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1、一、 项目名称：水平井分段定量注汽及管道式采液处理的稠油高效开发关键技术二、推荐意见：该项目针对稠油高效开发问题， 发明了水平井井下均匀注汽技术、双同向高速旋流分离技术、复合管道式分离技术，形成了具有完全自主知识产权的从开采到产液处理的高效稠油开发成套技术。通过建立注汽控制理论模型和工程计算方法给出了水平井中注汽点位和各注汽点注汽量的准确预测，自主研发了定量注汽管柱和井下实时测试仪，实现了精确控制均匀注汽。利用强旋流和动态重力沉降过程，攻克了超稠油油气水分离难题。采用新型的管道系统代替传统的储罐系统，实现了油气水分离技术的大幅跨越。研制出井下弹性蒸汽伞、井下测试仪、双同向高速起旋器、柱形管道旋
2、流器、微气泡动态气浮选装置等关键设备，突破了稠油经济高效开采的技术瓶颈。该项目已获国家发明专利14项，申请国际PCT专利1项。项目技术在辽河油田、中海油深圳分公司、华油惠博普公司进行了推广应用。水平井均匀注汽850余井次，累计经济效益达9亿元，已经形成了每年100井次以上的推广应用规模。管道式分离技术仅在辽河冷三转项目就节省工程造价约4000万元。惠博普公司采用管道式分离技术中标伊拉克艾哈代布油田、哈法亚油田、伊朗MIS油田、北阿油田，合同额上亿元，提高了我国高技术产品的国际竞争力。项目技术推广应用近三年新增利润达3亿元。经审核，上述推荐书及全部证明材料真实有效，相关内容的填写符合国家技术发明
3、奖填写要求。建议推荐该项目为国家技术发明奖二等奖。三、项目简介稠油是我国重要的战略接替资源，占石油剩余可采储量的比例越来越大，目前约为40%。稠油和超稠油粘度和密度很高，流动性差，开发难度远高于常规原油，目前平均采收率不足20%。目前笼统注蒸汽热采的稠油开发技术存在成本高、采收率低、经济性差等问题，且因稠油的高密高黏特性导致采出液处理困难，极大地限制了我国稠油开采的规模发展。该项目发明了水平井井下均匀注汽技术、双同向高速旋流分离技术、复合管道式分离技术，从而大幅度提高了注采比和采收率，克服了笼统注汽效果差以及传统分离需加热掺稀能耗高、体积庞大、效率低、成本高等难点，攻克了（超）稠油热采与处理中
4、遇到的诸多难题。形成了具有完全自主知识产权的高效稠油开发成套技术，大幅降低了开发成本，突破了稠油经济有效开采的技术瓶颈。主要技术发明点有：1）发明了一种包含不同孔径注汽阀组与弹性蒸汽伞的井下注汽技术，自主研发了能实时监测注汽参数的井下测试仪，实现了能准确控制注汽量和注汽位置的均匀注汽，使注汽过程中蒸汽前沿均匀推进。现场应用表明，水平井分段均匀注汽技术与笼统注汽技术相比，将采收率由35-40%提高到50-70%，注采比由0.1-0.2提高到1-2。2）创建了双同向高速旋流方法和微米孔板动态气浮技术，研制了双同向高速旋流器和气浮旋流污水处理装置。在南海陆丰13-2平台进行了污水处理应用，处理来液6
5、00m3/d，处理后水中含油小于15mg/L。动态气浮选技术在南海流花油田进行了超稠油含油污水处理应用，可将入口含油40ppm的污水处理到含油仅15ppm。3）提出了复合管道式油气水处理方法，研制了具有自主知识产权的“T型多分岔管路+旋流管”复合式分离系统。利用强旋流和动态重力沉降过程，采用新型的管道式系统代替传统的储罐式系统，实现了油气水分离技术的大幅跨越。突破了传统分离系统体积庞大、处理速度慢、效率低下、成本高、不能承受环境高压的技术瓶颈。在辽河油田冷三转站投入使用后，在不搀稀油、不加温、不用大型储罐的条件下，实现了比重达0.99的超稠油油水分离。该项目已获国家发明专利14项，申请国际PC
6、T专利1项。从2004年起，该技术先后在中石油辽河油田、中海油深圳分公司、华油惠博普有限公司（上市公司）进行了推广应用。水平井均匀注汽850余井次，累计经济效益达9亿元，已经形成了每年100井次以上的推广应用规模。管道式分离技术仅在辽河冷三转分离项目就节省工程造价约4000万元，每年可节省操作费用300万元以上。惠博普公司采用管道式分离技术中标伊拉克艾哈代布油田、哈法亚油田、伊朗MIS油田、北阿油田，合同额上亿元，提高了我国高技术产品的国际竞争力。项目技术推广应用近三年新增利润达3亿元。四、客观评价(一).鉴定评价与验收意见1、辽宁省科技厅对该项目鉴定意见：专家认为该技术解决了稠油热采动态监测
7、问题.总体达到国际先进水平。“解决了常规电缆直读测试仪器无法满足稠油热采高温测试的问题，属国内外首创”；“首次在稠油上应用流管/流线技术，实现稠油高温测试精细化解释”；“解决了稠油热采动态监测问题，实现了稠油吞吐井注汽、焖井、放喷、采油生产全过程监测，取得了显著的经济效益和社会效益，总体达到国际先进水平”。2、辽河油田科技处的科技成果评定会评价：“该成果解决了水平井注汽的关键技术难题，取得了显著的经济效益和社会效益，总体达到国内领先水平，其中水平井双管注汽技术和水平井多点注汽技术属于国内首创。”3、中国海洋石油总公司深圳分公司验收意见：“该项目创新性的将微气泡浮选+T型管+柱型旋流的处理技术集
8、成，研制出一套样机，在流花11-1储油轮进行了现场试验，试验结果表明能将密度930kg/m3的稠油污水从30ppm降至12ppm。”（二）、行业评价1、中国海洋石油总公司深圳分公司在应用我们的发明专利作出的实施证明中评价：（1）“该发明以在柱型旋流器中的强旋流为分离手段，实现油水分离，突破了使用大型沉降罐作为油水分离的传统理念。”；“在相同处理量的条件下，该分离系统的体积、重量和占用空间都有成倍的下降，特别适合在海洋平台这种空间和重量受到严格限制的条件下使用，具有广泛的推广使用价值。”（2）“该系统在南海流花11-1平台的测试和应用表明，可将入口含油40ppm的污水处理到含油仅15ppm，实现
9、了国内外含油污水处理技术难以达到的指标。且该系统处理时间短、节省平台空间、操作简便、成本低、处理效率好，提供了一种全新的适合于海上平台使用的含油污水处理技术，具有广泛的推广使用价值。”2、中石油辽河油田冷家油田开发公司在应用管道式分离技术的经济效益证明中评价：（1）“在40低温条件下，实现了该站日处理液量400m3的精细分离。分离后的原油中几乎不含水，水中含油低于10mg/L，远超出原油的销售标准和水的排放标准，其效果也远超出目前世界上油气处理的所有产品。”（2）“实现了超稠油的油水分离，且分离后达到水中含油小于500mg/L的技术指标。不掺稀油、不加温、不用大型储罐进行超稠油分离并获得成功在
10、世界上尚属首次，在油气处理领域具有划时代意义。”3、中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院验收意见：“形成的管道式油气水分离设计技术，适合海上油田采注一体化设计，基于该方案设计的油水分离新工艺，达到国内同类装置的领先水平。”4、华油惠博普有限公司关于高效油气水分离技术应用说明：“特别是我们采用中科院力学研究所创新的重力、离心、膨胀式分离技术大大减少了设备重量和投资，提高了分离效率，综合技术经济指标显著，提升了参与国际市场的竞争力。先后中标：伊拉克艾哈代布油田CPF、伊拉克哈法亚CPF、伊朗MIS油田CPF、伊朗北阿油田CPF油气水三相分离器，累计中标额达一亿元。”（三）、学术评价1、意大利的Da
11、vide Picchi教授在他的论文中基于本研究团队建立的高粘流体NTF模型发展了新的PTF模型，并通过实验验证了模型的正确性。2、英国克兰菲尔德大学 Gourma 教授在其文章中介绍了本研究团队气体/非牛顿流体方面的工作，并以其中修正的洛克哈特-马蒂内利因子为基础，通过数值模拟验证了通气减阻现象。3、授权发明专利14项，申报国际PCT专利1项。（四）、院士专家评价1、该项目的管道式分离技术汇总专著获得了“2015年度国家科学技术学术著作出版基金”的资助（申请号：2015-A-012），国家最高科学技术奖获得者郑哲敏院士在基金申请的推荐意见中评价：“管道式油气水分离是未来油气田开发中油气水分离
12、技术的发展趋势。它不但能有效地节省产液处理设备的占地空间、极大地节省油田开发投资、提高生产效率，而且可突破海上采油平台和采油井井底的空间限制以及深海海底的水压限制，解决井底和深海水下油水分离的难题。”；“吴应湘研究员的研究团队在该领域进行了系统、深入的研究，.在该领域取得了很好的成果。”2、该项目的管道式分离技术汇总专著获得了“2015年度国家科学技术学术著作出版基金”的资助（申请号：2015-A-012），中国海洋石油总公司副总工程师曾恒一院士在基金申请的推荐意见中评价：“吴应湘研究员的研究团队在该领域进行了系统、深入的研究，尤其是在相分离技术等方面取得了很好的成果，在IJMF、IChemE
13、等国际著名杂志上发表了一系列论文，并产生了比较广泛的学术影响。”五、推广应用情况在2004年至2015年期间，水平井分段定量注汽及管道式采液处理的稠油高效开发关键技术在中石油辽河油田分公司下属7家单位进行了推广应用。累计实施850余井次，措施成功率100%，措施有效率95%，累计增油30万吨，已经形成100井次/年以上推广应用规模。污水处理指标水中含油可降至15mg/L，油水分离油中含水可低于1%，且破乳剂使用量减少70%以上。产生经济效益总计超过9亿元。具体应用单位和情况如下：l 项目整体技术自2004年至2015年在曙光采油厂、冷家采油公司进行了推广应用。其中在冷家采油厂实现了不掺稀油、不
14、加温、不用大型储罐条件下比重达0.99的超稠油分离，精简了原传统工艺中采用大型储罐进行气液分离、换热器加温、油水重力沉降、高压静电脱水、含油污水处理等工序。投资由5000万元以上降低到500万元以下。l 井下均匀注汽技术自2006年至2015年先后在锦州采油厂、欢喜岭采油厂、高升采油厂、金马采油厂进行了推广应用；l 复合管道式分离技术于2015年在沈阳采油厂进行了推广应用。自2010年起，华油惠博普有限公司将复合管道式油气水高效处理技术引入油田开发的设计中，先后中标伊拉克艾哈代布油田、伊拉克哈法亚油田、伊朗MIS油田、伊朗北阿油田的油气水三相分离器项目，累计中标额上亿元。自2008年开始，双同
15、向高速旋流分离技术、动态气浮选技术、复合管道式分离技术在中海油深圳分公司进行了现场中试等推广应用。具体应用情况如下：l 复合管道式分离技术、动态气浮选技术在南海流花11-1储油轮进行了稠油污水处理应用，结果表明能将930kg/m3的含稠油污水中的含油率从30ppm降至12ppm；l 动态气浮选技术在南海流花油田进行了超稠油含油污水处理应用，可将入口含油40ppm的污水处理到含油仅15ppm；l 复合管道式分离技术在南海陆丰13-1平台进行了油水分离应用，内径50mm的管道式分离系统日处理量可达500方，且处理后水中含油小于100ppm；l 双同向高速旋流分离技术、动态气浮选技术在南海陆丰13-
16、2平台进行了污水处理应用，处理来液600m3/d，处理后水中含油小于15mg/L。自2012年开始，动态气浮选技术、复合管道式分离技术在中石化胜利油田分公司进行了油气水三相分离应用，技术指标达到了预期的目标，在未加药的情况下，水中含油率降至600ppm以下。六、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家/地区授权号授权日期证书编号权利人发明人发明专利有效状态发明专利水平井注汽方法及系统中国ZL 201010616362.52011.06.291343213中国石油天然气股份有限公司刘德铸、孙守国、关仲、郭玉强、石在虹、王显荣、何传兴、杨淑英、杨忠德、任国恒、魏凯、杜晓雪有效发明专利一
17、种含油污水旋流气浮分离装置中国ZL201310245879.12014.09.24351770中国科学院力学研究所中海石油有限公司深圳分公司吴应湘、魏丛达、许晶禹、罗东红、许庆华、吴奇霖、陈颂阳、张健、杨浩波、郭军张军、陆忠韩有效发明专利复合式油水分离系统中国ZL 201010146416.62012.07.181007241中海石油(中国)有限公司深圳分公司中国科学院力学研究所邓晓辉、吴应湘、魏从达、许晶禹、杨云、罗东红、张军有效发明专利水平井注汽蒸汽伞中国ZL 200910083869.62010.03.311170384中国石油辽河油田钻采工艺研究院刘德铸、孙守国、关仲、郭玉强、王显荣、
18、何传兴、杨淑英、何妮娟、杨忠德、任国恒、张红宝、魏凯、郝瑞辉、刘利有效发明专利动态气浮油水分离装置和方法中国ZL 201010232658.72012.12.191102329中国科学院力学研究所中海石油有限公司深圳分公司吴应湘、邓晓辉、许晶禹、魏从达、杨云、罗东红、刘海飞、张军有效发明专利一种管道式导流片型油水分离器的除水装置和油水旋流分离器中国ZL 201110220538.X2013.12.181321912中国科学院力学研究所吴应湘、许晶禹、史仕荧、郭军、张军有效发明专利一种含气、水原油的除水系统及其应用方法中国ZL 201310003986.32014.12.241552500中国科
19、学院力学研究所许晶禹、张健、吴应湘、李华、郭军、张军有效发明专利利用离心、重力、膨胀复合原理的油水分离系统和方法中国ZL 200710175999.32012.02.08908341中国科学院力学研究所郑之初、张军、吴应湘、郭军、唐驰、周永、王立洋、龚道童有效发明专利一种旋流气浮油水分离装置及气浮发生器中国ZL201210122331.32014.09.241487303中国科学院力学研究所中海石油（中国）有限公司深圳分公司吴应湘、许庆华、许晶禹、梁卫、李锋、魏丛达、刘海飞、张在孝有效发明专利一种温度压力剖面测试仪及装置中国ZL 201210458278.42013.03.201783784中
20、国石油天然气股份有限公司刘德铸、杨立强、张洪君、王晓华、崔士斌、徐英莉、刘奇鹿、马丽勤、赵伟、孟强、蔡玉川、方文、刘高华、赵丹、詹丽敏、吴冠霖有效七、主要完成人情况吴应湘，第一完成人，研究员，中国科学院力学研究所项目负责人，对主要技术发明点均作出了突出贡献。基于多相流理论和地层渗流理论，他提出了水平井均匀注汽的技术路线，为井下均匀注汽技术提供了理论指导；制定了用管道式分离技术替代罐式重力沉降技术的技术路线，建立了油水旋流分离的物理模型，在此基础上提出了构建双同向旋流场的新方法，是双同向高速旋流分离技术的主要提出者；提出了复合管道式分离技术的新理念和主要方案。刘德铸第二完成人，教授级高工，中国石
21、油天然气股份有限公司辽河油田分公司项目主要参与者，他通过引入井眼轨迹计算技术，得到了水平井中注汽量和注汽孔面积的关系，形成了水平井均匀注汽的总体方法；发明了水平井注汽蒸汽伞和温度压力剖面测试仪，为井下均匀注汽技术的具体实施提供了保障。石在虹第三完成人，教授级高工，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院项目主要参与者，她研究得到了倾斜管中气液两相流动规律，发展了注汽井筒内气液两相流动理论模型，建立了注汽控制理论模型和工程计算方法，为井下均匀注汽技术的工程实施提供了计算依据。郑之初，第四完成人，研究员，中国科学院力学研究所项目主要参与者，进行了T型多分岔管路油水两相流动规律的研究，在此基础上研
22、制了T型多分岔管路分离装置，为复合管道式分离技术的工程实现做出了重要贡献。利用离心、重力、膨胀复合原理，提出了T型管+螺旋管式分离技术，并完成了工业现场的测试。许晶禹，第五完成人，副研究员，中国科学院力学研究所项目主要参与者，他将非牛顿流体本构关系引入到多相流体中，建立了非牛顿幂率流体两相流模型，为管道式分离系统的设计提供了理论支持；开展了复合管道式分离系统与动态气浮技术的研究工作，完成了研究方案设计和现场试验工作，参与制订了整体工艺流程。对双同向高速旋流分离技术和复合管道式分离技术的工程实现做出了主要贡献。李华，第六完成人，助理研究员，中国科学院力学研究所项目主要参与者，他开展了管道式油气水
23、分离系统的设计工作，完成了T型管、旋流分离、微气泡气浮分离整体性能匹配及新工艺研发，对双同向高速旋流分离技术和复合管道式分离技术做出了贡献；实现了注汽井筒内气液两相流动理论模型的数值计算，为井下均匀注汽技术做出了贡献。八、完成人合作关系说明自2000年4月起，石在虹在中国科学院力学研究所攻读博士学位期间，在吴应湘研究员的指导下开展了名为“倾斜管多相流研究及分层配汽器研制”的研究工作，形成了整套注汽控制理论和工程计算方法。期间，依托的项目为“分层注汽自动控制参数选择及优化设计”，项目人员包括吴应湘、石在虹、李华、刘德铸。自2003年石在虹毕业就职于中石化石油勘探研究院之后，吴应湘、石在虹、刘德铸等继续合作开展稠油开发及采出液处理的研究工作，发明了水平井注汽蒸汽伞、井下测试仪等装置，并由刘德铸负责该技术在辽河油田的推广应用。郑之初、许晶禹、李华均在吴应湘研究员的课题组中工作，发明了双同向高速旋流分离技术、动态气浮技术、复合管道式分离技术。期间，依托项目主要为：“石油开采中的若干关键科学问题与技术应用示范（KJCX1-YW-21）”、 “海洋石油开发工程中若干重大科技问题研究（KJCX2-SW-L03）”、“深海油气开发中的关键科学技术问题研究（KJCX2-YW-L02）”。