一種利用分段火驅開採提高厚層塊狀稠油採收率的方法

2023-07-21 12:22:06

專利名稱：：一種利用分段火驅開採提高厚層塊狀稠油採收率的方法
技術領域：
：本發明涉及一種稠油油藏的提高採收率技術，具體涉及針對單層厚度較大的塊狀油藏在利用分段火驅開採來提高採收率的方法。
背景技術：
：火燒油層(In-situcombustion)又稱為地下燃燒或層內燃燒，亦稱火驅開採法(fire-flooding)，是一種在油層內部產生熱量的熱力採油技術。火燒油層採油就是在地層條件下，以熱解反應過程中沉澱在礦物基質上的類焦炭物為燃料，以注入空氣中的氧氣為助燃劑，在儲層中人為地創造一個能使原油氧化燃燒放熱的條件，在不斷注入熱空氣的條件下，油層就會燃燒，形成徑向的移動燃燒帶，又稱火線。火線前方的原油受熱降粘、蒸餾，蒸餾後的輕質油、汽及燃燒煙道氣驅向前方，而未被蒸餾的重質成分在高溫下產生裂化，最後的裂解產物——焦碳作為燃料(約佔原油地質儲量的10%15%)，以維持油層繼續向前燃燒；在高溫下，油層內的束縛水及燃燒生成的水變成水蒸汽，攜帶大量熱量傳遞給前方油層，並再次洗刷油層，從而形成一個多種驅動的複雜過程，把原油驅向生產井，有效提高原油的採出程度。火燒油層驅油效率高，一般大於80%，採收率高，一般達50%80%，油藏適應範圍廣，對油藏埋深及井網的要求不十分嚴格，因此，火燒油層方式在稠油開發中具有廣闊的應用前景，是一項更具潛力的開發方式。火燒油層採油技術自採用研究以來，在世界範圍內開展過火燒油層試驗的區塊有300多個，國內開展過火燒油層試驗的區塊有17個。並且，針對火燒油層採油的研究也取得了一些成果。例如，在中國專利申請第200510045110.0號中公開了一種火燒驅油物理模擬裝置，該裝置包括巖心管、點火電爐、控制器及連接電纜、外護套及法蘭、溫度傳感器、壓力傳感器、差壓傳感器、回收器、分析儀、空壓機和氣體流量計，所述的點火電爐、巖心管和溫度傳感器安設於外護套內，所述外護套上、下端安設有壓力傳感器和差壓傳感器，下端安設有回收器及分析儀，所述氣體流量計上連接有空壓機。另外，在中國專利申請第200610134965.5號中公開了一種油田油井火驅採油油層點火用的一種火驅採油油層熱力點火方法，採用活動撬裝式氣-汽發生器成套裝置，用高溫、高壓燃燒技術，將柴油燃燒而產生的氮氣、二氧化碳和水蒸氣等混合氣體和大量的熱能，在氣-汽發生器內燃燒溫度達到1800°C時，摻水降溫到300400°C，壓力小於25MPa，將混合氣體通過油井井口裝置和注入管柱向油層注入；注入3-10XIONm300400°C的混合氣體，預熱油層，再向井內連續注入空氣，在油層內使原油與空氣發生氧化作用，放熱，達到自燃點，進行燃燒，實現火燒油層驅油的目的。針對稠油厚塊開發的代表性的申請為中國專利申請第200610141106號，其中公開了火燒吞吐開採稠油的工藝技術，其中應用電熱器點火、天然氣點火或自燃點火等點火技術，將油(水)井油層加熱到450°C以上的溫度，用空氣壓縮機向油(水)井內連續注入空氣(富氧)1525天後停止點火，燜井510天，開井生產(注水)，達到增產增注的目的。但是該技術具有一定的局限性如選定火燒吞吐稠油油藏須滿足以下條件油層深度0.5，油層總厚度>6m，油層孔隙度>0.3，滲透率>35md，原油粘度30m，單層厚度>10m，剩餘油飽和度>0.45，孔隙度>0.18，滲透率>200md，地層條件下脫氣原油粘度<lOOOOmPa.s，油層深度30m，單層厚度>10m，剩餘油飽和度>0.45，孔隙度>0.18，滲透率>200md，地層條件下脫氣原油粘度<lOOOOmPa.s，油層深度<2000m；3)採用基於油藏加熱體積的蒸汽控油模式研究剩餘油的分布，將油層溫度超過地下原油的粘溫拐點溫度視為油層是否被動用的界限，以各小層所佔據的加熱體積作為產量劈分的權重因子，根據小層產量劈分模型進行產量劈分；熱採稠油油藏其剩餘油的研究方法是基於物質守恆原理的油藏工程計算方法，其研究結果的準確與否與油井的產量劈分方法是否合理息息相關。在以往傳統的產量劈分過程中，一般油藏都基於達西定律，但考慮的主要是油層的靜態參數，即formulaseeoriginaldocumentpage6說明Npi——小層累積產量，tNp——單井階段累積產量，tKi——小層滲透率，md比——小層射開厚度，mn——射開層數這種方法即為通常所稱謂的基於地層係數Kh的產量劈分方法。顯然這種方法考慮的只是油井射開井段內油層對油井產量的貢獻，而忽略了稠油油藏溫度的升高和蒸汽的超覆作用對油井流入動態的影響。實際的現場生產實踐表明，塊狀油藏在蒸汽吞吐過程中蒸汽超覆的現象普遍存在，油井的動用範圍並不僅限於射開井段，若仍然沿用上述產量劈分的方法勢必將造成較大的劈分誤差。對於在原始條件下流動能力較差的稠油油藏，只有在油層溫度上升至其流動溫度(取原油粘溫曲線的拐點溫度)後，其動用狀況才有明顯改善。針對厚層塊狀蒸汽吞吐稠油油藏，本發明技術研究過程中根據現有的測試、找堵水、生產動態井史等資料，結合油藏數值模擬等多方面的摸索與對比，提出了一種新的基於油井加熱體積的產量劈分方法。該方法以數值模擬為基礎，將油層溫度超過地下原油的粘溫拐點溫度視為油層是否被動用的界限，以各小層所佔據的加熱體積作為產量劈分的權重因子，由此進行產量劈分。本次提出小層的產量劈分模型formulaseeoriginaldocumentpage6說明Npi——小層累積產量，tNp——單井階段累積產量，tVi——小層加熱體積，m3n——射開層數如圖3所示，根據現場監測數據及數值模擬研究結果，油井加熱範圍可近似處理為當蒸汽超覆的高度未達到油層頂面時，油井的動用範圍的體積形態近似於一個尖頂的圓柱狀，其動用厚度為油井的射開厚度與蒸汽超覆厚度之和；當蒸汽超覆的高度到達油頂時，油井的動用範圍的體積形態近似於一個圓柱狀。當蒸汽超覆的高度未達到油層頂界時K=7tr2H+^nr2h當蒸汽超覆的高度達到油層頂界時V=Jir2(H+h)說明V——油井加熱體積，m3tableseeoriginaldocumentpage7由上述闡述可見，本發明技術在研究過程中突破了傳統的思維模式，緊密結合稠油油藏的滲流特點，建立起基於加熱體積基礎上的蒸汽控油模式，充分考慮蒸汽的超覆對產量的影響，採用基於油井加熱體積的產量劈分模式，使得剩餘油分布研究的成果更加貼近該類油藏的生產實際，研究成果對其後續的開發具有更大的針對性與參考價值。4)利用油層縱向上的空間厚度，火井採用分段式射孔，逐層下返式注氣設計，實現火燒波及範圍不斷擴大。在現有技術中，傳統火驅設計及波及狀況如圖1所示，由於受到火線具有向上超覆特性的影響，採用一段式火燒其波及的體積往往偏小，而在塊狀油藏的中下部留下大段的未波及區域，因此其火燒的最終採收率一般較低。本發明的火驅設計及波及狀況如圖2所示。在本發明中，根據油藏沉積的旋迴性將油層劃分為幾個不同的韻律段，充分利用其物性夾層的屏蔽作用來延緩火線向上超覆(在圖2中為兩段)，從而擴大火線波及體積是本設計的核心指導思想；打破層狀油藏火燒油層一段式射孔模式，設計縱向多段式點火注氣井網組合系統。因此在注氣井、油井射孔井段的設計中採用分多段分級射孔的方式，段內底部射孔點火，充分利用油層在縱向上的空間及火燒油層的超覆特性擴大其最終波及體積，從而達到改善火燒油層開發效果的目的。該步驟在設計過程中包括以下主要研究內容(1)分段油層厚度範圍要求小於40m。隨著段內油層厚度的增大，火線的波及效率逐漸降低，當油層大於40m以後，採用火驅最終採收率僅為31%，此時應繼續再次細分井段開展分段式火驅，一般情況下一次火驅適合的油層厚度為20m左右效果較好。表1某油田分段火燒室內模擬結果統計表分段厚度m波及效率％採收率%1067.253.762063.650.883055.544.44038.430.725025.220.16(2)平面注採井距設計在100m左右時效果更優。細分井段火驅可在一定程度上增大火線的波及體積，但其向上超覆的特性並沒發生改變，因此火驅效果的好壞與注採井距7同樣存在相關性。基於理論模型的計算結果顯示，在油層連續厚度一定的情況下，隨著注採井距的增大火驅的波及體積係數逐漸降低，當注採井距為100m左右時經濟可採儲量達到最尚。表2某油田注採井距對火燒效果影響模擬結果tableseeoriginaldocumentpage8(3)注採井射孔位置選擇在分段油層的中下部，當注氣井射開下部1/2厚度，而油井則射開下部2/3厚度時，開發效果達到最佳。(4)若夾層的平面延伸範圍超過注採井距之半時，須利用夾層的屏障作用進一步細分火燒層段，否則火線波及範圍將受到較大影響。表2某油田夾層範圍對火燒效果影響模擬結果tableseeoriginaldocumentpage8借鑑上述設計方案，本發明厚層塊狀稠油吞吐後分段火燒設計方法至少具有以下優點(1)本項設計充分依據油藏靜態地質特點，結合火燒油層開發的機理，變不利為有利，通過人為優化設計，可達到提高塊狀油藏火燒波及體積、改善火燒油層開發效果及最終採收率的目的。(2)本發明採用下返式分段火燒的方法，可減小塊狀油藏的火線控制難度，調控的目標更加明確，開發的針對性更強。(3)採用本設計後注氣井僅需較小注氣速度便可維持穩定的燃燒，減小了因大劑量注氣造成生產井過早氣竄的風險。另外對壓風機的性能要求同時可適當降低，火燒操作更加安全有效。實施例1油田1為一個三面被斷層圍限的單斜油藏。該油田埋深-1540-1890m，油層有效厚度103.8m，內部隔層不發育，為一個厚層塊狀油藏，平均孔隙度0.212，平均滲透率1376md,油層條件下原油粘度605mPa.s,目前平均剩餘含油飽和度0.55左右。1)根據油田地質特徵與開發現狀，進行粗篩選。該油藏滿足以下條件油層厚度>30m,單層厚度>10m，剩餘油飽和度>0.45，孔隙度>0.18，滲透率>200md，地層條件下脫氣原油粘度<lOOOOmPa.s，油層深度30m,單層厚度>10m，剩餘油飽和度>0.45，孔隙度>0.18，滲透率>200md，地層條件下脫氣原油粘度<lOOOOmPa.s，油層深度<2000m；2)採用基於油井加熱體積係數的產量劈分研究結果顯示上、下層系目前採出程度分別為32.9%和20.5%，油層壓力均已經降到3MPa以下，平均剩餘油飽和度分別為0.46和0.52。可見目前仍具備分段開發的物質基礎；3)根據該油藏層內夾層分布情況，縱向上整體劃分為兩套開發層系，層內採用分兩段下返式燃燒。火燒開發可提高採收率19.7%，油藏最終採收率可達到44%，相比籠統火驅採收率提高幅度增加6%左右。如上述，已經清楚詳細地描述了本發明提出的利用分段火驅開採提高厚層塊狀稠油採收率的方法。儘管本發明的優選實施例詳細描述並解釋了本發明，但是本領域普通的技術人員可以理解，在不背離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節中做出多種修改。權利要求一種利用分段火驅開採提高厚層塊狀稠油採收率的方法，其特徵在於包括以下步驟1)通過油藏評價，根據油藏基礎井網開發階段所獲取的動靜態資料，選定油層厚度連通係數達到60％以上，且埋深大於1300m，但在地層條件下仍具備流動能力的油藏；2)在步驟1)選定的稠油油藏中，選定滿足以下條件的油藏油層厚度＞30m，單層厚度＞10m，剩餘油飽和度＞0.45，孔隙度＞0.18，滲透率＞200md，地層條件下脫氣原油粘度＜10000mPa.s，油層深度＜2000m；3)將油層溫度超過地下原油的粘溫拐點溫度視為油層是否被動用的界限，以各小層所佔據的加熱體積作為產量劈分的權重因子，根據小層產量劈分模型進行產量劈分；4)當蒸汽超覆的高度未達到油層頂面時，油井的動用範圍的體積形態近似於一個尖頂的圓柱狀，其動用厚度為油井的射開厚度與蒸汽超覆厚度之和；當蒸汽超覆的高度到達油頂時，油井的動用範圍的體積形態近似於一個圓柱狀；5)利用油層縱向上的空間厚度，參考油層內部夾層的分布，在火井井管上布置有多段分級射孔，段內底部射孔點火，充分利用油層在縱向上的空間及火燒油層的超覆特性擴大其最終波及體積。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述小層產量劈分模型的產量劈分方法指以分層加熱體積所佔單井總加熱體積的比值作為產量劈分係數。3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於所述的小層產量劈分模型為formulaseeoriginaldocumentpage2Npi——小層累積產量，tNp——單井階段累積產量，t\——小層加熱體積，m3n——射開層數。4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於當蒸汽超覆的高度未達到油層頂界時formulaseeoriginaldocumentpage2當蒸汽超覆的高度達到油層頂界時V=jir2(H+h)說明V——油井加熱體積，m3r——加熱半徑，mH——油井射開厚度，mh——蒸汽超覆高度，m。5.權利根據權利要求1所述的方法，其特徵在於根據油層的厚度及層內夾層的分布，充分利用其物性夾層的屏蔽作用來延緩火線向上超覆，通過自上而下的分段式火燒的方法來擴大火線波及體積。6.權利根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述的分段火燒火井以分成兩段效益較好，一次射開厚度為10m左右，射開位置選擇在段內的中下部。全文摘要本發明涉及針對單層厚度較大的塊狀油藏在利用分段火驅開採來提高採收率的方法，具體地通過勘探，選定滿足以下條件的油藏；然後將油層溫度超過地下原油的粘溫拐點溫度視為油層是否被動用的界限，以各小層所佔據的加熱體積作為產量劈分的權重因子，根據小層產量劈分模型進行產量劈分；利用油層縱向上的空間厚度，參考油層內部夾層的分布，在火井井管上布置有多段分級射孔，段內底部射孔點火，充分利用油層在縱向上的空間及火燒油層的超覆特性擴大其最終波及體積。使用本發明的方法，提高了稠油區塊的採收率。文檔編號E21B43/243GK101798915SQ20101015447公開日2010年8月11日申請日期2010年4月26日優先權日2010年4月26日發明者宮宇寧,張新元,張方禮,曹光勝,王中元,程仲平,胡士清,趙洪巖申請人:胡士清