维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷第２期 石 油 钻 探 技 术 Ｖｏｌ＿３５，Ｎｏ．２ Ｍａｒ．。２００７ ＰＥＴＲＯＩ ＥＵＭ ＤＲＩＬＬＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ●试井与开采 浅层稠油热坑道内开采技术 张 宇 第一采油厂，河南南阳常金荣 张 伟。 吴义发 吴小平 ４３４０２３；２．河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳４７３１３２；３．河南油田分公司 （１．长江大学石油与天然气工程学院，湖北荆州４７３１３２；４．河南石油勘探局钻井工程公司，河南南 Ｉｔ ４７３１３２） 摘 要：坑道采油技术是稠油开发的一项新技术，主要利用蒸汽辅助重力泄油（ＳＡＧＤ）的原理，通过油砂层下 面的巷道系统向油砂层中钻水平井进行热力采油，对开采特浅层、超稠油油藏和进一步提高稠油采收率（可达５Ｏ 以上）有较好的应用前景。简要介绍了坑道采油技术在国外稠油油田的应用情况，并重点介绍了加拿大阿尔伯达油砂 技术研究局利用竖井和坑道进行的ｕＴＦ采油工艺以及水平井蒸汽辅助重力泄油开采技术，并介绍了与常规稠油开采 方法不同的坑道内钻井施工，为国内开发稠油油藏提供了技术借鉴。 关键词：稠油油藏；稠油开采；采收率；坑道；竖井；热采；钻井 中图分类号：ＴＥ３４５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—０８９０（２００７）０２—００７３—０３ 坑道采油技术是稠油开发中的一项新技术， 主要利用蒸汽辅助重力泄油的原理，通过油砂层下 一个矿坑进口，然后向油藏中钻水平或角度小的泄 油孔，对于倾斜角很大的浅油层来说，这种方法比 应用竖井便宜；第三种方法是钻一个较大的洞穴， 面的巷道系统向油砂层中钻水平井进行热力采油， 属于采矿法采油技术，包括采矿工程、地下钻井、 巷道工程技术、水平井层内采油技术。该技术对开 采特浅层（埋深小于９００ ｍ）、超稠油油藏和进一 然后向上向外沿各个方向钻长达１５２．４～９１４．４ ｍ 的泄油孑Ｌ眼，可以降低矿井的大小及费用。 加拿大艾伯塔阿尔伯达油砂技术研究局ｌ＿３ｊ （Ａ（）ＳＴＲＡ）在阿萨巴斯卡油田通过直径３ ｍ的竖 井，在油层底部以下的底板层打坑道，从坑道中向 上部油层钻成对的水平井，沿油层水平方向扩展， 步提高稠油采收率（可达５ｏ 以上）有较好的应 用前景。 ｌ坑道采油技术的发展历史 最早的采矿法泄油试验是１９世纪６ｏ年代在美 国俄亥俄州和加利福尼亚州进行的 。２Ｏ世纪２Ｏ 年代，这种方法在法国和德国的石油生产中起了积 极作用，重新引起美国对它的兴趣，并在一些地区 生产井靠近油层底部，注入井在生产井上方约５ ｍ 处。当向注人井注蒸汽时，加热的原油靠重力作用 流人生产井，由地下集油系统泵至地面。 ２加拿大ＵＴＦ坑道采油技术 Ａｔｈａｂａｓｃａ油砂层地下试验设施（ＵＴＦ）现场 进行试验作业达２Ｏ ａ之久。美国和前苏联将采矿 法与蒸汽处理结合起来开采稠油。前苏联在Ｙａｒｅ— ｇａ油田推广应用了这一方法，现在该油田生产能 力已超过１．５９×１０。ｍ。／ａ。 位于加拿大阿尔伯省ＭｃＭｕｒｒａｙ堡附近，是由阿尔 伯达油砂技术研究局发起建设的。利用这套地下试 验设施可从Ａｔｈａｂａｓｃａ油砂层中工业性采出原来大 为了提高采收率，全苏科学研究院和伯朝拉石 油科学研究设计所同科米石油联合公司的雅列卡石 油坑道管理局在雅列卡油田上研制、试验和推广了 一部分不可采或采收率很低（小于２Ｏ ）的沥青油。 通过试验，提出了两个基本概念：一是蒸汽辅 助重力泄油（ＳＡＧＤ）的概念，它由油砂层底部的 一套热坑道稠油开发方法ｌ２ｊ，可使稠油油藏采收率 对水平井来实施，上部为注蒸汽井，下部为生产 达到５８ ～６８ ，亦即相当于用一般方法（如注 水）开采低粘度原油所达到的水平。 矿坑开采的方法有３种：第一种是钻竖井至油 井，两井相距５ ｍ。将蒸汽由地面沿蒸汽管线注入 收稿日期：２００６—０９—２６；改回日期：２００６—１２—０５ 作者简介：张宇（１９７Ｏ一），男，１９９４年毕业于西南石油学院 层，然后沿油层下坑道向油层中钻一些泄油孑Ｌ，而 且矿坑掘进于致密岩层中，有效将下部作业区与上 部油藏隔开；另外一种方法是沿倾斜油藏的走向掘 钻井工程专业，在读硕士研究生，高级工程师。 联系电话：（０３７７）６３８３３２２５ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ ７４ ・ 石 油 钻 探 技 术 蒸汽井中，加热的重油依靠重力作用泄人生产井被 抽汲至地面。二是竖井和巷道工程（ＳＡＴＡｃ）的 概念，要求在油砂层底部以下１５ ｍ、离地面１８０ ｍ的巷道中钻８口水平井。 仪器 该钻机的规格为７．５９ ｍ ｘ ２．５９ ｍ ｘ ３．２５ ｍ；最大钻头 ４４４．５ ｍｍ；最大套管 ３３９．７ ｍｍ； 最大轴向推力８９ ｋＮ。 该钻机还配有管具操纵装置，这种装置能装卸 井中所用的钻杆、钻具、套管和。 ｂ．防喷系统。防喷设备由两个改进型防喷器 和一个封隔装置组成 ］。封隔装置能封隔井筒环形 空间内的钻井液，使钻井液通过矿井管汇系统返到 １）适合于ＵＴＦ蒸汽辅助重力驱油工艺地区 的选择。为了确定地下测试试验工艺对开采Ａｔｈａ— ｂａｓｃａ油砂层内的剩余储量的适用性，建立了一套 筛选标准ｌ２］：产层连续厚度大于２０ ｍ；深度大于 ７５ ｍ；存在适于建造采矿巷道的下覆地层，储量 为７０ ｘ １０。ｍ。。 ２）地下试验（ＵＴＦ）设施简介。“地下试验设 施”ｌ４ 是一个具有坑道采矿设施、工艺辅助设施的 竖井及通道的系统工程。两个直径３ ｍ的竖井， 通道深２１３ ｍ，作为采矿的通道，保证空气充分流 通，提供竖井设备，并保证满足安全标准。通道之 间的间距是１８２ ｍ，通道顶部在油砂层１５ ｍ之下。 出人坑道在第一号竖井中，由高速绞车上下输 送，绞车每小时输送量为１００ ｔ。第２号竖井作为 通风排气用，井中有蒸汽管线、生产管线、钻井流 体管线等，以及一个供紧急使用的笼型绞车系统。 通道宽５ ｍ、高４ ｍ，为重型设备的搬运和地 下钻机安装提供了场地。在许多地方，通道更为宽 一些，以便安装电器开关、油池及井口（宽７ ｍ） 等设备。 坑道内还设有紧急防护室，提供如火、可燃气 体、蒸汽等紧急事故的安全保护。防护室可供１５ 人使用２４ ｈ。 ３）ＵＴＦ工艺。由于巷道空间有限，采用专门 定制的紧凑型地下钻机钻水平井，水平井从坑道内 向上钻过石灰岩和油砂层的分界面后，在油砂层中 水平钻进ｌ２］。井口安装在坑道墙壁上。采用防砂衬 管管柱组合完井。所有的管材都是３ ｍ一节的， 所钻井与水平面约成１６。的仰角。 ａ．钻机。特定规格的地下钻机可以在高５ ｍ、 宽８ ｍ的采矿巷道内工作Ｅ４３，可以在油砂层内钻成 与采矿巷道垂直的水平井。 这种钻机是由电机驱动，装有自动推进轨道， 质量达９ ８４４ ｋｇ，能下人到长１．８ ｍ、宽１．４ ｍ和 高４．５ ｍ的巷道中。可在水平线至垂直线的弧线 范围内钻斜井，可在油砂层中钻直径２７９．４ ｍｍ、 长达７００ ｍ的水平井，并能在所钻井中下人 ２４４．５ ｍｍ套管，还能钻 ４４４．５ ｍｍ水平井，并 在 ４４４．５ｍｍ水平井开始的６０ ｍ内下人 ３３９．７ ｍｍ套管。在该钻机上能操作长３ ｍ的钻具和测井 地面。现场测试表明，该防喷系统能承受６ ＭＰａ 的压力，大于所钻井深处的地层静压力。 Ｃ．钻井记录系统。钻井记录系统用于连续监测 下列参数的变化情况：大钩载荷（汽缸力）、钻压、 泵压、顶部驱动泵活塞的冲程扭矩、钻井液体积、 环空压力和钻井液气监测仪（报警）的监测参数。 ｄ．循环系统。钻井过程中，钻井液从地面往 下通过安装在采矿竖井和巷道中的 １０２ ｍｍ钻井 液管线泵人钻机ｌ４］，再经水龙头、钻杆、钻头到达 井底，经钻杆和井壁间的环形空间返出井口，再通 过钻井液管线排至地面。 ｅ．固井系统。制造了一种专门设计的固井设 备［４３，将其下人采矿巷道后安装。这种固井设备能 搅拌和泵送密度很大、粘度很高的水泥浆，只有使 用这样的水泥浆才能保证表层套管和石灰岩井壁之 间的环形空间处于密封状态。为了达到这一目的， 在水泥浆中掺人少量的水，添加一种膨胀剂，使其 收缩率降到最低程度。并在承压条件下注人这种水 泥浆，用泵将水泥浆挤人到表层套管和井壁之间的 环形空间之后，再用井壁水泥封隔器封住表层套管 外的水泥浆，使其候凝。 ｆ．完井没计。使用 ２１９．０ ｍｍ的衬管完井， 用一节长３ ｍ的滤砂管或滤砂器把这种衬管接至 井口ｌ４］。每节滤砂管或滤砂器的有效长度为２ ｍ， 在整个完井井段，滤砂管或滤砂器均用每节长２～ ３ ｍ的光管来连接。在衬管的导端装有 ２１９．０ ｍｍ 引鞋，将衬管的导端安装在井口套管打捞筒上。 ４）地下试验（ＵＴＦ）情况。１９８７年１２月一 １９９０年底，进行了ＵＴＦ第一期工程的试验，钻了 ３对水平井，每口井长１６０ ｍ。所设计水平井的采 收率和产量要比以最佳的汽油比开采时高２～４倍。 １９９０年４月一１９９４年３月进行了第二期工程 的试验［４３，主要目的是用工业规模的井来论证 ＵＴＦ工艺在技术上和经济上的可行性：ａ．以合理 的投资在相距３～７ ｍ的范围内钻成每口长６００ ｍ 的对井；ｂ．将第一期工程井的６０ ｍ有效长度的产 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５巷第２期 张 宇等：浅层稠油热坑道内开采技术 ・ ７５・ 量按比例扩大到有效长度为５００ ｍ的工业性井的 产量。 的原理，对开采特浅层、超稠油油藏和进一步提高 稠油采收率有较好的应用前景。 第二期工程由３对水平井组成，每口井长６００ ｍ，对井相距７０ ｍ。还要建成５５０ ｍ长的新巷道， ２）坑道内钻井必须使用特定的紧凑型钻机和 采用特殊的钻井工艺。 及地面加工厂。 ３）加拿大阿尔伯达油砂技术研究局根据ＵＴＦ 试验，建立了适合坑道采油技术的稠油油藏筛选标 准。 ３ 国外其它油田应用情况 １）美国怀俄明Ｎｏｒｔｈ Ｔｉｓｄａｌｅ油田坑道采油技 术 。该油田于１９７７年６月完成了坑道的开凿， 依靠山势在油层深度位置向油层打水平坑道，在坑 道内钻了６口水平井，采出的原油通过管线输到坑 道内的集油池，通过一口直井，将集油池内的采出 液抽到地面。 ２）前苏联Ｙａｒｅｇａ油田坑道采油技术。从１９６８ ４）坑道采油技术为国内进一步提高稠油、超 稠油的采收率提供了新的思路。 参 考 文 献 Ｐａｔｒｉｃｋ Ｍ Ｃｏｌｌｉｎｓ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ＡＯＳＴＲＡ’Ｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｔｅｓｔ ｆａｃｉｌｉｔｙ，ｐｈａｓｅ Ｂ ｐｉｌｏｔ：Ｔｈｅ ｃｉｍ／ａｏｓｔｒａ １９９１ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ Ｂａｎｆｆ，Ｃａｌｇｒｙ，ＡＩ— ｂｅｒｔａ，Ｃａｎａｄａ，Ａｐｒｉｌ ２１—２４，１９９１［Ｃ］．Ｃａｎａｄａ，Ｃａｌｇｒｙ： １９９１． 年开始，前苏联在Ｙａｒｅｇａ油田进行了热采法试验。 从距油层底部２Ｏ～３０ ｍ的上覆岩层内的地下钻井 工作室钻定向注蒸汽井至油层底部，从上覆岩层向 油层底部掘双倾斜钻井面，形成环形坑道，从环形 Ｂｅｓｔ Ｄ Ａ，Ｃｏｒｄｅｌｌ Ｇ Ｍ，Ｈａｓｔｏｎ Ｊ Ａ．Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｔｅｓｔ ｆａｃｉｌ— ｉｔｙ：ｓｈａｆｔ／ｔｕｎｎｅｌ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８７，３９（５）：６０３— ６１２． 坑道向四周打仰角较小的长１００～２００ ｍ的生产 井，控制面积为（１０～１５）×】０ ｍ 。 该油田共有１５个区块生产，采油井为４ １９２ 口，热采区的面积达２２５×１０ ｍ 。应用热采法生 产了２８０×１０ ｔ原油，正在开发区块的目前采收率 达到了２７ ，有２个区块已生产了大约８ ａ，采收 率达到了５０ 。 Ｅ３３ Ｂｕｔｌｅｒ Ｒ Ｍ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｔｕ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｏｉｌｓ ａｎｄ ｂｉｔｕｍｅｎ：Ｔｈｅ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｓｏｃｉｅｔｙ’ｓ ｃａｎａｄｉａｎ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｐｅ— ｔｒｏｌｅｕｍ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０００．Ｃａｌｇｒｙ．Ａｌｂｅｒｔａ。Ｃａｎａｄａ，Ｊｕｎｅ ４— ８ Ｅｃ３．Ｃａｎａｄａ，Ｃａｌｇｒｙ：２０００． Ｏ’Ｒｏｕｒｋｅ Ｊ Ｃ，Ｂｅｇｌｅｙ Ａ Ｇ，Ｂｏｙｌｅ Ｈ Ａ，ｅｔ ａ１．ＵＴＦ ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｔａｔｕｓ ｕｐｄｅｔｅ Ｍａｙ １９９７：Ｔｈｅ ４８ｔｈ ａｎｎｕａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｍｅｅｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｓｏｃｉｅｔｙ ｉｎ Ｃａｌｇａｒｙ，Ａｌｂｅｒｔａ，Ｃａｎａｄａ，Ｊｕｎｅ ８ —１１［ｃ］．Ｃａｎａｄａ，Ｃａｌｇｒｙ：１９９７． ５］ 凌建军，黄鹂．国外水平井稠油热力开采技术［Ｊ］．石油 钻探技术，１９９６，２４（４）：４４—４７． ４结论与认识． 坑道采油技术主要利用蒸汽辅助重力泄油 ［审稿 李相方］ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｔｅｓｔ Ｆａｃｉｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｈｅａｖｙ Ｏｉｌ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ Ｚｈａｎｇ Ｙｕ ・ Ｃｈａｎｇ Ｊｉｎｒｏｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｗｅｉ。 Ｗｕ Ｙｉｆａ Ｗｕ Ｘｉａｏｐｉｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｏｉｌ＆Ｇａｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｚｈｏｕ，Ｈｕｂｅｉ，４３４０２３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｈｅｎａｎ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ，４７３１３２，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｆｉｒｓｔ Ｏｉｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｌａｎｔ，Ｈｅｎａｎ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎａｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ，４７３１３２，Ｃｈｉｎａ；４．Ｄｒｉｌｌ— ｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ。Ｈｅｎａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈｅｎａｎ，４７３１３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｔｅｓｔ Ｆａｃｉｌｉｔｙ（ＵＴＦ），ａ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ， ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＳＡＧＤ．Ｉｔ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｔｏ ｄｒｉｌｌ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｎｄｓｔｏｎｅ ｔｏ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｉｌ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ．Ｉｔ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｏｉｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５０ ９／６．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＵＴＦ ｉｎ ｏｖｅｒｓｅａｓ ｏｉｌｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈ ｅｍｐｈａｓｉｚｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ＵＴＦ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ Ａｌｂｅｒｔａ Ｏｉｌ Ｓａｎｄｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ（ＡＯＳＴＲＡ）ａｎｄ ｔｈｅ ＳＡＧＤ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈｅａｖｙ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐ— ｍｅｎｔ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＶＩＳＣＯＵＳ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ；ｖｉｓｃｏｕｓ ｏｉｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ；ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆａｃｔｏｒ；ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ；ｄｒｉｌｌｉｎｇ
