CN108487887A - 一种超稠油油藏开采机构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超稠油油藏开采机构，包括至少一组开采组，每组开采组包括水平井和直井，水平井包括上水平井和下水平井，水平井均有水平段和竖直段；直井，其设置在水平井附近；直井的井壁外侧安装微波发射装置和微波反射装置，微波在两两直井之间的微波反射装置之间往复反射。本发明还公开了使用该开采机构的开采方法，包括微波预热地层，注蒸汽转入初期生产阶段；开采过程中，根据需要随时加热地层。本发明的有益效果是，减少蒸汽量使用，减少开采成本；能够快速预热地层，缩短打通开采通道时间，同时提升单位时间开采量；加热地层范围更广；随时监控地层温度，调节微波功率实现蒸汽腔按照给定位置、大小和形状发育，并使蒸汽腔均匀扩展。

Description

一种超稠油油藏开采机构及方法

技术领域

本发明涉及超稠油开采领域，尤其是涉及一种超稠油油藏开采机构，以及应用该开采机构的开采方法。

背景技术

蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)在加拿大油砂矿区、我国的辽河油田、新疆油田等地的稠油油藏得到了成功应用。其原理是在同一油层部署上下平行的两口水平井，在上部注蒸汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，随着蒸汽的不断注入，蒸汽腔不断向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换。被加热的原油粘度降低，与冷凝水在重力作用下向下流动，从油层下部的水平生产井中采出。SAGD开采分为两个阶段：启动阶段和生产阶段；启动阶段需要向水平井注入蒸汽，蒸汽在两口井中循环，储层主要通过热传导来传递热量；随后均衡提压，在两井之间形成井间压差，上水平井是注蒸汽井，下水平井是生产井，注蒸汽井压力高于生产井，使井间原油往生产井流动；接下来上部注蒸汽井环空停止排液，下部生产井停止注蒸汽，转入完全的SAGD生产阶段。

循环预热阶段的目标是在最短时间内，使注蒸汽井和生产井均匀加热连通，注蒸汽井与生产井之间建立泄油通道。对于常规的注蒸汽循环预热，注蒸汽井与生产井井筒内均下入一根伸入水平段脚尖的长油管与一根伸入水平段脚跟的短油管，蒸汽分别从上部注蒸汽井与下部生产井井筒内的长油管注入，再分别从上部注蒸汽井与下部生产井井筒内的短油管采出。依靠注入蒸汽与油层之间的热传导、热对流、与热辐射作用加热注蒸汽井与生产井之间的油层，降低原油粘度到150厘泊以下，使之具有较好的流动性，从而在转入SAGD生产阶段后，注蒸汽井与生产井之间的油层内原油能顺利流动并形成泄油通道，使得蒸汽腔能够不断扩展，原油能够不断下泄被采出。但常规的注蒸汽循环预热方法，受到油层导热率、热扩散系数等热物性参数的影响，纯蒸汽循环预热加热速度慢，通常需要注蒸汽循环预热150－300天，注采井间油层内原油粘度才能达到150厘泊以下。在循环预热阶段将消耗大量的蒸汽与大量的热能，成本极高。在循环预热转入正常SAGD生产后，随着SAGD开始时间的延长，水平井段沿程往往会出现吸汽不均匀、动用程度低的问题，并且由于汽腔压力的原因在储层和井间都会出现气体沿高渗层窜流的现象。

公开号为CN103244089A的一种微波辅助溶剂萃取稠油的开采方法中提出了在稠油油藏开采区设置水平注采井网结构，其中上部水平井为溶剂注入井，下部水平井为生产井；在上部水平井井口及井内部署微波发生设备，并根据上部水平井的水平段沿程温度变化调节微波发生设备的功率。但是该方案未解决传统SAGD的问题，一是微波的布置的官网仅仅局限在上水平井，没有充分发挥微波加热对不均质地层加热的控制范围；二是是一般情况下上水平井是伸入油层中间的，传统的SAGD方式都有的问题就是水平井网上方的温度等等真实的物理化学情况尤其是温度是未知的，只能根据大致的经验或者模拟计算。公开号为CN107420079A的一种双水平井SAGD稠油的开采机构，其结构包括双水平井，以及安装在水平井之间的微波发射和反射装置，微波能量在此井间被地层充分吸收。但是该方案存在循环预热范围较小，水平井网上方区域温度也是未知的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种超稠油油藏开采机构及方法，旨在缩短SAGD循环预热阶段的时间，同时大大提高水平井网的对油层的加热干预覆盖范围，达到缩短投产时间、提高开采产量和延长开采时间。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超稠油油藏开采机构，包括至少一组开采组，每组开采组包括：

水平井，其包括上水平井和下水平井，水平井均有水平段和竖直段；

所述开采机构还包括直井，直井设置在水平井附近；直井的井壁外侧安装有微波发射装置和微波反射装置，微波在两两直井之间的微波反射装置之间往复反射。

进一步地，所述水平段的井壁外侧安装有微波发射装置和微波反射装置，微波在上水平井和下水平井之间的微波反射装置之间往复反射。

进一步地，所述竖直段的井壁外侧安装有微波发射装置和微波反射装置，微波在竖直段和临近竖直段的直井之间的微波反射装置之间往复反射。

进一步地，所述微波发射装置的发射方向可调节，微波反射装置的反射方向可调节。

进一步地，所述微波发射装置和微波反射装置连接地面控制设备。

进一步地，所述直井和/或竖直段井壁外侧安装有采集地层物理化学状态的感应装置。

进一步地，所述直井和/或竖直段井壁外侧安装有温度感应装置。

进一步地，所述开采方法包括:

S1.微波预热阶段：开启上水平井和下水平井的微波发射装置，结合井网结构和微波实际反射情况来调节微波发射装置和微波反射装置的方向；微波由于微波反射装置的作用下在水平井井间往复反射，预热打通水平井井间地层的渗流通道；同时开启直井的微波发射装置，结合井网结构和微波实际反射情况来调节微波发射装置和微波反射装置的方向；微波由于微波反射装置的作用下在直井井间往复反射，预热打通直井井间地层的渗流通道；

S2.注入蒸汽阶段：水平井井间地层连通后，在上水平井注入蒸汽，协同微波加热建立井间温度场，打通井间开采通道；

S3.生产阶段：原油的粘度降到可开采的参数范围，从下水平井出原油。

进一步地，所述开采方法还包括在生产阶段从水平井注入多元热流体，多元流体对开采区域的地层进行保温以及降低原油粘度。

进一步地，所述开采方法还包括测量直井和水平井进行地层温度，随后根据测量的温度值来优化不同地层位置的微波加热的功率，使得蒸汽腔按照给定位置、大小和形状发育，同时使得蒸汽腔均匀扩展。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.直井网和水平井网都设置有微波加热，减少了传统SAGD方法蒸汽量的使用，减少了开采成本；

2.微波发射和微波反射装置使得微波能量几乎全部被特定井间地层吸收，能够快速预热地层，大大缩短打通开采通道的时间，同时提升单位时间的开采量；

3.直井网的微波加热使得加热地层的范围更广，缩短了投产时间和提高原油产量；

4.直井网和水平井网布置的温度感应器能随时监控地层的温度，利用微波可调功率大小，根据地层的情况实现蒸汽腔按照给定位置、大小和形状发育，同时使得蒸汽腔均匀扩展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构俯视示意图；

图3为本发明井网组建的结构示意图；

附图标记说明：1-水平井；2-下水平井；3-上水平井；4-竖直段；5-水平段；6-直井；7-地面控制设备；8-微波发射装置；9-微波反射装置；10-开采组。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，本发明提供了一种超稠油油藏开采机构，包括至少一组开采组10，每组开采组10包括水平井1和直井6；水平井1，其包括上水平井3和下水平井2，水平井1均有水平段5和竖直段4；直井6，其设置在水平井1附近；直井6的井壁外侧安装有微波发射装置8和微波反射装置9，微波在两两直井之间的微波反射装置9之间往复反射。需要说明的是，为了保证原油的产量和稳定供应，油层开采都是需要组建井网的，水平井1和直井6为一组开采组10，开采组10可以平行遍布组建井网；其次，直井6的数量根据水平段5的长度和微波发射功率来设置，典型的水平段5长度有几十至数百米，典型的实施例是在水平段5上直井6之间距离十米左右；但是可以启发的是，微波发射功率越大，直井6之间的距离可以选择更大。具体微波的反射设置在两两直井6之间，保证微波的最大利用；当然本发明也不排除在开采区域外侧布置微波加热，可以在开采区域外侧以形成一定的开采通道。井间连通后，不以蒸汽作为主要热量来源，而是用装置产生的微波，一是微波可控，二是蒸汽的扩散在非均质地层无方向性，具体来是微波加热地层中的原始含水，水在气化后遇到原油冷凝，冷凝后又在吸收微波能量后迅速汽化，不会像传统的SAGD产生汽腔压力过大的限制，传统的SAGD会因蒸汽腔的压力过大产生汽窜，严重影响生产，三是蒸汽的价格比较昂贵。

优选地，所述水平段5的井壁外侧安装有微波发射装置8和微波反射装置9，微波在上水平井3和下水平井2之间的微波反射装置9之间往复反射。下水平井2是开采井，所以在水平井1井间迅速形成开采通道，从上水平井3注入蒸汽加速蒸汽腔的形成利于缩短投产时间，同时水平井上方的原油也能及时通过此区域的开采通道流入开采井。

优选地，所述竖直段4的井壁外侧安装有微波发射装置8和微波反射装置9，微波在竖直段4和临近竖直段4的直井6之间的微波反射装置9之间往复反射。此结构在于竖直段4充当了直井6的功能，可以节省打一口直井6的费用，在组建井网时，就可以节省打很多直井6的费用。

优选地，所述直井6和/或竖直段4井壁外侧安装有采集地层物理化学状态的感应装置,具体来讲，所述直井6和/或竖直段4井壁外侧安装有温度感应装置。温度感应装置的作用就是充分发挥微波加热的优点，因为微波加热是可调功率的，那么在非均质地层之中传统的SAGD存在蒸汽腔扩散的各向异性，而微波就可以实现蒸汽容易扩散的地层少加热，蒸汽难以扩散的地层多加热；需要注意的是，此处的蒸汽不仅仅指的是上水平井3注入的蒸汽，还包括微波加热对地层原水产生的蒸汽；同时，还可以根据开采的设计方法，来让某些地层区域加热多，某些地层区域加热少，以得到给定位置、大小和形状发育的蒸汽腔。而温度感应器就相当于感知地层各区域的温度，来给地面人员以参照来调节微波功率。可以启发的是，直井6的设计实际上给技术人员提供了一个了解地层上层空间的一个渠道，该温度感应装置还可拓展增加或替换成其他感应装置，对地层的其它物理化学情况进行进一步地获取。

优选地，所述微波发射装置8的发射方向可调节，微波反射装置9的反射方向可调节。所述微波发射装置8和微波反射装置9连接地面控制设备7。在之前的钻井过程中，测井设备如地磁感应器、加速度感应器和陀螺仪在钻进时采集到井下钻头的所有参数，该参数保证水平井1对位、直井6对位，传统的SAGD也需要首先要保证水平井1是相互平行的，所以井网结构可以模拟出来。开启微波发射装置8，根据微波反射装置9的反馈来调节微波发射和反射角度。当然本发明也自然地启发直井6和水平井1的井壁外侧安装位置感应装置如利用机械波或者粒子波对井下进行更精确地定位。

如图2和图3所示，需要说明的是，作为本发明的一个启发是，组建井网的方式根据油层大小而定，油层范围不大的场合可以纵向叠加开采组10，如图2；油层范围大则采用纵向和横向叠加开采组10，如图3。

所述开采机构的开采方法包括:

S1.微波预热阶段：开启上水平井3和下水平井2的微波发射装置8，结合井网结构和微波实际反射情况来调节微波发射装置8和微波反射装置9的方向；微波由于微波反射装置9的作用下在水平井1井间往复反射，预热打通水平井1井间地层的渗流通道；微波加热地层中的原始含水，水在汽化后形成的蒸汽遇到原油冷凝，原油受热后粘度降低，而冷凝后的蒸汽水又在吸收微波能量后迅速汽化；同时开启直井6的微波发射装置8，结合井网结构和微波实际反射情况来调节微波发射装置8和微波反射装置9的方向；微波由于微波反射装置9的作用下在直井6井间往复反射，预热打通直井6井间地层的渗流通道；

S2.水平井1井间地层连通后，在上水平井3注入蒸汽，协同微波加热建立井间温度场，打通井间开采通道；

S3.生产阶段：原油的粘度降到可开采的参数范围，从下水平井出原油，下水平井3出原油。

需要说明的是，在开采过程中，井间地层的温度是实时监测的，一旦温度降下来，原油的粘度过大，则开启微波加热，或者还可同时注入蒸汽加速加热，保证原油开采的可控性和稳定性。特别需要指出的是，蒸汽除了协助微波形成温度场外，蒸汽冷凝的水还可作为传导微波热量的介质，蒸汽遇稠油冷凝，稠油粘度降低，同时冷凝水又由于微波作用汽化，如此反复作为传导微波能量的介质。

优选地，所述开采方法还包括在生产阶段从水平井1注入多元热流体，多元流体对开采区域的地层进行保温以及降低原油粘度；多元热流体是天然气或原油等有机物在完全燃烧后生成的产物，通常含80%~85%的N2和15%~20%的CO2以及少量的杂质。多元热流体驱油过程主要表现在：多元热流体溶于原油之后，会使原油体积膨胀，从而增加了弹性能量，从而有利于原油的采出。由于CO2的溶解、N2形成的泡沫油和蒸汽的热降粘，大大降低了原油的粘度，改善了流度比，提高了稠油油藏的采收率。油藏中注入气体后，气体会在油藏上部捕集，抑制蒸汽超覆，并且依靠气体向下驱动及气体与稠油之间的重力差异作用将加热的稠油驱替至采油井采出；气体集中在地层盖层，隔离蒸汽和盖层之间的热交换，使得蒸汽的热量都被目标地层吸收。

优选地，所述开采方法还包括测量直井6和水平井1进行地层温度，随后根据测量的温度值来优化不同地层位置的微波加热的功率，使得蒸汽腔按照给定位置、大小和形状发育，同时使得蒸汽腔均匀扩展。

可以得出的是，直井网和水平井网都设置有微波加热，减少了传统SAGD方法蒸汽量的使用，减少了开采成本；微波发射和微波反射装置使得微波能量几乎全部被特定井间地层吸收，能够快速预热地层，大大缩短打通开采通道的时间，同时提升单位时间的开采量；直井网的微波加热使得加热地层的范围更广，缩短了投产时间和提高原油产量；直井网和水平井网布置的温度感应器能随时监控地层的温度，利用微波可调功率大小，根据地层的情况实现蒸汽腔按照给定位置、大小和形状发育，同时使得蒸汽腔均匀扩展。

以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种超稠油油藏开采机构，包括至少一组开采组（10），每组开采组（10）包括：

水平井（1），其包括上水平井（3）和下水平井（2），水平井（1）均有水平段（5）和竖直段（4）；

其特征在于，所述开采机构还包括直井（6），直井（6）设置在水平井（1）附近；直井（6）的井壁外侧安装有微波发射装置（8）和微波反射装置（9），微波在两两直井之间的微波反射装置（9）之间往复反射。

2.如权利要求1所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于：所述水平段（5）的井壁外侧安装有微波发射装置（8）和微波反射装置（9），微波在上水平井（3）和下水平井（2）之间的微波反射装置（9）之间往复反射。

3.如权利要求2所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于：所述竖直段（4）的井壁外侧安装有微波发射装置（8）和微波反射装置（9），微波在竖直段（4）和临近竖直段（4）的直井（6）之间的微波反射装置（9）之间往复反射。

4.如权利要求3所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于：所述微波发射装置（8）的发射方向可调节，微波反射装置（9）的反射方向可调节。

5.如权利要求3所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于：所述微波发射装置（8）和微波反射装置（9）连接地面控制设备（7）。

6.如权利要求1所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于：所述直井（6）和/或竖直段（4）井壁外侧安装有采集地层物理化学状态的感应装置。

7.如权利要求6所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于：所述直井（6）和/或竖直段（4）井壁外侧安装有温度感应装置。

8.一种超稠油油藏开采方法，所述开采方法应用于权利要求1至7中任一项所述的一种超稠油油藏开采机构，其特征在于，包括：

S1.微波预热阶段：开启上水平井（3）和下水平井（2）的微波发射装置（8），结合井网结构和微波实际反射情况来调节微波发射装置（8）和微波反射装置（9）的方向；微波由于微波反射装置（9）的作用下在水平井（1）井间往复反射，预热打通水平井（1）井间地层的渗流通道；同时开启直井（6）的微波发射装置（8），结合井网结构和微波实际反射情况来调节微波发射装置（8）和微波反射装置（9）的方向；微波由于微波反射装置（9）的作用下在直井（6）井间往复反射，预热打通直井（6）井间地层的渗流通道；

S2.注入蒸汽阶段：水平井（1）井间地层连通后，在上水平井（3）注入蒸汽，协同微波加热建立井间温度场，打通井间开采通道；

S3.生产阶段：原油的粘度降到可开采的参数范围，从下水平井（3）出原油。

9.如权利要求8所述的一种超稠油油藏开采方法，其特征在于：所述开采方法还包括在生产阶段从水平井（1）注入多元热流体，多元流体对开采区域的地层进行保温以及降低原油粘度。

10.如权利要求8所述的一种超稠油油藏开采方法，其特征在于：所述开采方法还包括测量直井（6）和水平井（1）进行地层温度，随后根据测量的温度值来优化不同地层位置的微波加热的功率，使得蒸汽腔按照给定位置、大小和形状发育，同时使得蒸汽腔均匀扩展。