CN104405357A - 一种油层火驱开采方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种用于开采厚度大于25米的大厚度油层的油层火驱开采方法，该油层火驱开采方法包括：将待开采油层划分为至少两个沿重力方向层叠分布的具有预设厚度的子油层，所述预设厚度大于8米且小于25米；由注气井注气点火沿重力方向依次开采每个所述子油层并由生产井将原油开采出来。本申请所提供的一种油层火驱开采方法能够在开采油层厚度大于38米的大厚度油层时具有较好的开采效果。
Description
技术领域
本申请涉及石油开采领域，尤其涉及一种油层火驱开采方法。
背景技术
火烧油层又称为地下燃烧或层内燃烧，亦称火驱开采法。火驱就是利用地层原油中的重质组分作为燃料，利用空气或富氧气体作为助燃剂，采取自燃和人工点火等方法使油层温度达到原油燃点，并连续注入助燃剂，使油层原油持续燃烧，燃烧反应产生大量的热，加热油层，使得油层温度上升至600～700℃，重质组分在高温下裂解，进而重油裂解生成的轻质油、燃烧生成的气体以及水蒸汽用于驱动原油向生产井流动，并从生产井采出。
针对火烧油层技术研究，取得了一些相应的成果。例如，在中国专利申请第201020169117.X号中公开了一种通过控制火烧注气速度开采厚层块状稠油的装置，该装置包括注气井内设分段注气管柱，该管柱由封闭管柱和开有射孔的管柱组成，该装置通过动态分段式调整单井注气速度，来达到提高稠油采收率的目的。
另外，在中国专利申请第201210244366.4号中提出了在稠油油藏蒸汽辅助重力泄油后期转火驱开采的方法。该方法在蒸汽辅助重力泄油的蒸汽腔扩展阶段，当相邻的注采井对的蒸汽腔聚并后，利用中间注采井对的注气井注入空气点火，该井对的生产井和左右两个相邻井对的生产井生产，左右两个相邻井对的注气井转为火驱的排风井；该开采方法可以利用高温火驱前缘，有效驱扫相邻SAGD井对中间的油层下部的剩余储量，规避常规SAGD或气体辅助SAGD后期的汽窜，延长SAGD生产时间，显著提高采收率。
上述几种火驱开采方法所开采的油层厚度以小于38m的层状稠油油藏为主，这是因为现有的火驱开采方法都是自油层底部射孔，并利用火线超覆特性，逐渐向油层顶部燃烧的一种开采方式，这就使得在使用上述方法开采油层厚度大于38米的油层时会存在油层底部燃烧不完全，火驱波及体积小的问题，进而导致开采效果不理想。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本申请提供一种油层火驱开采方法，以能够开采油层厚度大于38米的大厚度油层时具有较好的开采效果。
本申请提供一种油层火驱开采方法，其用于开采厚度大于25米的大厚度油层，所述油层火驱开采方法包括：
将待开采油层划分为至少两个沿重力方向层叠分布的具有预设厚度的子油层，所述待开采油层的厚度大于25米，所述预设厚度大于8米且小于25米；
由注气井注气点火沿重力方向依次开采每个所述子油层并由生产井将原油开采出来。
优选的，每个所述子油层中，单层的水平分布面积占所述待开采油层水平含油面积比例均大于80％、油层厚度连通系数均大于70％、渗透率级差均小于8以及孔隙度差值均小于10％；相邻两个所述子油层之间的隔层水平发育面积占所述待开采油层水平含油面积比例大于65％。
优选的，所述点火方式采用电点火点火方式，点火温度大于500摄氏度。
优选的，所述子油层的厚度小于且等于10米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度不低于该子油层的厚度；所述子油层的厚度大于10米且小于等于15米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度为该子油层厚度的2/3；所述子油层的厚度大于15米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度为该子油层厚度的1/2。
优选的，所述子油层的厚度大于10米时，该子油层所对应的所述注气井上的射孔段靠近该子油层的下部。
优选的，每个所述子油层对应所述生产井上的射孔段长度为该子油层厚度的3/4，且，所述生产井上的各个射孔段靠近其所对应的所述子油层的下部。
优选的，每个所述子油层的开采初期注气强度均为300标准立方米每米厚度油层每天，每个所述子油层的注气强度逐月递增。
优选的，所述子油层每月的注气强度增量为100标准立方米每米厚度油层每天；当注气强度到达2000标准立方米每米厚度油层每天时，所述子油层采用恒速注气。
优选的，所述生产井内，当连续5天测得尾气中的二氧化碳含量不低于18％且氧气含量不低于3％时，则关闭所述生产井。
优选的，所述待开采油层的开采条件还包括：单层厚度大于8米，剩余油饱和度大于0.4，孔隙度大于0.2，渗透率大于250毫达西，50摄氏度脱气原油粘度小于5000毫帕秒；所述待开采油层的深度小于2000米。
综上所述，本申请所提供的油层火驱开采方法，利用子油层纵向上的空间结合火线向上超覆效应，使得油层底部燃烧不充分，形成一层焦炭封隔上下层系(相邻子油层)，进而子油层之间不易形成串气现象，实现一个子油层接替上一个子油层的逐层火驱开发大厚度油层。可以看出本申请所提供的油层火驱开采方法能够降低注气难度，实现高温氧化燃烧，减缓纵向火线超覆，增大了火驱波及体积，进而能够提高开采大厚度油层的采收率。
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是本申请一种实施方式所提供的油层火驱开采方法的步骤流程图；
图2是本申请一个实施例中火驱开采第一子油层示意图；
图3是本申请一个实施例中火驱开采第二子油层示意图；
图4是本申请一个实施例中火驱开采第三子油层示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参考图1，本申请的一种实施方式提供的一种油层火驱开采方法，其用于开采厚度大于25米的大厚度油层，所述油层火驱开采方法包括以下步骤：
S1、将待开采油层划分为至少两个沿重力方向层叠分布的具有预设厚度的子油层，所述预设厚度大于8米且小于25米。
整个所述待开采油层可以为砂层组。所述砂层组也叫复油层，它是由若干相邻的单层组合而成，同一砂层组内的油层岩性特征基本一致；砂层组之间存在较为稳定的隔层以将两个砂层组分隔。所述单层也称为单油层或小层，单层的岩性、储油物性基本一致，单层具有一定厚度，上下为隔层分隔，并且单层具有一定分布范围。所述相邻单层之间具有隔层分隔，并且隔层的水平发育面积大于相邻单层之间的连通面积，即分隔面积>连通面积。上述隔层是指稳定分布于两个渗透性岩层中间的不渗透性岩层，隔层的特点是封隔性好、平面分布较稳定且具有一定厚度。同时，连续油层内往往存在非有效油层(或非储层)，这种非有效油层称为夹层。夹层的特点是平面分布不稳定，厚度较小，有的夹层不具渗透性，有的也具备一定的渗透性甚至还具有油迹以下的含油显示，但基本无可动油。
本步骤中，所述待开采油层的厚度须大于25米，以满足分层开采的需要。所述子油层为将所述待开采油层划分后沿重力方向层叠分布。所述子油层具有预设厚度，根据该预设厚度将所述待开采油层进行分层，进而进行后续开采工作。所述子油层的数量为至少两个，其视具体油层厚度以及油层内部均质情况而定。在发明人进行大量实验及现场操作的基础上，所述子油层的数量在两个至五个之间取值可以取得较好的采收效果。
当然，为更好的进行火驱开采工作，所述待开采油层的开采条件还包括：单层厚度大于8米，剩余油饱和度大于0.4，孔隙度大于0.2，渗透率大于250毫达西，50摄氏度脱气原油粘度小于5000毫帕秒；所述待开采油层的深度小于2000米。
所述待开采油层为厚度较大的块状油藏时，其内部的隔层、夹层往往发育不均匀，对于这种油层进行开采时，由所述待开采油层内划分出所述子油层时，所述子油层或相邻所述子油层之间需要的开采条件为：每个所述子油层中，单层的水平分布面积占所述待开采油层水平含油面积比例均大于80％、油层厚度连通系数均大于70％、渗透率级差均小于8以及孔隙度差值均小于10％，且，相邻两个所述子油层之间的隔层水平发育面积占所述待开采油层水平含油面积比例大于65％。
首先，所述子油层内的储油量需要满足开采要求，即厚度大于8米的单层的水平分布面积占所述待开采油层水平含油面积比例均大于65％，同时，油层厚度连通系数均大于70％以及渗透率级差(渗透率级差是最大渗透率与最小渗透率的比值,表明渗透率的分布范围及差异程度；渗透率级差大于l。渗透率级差越大,表示储层孔隙空间的非均质性越强；渗透率级差越接近l,储层孔隙空间的均质性越好。)均小于8可以保证所述子油层内部油液的可流动性及其内部均质性。通过满足这些开采条件，可以更好的开采内部隔夹层发育不均匀的厚度较大的块状油藏。
S2、由注气井注气点火沿重力方向依次开采每个所述子油层并由生产井将原油开采出来。
本步骤中，所述沿重力方向依次开采每个所述子油层即为由上至下顺序开采每个所述子油层，直至将最底部的子油层开采完毕进而开采结束。
所述注气井上开设有射孔，由于开设的射孔分布在一定长度的注气井筒上，进而也称为注气井上的射孔段，相应的，生产井同样开设有射孔段，原油通过射孔段进入生产井内以开采出来。
本实施方式中，所述注气井针对每个所述子油层开设有不同的射孔段，不同射孔段之间在井筒内互不连通。为取得较好的注气效果且避免多余注入气体，注气井上的射孔段根据其所对应的子油层的厚度来确定。
在一个较佳的实施例中，所述子油层的厚度小于且等于10米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度不低于该子油层的厚度；所述子油层的厚度大于10米且小于等于15米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度为该子油层厚度的2/3；所述子油层的厚度大于15米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度为该子油层厚度的1/2。进一步的，所述子油层的厚度大于10米时，该子油层所对应的所述注气井上的射孔段靠近该子油层的下部。这种设置是基于注入气体的超覆作用以实现较好的开采效果。
每个所述子油层的开采初期注气强度均为300标准立方米每米厚度油层每天(英文单位为m3/(d.m))，每个所述子油层的注气强度逐月递增。每月递增的增量可以按照实际情况进行确定，进一步的，所述子油层每月的注气强度增量为100标准立方米每米厚度油层每天；当注气强度到达2000标准立方米每米厚度油层每天时，所述子油层采用恒速注气。
相应的，在一个可行的实施例中，每个所述子油层对应所述生产井上的射孔段长度为该子油层厚度的3/4，且，所述生产井上的各个射孔段靠近其所对应的所述子油层的下部。
目前，油层点火方式多样，包括化学点火和电点火等方式，考虑到便于实施以及保护油层不被污染，本实施方式中所述点火方式采用电点火点火方式，但本申请并不以此为限。为保证油层点燃效果，点火温度可以大于500摄氏度。
在火驱开采每个所述子油层期间，需要时常监测所述生产井中的尾气中二氧化碳以及氧气等成分的含量以确定火线是否到达生产井，进而结束当前子油层的开采以转入下一子油层的开采或结束开采。在一个具体的实施例中，由火驱开采所述子油层开始，即对所述生产井每3天测一次其内部的尾气成分含量，当尾气中二氧化碳含量达到18％，氧气含量超过3％时，进行连续监测，当连续5天二氧化碳含量到达18％，氧气含量达到3％，说明火线到达生产井，此时关闭生产井。由于目前通常采用注采井网的开采方式开采石油，即一口注气井周围布置多口生产井。此种情况下，在该注气井周围一线的生产井全部关闭后再转入下一子油层的开采工作。
综上所述，本实施方式所提供的油层火驱开采方法，利用子油层纵向上的空间结合火线向上超覆效应，使得油层底部燃烧不充分，形成一层焦炭封隔上下层系(相邻子油层)，进而子油层之间不易形成串气现象，实现一个子油层接替上一个子油层的逐层火驱开发大厚度油层。本实施方式所提供的油层火驱开采方法能够降低注气难度，实现高温氧化燃烧，减缓纵向火线超覆，增大了火驱波及体积，进而能够提高大厚度油层的采收率。
下面以一个具体的实施例来详细描述本申请所提供的油层火驱开采方法的原理，但本申请并不以该实施例为限。
选定满足分层条件的待开采油层须符合以下条件：油层厚度>25米，单层厚度>8米，剩余油饱和度>0.4，孔隙度>0.2，渗透率>250毫达西(md)，50℃脱气原油粘度<5000毫帕秒(mpa.s)，油层深度<2000米。
在油藏已有开发井网基础上，利用新完钻井资料对油藏进行深入剖析，根据所获得的动静态资料,选定如下表1所示的符合自上而下逐层火驱开发方式的油藏作为待开采油层。
表1 某选定油藏地质参数
开展油藏地质特征精细研究，精细刻画待开采油层内部隔夹层、细分小层，描述小层油层厚度、储层物性特征、油层厚度连通系数。
如图1所示，根据地质特征精细研究，刻画待开采油层1内部隔夹层10分布特征，充分利用不稳定发育的隔夹层10将待开采油层1细分3个子油层，分别为第一子油层2，第二子油层3，第三子油层4，第一子油层2与第二子油层3之间隔层发育面积占待开采油层含油面积88％，第二子油层3与第三子油层4之间隔层发育面积占待开采油层含油面积78％。各层系2、3、4的地质特征如表2所示。
表2 某选定油藏细分层系地质参数
由表2可以看出上述第一子油层、第二子油层与第三子油层的地质参数满足自上而下逐层火驱开发油层厚度界限及地质特征技术界限的要求，即满足：单层的水平分布面积占所述待开采油层水平含油面积比例均大于80％、油层厚度连通系数均大于70％、渗透率级差均小于8(第一子油层为7.2、第二子油层为4.9、第三子油层为7.2)、孔隙度差值小于10％(第一子油层为8.9％、第二子油层为6.9％、第三子油层为4.6％)，且，相邻两个所述子油层之间的隔层水平发育面积占所述待开采油层水平含油面积比例大于65％。所以所选定的油藏可以进行自上而下逐层火驱开发，先开发第一子油层2。
如图1所示，第一子油层2火驱方法为：注气井5的第一注气射孔段7射开第一子油层2油层下部，所述第一注气射孔段7的长度根据第一子油层厚度计算为9m。生产井6的第一生产射孔段8射开第一子油层2油层下部，所述第一生产射孔段8的长度根据第一子油层厚度计算为13.5米。所述注气井5注入空气并采用电点火点火方式，点火温度大于500℃。所述注气井5的初期注气强度300m3/(d.m),每月增加一次注气强度，注气强度增量为100m3/(d.m),注气强度增加到2000m3/(d.m)时，采用恒速注气。注气井5向所述第一子油层2注入的充足的注气量保证燃烧前缘9稳定向前推进，所述生产井6排液量可以控制在10至15吨每天(t/d)。
对生产井6每3天测一次尾气含量，当二氧化碳(CO2)含量达到18％，氧气(O2)含量超过3％时，进行连续监测。连续5天CO2含量达到18％，O2含量超过3％，说明火线到达生产井6，关闭生产井6；当注气井5周围一线生产井全部关闭时，转入下一层系3火驱开发。
如图2所示，第一子油层2火驱开发结束11，油层底部形成一层焦炭12，由于焦炭渗透性较差，将第一子油层2和第二子油层3封隔，通过所形成的焦炭的封隔作用，注入所述第二子油层3的空气可以最大程度进入第二子油层3内，较大程度的避免了所注入的空气因超覆串入所述第一子油层2内。
如图3所示，第二子油层3火驱方法为：所述注气井5的第二注气射孔段14射开第二子油层3油层下部，所述第二注气射孔段14的长度根据所述第二子油层3的厚度计算为10m。生产井6的第二生产射孔段15射开第二子油层3油层下部8，所述第二生产射孔段15的长度根据所述第二子油层的油层厚度计算为15m。所述注气井5注空气，采用电点火，点火温度大于500℃，初期注气强度300m3/(d.m),每月增加一次注气强度，注气强度增量为100m3/(d.m),注气强度增加到2000m3/(d.m)时，采用恒速注气；充足的注气量保证燃烧前缘13稳定向前推进，生产井6排液量控制10至15t/d。
对生产井6每3天测一次尾气含量，当CO2含量达到18％，O2含量超过3％时，进行连续监测，连续5天CO2含量达到18％，O2含量超过3％，说明火线到达生产井6，关闭生产井6；当注气井5周围一线生产井全部关闭时，转入下一层系第三子油层4火驱开发。
如图3所示，第二子油层3火驱开发结束19，所述第二子油层3的底部形成一层焦炭12，由于焦炭渗透性较差，将第二子油层3和第三子油层4封隔。通过所形成的焦炭的封隔作用，注入所述第三子油层4的空气可以最大程度进入第三子油层4内，较大程度的避免了所注入的空气因超覆串入所述第二子油层3内。
如图4所示，第三子油层4火驱方法为：注气井5的第三注气射孔段17射开第三子油层3油层下部，所述第三注气射孔段17的长度根据所述第三子油层的油层厚度计算为7.5m。所述生产井6的第三生产射孔段18射开所述第三子油层4油层下部，所述第三生产射孔段18的长度根据所述第三油层4的厚度计算为11.25m。所述注气井5注入空气，采用电点火，点火温度大于500℃，初期注气强度300m3/(d.m),每月增加一次注气强度，注气强度增量为100m3/(d.m),注气强度增加到2000m3/(d.m)时，采用恒速注气；充足的注气量保证燃烧前缘16稳定向前推进，生产井6排液量控制10至15t/d。
对生产井6每3天测一次尾气含量，当CO2含量达到18％，O2含量超过3％时，进行连续监测，连续5天CO2含量达到18％，O2含量超过3％，说明火线到达生产井6，关闭生产井6；当注气井5周围一线生产井全部关闭时，自上而下逐层火驱开发结束。
表3 为本实施例的生产情况统计
如表3所示，从生产情况来看，采用不分层火驱开发，经济有效生产时间约为15.8年，累计产油量约为12.85×104t，最终采收率约为45.39％，而本发明的开采方法，经济有效生产时间约为21.5年，累计产油量约为15.97×104t，最终采收率约为56.43％，比不分层火驱开发采收率提高11个百分点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种油层火驱开采方法，其特征在于，所述油层火驱开采方法用于开采厚度大于25米的大厚度油层，它包括：
将待开采油层划分为至少两个沿重力方向层叠分布的具有预设厚度的子油层，所述预设厚度大于8米且小于25米；
由注气井注气点火沿重力方向依次开采每个所述子油层并由生产井将原油开采出来。
2.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于：每个所述子油层中，单层的水平分布面积占所述待开采油层水平含油面积比例均大于80％、油层厚度连通系数均大于70％、渗透率级差均小于8以及孔隙度差值均小于10％；相邻两个所述子油层之间的隔层水平发育面积占所述待开采油层水平含油面积比例大于65％。
3.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于：所述点火方式采用电点火点火方式，点火温度大于500摄氏度。
4.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于：所述子油层的厚度小于且等于10米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度不低于该子油层的厚度；所述子油层的厚度大于10米且小于等于15米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度为该子油层厚度的2/3；所述子油层的厚度大于15米时，该子油层对应的所述注气井上的射孔段长度为该子油层厚度的1/2。
5.如权利要求4所述的油层火驱开采方法，其特征在于：所述子油层的厚度大于10米时，该子油层所对应的所述注气井上的射孔段靠近该子油层的下部。
6.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于：每个所述子油层对应所述生产井上的射孔段长度为该子油层厚度的3/4，且，所述生产井上的各个射孔段靠近其所对应的所述子油层的下部。
7.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于：每个所述子油层的开采初期注气强度均为300标准立方米每米厚度油层每天，每个所述子油层的注气强度逐月递增。
8.如权利要求7所述的油层火驱开采方法，其特征在于：所述子油层每月的注气强度增量为100标准立方米每米厚度油层每天；当注气强度到达2000标准立方米每米厚度油层每天时，所述子油层采用恒速注气。
9.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于：所述生产井内，当连续5天测得尾气中的二氧化碳含量不低于18％且氧气含量不低于3％时，则关闭所述生产井。
10.如权利要求1所述的油层火驱开采方法，其特征在于，所述待开采油层的开采条件还包括：单层厚度大于8米，剩余油饱和度大于0.4，孔隙度大于0.2，渗透率大于250毫达西，50摄氏度脱气原油粘度小于5000毫帕秒；所述待开采油层的深度小于2000米。
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