CN103541705B - 超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备包括注入设备，热采注汽井口，注氮设备和注汽设备，该注入设备连接于该热采注汽井口，以注入凝胶溶液或泡沫剂溶液，该注氮设备连接于该热采注汽井口，用于产生和注入高纯度的氮气，该注汽设备连接于该热采注汽井口，用于产生和注入高干度的蒸汽。该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法采用凝胶和氮气泡沫两者结合，可以明显降低汽驱井组综合含水和提高油汽比，并且大幅提高超稠油油藏高温堵调效果，节约堵调成本。

Description

超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别是涉及到一种超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法。

背景技术

超稠油油藏是指在地层温度条件下，脱气原油粘度大于50000mPa.s的稠油油藏。由于原油粘度高，原始地层条件下，原油难以流动，必须采取热采的开发方式。

注蒸汽是目前最主要的稠油热采方式，主要包括蒸汽吞吐和蒸汽驱。对于超稠油油藏，蒸汽驱一般在蒸汽吞吐基础上能够提高采收率15%左右，整体采收率达到25%-45%左右。

相对于普通稠油油藏，超稠油油藏在蒸汽驱过程中，由于地层原油和蒸汽流度比差异过大以及油藏非均质性等原因，蒸汽更容易向高渗和含油饱和度低的区域富集，发生无效窜流，导致生产井综合含水上升、油汽比低，开发效果变差，同时井间形成渗透率低、温度低的“死”油区和渗透率高、温度高的无效窜流区。

高温堵调就是指在注蒸汽前或注蒸汽过程中，向地层中注入耐高温堵剂或调剖剂，堵塞高渗通道，调整吸汽剖面，避免或抑制蒸汽的无效窜流，从而提高油汽比，改善稠油热采开发效果。

在针对超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法中，固相颗粒和热固树脂，由于封堵强度高，耐温性好，应用较多，但两者都不具备选择性，容易导致油层永久性污染，对施工工艺和油藏认知要求过高，工程风险较大。为此我们发明了一种新的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过向超稠油油藏蒸汽驱注汽井注入凝胶和氮气泡沫的高温堵调设备和高温堵调方法，从而抑制蒸汽的无效窜流，改善超稠油蒸汽驱的开发效果。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备包括注入设备，热采注汽井口，注氮设备和注汽设备，该注入设备连接于该热采注汽井口，以注入凝胶溶液或泡沫剂溶液，该注氮设备连接于该热采注汽井口，用于产生和注入高纯度的氮气，该注汽设备连接于该热采注汽井口，用于产生和注入高干度的蒸汽。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备还包括配液池，该配液池连接于该注入设备的吸入口，用于配制该凝胶溶液或该泡沫剂溶液。

该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备还包括套管和隔热油管，该套管和该隔热油管均连接于该热采注汽井口，在汽驱前或注汽间歇，该注入设备将该凝胶溶液通过该热采注汽井口从该隔热油管中注入地层，在汽驱过程中，该注汽设备通过该热采注汽井口将该蒸汽从该隔热油管注入油层，在汽驱过程中或注汽间歇，该注氮设备通过该热采注汽井口将该氮气从该套管和该隔热油管之间的油套环空注入地层，该注入设备经由该热采注汽井口将该泡沫剂溶液从该隔热油管注入油层。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法包括：步骤1，在汽驱前，向汽驱井中注入凝胶溶液；步骤2，该汽驱井采取连续汽驱方式，生产井连续生产，注入蒸汽；以及步骤3，在汽驱过程中，向该汽驱井中注入氮气和泡沫剂溶液。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该凝胶溶液的浓度为5%，该凝胶溶液的注入量计算公式为：

Q=φπ·(aL)²h

其中，Q为该凝胶溶液注入量，φ为油藏平均孔隙度，a为有效系数，取0.05-0.1之间任意数值，L为注采井距，h为油层厚度。

该蒸汽的注入速度为1.0-3.0m³/d.ha.m，井底蒸汽干度>40%，采注比>1.0。

在步骤3中，根据生产井产出液温度和含水变化确定该氮气和该泡沫剂溶液的注入时机，当产出液温度上升且含水大于85%时，注入该氮气和该泡沫剂溶液，该泡沫剂溶液采用段塞式注入方式，段塞间隔12-48h，该泡沫剂溶液的注入速度为：

其中，v_f为该泡沫剂溶液注入速度，v_s为该蒸汽注入速度，f_s为该蒸汽干度，C_f为该泡沫剂溶液浓度，

该泡沫剂溶液的注入量计算公式为：

其中，Q_f为该泡沫剂溶液注入量，φ为油藏平均孔隙度，L为注采井距，h为油层有效厚度，E_vs为该蒸汽波及体积系数，C_f为该泡沫剂溶液浓度，

该氮气采用连续注入方式，注入时地层温度压力条件下气液比大于1：1，该氮气注入量计算公式为：

其中，V_N2为该氮气注入量，b为气液比，取1-3之间任意数值，Q_s为该蒸汽注入量，f_s为该蒸汽干度，P_s为该蒸汽注入压力，T_N2为该氮气注入绝对温度，T_s为该蒸汽绝对温度，P_N2为该氮气注入压力。

本发明的目的也可通过如下技术措施来实现：超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法包括：步骤1，在汽驱间歇，向汽驱井中注入凝胶溶液；步骤2，该汽驱井采取汽驱间歇2-3个月汽驱方式，在汽驱时注入蒸汽；以及步骤3，在下一个汽驱间歇，向该汽驱井中注入氮气和泡沫剂溶液。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，在注入该凝胶溶液前加注一个防膨剂段塞，并在该凝胶溶液注入完毕后，打一段隔离液。

在步骤3中，先注入10000-30000Nm³的该氮气，再注入该泡沫剂溶液，注完该泡沫剂溶液设计量后再连续注该氮气，直至注完该氮气设计量。

本发明中的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备和高温堵调方法，采用凝胶和氮气泡沫两者结合，凝胶类堵剂一般成胶温度在75℃-180℃之间，主要适用于封堵汽驱井和生产井之间的高温地带；氮气泡沫具有油水选择性，泡沫剂耐温达到300℃，主要适用于封堵含油饱和度小于20%的油层。凝胶和氮气泡沫两者结合可以大幅提高超稠油油藏高温堵调效果，节约堵调成本。本发明的主要技术优点是：

①将凝胶和氮气泡沫的封堵特性结合在一起，利用超稠油油藏蒸汽驱自身的温度场发育特征和含油饱和度分布特点，迫使蒸汽转向，从而提高蒸汽波及体积；

②凝胶前置段塞和氮气泡沫主段塞配合降低生产井综合含水，延长堵调有效期，利用泡沫剂的降低界面张力作用，进一步提高蒸汽洗油效率，从而降低堵调成本，提高超稠油油藏蒸汽驱油汽比；

③注入的凝胶和氮气泡沫堵调体系不会对地层造成永久性伤害，工程风险小。

附图说明

图1为本发明的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备的一具体实施例结构图；

图2为本发明的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备结构图。该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备由注入设备1、配液池2、热采注汽井口3、套管7、隔热油管8、注氮设备9和注汽设备10组成。注入设备1位于汽驱井井场高温高压区内，连接于热采注汽井口3的小四通，用于注入凝胶溶液或泡沫剂溶液，可以精确计量注入化学剂的数量。配液池2位于汽驱井井场高温高压区内的注入设备1一侧，连接于注入设备1的吸入口，用于现场配制凝胶溶液或泡沫剂溶液。热采注汽井口3位于汽驱井井口，主要用于连接地面设备和井下工具。套管7位于汽驱井下，连接于热采注汽井口3的大四通，为井下工具之一。隔热油管8位于汽驱井下，连接于热采注汽井口3的小四通，为井下工具之一，具有隔热、保持蒸汽干度作用，是蒸汽进入油层的主要通道。注氮设备9位于汽驱井井场高温高压区内，连接于热采注汽井口3的大四通，主要用于产生和注入高纯度的氮气。注汽设备10位于汽驱井井场高温高压区内或就近的注汽站内，通过注汽管线连接于热采注汽井口3的小四通，主要用于产生和注入高干度的蒸汽。

在生产井5汽驱前或注汽间歇，利用化学剂注入设备1将配液池2中配制好的温敏凝胶溶液，通过热采注汽井口3从隔热油管8中注入地层4，注完设计量，接着注入隔离液段塞，然后再开始蒸汽驱。

所述注凝胶溶液的注入设备1可以是水泥车，也可以是大排量的柱塞计量泵。

所述热采注汽井口3主要由大四通、小四通和高温高压闸门组成。

在生产井5汽驱过程中，蒸汽是由注汽设备10通过汽驱井热采注汽井口3，从隔热油管8注入油层6；在生产井5汽驱过程中或注汽间歇，氮气是由注氮设备9通过汽驱井热采注汽井口3，从套管7和隔热油管8之间的油套环空注入地层4；泡沫剂是由注入设备1从配液池2中吸入，经由汽驱井热采注汽井口3，从隔热油管8注入油层6。在生产井5汽驱过程中，蒸汽可与氮气和泡沫剂同时注入，也可以分别注入，分别注入的顺序是：先注入氮气和泡沫剂，再注入蒸汽。

所述注汽设备10主要由注汽锅炉、汽水分离器、注汽管线和高温高压截止阀等组成。

所述注氮设备9主要由制氮车、增压机、注氮管线和单流阀等组成。

所述注入设备1，必须采用带截止阀和压力显示的高压柱塞计量泵。

所述注汽设备10、热采注汽井口3、注氮设备9和注入设备1，属于成熟设备，操作方法为现场施工人员熟知。

特别说明，汽驱井下与本发明实施过程无关的井下工具未曾提及。

在一实施例中，所述凝胶，成胶温度大于油藏温度，一般在75℃-180℃之间，成胶前，溶液粘度小于200mPa.s，成胶后，粘度达到100000mPa.s左右，远远大于地层原油粘度。在浓度大于1%条件下，当温度降低至成胶温度以下时，能自动破胶，恢复初始粘度，当温度再度上升至成胶温度以上时，可以重新成胶，再次形成封堵，迫使蒸汽不断向低温区域波及。

所述泡沫剂，具有油水选择特性和一定的再生能力，在含油饱和度低于20%的多孔介质中，与氮气和蒸汽1:1混合，可反复起泡，形成暂堵，迫使蒸汽向高含油饱和度的低渗区域波及，从而改善吸汽剖面，提高蒸汽波及效率。所述泡沫剂，同时也是一种驱油剂，0.3%的泡沫剂溶液与超稠油界面张力可以达到10^-2mN/m，可以提高高含油饱和度区域的蒸汽洗油效率。

图2为本发明的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法的一具体实施例的流程图。本发明的超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法需选定超稠油油藏满足以下条件：油层深度<1600m，剩余油饱和度>0.30，原油粘度50℃脱气<100000mPa.s，油层总厚度>6m，净总比>0.3，油层孔隙度>0.20，油层渗透率500-20000×10^-3μm²。并且，汽驱井组采取直井反9点注采井网，注采井距70-150m之间；也可采取排式水平井注采井网，排距50-100m之间。

在步骤201，在汽驱前，向注汽井中注入浓度5%的凝胶水溶液，注入量计算公式：

Q=φπ·(aL)²h

上式中，Q为凝胶水溶液注入量；

φ为油藏平均孔隙度；

a为有效系数，一般取0.05-0.1之间任意数值；

L为注采井距；

h为油层厚度。

流程进入到步骤202。

在步骤202，汽驱井采取连续汽驱方式，生产井连续生产；蒸汽注入速度1.0-3.0m³/d.ha.m，井底蒸汽干度>40%，采注比>1.0。流程进入到步骤203。

在步骤203，汽驱过程中，根据生产井产出液温度和含水变化确定氮气泡沫注入时机，当产出液温度上升且含水大于85%时，注入氮气泡沫；泡沫剂采用段塞式注入方式，段塞间隔12-48h，泡沫剂注入速度：

上式中，v_f为泡沫剂注入速度；

v_s为蒸汽注入速度；

f_s为蒸汽干度；

C_f为泡沫剂浓度。

泡沫剂注入量计算公式：

上式中，Q_f为泡沫剂注入量；

φ为油藏平均孔隙度；

L为注采井距；

h为油层有效厚度。

E_vs为蒸汽波及体积系数；

C_f为泡沫剂浓度。

氮气采用连续注入方式，注入速度可根据注入设备实际注入能力调整，但须保证地层温度压力条件下气液比大于1：1，氮气注入量计算公式：

上式中，V_N2为氮气注入量；

b为气液比，取1-3之间任意数值；

Q_s为蒸汽注入量；

f_s为蒸汽干度；

P_s为蒸汽注入压力；

T_N2为氮气注入绝对温度；

T_s为蒸汽绝对温度；

P_N2为氮气注入压力。

流程结束。

本发明还可采用如下技术方案：

汽驱井采取间歇汽驱方式，汽驱间歇2-3个月，生产井先吞吐引效再连续生产。

凝胶、泡沫剂、氮气的注入量仍采用上文所述公式计算。但注入量可能并不相同，主要取决于间歇汽驱的注入速度和注汽时间。由于存在间歇，一般间歇汽驱的蒸汽注入总量比连续汽驱要小，而每次氮气和泡沫的注入量取决于每个汽驱段塞的注汽量，不论连续汽驱还是间歇汽驱，注汽量都会在采油工程方案中明确给出；对于凝胶，根据上个汽驱段塞的汽窜情况确定注入量，如果汽窜严重，具体表现在生产井井口温度上升很快，产液综合含水上升很快，则凝胶注入量公式中的a取较大值，若无上述现象或不明显，则a取较小值或选择该汽驱间隔不注凝胶。

所述凝胶溶液在汽驱间歇时注入，注入前加注一个防膨剂段塞，保证近井地带渗透性，同时降低井筒和近井地带温度，保证凝胶溶液在低粘状态下顺利注入地层。凝胶溶液注入完毕后，须打一段隔离液，将井筒中凝胶溶液完全顶入地层，再开始注汽。隔离液可以选用与凝胶配伍性良好的防膨剂或驱油剂。

所述氮气泡沫在下一个汽驱间歇时注入，先注入10000-30000Nm³的氮气，再注入泡沫剂，注完泡沫剂设计量后再连续注氮气，直至注完氮气设计量，然后再次开始汽驱。

上述方案可多次重复进行。

在本发明的一具体实施例中，某油田超稠油油藏埋深1080-1150m，油层有效厚度15-30m，渗透率2700-4000×10^-3μm²，油层温度脱气原油粘度50000-100000mPa.s，采用直井反九点井网间歇汽驱方式开采。注汽前，先注入凝胶200m³，在汽驱过程中，进行氮气泡沫调剖，连续注入氮气190000Nm³。分6个段塞注入泡沫剂18t，每个段塞间隔24h，氮气泡沫调剖后，汽驱井对应8口生产井，井口温度由平均93℃下降至78℃；综合含水由91.5%下降至81.3%；日油水平由32.7t/d上升至60.7t/d；单井日增油3.5t/d，有效期105天，增油1462吨，阶段油汽比提高0.15，明显改善了超稠油油藏蒸汽驱效果。

Claims (3)

1.超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备，其特征在于，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备包括注入设备，热采注汽井口，注氮设备和注汽设备，该注入设备连接于该热采注汽井口，以注入温敏凝胶溶液或泡沫剂溶液，该注氮设备连接于该热采注汽井口，用于产生和注入高纯度的氮气，该注汽设备连接于该热采注汽井口，用于产生和注入高干度的蒸汽；该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调设备还包括配液池、套管和隔热油管，该配液池连接于该注入设备的吸入口，用于配制该温敏凝胶溶液或该泡沫剂溶液；该套管和该隔热油管均连接于该热采注汽井口，在汽驱前或注汽间歇，该注入设备将该温敏凝胶溶液通过该热采注汽井口从该隔热油管中注入地层，在汽驱过程中，该注汽设备通过该热采注汽井口将该蒸汽从该隔热油管注入油层，在汽驱过程中或注汽间歇，该注氮设备通过该热采注汽井口将该氮气从该套管和该隔热油管之间的油套环空注入地层，该注入设备经由该热采注汽井口将该泡沫剂溶液从该隔热油管注入油层。

2.超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法，其特征在于，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法包括：

步骤1，在汽驱前，向汽驱井中注入温敏凝胶溶液，该温敏凝胶溶液的浓度为5％，该温敏凝胶溶液的注入量计算公式为：

Q＝φπ·(aL)²h

其中，Q为该温敏凝胶溶液注入量，φ为油藏平均孔隙度，a为有效系数，取0.05-0.1之间任意数值，L为注采井距，h为油层厚度；

步骤2，该汽驱井采取连续汽驱方式，生产井连续生产，注入蒸汽，该蒸汽的注入速度为1.0-3.0m³/d.ha.m，井底蒸汽干度>40％，采注比>1.0；以及

步骤3，在汽驱过程中，向该汽驱井中注入氮气和泡沫剂溶液，根据生产井产出液温度和含水变化确定该氮气和该泡沫剂溶液的注入时机，当产出液温度上升且含水大于85％时，注入该氮气和该泡沫剂溶液，该泡沫剂溶液采用段塞式注入方式，段塞间隔12-48h，该泡沫剂溶液的注入速度为：

<mrow> <msub> <mi>v</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.01</mn> <msub> <mi>v</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>f</mi> </msub> </mfrac> </mrow>

其中，v_f为该泡沫剂溶液注入速度，v_s为该蒸汽注入速度，f_s为该蒸汽干度，C_f为该泡沫剂溶液浓度，

该泡沫剂溶液的注入量计算公式为：

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>0.5</mn> <mi>%</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mn>0.1</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msup> <mi>&amp;phi;&amp;pi;L</mi> <mn>2</mn> </msup> <msub> <mi>hE</mi> <mrow> <mi>v</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>f</mi> </msub> </mfrac> </mrow>

其中，Q_f为该泡沫剂溶液注入量，φ为油藏平均孔隙度，L为注采井距，h为油层有效厚度，E_vs为该蒸汽波及体积系数，C_f为该泡沫剂溶液浓度，

该氮气采用连续注入方式，注入时地层温度压力条件下气液比大于1：1，该氮气注入量计算公式为：

<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>bQ</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>N</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，V_N2为该氮气注入量，b为气液比，取1-3之间任意数值，Q_s为该蒸汽注入量，f_s为该蒸汽干度，P_s为该蒸汽注入压力，T_N2为该氮气注入绝对温度，T_s为该蒸汽绝对温度，P_N2为该氮气注入压力。

3.超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法，其特征在于，该超稠油油藏蒸汽驱的高温堵调方法包括：

步骤1，在汽驱间歇，向汽驱井中注入温敏凝胶溶液，在注入该温敏凝胶溶液前加注一个防膨剂段塞，并在该温敏凝胶溶液注入完毕后，打一段隔离液；

步骤2，该汽驱井采取汽驱间歇2-3个月汽驱方式，在汽驱时注入蒸汽；以及

步骤3，在下一个汽驱间歇，向该汽驱井中注入氮气和泡沫剂溶液，先注入10000-30000Nm³的该氮气，再注入该泡沫剂溶液，注完该泡沫剂溶液设计量后再连续注该氮气，直至注完该氮气设计量。