CN101798915A - 一种利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及针对单层厚度较大的块状油藏在利用分段火驱开采来提高采收率的方法，具体地通过勘探，选定满足以下条件的油藏；然后将油层温度超过地下原油的粘温拐点温度视为油层是否被动用的界限，以各小层所占据的加热体积作为产量劈分的权重因子，根据小层产量劈分模型进行产量劈分；利用油层纵向上的空间厚度，参考油层内部夹层的分布，在火井井管上布置有多段分级射孔，段内底部射孔点火，充分利用油层在纵向上的空间及火烧油层的超覆特性扩大其最终波及体积。使用本发明的方法，提高了稠油区块的采收率。

Description

一种利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法

技术领域

本发明涉及一种稠油油藏的提高采收率技术，具体涉及针对单层厚度较大的块状油藏在利用分段火驱开采来提高采收率的方法。

背景技术

火烧油层(In-situ combustion)又称为地下燃烧或层内燃烧，亦称火驱开采法(fire-flooding)，是一种在油层内部产生热量的热力采油技术。火烧油层采油就是在地层条件下，以热解反应过程中沉淀在矿物基质上的类焦炭物为燃料，以注入空气中的氧气为助燃剂，在储层中人为地创造一个能使原油氧化燃烧放热的条件，在不断注入热空气的条件下，油层就会燃烧，形成径向的移动燃烧带，又称火线。火线前方的原油受热降粘、蒸馏，蒸馏后的轻质油、汽及燃烧烟道气驱向前方，而未被蒸馏的重质成分在高温下产生裂化，最后的裂解产物——焦碳作为燃料(约占原油地质储量的10％～15％)，以维持油层继续向前燃烧；在高温下，油层内的束缚水及燃烧生成的水变成水蒸汽，携带大量热量传递给前方油层，并再次洗刷油层，从而形成一个多种驱动的复杂过程，把原油驱向生产井，有效提高原油的采出程度。火烧油层驱油效率高，一般大于80％，采收率高，一般达50％～80％，油藏适应范围广，对油藏埋深及井网的要求不十分严格，因此，火烧油层方式在稠油开发中具有广阔的应用前景，是一项更具潜力的开发方式。

火烧油层采油技术自采用研究以来，在世界范围内开展过火烧油层试验的区块有300多个，国内开展过火烧油层试验的区块有17个。并且，针对火烧油层采油的研究也取得了一些成果。例如，在中国专利申请第200510045110.0号中公开了一种火烧驱油物理模拟装置，该装置包括岩心管、点火电炉、控制器及连接电缆、外护套及法兰、温度传感器、压力传感器、差压传感器、回收器、分析仪、空压机和气体流量计，所述的点火电炉、岩心管和温度传感器安设于外护套内，所述外护套上、下端安设有压力传感器和差压传感器，下端安设有回收器及分析仪，所述气体流量计上连接有空压机。

另外，在中国专利申请第200610134965.5号中公开了一种油田油井火驱采油油层点火用的一种火驱采油油层热力点火方法，采用活动撬装式气-汽发生器成套装置，用高温、高压燃烧技术，将柴油燃烧而产生的氮气、二氧化碳和水蒸气等混合气体和大量的热能，在气-汽发生器内燃烧温度达到1800℃时，掺水降温到300～400℃，压力小于25MPa，将混合气体通过油井井口装置和注入管柱向油层注入；注入3-10×10Nm 300～400℃的混合气体，预热油层，再向井内连续注入空气，在油层内使原油与空气发生氧化作用，放热，达到自燃点，进行燃烧，实现火烧油层驱油的目的。

针对稠油厚块开发的代表性的申请为中国专利申请第200610141106号，其中公开了火烧吞吐开采稠油的工艺技术，其中应用电热器点火、天然气点火或自燃点火等点火技术，将油(水)井油层加热到450℃以上的温度，用空气压缩机向油(水)井内连续注入空气(富氧)15～25天后停止点火，焖井5～10天，开井生产(注水)，达到增产增注的目的。但是该技术具有一定的局限性如选定火烧吞吐稠油油藏须满足以下条件：油层深度＜3500m，剩余油饱和度＞0.5，油层总厚度＞6m，油层孔隙度＞0.3，渗透率＞35md，原油粘度＜5000mPa.s。

虽然技术人员在火烧油层研究上取得了多个方面成果，而这些研究均局限在油层厚度小于38m层状浅层稠油油藏中。而针对厚层块状油藏，以上研究则在不同程度暴露出其有限的适用性，总结起来主要体现在以下几个方面：

(1)针对油层连续厚度巨大的情况，随着油层厚度越大则火线的超覆作用就愈加明显，过大的油层厚度往往造成较低的火线波及体积，因此采用常规的设计方法对该类油藏进行火驱开发，往往难以取得较高的最终采收率及经济效益。

(2)针对油层总厚度巨大的情况，特别是在油层中存在夹层的情况中：随着油层总厚度的增加，层内非均质性对火驱开发方式显得极其重要。另外，针对层内夹层分布情况，油层火烧开采的难度随着储层厚度的增加而不断增大。

发明内容

为了解决上面背景技术中存在的问题，本发明提出一种利用块状油藏储层纵向空间大和火线向上超覆的特性，通过优化设计来改善火驱波及体积的方法。

依据本发明所述的技术方案，提供一种利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法，其包括以下步骤：

1)通过油藏评价，根据油藏基础井网开发阶段所获取的动静态资料，选定油层厚度连通系数达到60％以上，且埋藏深度大于1300m且难以采用注蒸汽热采方式开发的，但在地层条件下仍具备一定流动能力的油藏；

2)在步骤1)选定的稠油油藏中，选定满足以下条件的油藏：油层厚度＞30m，单层厚度＞10m，剩余油饱和度＞0.45，孔隙度＞0.18，渗透率＞200md，地层条件下脱气原油粘度＜10000mPa.s，油层深度＜2000m；

3)将油层温度超过地下原油的粘温拐点温度视为油层是否被动用的界限，以各小层所占据的加热体积作为产量劈分的权重因子，根据小层产量劈分模型进行产量劈分；

其中，小层产量劈分模型指以分层加热体积所占单井总加热体积的比值作为产量劈分系数。

其小层产量劈分模型为 $N_{\mathrm{pi}}=\frac{V_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i}\×N_p$

N_pi——小层累积产量，t

N_p——单井阶段累积产量，t

V_i——小层加热体积，m³

n——射开层数。

4)针对步骤3)，当蒸汽超覆的高度未达到油层顶面时，油井的动用范围的体积形态近似于一个尖顶的圆柱状，其动用厚度为油井的射开厚度与蒸汽超覆厚度之和；当蒸汽超覆的高度到达油顶时，油井的动用范围的体积形态近似于一个圆柱状；

当蒸汽超覆的高度未达到油层顶界时 $V={\mathrm{\πr}}^{2}H+\frac{1}{3}{\mathrm{\πr}}^{2}h$

当蒸汽超覆的高度达到油层顶界时V＝πr²(H+h)

说明：V——油井加热体积，m³

r——加热半径，m

H——油井射开厚度，m

h——蒸汽超覆高度，m。

5)利用油层纵向上的空间厚度，参考油层内部夹层的分布，火井采用分段式射孔完井、纵向逐层下返式注气设计，实现火烧波及范围不断扩大。段内采用底部射孔点火，充分利用油层在纵向上的空间及火烧油层的超覆特性扩大其最终波及体积。

更进一步地，根据油层的厚度及层内夹层的分布，充分利用其物性夹层的屏蔽作用来延缓火线向上超覆，通过自上而下的分段式火烧的方法来扩大火线波及体积。

更进一步地，分段火烧火井以分成两段效益较好，一次射开厚度为10m左右，射开位置选择在段内的中下部。

使用本发明所述的利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法，来开采超厚层稠油区块，可达到提高块状油藏火烧波及体积、改善火烧油层开发效果及最终采收率的目的；并且采用下返式分段火烧的方法，可减小块状油藏的火线控制难度，调控的目标更加明确，开发的针对性更强。

附图简要说明

图1是传统火驱设计及波及状况示意图；

图2是本发明火驱设计及波及状况示意图；

图3是本发明中剩余油劈分计算方法示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，下面结合附图及实施例，对依据本发明提出的厚层块状稠油吞吐后分段火烧设计方法的具体操作方法、步骤、特征及功效详细说明如后。

本发明的核心目的在于针对厚层块状油藏，利用现有火烧油层研究机理，充分利用火井注入气体及火线向上超覆的固有特性，采取有针对性的创新设计，变原始火线超覆的不利因素为有利因素。提供一种纵向分段式注气火烧的设计方法，充分利用和控制火线超覆，有效提高火烧油层纵向动用程度及波及体积，最终达到提高块状稠油油藏火烧油层采收率的目的，是一种改善的火驱油藏工程设计方法。该方法是在对前期蒸汽吞吐后地层亏空及动用非均质研究的基础上，描述目前油层剩余油的分布状况，结合储层的空间展布特征，利用层内夹层的遮挡作用，在纵向上通过将注气井设计成分段点火的操作方式，实现纵向储层的均匀动用，提高火驱的波及范围，改善开发效果。

依据本发明提供的技术方案，所提出的一种利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法，主要包括以下步骤：

1)通过油藏评价，根据油藏基础井网开发阶段所获取的动静态资料，选定油层厚度连通系数达到60％以上，且埋藏深度大于1300m且难以采用注蒸汽热采方式开发的，但在地层条件下仍具备一定流动能力的油藏；

2)在步骤1)选定的稠油油藏中，选定满足以下条件的油藏：油层厚度＞30m，单层厚度＞10m，剩余油饱和度＞0.45，孔隙度＞0.18，渗透率＞200md，地层条件下脱气原油粘度＜10000mPa.s，油层深度＜2000m；

3)采用基于油藏加热体积的蒸汽控油模式研究剩余油的分布，将油层温度超过地下原油的粘温拐点温度视为油层是否被动用的界限，以各小层所占据的加热体积作为产量劈分的权重因子，根据小层产量劈分模型进行产量劈分；

热采稠油油藏其剩余油的研究方法是基于物质守恒原理的油藏工程计算方法，其研究结果的准确与否与油井的产量劈分方法是否合理息息相关。

在以往传统的产量劈分过程中，一般油藏都基于达西定律，但考虑的主要是油层的静态参数，即：

$N_{\mathrm{pi}}=\frac{k_i\×h_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(k_i\×h_i)}\×N_p$

说明：N_pi——小层累积产量，t

N_p——单井阶段累积产量，t

K_i——小层渗透率，md

h_i——小层射开厚度，m

n——射开层数

这种方法即为通常所称谓的基于地层系数Kh的产量劈分方法。显然这种方法考虑的只是油井射开井段内油层对油井产量的贡献，而忽略了稠油油藏温度的升高和蒸汽的超覆作用对油井流入动态的影响。实际的现场生产实践表明，块状油藏在蒸汽吞吐过程中蒸汽超覆的现象普遍存在，油井的动用范围并不仅限于射开井段，若仍然沿用上述产量劈分的方法势必将造成较大的劈分误差。

对于在原始条件下流动能力较差的稠油油藏，只有在油层温度上升至其流动温度(取原油粘温曲线的拐点温度)后，其动用状况才有明显改善。针对厚层块状蒸汽吞吐稠油油藏，本发明技术研究过程中根据现有的测试、找堵水、生产动态井史等资料，结合油藏数值模拟等多方面的摸索与对比，提出了一种新的基于油井加热体积的产量劈分方法。该方法以数值模拟为基础，将油层温度超过地下原油的粘温拐点温度视为油层是否被动用的界限，以各小层所占据的加热体积作为产量劈分的权重因子，由此进行产量劈分。

本次提出小层的产量劈分模型： $N_{\mathrm{pi}}=\frac{V_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i}\×N_p$

说明：N_pi——小层累积产量，t

N_p——单井阶段累积产量，t

V_i——小层加热体积，m³

n——射开层数

如图3所示，根据现场监测数据及数值模拟研究结果，油井加热范围可近似处理为：当蒸汽超覆的高度未达到油层顶面时，油井的动用范围的体积形态近似于一个尖顶的圆柱状，其动用厚度为油井的射开厚度与蒸汽超覆厚度之和；当蒸汽超覆的高度到达油顶时，油井的动用范围的体积形态近似于一个圆柱状。

当蒸汽超覆的高度未达到油层顶界时 $V={\mathrm{\πr}}^{2}H+\frac{1}{3}{\mathrm{\πr}}^{2}h$

当蒸汽超覆的高度达到油层顶界时V＝πr²(H+h)

说明：V——油井加热体积，m³

r——加热半径，m

H——油井射开厚度，m

h——蒸汽超覆高度，m

由上述阐述可见，本发明技术在研究过程中突破了传统的思维模式，紧密结合稠油油藏的渗流特点，建立起基于加热体积基础上的蒸汽控油模式，充分考虑蒸汽的超覆对产量的影响，采用基于油井加热体积的产量劈分模式，使得剩余油分布研究的成果更加贴近该类油藏的生产实际，研究成果对其后续的开发具有更大的针对性与参考价值。

4)利用油层纵向上的空间厚度，火井采用分段式射孔，逐层下返式注气设计，实现火烧波及范围不断扩大。

在现有技术中，传统火驱设计及波及状况如图1所示，由于受到火线具有向上超覆特性的影响，采用一段式火烧其波及的体积往往偏小，而在块状油藏的中下部留下大段的未波及区域，因此其火烧的最终采收率一般较低。

本发明的火驱设计及波及状况如图2所示。在本发明中，根据油藏沉积的旋回性将油层划分为几个不同的韵律段，充分利用其物性夹层的屏蔽作用来延缓火线向上超覆(在图2中为两段)，从而扩大火线波及体积是本设计的核心指导思想；打破层状油藏火烧油层一段式射孔模式，设计纵向多段式点火注气井网组合系统。因此在注气井、油井射孔井段的设计中采用分多段分级射孔的方式，段内底部射孔点火，充分利用油层在纵向上的空间及火烧油层的超覆特性扩大其最终波及体积，从而达到改善火烧油层开发效果的目的。

该步骤在设计过程中包括以下主要研究内容：

(1)分段油层厚度范围要求小于40m。随着段内油层厚度的增大，火线的波及效率逐渐降低，当油层大于40m以后，采用火驱最终采收率仅为31％，此时应继续再次细分井段开展分段式火驱，一般情况下一次火驱适合的油层厚度为20m左右效果较好。

表1某油田分段火烧室内模拟结果统计表

(2)平面注采井距设计在100m左右时效果更优。细分井段火驱可在一定程度上增大火线的波及体积，但其向上超覆的特性并没发生改变，因此火驱效果的好坏与注采井距同样存在相关性。基于理论模型的计算结果显示，在油层连续厚度一定的情况下，随着注采井距的增大火驱的波及体积系数逐渐降低，当注采井距为100m左右时经济可采储量达到最高。

表2某油田注采井距对火烧效果影响模拟结果

(3)注采井射孔位置选择在分段油层的中下部，当注气井射开下部1/2厚度，而油井则射开下部2/3厚度时，开发效果达到最佳。

(4)若夹层的平面延伸范围超过注采井距之半时，须利用夹层的屏障作用进一步细分火烧层段，否则火线波及范围将受到较大影响。

表2某油田夹层范围对火烧效果影响模拟结果

借鉴上述设计方案，本发明厚层块状稠油吞吐后分段火烧设计方法至少具有以下优点：

(1)本项设计充分依据油藏静态地质特点，结合火烧油层开发的机理，变不利为有利，通过人为优化设计，可达到提高块状油藏火烧波及体积、改善火烧油层开发效果及最终采收率的目的。

(2)本发明采用下返式分段火烧的方法，可减小块状油藏的火线控制难度，调控的目标更加明确，开发的针对性更强。

(3)采用本设计后注气井仅需较小注气速度便可维持稳定的燃烧，减小了因大剂量注气造成生产井过早气窜的风险。另外对压风机的性能要求同时可适当降低，火烧操作更加安全有效。

实施例1

油田1为一个三面被断层围限的单斜油藏。该油田埋深-1540～-1890m，油层有效厚度103.8m，内部隔层不发育，为一个厚层块状油藏，平均孔隙度0.212，平均渗透率1376md，油层条件下原油粘度605mPa.s，目前平均剩余含油饱和度0.55左右。

1)根据油田地质特征与开发现状，进行粗筛选。该油藏满足以下条件：油层厚度＞30m，单层厚度＞10m，剩余油饱和度＞0.45，孔隙度＞0.18，渗透率＞200md，地层条件下脱气原油粘度＜10000mPa.s，油层深度＜2000m；

2)采用基于油井加热体积系数的产量劈分研究结果显示上、下层系目前采出程度分别为16.77％和5.44％，油层压力分别为3MPa和6～7MPa，平均剩余油饱和度分别为0.54和0.61。可见目前仍具备分段开发的物质基础；

3)根据该油藏层内夹层分布情况，纵向上整体划分为两套开发层系，层内采用分两段下返式燃烧。火烧开发可提高采收率32％左右，油藏最终采收率可达到47％，相比笼统火驱采收率提高幅度增加10％左右。

实施例2

油田2油藏埋深-1510～-1690m，油层有效厚度83m，内部隔层不发育，为一个厚层块状油藏，平均孔隙度0.242，平均渗透率2073md，油层条件下原油粘度518mPa.s，目前平均剩余含油饱和度0.50左右。

1)根据油田地质特征与开发现状，进行粗筛选。该油藏满足以下条件：油层厚度＞30m，单层厚度＞10m，剩余油饱和度＞0.45，孔隙度＞0.18，渗透率＞200md，地层条件下脱气原油粘度＜10000mPa.s，油层深度＜2000m；

2)采用基于油井加热体积系数的产量劈分研究结果显示上、下层系目前采出程度分别为32.9％和20.5％，油层压力均已经降到3MPa以下，平均剩余油饱和度分别为0.46和0.52。可见目前仍具备分段开发的物质基础；

3)根据该油藏层内夹层分布情况，纵向上整体划分为两套开发层系，层内采用分两段下返式燃烧。火烧开发可提高采收率19.7％，油藏最终采收率可达到44％，相比笼统火驱采收率提高幅度增加6％左右。

如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法。尽管本发明的优选实施例详细描述并解释了本发明，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。

Claims (6)

1.一种利用分段火驱开采提高厚层块状稠油采收率的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通过油藏评价，根据油藏基础井网开发阶段所获取的动静态资料，选定油层厚度连通系数达到60％以上，且埋深大于1300m，但在地层条件下仍具备流动能力的油藏；

2)在步骤1)选定的稠油油藏中，选定满足以下条件的油藏：油层厚度＞30m，单层厚度＞10m，剩余油饱和度＞0.45，孔隙度＞0.18，渗透率＞200md，地层条件下脱气原油粘度＜10000mPa.s，油层深度＜2000m；

3)将油层温度超过地下原油的粘温拐点温度视为油层是否被动用的界限，以各小层所占据的加热体积作为产量劈分的权重因子，根据小层产量劈分模型进行产量劈分；

4)当蒸汽超覆的高度未达到油层顶面时，油井的动用范围的体积形态近似于一个尖顶的圆柱状，其动用厚度为油井的射开厚度与蒸汽超覆厚度之和；当蒸汽超覆的高度到达油顶时，油井的动用范围的体积形态近似于一个圆柱状；

5)利用油层纵向上的空间厚度，参考油层内部夹层的分布，在火井井管上布置有多段分级射孔，段内底部射孔点火，充分利用油层在纵向上的空间及火烧油层的超覆特性扩大其最终波及体积。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述小层产量劈分模型的产量劈分方法指以分层加热体积所占单井总加热体积的比值作为产量劈分系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的小层产量劈分模型为

$N_{\mathrm{pi}}=\frac{V_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i}\×N_p$

N_pi——小层累积产量，t

N_p——单井阶段累积产量，t

V_i——小层加热体积，m³

n——射开层数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当蒸汽超覆的高度未达到油层顶界时 $V={\mathrm{\πr}}^{2}H+\frac{1}{3}{\mathrm{\πr}}^{2}h$

当蒸汽超覆的高度达到油层顶界时V＝πr²(H+h)

说明：V——油井加热体积，m³

r——加热半径，m

H——油井射开厚度，m

h——蒸汽超覆高度，m。

5.权利根据权利要求1所述的方法，其特征在于根据油层的厚度及层内夹层的分布，充分利用其物性夹层的屏蔽作用来延缓火线向上超覆，通过自上而下的分段式火烧的方法来扩大火线波及体积。

6.权利根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的分段火烧火井以分成两段效益较好，一次射开厚度为10m左右，射开位置选择在段内的中下部。

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