CN108915654A - 稠油开采方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开采技术领域，提供一种稠油开采方法及系统。其中，稠油开采方法包括：首先利用水力压裂系统将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使所述稠油地层产生裂缝，然后利用微波加热系统对所述稠油进行加热，以使所述稠油的粘度得到降低，并沿所述裂缝渗入所述油井中，最后利用排采系统对所述油井中的稠油进行开采。该方法加热效率高，能量消耗小，可以使稠油粘度快速降低。同时，在微波加热前，由于利用了水力压裂法，因此还能够大幅提高稠油的产量。此外，微波加热压裂液产生的水蒸气对稠油的增产亦能起到促进作用。

Description

稠油开采方法及系统

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，具体而言，涉及一种稠油开采方法及系统。

背景技术

稠油是沥青质和胶质含量较高、粘度较大的原油。通常把相对密度大于0.92(20℃)、地下粘度大于50厘泊的原油叫稠油。因为稠油的密度大，也叫做重油。

我国的稠油资源分布广泛，然而由于稠油所具有的高粘度和高凝固点的特性，对于稠油资源的开发和利用仍然处于初级阶段。目前，在稠油开采前一般需要通过加热手段，降低稠油的粘度，常见的加热手段包括注入蒸气、火烧油层等。然而，现有的加热方法普遍存在热量损失大、能量利用率低的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种稠油开采方法及系统，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种稠油开采方法，应用于稠油开采系统，稠油开采系统包括水力压裂系统、微波加热系统以及排采系统，方法包括：

利用水力压裂系统将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使稠油地层产生裂缝；

利用微波加热系统对稠油进行加热，以使稠油的粘度得到降低，并沿裂缝渗入油井中；

利用排采系统对油井中的稠油进行开采。

在第一方面的一种可能的实现方式中，压裂液中携带有微波吸收剂。

在第一方面的一种可能的实现方式中，微波吸收剂为磁性纳米颗粒。

在第一方面的一种可能的实现方式中，微波加热系统包括控制设备、微波产生源以及发射天线，微波产生源分别与控制设备以及发射天线连接，利用微波加热系统对稠油进行加热，包括：

将发射天线置入油井中稠油地层所在的位置；

控制设备控制微波产生源产生微波，并将微波通过发射天线向稠油地层发射，以加热稠油。

在第一方面的一种可能的实现方式中，微波加热系统还包括温度传感器以及数据接收器，数据接收器分别与控制设备以及温度传感器连接，在控制设备控制微波产生源产生微波之前，方法还包括：

将温度传感器置入油井中稠油地层所在的位置；

控制设备控制微波产生源产生微波，包括：

控制设备通过数据接收器获得温度传感器采集的稠油地层的温度数据；

控制设备基于温度数据控制微波产生源产生微波的功率和/或产生微波的时长。

第二方面，本发明实施例提供一种稠油开采系统，包括：水力压裂系统、微波加热系统以及排采系统；

水力压裂系统用于将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使稠油地层产生裂缝；

微波加热系统用于对稠油进行加热，以使稠油的粘度得到降低，并沿裂缝渗入油井中；

排采系统用于对油井中的稠油进行开采。

在第二方面的一种可能的实现方式中，压裂液中携带有微波吸收剂。

在第二方面的一种可能的实现方式中，微波吸收剂为磁性纳米颗粒。

在第二方面的一种可能的实现方式中，微波加热系统包括：控制设备、微波产生源以及发射天线，微波产生源分别与控制设备以及发射天线连接，发射天线设置在油井中稠油地层所在的位置；

控制设备用于控制微波产生源产生微波；

发射天线用于向稠油地层发射微波，以加热稠油。

在第二方面的一种可能的实现方式中，微波加热系统还包括：温度传感器以及数据接收器，数据接收器分别与控制设备以及温度传感器连接，温度传感器设置在油井中稠油地层所在的位置；

温度传感器用于采集稠油地层的温度数据；

数据接收器用于接收温度传感器发送的温度数据并将温度数据发送至控制设备；

控制设备用于基于温度数据控制微波产生源产生微波的功率和/或产生微波的时长。

本发明至少具有如下有益效果：本发明实施例提供的稠油开采方法，应用于本发明实施例提供的稠油开采系统中，该稠油开采系统包括水力压裂系统、微波加热系统以及排采系统。在稠油开采方法中，首先利用水力压裂系统将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使所述稠油地层产生裂缝，然后利用微波加热系统对所述稠油进行加热，以使所述稠油的粘度得到降低，并沿所述裂缝渗入所述油井中，最后利用排采系统对所述油井中的稠油进行开采。

在上述方法及系统中，利用微波加热系统加热稠油进行降粘，而微波加热是一种体积式加热的方式，不受地层非均质性的影响，可以快速加热地层，使得稠油的粘度迅速降低，其加热效率高，能量消耗小。同时，在微波加热前，由于利用了水力压裂法，使得稠油地层中产生了大量供稠油渗流的通道，因此该方法及系统还能够大幅提高稠油的产量。此外，由于注入的压裂液是水基的，即其成分中包含大量的水，使用微波加热时，压裂液蒸发产生的水蒸气使得稠油地层内的压力进一步升高，有利于稠油地层内产生更多的裂缝，相当于强化了水力压裂的效果，对稠油的增产起到促进作用。

为使本发明的上述目的、技术方案和有益效果能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的稠油开采系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的稠油开采方法的流程图；

图3示出了本发明实施例提供的微波加热的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

图1示出了本发明实施例提供的稠油开采系统1的结构示意图。参照图1，稠油开采系统1包括水力压裂系统10、微波加热系统20以及排采系统30，该系统用于开采地层中的稠油资源，为描述方便，将稠油所在的地层称为稠油地层，下面将结合具体的稠油开采方法阐述稠油开采系统1中各个组成系统的构成及功能。

图2示出了本发明实施例提供的稠油开采方法的流程图。参照图2，该方法包括：

步骤S10：利用水力压裂系统10将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使所述稠油地层产生裂缝。

水力压裂法是石油开采领域一种较为成熟的开采方法。水力压裂系统10主要包括高压泵组以及配合高压泵组使用的管路、监测设备等。

水力压裂法的主要工作过程描述如下：

利用高压泵组，通过油井的井筒向稠油地层注入压裂液，当注入压裂液的速度超过稠油地层的吸收能力时，则在稠油地层上形成很高的压力，稠油地层将被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向稠油地层挤注压裂液，裂缝就会继续向稠油地层内部扩张。

为了保持压开的裂缝处于张开状态，还可以向稠油地层注入带有支撑剂(通常为石英砂)的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。从而在稠油地层中留下大量裂缝，这些裂缝的存在改善了稠油地层与井筒之间的连通程度，有利于提高稠油的渗透率，进而大幅增加稠油的产量。

步骤S11：利用微波加热系统20对所述稠油进行加热，以使所述稠油的粘度得到降低，并沿所述裂缝渗入所述油井中。

执行步骤S11后，虽然在稠油地层中产生了大量的裂缝，但由于稠油具有高粘度的特殊性，稠油并不能直接从裂缝中渗出，需要先对其进行加热以使其粘度得到降低。

在本发明实施例中，采用微波加热系统20实现稠油的加热。微波加热系统20是指利用微波对稠油进行加热的系统，不同于传统的热对流或者热传导的加热方式，微波加热是一种体积式加热的方式，不受地层非均质性的影响，可以快速加热地层，其加热效率高，能量消耗小。压裂液通常是水基液体，其成分含有大量的水，稠油温度升高后，在存在水的情况下，将发生水热裂解反应，粘度将不可逆地降低，降低粘度后的稠油流动性大大提高，可以沿步骤S11中产生的裂缝渗流至油井的井筒中。

此外，使用微波加热时，压裂液首先受热蒸发，将产生大量水蒸气，这些水蒸气使得稠油地层内的压力进一步升高，有利于稠油地层内产生更多的裂缝，相当于强化了水力压裂的效果，使得稠油更容易渗流至油井的井筒中，对稠油的增产起到促进作用。

在本发明实施例的一种可选的实施方式中，压裂液中还可以包含微波吸收剂，微波吸收剂采用微波吸收材料制成，微波吸收材料能够吸收微波，从而进一步加快微波加热的过程，微波吸收剂可以采用，但不限于采用磁性纳米颗粒制成。

步骤S12：利用排采系统30对所述油井中的稠油进行开采。

在稠油流入井筒后，可以利用排采系统30开采稠油，排采系统30是石油开采领域的常见系统，在这里不进行具体介绍。由于利用了水力压裂法，使得稠油地层中产生了大量供稠油渗流的通道，因此稠油的产量，相较于传统的方法将有较大的提高。需要指出，粘度降低后的稠油实际上已经不再具有稠油的特点，但为了描述上的统一性仍然将其称为稠油。

图3示出了本发明实施例提供的微波加热的工作原理示意图。下面结合图3具体阐述微波加热的过程和微波加热系统20的具体实现方式。

图3左侧示出了多个用于开采稠油的油井，由于每个油井的加热方法都是类似的，因此仅以其中一个为例进行阐述，如图3右侧所示。

图3中浅灰色的部分表示富含稠油的稠油地层，深灰色的部分表示其他地层。在进行微波加热之前，已经通过水力压裂法使稠油地层中产生了大量裂缝。

在本发明实施例的一种实施方式中，微波加热系统20可以包括控制设备、微波产生源以及发射天线。

其中，微波产生源分别与控制设备以及发射天线连接，发射天线设置在油井中稠油地层所在的位置，控制设备可以采用通用计算机或专用设备等方式实现。

加热时，控制设备控制微波产生源产生微波，微波传输至发射天线后向稠油地层内辐射，以实现对稠油的加热。

在某些实施方式中，微波加热系统20还可以进一步包括温度传感器以及数据接收器。

其中，数据接收器分别与控制设备以及温度传感器连接，温度传感器设置在油井中稠油地层所在的位置。温度传感器用于采集稠油地层的温度数据并将温度数据发送至数据接收器，数据接收器的主要作用是将温度数据转发至控制设备。如果温度传感器是模拟传感器，则数据接收器的功能还可以包括A/D转换功能。可以理解的，在控制设备自带有相关接口时，温度传感器也可以直接和控制设备连接，而无需采用数据接收器作为中介。

控制设备接收到温度数据后，可以根据温度数据控制微波产生源产生微波的功率和/或产生微波的时长，其中产生微波的功率即加热功率，产生微波的时长即加热时间。

例如，稠油随着温度的升高，粘度会降低，流动性会增强，但是增加到一定温度以后，例如300℃以上，稠油会变成气体(具体温度根据稠油的成分决定)，因此需要调节加热功率以及加热时间，使得稠油保持液态，方便其采出。

可以理解，微波加热系统20的结构并不限于采用上述的实施方式中的结构，凡是可以实现稠油的微波加热功能的系统都可以作为该微波加热系统20的实现方式。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的方法、系统的可能实现的体系架构、功能和操作。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

以上所述仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种稠油开采方法，其特征在于，应用于稠油开采系统，所述稠油开采系统包括水力压裂系统、微波加热系统以及排采系统，所述方法包括：

利用水力压裂系统将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使所述稠油地层产生裂缝；

利用微波加热系统对所述稠油进行加热，以使所述稠油的粘度得到降低，并沿所述裂缝渗入所述油井中；

利用排采系统对所述油井中的稠油进行开采。

2.根据权利要求1所述的稠油开采方法，其特征在于，所述压裂液中携带有微波吸收剂。

3.根据权利要求2所述的稠油开采方法，其特征在于，所述微波吸收剂为磁性纳米颗粒。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的稠油开采方法，其特征在于，所述微波加热系统包括控制设备、微波产生源以及发射天线，所述微波产生源分别与所述控制设备以及所述发射天线连接，所述利用微波加热系统对所述稠油进行加热，包括：

将所述发射天线置入所述油井中所述稠油地层所在的位置；

所述控制设备控制所述微波产生源产生微波，并将所述微波通过所述发射天线向所述稠油地层发射，以加热所述稠油。

5.根据权利要求4所述的稠油开采方法，其特征在于，所述微波加热系统还包括温度传感器以及数据接收器，所述数据接收器分别与所述控制设备以及所述温度传感器连接，在所述控制设备控制所述微波产生源产生微波之前，所述方法还包括：

将所述温度传感器置入所述油井中所述稠油地层所在的位置；

所述控制设备控制所述微波产生源产生微波，包括：

所述控制设备通过所述数据接收器获得所述温度传感器采集的所述稠油地层的温度数据；

所述控制设备基于所述温度数据控制所述微波产生源产生所述微波的功率以及产生所述微波的时长。

6.一种稠油开采系统，其特征在于，包括：水力压裂系统、微波加热系统以及排采系统；

水力压裂系统用于将压裂液通过油井注入稠油所在的稠油地层，以使所述稠油地层产生裂缝；

微波加热系统用于对所述稠油进行加热，以使所述稠油的粘度得到降低，并沿所述裂缝渗入所述油井中；

排采系统用于对所述油井中的稠油进行开采。

7.根据权利要求6所述的稠油开采系统，其特征在于，所述压裂液中携带有微波吸收剂。

8.根据权利要求7所述的稠油开采系统，其特征在于，所述微波吸收剂为磁性纳米颗粒。

9.根据权利要求6－8中任一项所述的稠油开采系统，其特征在于，所述微波加热系统包括：控制设备、微波产生源以及发射天线，所述微波产生源分别与所述控制设备以及所述发射天线连接，所述发射天线设置在所述油井中所述稠油地层所在的位置；

所述控制设备控制所述微波产生源产生微波；

所述发射天线用于向所述稠油地层发射所述微波，以加热所述稠油。

10.根据权利要求9所述的稠油开采系统，其特征在于，所述微波加热系统还包括：温度传感器以及数据接收器，所述数据接收器分别与所述控制设备以及所述温度传感器连接，所述温度传感器设置在所述油井中所述稠油地层所在的位置；

所述温度传感器用于采集所述稠油地层的温度数据；

所述数据接收器用于接收所述温度传感器发送的所述温度数据并将所述温度数据发送至所述控制设备；

所述控制设备用于基于所述温度数据控制所述微波产生源产生所述微波的功率以及产生所述微波的时长。