CN104329071B - 一种火烧油层点火方法及装置 - Google Patents

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    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/24—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons using heat, e.g. steam injection
    • E21B43/243—Combustion in situ

Abstract

本发明实施例提供的一种火烧油层点火方法及装置，涉及石油开采技术领域，所述方法包括：确定多个点火目标油层，并对所述目标油层所在地层进行调剖；向所述目标油层注入空气；对各目标油层进行预热处理；对各目标油层分段进行火烧油层点火操作。本发明能够解决现有技术中的点火工艺将导致火烧层位动用不均，不适合火驱的油层产生结焦浪费，大大减少了后续可开发的资源，特别是对于已进行蒸汽吞吐开发的稠油油藏，结焦浪费问题尤为严重的问题。

Description

一种火烧油层点火方法及装置
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种火烧油层点火方法及装置。
背景技术
当前在石油开采领域中，火烧油层采油方式得到了较为广泛的应用。火烧油层采油是利用油藏10％左右的重质组分作为燃料，通过注入空气作为氧料，燃烧产生的热量用来驱替原油，从而进行采油。火烧油层采油的适用范围广，所需原料价廉，是一种极具吸引力的热采方式。
目前火烧油层采油技术已应用到多层油藏，点火工艺主要有注蒸汽自燃点火、注蒸汽和化学剂助燃点火、移动式电点火等点火方式。目前对多层油藏进行点火的点火工艺均是笼统点火，即全部油层均进行了点火，有可能点燃某一不适合火驱的油层，容易造成热量进入不适合火驱的油层。目前的点火工艺将导致火烧层位动用不均，不适合火驱的油层产生结焦浪费，大大减少了后续可开发的资源，特别是对于已进行蒸汽吞吐开发的稠油油藏，结焦浪费问题尤为严重。
发明内容
本发明实施例提供一种火烧油层点火方法及装置，以解决现有技术中的点火工艺将导致火烧层位动用不均，不适合火驱的油层产生结焦浪费，大大减少了后续可开发的资源，特别是对于已进行蒸汽吞吐开发的稠油油藏，结焦浪费问题尤为严重的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种火烧油层点火方法，包括：
确定多个点火目标油层，并对所述目标油层所在地层进行调剖；
向所述目标油层注入空气；
对各目标油层进行预热处理；
对各目标油层分段进行火烧油层点火操作。
具体的，所述确定多个点火目标油层，包括：
通过注采井地质剖面图，确定注入井与生产井连通的油层作为所述目标油层。
或者，所述确定多个点火目标油层，包括：
通过各油层的碳氧比测试油层剩余油饱和度；
将所述油层剩余油饱和度大于一第一预设阈值的油层作为所述目标油层；其中，所述第一预设阈值为30％。
或者，所述确定多个点火目标油层，包括：
将油层数据中的油层平均厚度比值、油层平均孔隙度比值和油层平均渗透率值相加，获取得到第一数值；
将所述第一数值大于一第二预设阈值的油层作为所述目标油层；其中，所述第二预设阈值为3。
具体的，向所述目标油层注入空气的注入时间为30至60天，每立方米油层注入空气速度为200至300Nm3/d。
具体的，所述对各目标油层进行预热处理，包括：
在多个目标油层中从上端油层向下端油层依次注入热空气，并加热近井地带水分，形成水蒸汽；
其中，向第一油层注入热空气的第一预热时间用公式表示为：
其中，t1为所述第一预热时间；
Q为第一油层加热所需总热量；
Qe为电点火器每天向第一油层注入的热量；
所述第一油层为从上端油层到下端油层的第一层目标油层；
其中，所述第一油层加热所需总热量用公式表示为：
其中，为第一油层加热的热量；
为原油达到高温氧化燃烧的活化能；
H为第一油层厚度；
re为第一油层的加热半径，所述第一油层的加热半径取值范围为0.6至1.2米；
rw为油井半径；
ρc为第一油层的容积热容；
ti为油层加热后温度；
tr油层加热前温度；
ρv为燃料含量；
m1为原油的摩尔质量；
E为原油的活化能；
其中，所述电点火器每天向第一油层注入的热量用公式表示为：
Qe＝Va(ρc)aΔt
其中，Va为空气进入第一油层的注入速度；
(ρc)a为空气的热容；
Δt为空气变化温度。
具体的，向除第一油层外的其他油层注入热空气的第二预热时间用公式表示为：
tn＝Kn-1t1
其中，tn为所述第二预热时间；
K为常数，K的取回范围为0.6至0.8；
n表示第n油层，所述第n油层为从上端油层到下端油层的第n层目标油层。
进一步的，所述对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，包括：
通过电点火器将所述第一油层点燃；
其中，通过电点火器将所述第一油层点燃的第一点火时间用公式表示为：
其中，td1为所述第一点火时间；
Qd为第一油层点火所需总热量；
Qe为电点火器每天向第一油层注入的热量；
其中，所述第一油层点火所需总热量用公式表示为：
其中，为第一油层加热的热量；
H为第一油层厚度；
re为第一油层的加热半径，所述第一油层的加热半径取值范围为0.6至1.2米；
rw为油井半径；
ρc为第一油层的容积热容；
ti为油层加热后温度；
tr油层加热前温度；
其中，所述电点火器每天向第一油层注入的热量用公式表示为：
Qe＝Va(ρc)aΔt
其中，Va为空气进入第一油层的注入速度；
(ρc)a为空气的热容；
Δt为空气变化温度。
进一步的，所述对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，还包括：
通过电点火器分别将除所述第一油层外的其他油层点燃；
通过电点火器分别将除所述第一油层外的其他油层点燃的第二点火时间用公式表示为：
tdn＝Kn-1td1
其中，tdn为所述第二点火时间；
K为常数，K的取回范围为0.6至0.8；
n表示第n油层，所述第n油层为从上端油层到下端油层的第n层目标油层。
一种火烧油层点火装置，包括电点火器、套管以及管柱结构；
所述管柱结构设置在所述套管内；
所述管柱结构从上至下由油管、封隔器、交替连接分布的隔热管和打孔油管，以及丝堵组成；
所述电点火器设置在所述管柱结构内部，并连接有设置在管柱结构内部的传动装置，以加热打孔油管内部的空气；所述传动装置用于带动所述电点火器在管柱结构内部上下移动；
所述隔热管与所述打孔油管通过丝扣连接；
所述丝堵位于所述管柱结构下端，通过丝扣与所述管柱结构连接；
所述打孔油管与需要点火的目标油层一一对应。
具体的，所述打孔油管与所述目标油层下部三分之二部分对应。
具体的，所述打孔油管上的开孔成螺旋状分布，所述开孔的孔径大小为5至10毫米，相邻两个孔的相位角为60°至90°。
本发明实施例提供的火烧油层点火方法及装置，通过确定多个点火目标油层，并对所述目标油层所在地层进行调剖，之后向所述目标油层注入空气，进而对各目标油层进行预热处理，再对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，可以实现对适合火驱的油层进行点火操作，而避免点燃不适合火驱的油层，造成的火烧层位动用不均，不适合火驱的油层产生结焦浪费，大大减少了后续可开发的资源，特别是对于已进行蒸汽吞吐开发的稠油油藏，结焦浪费问题尤为严重的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的火烧油层点火方法的流程图；
图2为本发明实施例中的反应温度与氧化反应速率的关系图；
图3为本发明实施例中的油井和油层示意图；
图4为本发明实施例提供的火烧油层点火装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中的打孔油管的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种火烧油层点火方法，如图1所示，包括：
步骤101、确定多个点火目标油层，并对目标油层所在地层进行调剖。
步骤102、向目标油层注入空气。
步骤103、对各目标油层进行预热处理。
步骤104、对各目标油层分段进行火烧油层点火操作。
本发明实施例提供的火烧油层点火方法，通过确定多个点火目标油层，并对目标油层所在地层进行调剖，之后向目标油层注入空气，进而对各目标油层进行预热处理，再对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，可以实现对适合火驱的油层进行点火操作，而避免点燃不适合火驱的油层，造成的火烧层位动用不均，不适合火驱的油层产生结焦浪费，大大减少了后续可开发的资源，特别是对于已进行蒸汽吞吐开发的稠油油藏，结焦浪费问题尤为严重的问题。
上述的步骤101中的确定多个点火目标油层，可以通过如下方式实现：
通过注采井地质剖面图，确定注入井与生产井连通的油层作为目标油层。
或者，上述的步骤101中的确定多个点火目标油层，还可以通过如下方式实现：
通过各油层的碳氧比测试油层剩余油饱和度；
将油层剩余油饱和度大于一第一预设阈值的油层作为目标油层；其中，第一预设阈值为30％。
或者，上述的步骤101中的确定多个点火目标油层，还可以通过如下方式实现：
将油层数据中的油层平均厚度比值、油层平均孔隙度比值和油层平均渗透率值相加，获取得到第一数值。
在油井开采钱，一般通过岩心及测井数据得到各种油层数据，例如油层的层数，各油层的叠加厚度、各单个油层厚度、各油层的叠加孔隙度、各单个油层孔隙度。
上述的油层平均厚度比值为单个油层厚度与各油层的叠加厚度的比值；上述的油层平均孔隙度比值为单个油层孔隙度与各油层的叠加孔隙度的比值。
将第一数值大于一第二预设阈值的油层作为目标油层。
其中，第二预设阈值为3。
另外，上述所选取的目标油层还需要满足如下两个关系式：
y＝-2.257+0.0003957z+5.704φ+0.1040k-0.2570Kh/μ+4.600φSo；
y＞0.27；
其中，z表示油层埋深；h表示油层厚度；φ表示油层孔隙度；So表示目前含油饱和度；K表示油层渗透率；μ表示原油粘度。
具体的，在向目标油层注入空气时，注入时间为30至60天，每立方米油层注入空气速度为200至300Nm3/d。通过向目标油层注入空气，可以使地层预存氧气，同时驱替近井地带水分，建立气体通道，蒸汽吞吐后的油层近井地带温度100℃左右，稠油低温氧化速率较快，放出一定的热量，加热地层，产生的尾气向前移动，继续促进地层升温，因此，通过超前注气的低温氧化可提升近井地带温度。如图2所示，当稠油在温度低于300℃时主要发生低温氧化，在高于350℃时主要发生高温氧化。
另外，上述步骤103中的对各目标油层进行预热处理，包括：
在多个目标油层中从上端油层向下端油层依次注入热空气，并加热近井地带水分，形成水蒸汽。
其中，向第一油层注入热空气的第一预热时间用公式表示为：
其中，t1为第一预热时间；
Q为第一油层加热所需总热量；
Qe为电点火器每天向第一油层注入的热量。
该第一油层为从上端油层到下端油层的第一层目标油层。
其中，第一油层加热所需总热量用公式表示为：
其中，为第一油层加热的热量；
为原油达到高温氧化燃烧的活化能；
H为第一油层厚度；
re为第一油层的加热半径，第一油层的加热半径取值范围为0.6至1.2米；
rw为油井半径。其中，第一油层厚度，第一油层的加热半径和油井半径如图3所示。
ρc为第一油层的容积热容；
ti为油层加热后温度；
tr油层加热前温度；
ρv为燃料含量；
m1为原油的摩尔质量；
E为原油的活化能；
其中，电点火器每天向第一油层注入的热量用公式表示为：
Qe＝Va(ρc)aΔt
其中，Va为空气进入第一油层的注入速度；
(ρc)a为空气的热容；
Δt为空气变化温度。
具体的，向除第一油层外的其他油层注入热空气的第二预热时间用公式表示为：
tn＝Kn-1t1
其中，tn为第二预热时间；
K为常数，K的取回范围为0.6至0.8；
n表示第n油层，第n油层为从上端油层到下端油层的第n层目标油层。
进一步的，上述步骤104中的对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，可以包括如下内容：
通过电点火器将第一油层点燃。
其中，通过电点火器将第一油层点燃的第一点火时间用公式表示为：
其中，td1为第一点火时间；
Qd为第一油层点火所需总热量；
Qe为电点火器每天向第一油层注入的热量；
其中，第一油层点火所需总热量用公式表示为：
其中，为第一油层加热的热量；
H为第一油层厚度；
re为第一油层的加热半径，第一油层的加热半径取值范围为0.6至1.2米；
rw为油井半径；
ρc为第一油层的容积热容；
ti为油层加热后温度；
tr油层加热前温度；
其中，电点火器每天向第一油层注入的热量用公式表示为：
Qe＝Va(ρc)aΔt
其中，Va为空气进入第一油层的注入速度；
(ρc)a为空气的热容；
Δt为空气变化温度。
进一步的，该步骤104中的对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，还可以包括：
通过电点火器分别将除第一油层外的其他油层点燃。
通过电点火器分别将除第一油层外的其他油层点燃的第二点火时间用公式表示为：
tdn＝Kn-1td1
其中，tdn为第二点火时间；
K为常数，K的取回范围为0.6至0.8；
n表示第n油层，第n油层为从上端油层到下端油层的第n层目标油层。
对应于上述图1的火烧油层点火方法的实施例，本发明还提供一种火烧油层点火装置，如图4所示，包括电点火器31、套管32以及管柱结构33。
其中，管柱结构33设置在套管32内。该管柱结构33从上至下由油管331、封隔器332、交替连接分布的隔热管333和打孔油管334，以及丝堵335组成。
该电点火器31设置在管柱结构33内部，并连接有设置在管柱结构33内部的传动装置(图中未示出)，从而能够加热打孔油管334内部的空气。该传动装置可以带动电点火器31在管柱结构33内部上下移动。
该隔热管333与打孔油管334通过丝扣(图中未示出)连接。该丝堵335位于管柱结构33下端，通过丝扣与管柱结构33连接。该打孔油管334与需要点火的目标油层36一一对应，从而能够点燃目标油层36。
具体的，打孔油管334与目标油层36下部三分之二部分对应。
具体的，如图5所示，该打孔油管334上的开孔成螺旋状分布，开孔的孔径大小为5至10毫米，相邻两个孔的相位角为60°至90°。
本发明实施例提供的火烧油层点火装置，由于各打孔油管与需要点火的目标油层相对应，传动装置带动电点火装置移动到适合火驱的油层对应的打孔油管处进行点火，可以实现对适合火驱的油层进行点火操作，而避免点燃不适合火驱的油层，造成的火烧层位动用不均，不适合火驱的油层产生结焦浪费，大大减少了后续可开发的资源，特别是对于已进行蒸汽吞吐开发的稠油油藏，结焦浪费问题尤为严重的问题。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种火烧油层点火装置，其特征在于，包括电点火器、套管以及管柱结构；
所述管柱结构设置在所述套管内；
所述管柱结构从上至下由油管、封隔器、交替连接分布的隔热管和打孔油管，以及丝堵组成；
所述电点火器设置在所述管柱结构内部，并连接有设置在管柱结构内部的传动装置，以加热打孔油管内部的空气；所述传动装置用于带动所述电点火器在管柱结构内部上下移动；
所述隔热管与所述打孔油管通过丝扣连接；
所述丝堵位于所述管柱结构下端，通过丝扣与所述管柱结构连接；
所述打孔油管与需要点火的目标油层一一对应。
2.根据权利要求1所述的火烧油层点火装置，其特征在于，所述打孔油管与所述目标油层下部三分之二部分对应。
3.根据权利要求2所述的火烧油层点火装置，其特征在于，所述打孔油管上的开孔成螺旋状分布，所述开孔的孔径大小为5至10毫米，相邻两个开孔的相位角为60°至90°。
4.一种火烧油层点火方法，应用于权利要求1至3任一项所述的火烧油层点火装置，其特征在于，包括：
确定多个点火目标油层，并对所述目标油层所在地层进行调剖；
向所述目标油层注入空气；
对各目标油层进行预热处理；
对各目标油层分段进行火烧油层点火操作。
5.根据权利要求4所述的火烧油层点火方法，其特征在于，所述确定多个点火目标油层，包括：
通过注采井地质剖面图，确定注入井与生产井连通的油层作为所述目标油层。
6.根据权利要求4所述的火烧油层点火方法，其特征在于，所述确定多个点火目标油层，包括：
通过各油层的碳氧比测试油层剩余油饱和度；
将所述油层剩余油饱和度大于一第一预设阈值的油层作为所述目标油层；其中，所述第一预设阈值为30％。
7.根据权利要求4所述的火烧油层点火方法，其特征在于，所述确定多个点火目标油层，包括：
将油层数据中的油层平均厚度比值、油层平均孔隙度比值和油层平均渗透率值相加，获取得到第一数值；
将所述第一数值大于一第二预设阈值的油层作为所述目标油层；其中，所述第二预设阈值为3。
8.根据权利要求4至7任一项所述的火烧油层点火方法，其特征在于，向所述目标油层注入空气的注入时间为30至60天，每立方米油层注入空气速度为200至300Nm3/d。
9.根据权利要求4至7任一项所述的火烧油层点火方法，其特征在于，所述对各目标油层进行预热处理，包括：
在多个目标油层中从上端油层向下端油层依次注入热空气，并加热近井地带水分，形成水蒸汽；
其中，向第一油层注入热空气的第一预热时间用公式表示为：
<mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>Q</mi> <msub> <mi>Q</mi> <mi>e</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，t1为所述第一预热时间；
Q为第一油层加热所需总热量；
Qe为电点火器每天向第一油层注入的热量；
所述第一油层为从上端油层到下端油层的第一层目标油层；
其中，所述电点火器每天向第一油层注入的热量用公式表示为：
Qe＝Va(ρc)aΔt
其中，Va为空气进入第一油层的注入速度；
(ρc)a为空气的热容；
Δt为空气变化温度。
10.根据权利要求9所述的火烧油层点火方法，其特征在于，向除第一油层外的其他油层注入热空气的第二预热时间用公式表示为：
tn＝Kn-1t1
其中，tn为所述第二预热时间；
K为常数，K的取回范围为0.6至0.8；
n表示第n油层，所述第n油层为从上端油层到下端油层的第n层目标油层。
11.根据权利要求10所述的火烧油层点火方法，其特征在于，所述对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，包括：
通过电点火器将所述第一油层点燃；
其中，通过电点火器将所述第一油层点燃的第一点火时间用公式表示为：
<mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>Q</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>Q</mi> <mi>e</mi> </msub> </mfrac> </mrow>
其中，td1为所述第一点火时间；
Qd为第一油层点火所需总热量；
Qe为电点火器每天向第一油层注入的热量；
其中，所述电点火器每天向第一油层注入的热量用公式表示为：
Qe＝Va(ρc)aΔt
其中，Va为空气进入第一油层的注入速度；
(ρc)a为空气的热容；
Δt为空气变化温度。
12.根据权利要求11所述的火烧油层点火方法，其特征在于，所述对各目标油层分段进行火烧油层点火操作，还包括：
通过电点火器分别将除所述第一油层外的其他油层点燃；
通过电点火器分别将除所述第一油层外的其他油层点燃的第二点火时间用公式表示为：
tdn＝Kn-1td1
其中，tdn为所述第二点火时间；
K为常数，K的取回范围为0.6至0.8；
n表示第n油层，所述第n油层为从上端油层到下端油层的第n层目标油层。
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