CN104453817B - 火烧油层助燃点火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火烧油层助燃点火方法，该方法包括：将电点火器下入到井中油管内的预定位置；以第一预定速度从油管向井中持续注入空气，并在把井中的液面压入地层后，开启电点火器对注入的空气进行加热；当空气加热到预定的加热时间后，关闭电点火器的电源，取出电点火器，在取出电点火器的过程中以第一预定速度持续注入空气；从油管向井中以第二预定速度注入空气，同时注入铁煤粉，在铁煤粉燃烧释放的热量以及空气的作用下点燃稠油油藏的油层。通过电点火器，预热油层且降低近井地带水分；铁煤粉起到调剖封窜的作用，其燃烧产物留存于孔隙中，继续调整吸气剖面，更利于点火，实现了减少气窜的同时，快速点火。

Description

火烧油层助燃点火方法
技术领域
本发明涉及稠油油藏开发领域，尤其涉及一种火烧油层助燃点火方法。
背景技术
火烧油层是一种有效的提高采收率的技术，并且可以在比蒸汽驱采油更复杂、更苛刻的地层条件下应用。点火是其中最重要的一步，只有成功点火才能保证火驱的继续实施，如果第一次点火失败，那二次点火的难度将大大加大。对于稠油油藏，目前的点火工艺主要有如下三种：注蒸汽自燃点火、注蒸汽+化学剂助燃点火和移动式电点火。
目前稠油开发转换开发方式的油藏大多是经过多轮次蒸汽吞吐的油藏，近井地带含水饱和度高，而且由于蒸汽的冲洗，近井地带剩余油饱和度大幅度减少，甚至低于火烧油层的剩余油饱和度极限值0.35，但井间剩余油仍然较多，部分甚至还未动用。
上述三种点火方式对于二次开发稠油油藏的点火都存在一定的难度，一是点火时间长，因为近井地带剩余油饱和度低，含水较高，点火初期，水分蒸发带走了一大部分热量，油层达到燃点的温度是360℃至420℃，因此，需要长时间的低温氧化(注蒸汽自燃点火、注蒸汽+化学剂助燃点火)或高温气体注入(移动式电点火)；二是极易引起气窜，油藏经蒸汽吞吐后，地层中形成了高渗大孔道，同时加上气体的超覆作用，点火注气过程中后期的火驱极易引起气窜。上述两点是互相影响的，因为，气窜的同时热量损失速度很快，点火时间相应的需要延长。
目前助燃点火的步骤如下：第一步注入300至500t蒸汽，第二步注入化学助燃剂。蒸汽作用是加热油层，助燃剂作用是促进油层放热，抬升油层温度，热油层与注入的空气相碰，点燃油层。如前所述，目前油藏多为蒸汽吞吐后的油层，近井地带存水高，再注入300至500t蒸汽，近井地带含水更高，更不利于点火，因此，所需点火时间长。
发明内容
本发明提供了一种火烧油层助燃点火方法，以至少解决现有技术中二次开发稠油油藏的点火时间长且极易引起气窜的问题。
本发明实施例提供了一种火烧油层助燃点火方法，包括：将电点火器下入到井中油管内的预定位置；以第一预定速度从所述油管向所述井中持续注入空气，并在把所述井中的液面压入地层后，开启所述电点火器对注入的空气进行加热；当所述空气加热到预定的加热时间后，关闭所述电点火器的电源，取出所述电点火器，在取出所述电点火器的过程中以所述第一预定速度持续注入空气；从所述油管向所述井中以第二预定速度注入空气，同时注入铁煤粉，在所述铁煤粉燃烧释放的热量以及空气的作用下点燃稠油油藏的油层。
在一个实施例中，所述第一预定速度为200至300Nm3/(d·m3)，其中，Nm3/(d·m3)为每立方米油层每天注入的空气标方数。
在一个实施例中，所述预定位置使得所述空气经所述电点火器加热后到达所述油管最下端的温度为400至450℃。
在一个实施例中，当所述空气加热达到预定的加热时间后，所述油层的预热温度为250至350℃。
在一个实施例中，把所述井中的液面压入地层包括：监测到油压与套压一致后，继续以所述第一预定速度注入空气1至2天。
在一个实施例中，所述铁煤粉的颗粒大小为100至200目。
在一个实施例中，所述第二预定速度为280至320Nm3/(d·m3)，其中，Nm3/(d·m3)为每立方米油层每天注入的空气标方数，所述铁煤粉的注入速度为80至100g/(d·m3)，即每立方米油层每天注入80g至100g铁煤粉，所述铁煤粉的注入量根据吸气剖面参数及地层参数确定。
在一个实施例中，采用以下公式计算所述铁煤粉的注入量N：N＝AπhΦr2，其中，A的取值范围为0.3至0.5，h为油层厚度，Φ为地层孔隙度，r为注入半径。
在一个实施例中，采用以下公式计算所述预定的加热时间t：其中，Q为油层加热所需总热量，Qe为所述电点火器每天注入的热量。
在一个实施例中，采用以下公式计算油层加热所需总热量Q：其中，为油层加热的热量，E为原油达到高温氧化燃烧的活化能，H为油层厚度，re为加热半径，rw为油井半径，ρc为油层的容积热容，ti为加热后温度，tr原始油层温度，ρv为燃料含量，m1为摩尔质量，E为活化能。
在一个实施例中，采用以下公式计算所述电点火器每天注入的热量Qe：Qe＝Va(ρc)aΔt，Va为空气注入速度，(ρc)a为空气的热容，Δt为空气变化温度。
通过本发明的火烧油层助燃点火方法，对于二次开发稠油油藏的点火，通过第一阶段电点火器的作用，预热油层，同时降低近井地带水分；铁煤粉在点火过程中起到调剖封窜的作用，且铁煤粉的燃烧产物留存于孔隙中，有继续调整吸气剖面的作用，更有利于点火；因此，本发明在减少气窜的同时，快速点火，提高火驱点火效果，为火烧油层的开发提供更广的适用范围。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例的火烧油层助燃点火方法的流程图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种火烧油层助燃点火方法，图1是本发明实施例的火烧油层助燃点火方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，将电点火器下入到井中油管内的预定位置。具体的，电点火器可以包括：电加热器以及与电加热器连接的连续管电缆，可以利用连续管注入装置将电点火器下入到井中。
步骤S102，以第一预定速度从油管向井中恒速持续注入空气，并在把井中的液面压入地层后，开启电点火器对注入的空气进行加热。井筒中液面的上层有油，如果没有把液面压入地层，油沾在电点火器上，油受热后会结焦到电点火器上，影响后面的操作。
步骤S103，当空气加热到预定的加热时间后，关闭电点火器的电源，快速取出电点火器，在取出电点火器的过程中以第一预定速度持续注入空气。
步骤S104，从油管向井中以第二预定速度注入空气，同时注入铁煤粉，在铁煤粉燃烧释放的热量以及空气的作用下点燃稠油油藏的油层。
通过本发明实施例的火烧油层助燃点火方法，先利用电点火器对注入井中的空气进行加热，预热油层同时驱替近井地带水分，以保证铁煤粉的燃烧放热(因为铁煤粉需要在干的环境中才会燃烧放热)，进而在热量和空气的作用下可以顺利点燃油层；由于油层的大孔道压力低，注入的铁煤粉优先进入压力低的大孔道，起到调剖封窜的作用，而且铁煤粉燃烧的产物中含有铁的氧化物为固态，燃烧后存留于孔隙中，有继续调整吸气剖面的作用，更有利于点火，点火时间快。铁煤粉在油层中燃烧迅速放热，快速加热油层，即使近井地带含油饱和度小于0.35，同样可以点燃油层，适用范围广。
需要说明的是，在整个助燃点火的过程中，空气的注入不能中止，以保证地层的热量不会向上返，避免引起回火甚至爆炸。
第一预定速度可以为200至300Nm3/(d·m3)，其中，Nm3/(d·m3)为每立方米油层每天注入的空气标方数，即每立方米油层每天注入200至300标方的空气。
上述预定位置使得空气经电点火器加热后到达油管最下端的温度为400至450℃。当空气加热达到预定的加热时间后，油层的预热温度为250至350℃。预热油层，有助于后面的助燃点火。具体的，预定位置可以通过多次试验以及测试温度确定。可以利用热电偶测温的方式(随油管下入)，把井下温度以直读方式传输至地面控制系统，使得用户获知井下的温度。
在一个实施例中，把井中的液面压入地层可以通过如下方法实现：监测到油压与套压一致后，继续以第一预定速度注入空气1至2天。可以根据油压与套压的差值计算井筒液面位置。
在一个实施例中，铁煤粉的颗粒大小为100至200目。
在一个实施例中，第二预定速度为300Nm3/(d·m3)左右，其中，Nm3/(d·m3)为每立方米油层每天注入的空气标方数，例如，可以为280至320Nm3/(d·m3)，铁煤粉的注入速度为80至100g/(d·m3)(即每立方米油层每天注入80至100g铁煤粉)，铁煤粉的注入量根据吸气剖面参数及地层参数确定。在本实施例中，空气的注入速度比预热油层时的空气注入速度稍大一些，可以防止铁煤粉堆积。空气注入速度可以通过物模实验测试得到。
空气注入速度过快容易引起气窜，因为气体轻会往上浮(即超覆)，如果空气注入速度太快，超覆程度越高，对火驱是不利的。铁煤粉注入速度太慢起不到调剖封窜的作用，速度太快容易堆积，在地层中容易引起局部堵塞。因此，采用本实施例所述的空气注入速度和铁煤粉注入速度，在保证点火时间较短的同时，也可以避免气窜和铁煤粉堆积的问题。
在一个实施例中，可以采用以下公式计算铁煤粉的注入量N：N＝AπhΦr2，其中，A的取值范围为0.3至0.5，h为油层厚度，Φ为地层孔隙度，r为注入半径。地层孔隙度为Φ可以在打井时取岩心，测试得到；油层厚度h可以在打井时根据测井曲线判断得到；注入半径r一般为0.5至0.8m。一般情况，以上述速度同时注入空气和铁煤粉6至8天后，即可点燃油层。
在一个实施例中，可以采用以下公式计算上述预定的加热时间t：其中，Q为油层加热所需总热量，单位为kJ，Qe为电点火器每天注入的热量，单位为kJ/d。
在一个实施例中，可以采用以下公式计算油层加热所需总热量Q：其中，为油层加热的热量，E为原油达到高温氧化燃烧的活化能，H为油层厚度，re为加热半径，rw为油井半径，ρc为油层的容积热容，单位为kJ/(m3·℃)，ti为加热后温度，tr原始油层温度，ρv为燃料含量，单位为kg/m3，m1为摩尔质量，单位为kg/mol，E为活化能，单位为kJ/mol。
在一个实施例中，可以采用以下公式计算电点火器每天注入的热量Qe：Qe＝Va(ρc)aΔt，Va为空气注入速度(即第一预定速度)，单位为Nm3/d(标方/天)，(ρc)a为空气的热容，单位为kJ/m3·℃，Δt为空气变化温度。
一般情况，加热时间为3至5天，可以保证不同油层厚度均加热充分。加热时间3至5天加上注入时间6至8天，即10天左右可点燃油层，点火时间较快。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种火烧油层助燃点火方法，其特征在于，包括：
将电点火器下入到井中油管内的预定位置；
以第一预定速度从所述油管向所述井中持续注入空气，并在把所述井中的液面压入地层后，开启所述电点火器对注入的空气进行加热；
当所述空气加热到预定的加热时间后，关闭所述电点火器的电源，取出所述电点火器，在取出所述电点火器的过程中以所述第一预定速度持续注入空气；
从所述油管向所述井中以第二预定速度注入空气，同时注入铁煤粉，在所述铁煤粉燃烧释放的热量以及空气的作用下点燃稠油油藏的油层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预定速度为200至300Nm3/(d·m3)，其中，Nm3/(d·m3)为每立方米油层每天注入的空气标方数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定位置使得所述空气经所述电点火器加热后到达所述油管最下端的温度为400至450℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述空气加热达到预定的加热时间后，所述油层的预热温度为250至350℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，把所述井中的液面压入地层包括：监测到油压与套压一致后，继续以所述第一预定速度注入空气1至2天。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁煤粉的颗粒大小为100至200目。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二预定速度为280至320Nm3/(d·m3)，其中，Nm3/(d·m3)为每立方米油层每天注入的空气标方数，所述铁煤粉的注入速度为80至100g/(d·m3)，即每立方米油层每天注入80g至100g铁煤粉，所述铁煤粉的注入量根据吸气剖面参数及地层参数确定。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述铁煤粉的注入量N：N＝AπhΦr2，其中，A的取值范围为0.3至0.5，h为油层厚度，Φ为地层孔隙度，r为注入半径。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述预定的加热时间t：
其中，Q为油层加热所需总热量，Qe为所述电点火器每天注入的热量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算油层加热所需总热量Q：其中，为油层加热的热量，为原油达到高温氧化燃烧的活化能，H为油层厚度，re为加热半径，rw为油井半径，ρc为油层的容积热容，ti为加热后温度，tr原始油层温度，ρv为燃料含量，m1为摩尔质量，E为活化能。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算所述电点火器每天注入的热量Qe：Qe＝Va(ρc)aΔt，Va为空气注入速度，(ρc)a为空气的热容，Δt为空气变化温度。
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