CN102587878B - 一种多元热流体辅助重力驱替工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于开采超稠的或特稠的稠油油藏的多元热流体辅助重力驱替工艺，包括在所述稠油油藏的上部部署一水平式注入井，在所述稠油油藏的下部部署一水平式生产井；在对所述注入井和所述生产井循环预热后，从所述注入井注入所述多元热流体，然后从所述生产井开采稠油。本发明的多元热流体辅助重力驱替工艺原油降粘机理及采油动力丰富，进而降低了开采过程中的蒸汽用量和汽油比，提高了热效率及经济效益。

Description

一种多元热流体辅助重力驱替工艺

技术领域

本发明涉及采油工艺领域，且特别涉及一种用于开采超稠的或特稠的稠油油藏的多元热流体辅助重力驱替工艺。

背景技术

蒸汽辅助重力泄油(Stream Assisted Gravity Drainage，简称SAGD)被认为是接替蒸汽吞吐潜力最大的热采方式。从采油机理看，SAGD以蒸汽作为热源，通过热传导和热对流相结合，依靠原油及凝析液的重力作用开采稠油，采收率可达50％～70％，是一种潜力很大的超稠油开采方式。目前，SAGD技术已成功在加拿大和委内瑞拉获得了商业化应用，在不同类型的油田中已经开展了20多个重力泄油的先导试验区，并建成了5个商业化开采油田。2005年中国辽河油田、2009年中国新疆油田先后顺利开展了SAGD现场试验，SAGD作为一项采收率高、潜力大的稠油热采工艺技术，具有良好的应用前景。

但是常规SAGD生产过程中也遇到了诸多问题：(1)对于中深层超稠油油藏，由于注汽压力/温度高，井筒沿程损失大，井底蒸汽干度难以保证；(2)对于存在顶水/边底水的油藏，在SAGD生产过程中，容易引起顶水/边底水突破，造成蒸汽腔的坍塌；(3)在SAGD生产过程中，当蒸汽腔扩展到达油层顶部后，会加热上覆岩层，造成热量的无效浪费；(4)SAGD生产过程中产出大量水，尤其在后期，含水率在80％以上，高温产出液处理费用高。

针对常规SAGD存在的问题，中国专利公开号：CN101592028A，提供了“一种气体辅助SAGD辅助超稠油的方法”，在蒸汽注入过程中伴注氮气，注入的氮气很快指进到油藏顶部，然后将原油向下驱替，同时氮气在油藏顶部形成隔热层，进而提高热能利用率。中国专利公开号：CN101892826A，提供了“气体与电加热辅助重力泄油技术”，采用上下双水平井或上部直井与下部水平井结合方式，两口井起到双电极作用，就地分布式加热油藏(主要是井间油藏)，避免了地面和井筒热损失、加热效率高，并因无注入水而明显减弱油水两相流动的不利影响；同时，向上部井注入气体(N₂、CO₂、烟道气或天然气等)，一方面在油藏顶部捕集形成气顶，增加地层能量，保持地层压力，辅助重力驱油，同时还起到隔热作用，另一方面注入气体可以适当扩大热波及体积，改善加热效果。

但是上述改进仍存在一些问题，如专利CN101592028A其降粘机理单一，同时需配置专门的制氮设备；而专利CN101892826A一是由于作为电极的上部井和下部井附近电场强度大，加热速度快，温度会突然升高，但离井远的地方温度升高却不明显；二是将热量传递到两井间一定的范围需要电量很大，而大量的电会导致井的温度非常高。如果井的温度太高，就会导致井的损坏和地层水的蒸发，而联通孔道内的水是给电流提供传导途径的介质，一旦水被蒸发，电流就会停止，那么加热效果也就没有了。

因此，需要一种改进的蒸汽辅助重力泄油工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于开采超稠的或特稠的稠油油藏的多元热流体辅助重力驱替工艺。

本发明提供的用于开采超稠的或特稠的稠油油藏的多元热流体辅助重力驱替工艺包括在所述稠油油藏的上部部署一水平式注入井，在所述稠油油藏的下部部署水平式生产井；在对所述注入井和所述生产井循环预热后，从所述注入井注入所述多元热流体，然后从所述生产井开采稠油。

正如本文中使用的，术语“超稠的稠油油藏”一般指油藏温度下脱气油的粘度大于50000mPa·s的稠油油藏，而特稠的稠油油藏一般指油藏温度下脱气油的粘度10000mPa·s～50000mPa·s的稠油油藏。

正如本文中使用的，术语“注入井”一般指通过该井向地层注入多元热流体；术语“生产井”一般指通过该井从地层产出原油及其他产物。

正如本文中使用的，术语“多元热流体”指一种含有蒸汽、氮气、二氧化碳及化学药剂的温度范围可达120℃～350℃的热流体。本文中使用的多元热流体产生如图2所示，燃料1与空气2注入发生器燃烧室3中燃烧，与此同时水4注入发生器环空5中，注入水4在发生器出口6处与燃烧产物混合，最终形成高温高压的多元热流体(由水、蒸汽、二氧化碳及氮气组成)。

优选地，本发明采用在多元热流体发生系统中燃烧燃料，燃烧产生的高温高压混合物将水加热汽化，成为由水蒸汽、热水、N₂及CO₂组成的气/汽/液混合物。

正如本文中使用的，术语“燃料”包括本领域常用的燃料，包括但不限于柴油、天然气等。

优选地，多元热流体注入速度为160～200t/d。

优选地，为了获得最佳的生产效果，在所述生产井中保持采注比为1.2-1.4范围内。

本发明的多元热流体辅助重力驱替工艺应用范围较SAGD广，适用于孔隙度＞20％、垂向渗透率Kh＞0.5μm²、垂向与水平渗透率比值Kv/Kh＞0.3、净总厚度比＞0.6、含油饱和度＞50％、地层温度下原油粘度＞1×10⁴mPa·s的油藏。

本发明根据油藏工程方案及钻井方案部署注采井，对于双水平井组合：注采井距为3～5m，在油层条件、注汽条件和油井排液能力许可的条件下，水平井水平段越长，相应的产量就越高，一般水平段长度为200～350m；水平式生产井在油藏纵向位置应充分考虑底水对开发效果的影响。

本发明中对注采井进行循环预热是为了在最短的时间内，实现油层的均匀加热，使注入井和生产井形成热连通。预热阶段分为三步：

(a)多元热流体在注采井中循环，储层主要通过热传导来传递热量，循环速度80～160t/d，循环压力不超过油藏压力0.5MPa；

(b)在注采井之间形成井间压差(注入井压力高于生产井)，一般选择井间油层加热到80～120℃，在注入井和生产井间施加100～300KPa压差，压差大小取决于两井间是否有较高的垂直渗透率区域、含水饱和度以及两井间的距离，压差应足以产生一个平缓且一致的驱动，以加快井间对流换热，为完全转入多元热流体辅助重力驱生产阶段作准备；

(c)上部注入井环空停止排液，下部生产井停止注多元热流体，转入正式的多元热流体辅助重力泄油生产阶段。

本发明的多元热流体辅助重力驱替工艺初期，由于汽腔较小，注汽压力较高，同时与水平式生产井的泄油通道小，注采井间存在压差，该阶段水平井产油主要以热流体驱替方式为主，经过4～8月的生产，汽腔逐步形成并稳定扩展，产液量、产油量大幅度上升，之后进入稳定驱替阶段。在稳定驱替生产阶段：(a)多元热流体中蒸汽干度达到80％以上；(b)适当降低多元热流体辅助重力驱替生产阶段油藏操作压力，确保井底注汽干度大于60％；(c)保持采注比在1.2～1.4之间；(d)通过调整生产井排液量，控制合理汽液界面，当井下温度低于该压力下饱和温度20℃以上时，提高排液量；当井下温度接近或超过该压力下的饱和蒸汽温度时，降低排液量。

本发明中多元热流体辅助重力驱替采油机理如图1所示，多元热流体由水平式注入井4注入，多元热流体中的氮气及二氧化碳由于密度小，不断在油藏上部聚集，最终形成气顶2，从而降低了热向上覆岩层1扩散。原油在蒸汽潜热及气体溶解协同作用下粘度大幅度降低，在重力、弹性及气顶2驱替作用下向下流动，并最终从水平式生产井5中采出，随着原油不断被采出，蒸汽腔3体积不断扩大。

本发明除了具有蒸汽辅助重力泄油的增产机理外，多元热流体中二氧化碳溶于原油可使原油粘度降低50～90％；同时降低了水的流度，改善了油与水流度比，扩大了波及体积；氮气及二氧化碳注入油藏后，使原油体积大幅度膨胀，增加地层的弹性能量；随着压力下降，氮气及二氧化碳从液体中逸出产生气体驱动力，提高了驱油效果。

与SAGD相比，本发明的多元热流体辅助重力驱替工艺丰富了原油降粘机理及采油动力，降低了开采过程中的蒸汽用量和汽油比，提高了热效率及经济效益。主要具有以下特征：(a)本发明直接将多元热流体发生器生成的多元热流体注入油藏，对环境零碳排放，清洁无污染；(b)由于多元热流体中含有大量的氮气及二氧化碳，气体与密度大的原油产生重力分异作用，原油下落、非凝析气体上升，增加了驱替和泄油作用；(c)氮气及二氧化碳溶于原油，可进一步降低原油粘度、提高原油膨胀系数；(d)气体聚集在蒸汽腔的顶部，形成气体聚集带，减少了蒸汽向上覆岩层的热损失，提高热利用率；(e)由于多元热流体中含有氮气及二氧化碳，蒸汽分压降低，从而降低了蒸汽腔的总体温度。

附图简述

图1为双水平井多元热流体辅助重力驱替机理示意图；

图2为多元热体产生示意图；

图3显示了根据本发明一个实施方案的双水平井组合多元热流体辅助重力驱替布井示意图；

图4显示了根据本发明一个实施方案的双水平井组合多元热流体辅助重力驱替与蒸汽辅助重力泄油的生产动态图。

具体实施方式

以下以渤海湾某海上稠油井为例阐释了本发明的一般原理，但应该注意，本发明绝不限于海上稠油井。

油藏深度为1000m，油藏温度下的原油粘度为13000mPa·s，原始地层压力约10.0MPa，油层厚度为35～45m，并有5～10m的底水，水平渗透率为2～3μm²，垂直渗透率与水平渗透率的比值为0.3～0.5，孔隙度为33％，含油饱和度为71％。

1、布井参数

采取双水平井组合方式生产，如图3所示，水平式注入井1距上覆岩层垂直距离4m，为防止底水锥进，水平式生产井2部署在位于油水界面以上7m的地方，水平段长度为350m。

2、预热方式

采用双水平井多元热流体辅助重力驱替工艺生产之前，采取循环预热方式，实现油层的均匀加热，进而使注入井和生产井均匀加热连通，控制参数如下：

(1)多元热流体循环速度100～140t/d；

(2)循环压力不超过油藏压力0.5MPa；

(3)干度不低于60％；

(4)循环预热40d左右施加压差，压差200～300kPa，预热80d左右，转入多元热流体辅助重力驱替工艺生产阶段。

3、多元热流体辅助重力驱替生产

水平注入井多元热流体注入速度为160～200t/d，井口蒸汽干度约为80％～85％，井底蒸汽干度65％左右，采注比1.4。

按照本发明以上所述工作方式对该稠油井油层注入多元热流体，高峰期日产油120t/d～160t/d。

图4中曲线1和曲线2为在相同条件下采用本发明多元热流体辅助重力驱替与蒸汽辅助重力泄油的生产动态曲线，从图4可以看出，多元热流体辅助重力驱替平均产油速度大、产油衰减速度缓慢，其产油速度为蒸汽辅助重力泄油的1.2～1.5倍，采收率提高5％～10％。

本发明可用不违背本发明的精神或主要特征的其它具体形式来概述。因此，本发明的上述实施方式都只能认为是对本发明的示例性说明而不是限制由所附权利要求限定的本发明的范围。因此，在与本发明的权利要求相当的含义和范围内的任何改变都被认为包括在权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种用于开采超稠的或特稠的稠油油藏的多元热流体辅助重力驱替工艺，包括在所述稠油油藏的上部部署一水平式注入井，在所述稠油油藏的下部部署一水平式生产井；通过从所述注入井注入多元热流体使所述注入井和所述生产井循环预热后，从所述注入井注入所述多元热流体，然后从所述生产井开采稠油，其中在所述多元热流体辅助重力驱生产阶段井底注多元热流体中蒸汽干度为65％。

2.如权利要求1所述的多元热流体辅助重力驱替工艺，其中所述工艺适用于垂向渗透率Kh>0.5μm²、垂向与水平渗透率比值Kv/Kh>0.3、净总厚度比>0.6的特/超稠油油藏。

3.如权利要求1所述的多元热流体辅助重力驱替工艺，其中所述多元热流体是通过在多元热流体发生系统中注入燃料与空气并燃烧，燃烧产物与水混合得到。

4.如权利要求1所述的多元热流体辅助重力驱替工艺，其中所述循环预热包括：初始循环阶段、加压阶段、多元热流体辅助重力驱生产阶段。

5.如权利要求1所述的多元热流体辅助重力驱替工艺，其中保持采注比在1.2-1.4的范围内。