有限责任公司科技开发中心(CPE)与中国石油勘探开发公司(CNODC)联合形成本课题组,开展稠油过热蒸汽开采装置专项研究。通过两年时间的刻苦攻关,研制出国内外首套采用普通锅炉软化水生产过热蒸汽的过热蒸汽装置,并于2005年1月总装出厂。装置设计热效率达到73%,实际平均运行热效率≮ 78%;排烟温度(280~ 320)℃ ;过量空气系数≤ 1.2;管程压降≤ 0.4 MPa。

该装置自2005年10月在哈萨克斯坦肯基亚克盐上稠油油田正式投入现场试验,到2009年3月18日为止,已相继有7套过热蒸汽装置在该油田投入应用,累计试验井数达到54口。试验效果表明:注过热蒸汽较普通热采的驱油效率提高6%~ 12%以上,单井稠油产量相对第一轮常规湿饱和蒸汽吞吐平均日增油量达1~ 8 t,并且普遍延长了注过热蒸汽井的生产周期。

该装置制造成本与目前常用的国外进口油气田管式加热炉的成本相比,造价降低40%左右。该装置已申报国家专利3项,其中发明专利一项,2006年底顺利通过中国石油天然气集团公司组织的验收,被与会专家认定为“重大技术突破”,2007年被国家六部委评为国家级重点新产品,2008年荣获北京市中关村颁发的高科技新产品证书,并荣获2008年中国石油集团科技进步奖贰等奖。

2 技术创新点

(1)首次将使用普通锅炉软化水产生的湿饱和蒸汽直接过热,用于稠油油田的注过热蒸汽吞吐开采,此方法国内外前所未有,是一次技术性突破。

(2)该过热蒸汽装置在传统管式加热炉结构的基础上,进行多项原创性开发,形成具有自主知识产权的专有技术,成功解决了该装置炉管结晶体沉积、过热爆管等关键技术难题,是对常规技术的大胆创新。

(3)过热蒸汽装置采用分级加热,汽水分离器多级分离结构的脱盐工艺,实现高温高压工况下低密度差的汽液分离问题。该环节同样是该装置关键的创新技术之一。

(4)该技术的独特之处是采用无罐无泵的射流混合技术,在保证额定过热度的前提下,将高压汽水分离器脱出的高含盐盐水按比例馈送到井下,实现稠油热采过热蒸汽生产过程高含盐水的零排放,相对于以往汽水分离提高注汽干度而言节约大量宝贵的锅炉软化水,避免外排污水造成的热损失及环境污染。因此,该技术的形成是稠油热采节能降耗重要的技术举措。

(5)过热蒸汽装置关注关键环节,采用超常规的跟踪自控技术,实现装置在线自动检测与实时控制,确保装置安全。因此,该自控技术是装置连续稳定运行的必备手段。

(6)通过向稠油油藏注过热蒸汽,因此改变储层岩石润湿性,使原油发生水热裂解,改善了油藏内的渗流环境,扩大了加热半径,提高了波及体积,因此提高了驱油效率和单井产量,为稠油油田高效开发提供了新途径。

(7)通过对试验区冷采、饱和蒸汽吞吐和过热蒸汽吞吐开发效果综合评价,形成了一套稠油油藏注过热蒸汽开发效果评价方法,中油(国际)阿克纠宾油气股份公司已将过热蒸汽吞吐作为肯基亚克盐上稠油油田的开采方式,由此形成的注过热蒸汽吞吐热采技术,是一次典型的应用范例。

3 应用效果与前景

目前根据过热蒸汽吞吐热采的实际需要,已研制出额定过热蒸汽流量为23 t/h,11.5 t/h及9.2 t/h三种规格的过热蒸汽发生装置投入现场应用,并制订编写出有关的技术标准与规程;其设计压力分别为18 MPa,9 MPa,6.3 MPa;装置出口过热蒸汽温度可以根据热采工艺的需要从(320~ 400)℃ ;过热度从(30~ 100)℃ ;适应的湿饱和蒸汽干度从50%~70%;既可以燃油、燃气,也可以油气两用。自控系统以高可靠性、高安全性为主旨,设置完善的自动检测与报警停炉功能,并可以配备带远传的RTU,也可就地与远传结合,适应用户的不同要求。该装置既可以橇装、组装,也可以车载移动。该装置可以根据用户需要安装在单井井口,也可以安装在配汽站或注汽站。

该装置至今已经有7套在肯基亚克盐上稠油油田投入使用,累计对54口井进行注过热蒸汽试验,第1口投入生产的试验井61043井自2005年11月13日到2009年3月18日共1205天累计生产原油9 882 t,比采用湿饱和蒸汽吞吐多生产原油近

7 500 t,其他已开抽的注过热蒸汽试验井也都呈现出良好的采油效果,54口试验井到2009年3月18日累计生产原油80 112.2 t,占生产井总数只有10%的注过热蒸汽试验井,其日采油量占盐上稠油生产井日产油量的20%左右,原油含水由初期的86%最低曾下降至28%,目前仍保持在50%左右

通过对试验区冷采、饱和蒸汽吞吐和过热蒸汽吞吐开发效果综合评价,形成一套稠油油藏注过热蒸汽开发效果评价方法,中油(国际)阿克纠宾油气股份公司已将过热蒸汽吞吐作为盐上稠油油田的开采方式。

继哈国肯基亚克盐上注过热蒸汽试验之后,国内相关稠油油田的注过热蒸汽试验也已进入实施阶段,2008年7月到2008年11月在新疆油田重油公司所开展的注过热蒸汽试验,试验达6井次,其中有2口见到显著效果,2009年将扩大试验范围及规模。

辽河油田的现场试验也在进行中,试验效果正在进一步跟踪中。稠油热采过热蒸汽装置技术的价值及作用正为更多的油田领导及专家所认可。

目前哈萨克斯坦肯基亚克盐上稠油油田有稠油生产井数百口,有捞油作业队在进行捞油作业的稠油井数百口左右,油层厚度5~ 15 m,2006年~ 2007年两年新增加稠油生产井近200口,如按目前安装在配汽计量间的方式,平均每16口井配置1套过热蒸汽装置计算,需要50套左右,国内四大稠油油田(新疆、辽河、胜利、河南)有数万口左右的稠油油井,至少需要数百套这样的蒸汽再加热装置,若每年有20%的稠油井采用该装置,则装置销售产值超过数十亿元,增产稠油即使按保守估计每天每口井增产1 t计,每年增产的原油也可达到1 500万t左右,价值超过800亿元人民,相当于新增加一个辽河油田,市场前景很好。从环保方面而言,可以避免排污水的外排所造成的环境污染,环境效益也是很好的,并有效延长注汽锅炉的使用寿命。

4 结论

过热蒸汽装置技术首次将普通锅炉软化水产生的湿饱和蒸汽直接过热,根据稠油热采工艺需要生产出蒸汽温度320~ 400℃ ,过热度30~ 100℃的过热蒸汽,用于稠油油田注过热蒸汽吞吐开采,为稠油油田高效开发提供了新途径。

哈萨克斯坦肯基亚克盐上稠油实验区现场试验表明:注过热蒸汽较普通热采的驱油效率提高6%~ 12%以上,单井稠油产量相对第一轮常规湿饱和蒸汽吞吐平均日增油量达1~ 8 t。54口试验井截至2009年3月18日累计生产原油80 112.2 t,占肯基亚克盐上生产井数只有不到10%的注过热蒸汽吞吐试验井,其日采油量占肯基亚克盐上稠油井日产油量的20%左右,效果显著。

此外,由于该过热蒸汽装置采用独特的工艺及结构设计,使它相对于以往采用高压汽水分离器提高注汽干度的方法而言,可以在满足注汽工艺要求的蒸汽过热度的情况下实现高温高压高含盐饱和水的零排放,按注汽总量25%计,则7套装置截至2009年3月18日共减少高温高压高含盐饱和水排放26 350 t,减少热损失折合燃气94× 104 m3,并可有效地避免高温高压高含盐饱和水排放对环境造成的热污染,经济、环境与社会效益良好。

过热蒸汽装置技术对实现稠油热采领域节能降耗具有重要意义。