CN109339755A - 一种提高致密岩油藏采收率的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高致密岩油藏采收率的方法及其装置，所述方法应用于单口水平井中，包括：将空气以预定压力注入至所述水平井中；注入所述水平井内的空气和原油发生氧化反应生热，或者对注入所述水平井的空气进行人工加热，获取所述井底温度信号，基于所述井底温度信号判断空气与所述水平井井底的原油是否产生燃烧反应；在判断出注入的空气与井底原油产生燃烧反应的设定时间后，停止注入空气，焖住所述水平井；焖井预定时间后，在井口获取井流体产物中的含氧量；当所述含氧量低于安全含量后，开井采油。上述注空气，焖井和采油工序循环多次。本发明为提高致密岩油藏等非常规油藏的采收率提供了一个经济可行的新方法，且具有优越的经济效益。

Description

一种提高致密岩油藏采收率的方法及其装置

技术领域

本申请涉及石油开采技术领域，具体涉及一种提高致密岩油藏采收率的方法及其装置。

背景技术

致密岩油藏属于非常规石油资源类型，多赋存在低孔隙度、低渗透率等非常规储层。这种非常规储层主要储集空间为微米-纳米级孔隙，喉道非常细小，致密油渗流需要更大的驱动力，这导致原油“流不远”和“流不动”问题非常突出。因此相较于常规油藏，页岩油藏和致密油藏因其复杂的地质条件，开发难度更大。

研究表明，注气是提高致密油藏采收率的最有效方法，将气体注入到油层中，以补充和保持油层能量。但若使用天然气、二氧化碳作为注入剂，需要建设大量的运输管道，且建设成本高。跟其他气源相比，空气的来源广泛，具有更优越的经济效益。国外Buffalo油藏通过空气驱技术已取得巨大的经济收益，这也证明了空气驱的巨大潜力。

然而，现有技术中，常规油藏的注空气开采原油的方式(以下简称注采方式)通常采用驱替方式，即，具有注入井和对应的生产井。首先将空气从注入井注入，然后通过自燃的方式燃烧产生热量，最后将原油驱替到对应的生产井中采出。但该种注采方式对于致密油藏的开发具有较大缺陷，这是由于储存致密油藏的非常规储层具有低孔隙度和低渗透率的特点，从注入井注入的空气很难把油驱替到生产井，或者需要相当长的时间；另外，注入井与生产井之间开凿的地层裂缝过大，空气会较原油过早地通过地层裂缝到蹿入到生产井，从而无法驱替原油；若注入井与生产井之间的地层裂缝过小，致密油藏在其低孔隙度的储层内更加难以开采。

因此，为了提高非常规石油资源的采收率，亟需提供一种新的注采方式来开采石油资源。

发明内容

为实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：

一种提高致密岩油藏采收率的方法，所述方法应用于单口水平井中，所述水平井中的预定位置设置有用于获取井底温度信号的温度传感器和用于将所述井底温度信号传输至地面的电缆，所述方法包括：将空气以预定压力注入至所述水平井中，所述预定压力大于原始地层压力并小于地层破裂压力；注入所述水平井内的空气和原油发生氧化反应生热，或者对注入所述水平井的空气进行人工加热，获取所述井底温度信号，基于所述井底温度信号判断空气与所述水平井井底的原油是否产生燃烧反应；在判断出注入的空气与井底原油产生燃烧反应的设定时间后，停止注入空气，焖住所述水平井；焖井预定时间后，在井口获取井流体产物中的含氧量；当所述含氧量低于安全含量后，开井采油。

作为一种优选的实施方式，将注入所述水平井内的空气进行人工加热的步骤包括：采用电加热法或化学法或其他注热法加热空气，使得空气与井底油藏燃烧，直至所述电缆传输的温度信号显示达到第一预定温度。

作为一种优选的实施方式，所述第一预定温度在200℃-300℃。

作为一种优选的实施方式，所述燃烧反应的设定时间至少为10天，所述焖井预定时间至少为10天。

作为一种优选的实施方式，在所述焖住所述水平井后，还包括：监控所述电缆传输的温度信号，当所述电缆传输的温度信号显示达到第二预定温度，在井口获取井流体产物中的含氧量。

作为一种优选的实施方式，所述第二预定温度在150℃-250℃。

作为一种优选的实施方式，所述在井口获取井流体产物中的含氧量高于所述安全含量后，继续焖井，直至取样后测得样本中的所述含氧量低于所述安全含量。

作为一种优选的实施方式，所述安全含量小于或等于5％。

作为一种优选的实施方式，所述水平井的井口装有注入流量计，压力阀和压力表，所述注入流量计用于计量注入空气的流量，通过所述压力表能够监测所述注入空气压力在预定压力范围内，所述压力阀用于控制注入压力。

一种采用所述方法的采油装置，包括：

钻井组件，所述钻井组件用于钻取所述水平井；

注空气组件，所述注空气组件用于向所述水平井以预定压力注入空气，

用于封闭所述水平井的焖井组件；

用于后续开井、产油的采油组件。

有益效果：

致密油藏因其低孔隙度、低渗透率的地质条件，原油存在“流不动”、“流不远”的问题，因此传统的驱替原油的注采方式，即通过注入井注气，通过生产井开采的注采方式，无法满足这种非常规石油油藏资源开发的需求。本发明提供的一种提高致密岩油藏采收率的方法，不再采用两口井进行生产，向单口的水平井内注入空气，再通过人工点火的方式将空气加热，能够降低原油的粘度。在焖井的预定时间内，原油与空气中的氧气充分反应，能够释放大量的热量，快速提高了油藏的地层压力，最终将原油从水平井中产出，从而达到提高采收率的目的。

另外，注入的空气通过与油藏中的重组分发生燃烧反应，能够有效的消耗掉水平井内空气中的氧气，产生二氧化碳气体，能够消除油井生产时烃类气体与氧气混合发生爆炸的安全隐患。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

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为本申请实施方式的一种提高致密岩油藏采收率的方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明内容之后，本领域技术人员对本发明内容的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1。图1为本申请实施方式的一种提高致密岩油藏采收率的方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S10：向所述水平井中的预定位置设置有用于获取温度信号的温度传感器和用于将所述井底温度信号传输至地面的电缆；

步骤S20：将空气以预定压力注入至所述水平井，所述预定压力大于原始地层压力并小于地层破裂压力；

步骤S30：注入所述水平井内的空气和原油发生氧化反应生热，或者进行人工加热，获取所述井底温度信号，基于所述井底温度信号判断空气与所述水平井井底的原油是否产生燃烧反应；

步骤S40：在判断出注入的空气与所述水平井井底原油产生燃烧反应的预定时间后，停止注入空气，焖住所述水平井；

步骤S50：焖井预定时间后，在井口获取井流体产物中的含氧量；

步骤S60：当所述含氧量低于安全含量后，开井采油。

本申请实施方式中的水平井，其最大井斜角达到或接近90°，并为在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井，包括水平井段和垂直井段，其中水平井段开设钻孔，水平井段附近的地层具有裂缝，具体扩展裂缝的方法以及钻孔的方法均为现有技术，本申请不作赘述。

步骤S20中的空气，与其他气源相比，来源不受限制，可以大大降低工程成本。另外，空气中含有一定体积的氧气，因此具有较好的热效应。水平井中有井筒，再下入工作管柱，通过工作管柱向水平井内以预定压力注入空气，其具体注入方式不作限制。

本申请实施方式提供的一种提高致密岩油藏采收率的方法，向单口的水平井内注入空气，可以通过人工加热的方式将水平井井底的空气加热或者使空气与原油发生氧化反应，使井底温度升高，从而能够降低原油的粘度。优选的，由于空气与原油发生氧化反应升温放热的过程需要较长的时间，因此在本实施例中优选采用人工加热的方式将水平井井底的空气加热。

在焖井的预定时间内，原油与空气中的氧气充分反应，能够释放大量的热量，快速提高了油藏的地层压力，最终将原油从水平井中产出，从而达到提高采收率的目的。

另外，注入的空气通过与油藏中的重组分发生燃烧反应，能够有效的消耗掉水平井内空气中的氧气，产生二氧化碳气体，能够消除油井生产时烃类气体与氧气混合发生爆炸的安全隐患。

具体的，在本实施方式中，在步骤S30中，所述将注入所述水平井内的空气进行人工加热的步骤包括：采用电加热法或化学法或其他注热法加热空气，使得空气与井底油藏燃烧，直至所述电缆传输的温度信号显示达到第一预定温度。

电加热指把电阻丝下到井底通电加热，提高井底温度到原油燃烧温度。化学法指注入低燃点的物质，如亚麻油，亚麻油在井底可先燃烧，然后提高井底温度到原油燃烧温度。其它注热法例如注高温蒸气，高温蒸气把热量从井口带到井底，从而将井底温度提高到原油燃烧温度。需要说明的是，该实施方式中对注入水平井的空气进行点燃的方式，仅用作参考，其具体点火方式不作限制。

优选的，在水平井内注入低燃点物质—亚麻油，使得水平井井底油藏与空气发生燃烧反应。油藏与空气中的氧气反应，放出大量的热，使得稠油油藏的粘度大幅度降低，大大减小了原油向井底流动的阻力。另外，由于油层温度大幅度地提高，使得油层内流体和岩石发生变化，其中流体受热、体积膨胀，从而提高了油层压力，增加了原油流动的驱动力；另外，由于岩石受热膨胀，岩石空隙体积减小，可以将原油从空隙中排出，以此增加了油井的产量。因此燃烧反应除了能为油层提供额外的能量外，还能够影响油藏储层的渗透率和孔隙度。另外，由于注入的空气与烃类气体燃烧生成大量的二氧化碳，也为油藏提供了源源不断的驱动动力。

进一步的，所述第一预定温度可以在200℃-300℃之间。通过电缆传输至水平井井口的温度信号显示，当井底反应温度达到200℃-300℃时，证明原油与空气已经进入高温氧化阶段，并放出大量的热。此时让空气与原油继续燃烧设定时间后，再停止注入空气，然后焖井。优选的，所述燃烧反应的设定时间至少为10天，能够充分使空气与原油燃烧、放热，从而为地层提供能量。

焖井预定时间后，在井口获取井流体产物中的含氧量。当所述含氧量低于安全含量后，证明水平井内的空气中的氧气已经大部分被消耗掉，此时开井采油较为安全。优选的，所述焖住设定时间至少为10天。

在本实施方式中，在步骤S50中，在所述焖住所述水平井后，还可以包括：监控所述电缆传输的温度信号，当所述电缆传输的温度信号显示达到第二预定温度，在井口获取井流体产物中的含氧量。

所述第二预定温度可以为在150℃-250℃之间，当温度下降至150℃-250℃后，开井并在井口获取流体样本，测得样本中的含氧量，当发现氧含量低于安全含量，开井采油。

具体的，在焖井一段时间后，通过电缆传输至水平井井口的温度信号显示，当井底燃烧反应温度开始下降，表明原油与空气的燃烧反应强度降低，表明水平井内的空气中的氧气已经大部分被消耗掉，此时燃烧反应可能熄灭。随后开井取样，在井口取出流体样本，并检测其含氧量。当显示氧含量高于安全容量时，表明水平井内的氧气没有反应充分完，若此时开井产油，则烃类气体与氧气混合容易发生爆炸；继续焖井，直至显示氧含量低于安全容量。

在一个实施方式中，所述测得样本中的含氧量高于所述安全含量后，继续焖井，直至取样后测得样本中的所述含氧量低于所述安全含量。优选的，所述安全含量小于或等于5％。

在一个实施方式中，所述水平井的井口可以装有注入流量计，压力阀和压力表，所述注入流量计用于计量注入空气的流量，通过所述压力表能够监测所述注入空气压力在预定压力范围内，压力阀用于控制注入空气的量。优选的，所述注入空气的预定压力略低于地层破裂压力。原则上，注入压力越高，注入空气速度越快，越能够提高采收效率。但注入压力若高于地层破裂压力，将会产生新的地层裂缝，导致空气会由水平井蹿入到其他的井中，因此应该控制注入空气的压力略小于地层破裂压力；而注入空气的速度过快，也将导致注入压力过快，也将容易引起地层破裂。

在本实施方式中，上述步骤S20～S60可以重复多次：将空气以预定压力注入至所述水平井中，所述预定压力大于原始地层压力并小于地层破裂压力；注入所述水平井内的空气和原油发生氧化反应生热，或者对注入所述水平井的空气进行人工加热，获取所述井底温度信号，基于所述井底温度信号判断空气与所述水平井井底的原油是否产生燃烧反应；在判断出注入的空气与井底原油产生燃烧反应的设定时间后，停止注入空气，焖住所述水平井；焖井预定时间后，在井口获取井流体产物中的含氧量；当所述含氧量低于安全含量后，开井采油。

通过对上述步骤的多次重复，能够有效提高致密岩油藏的采收率。

与现有技术相比，本发明提供的一种提高致密岩油藏采收率的方法，不使用传统的驱替原油的注采方式。其能够达到如下技术效果：

1、由传统的两口井，即注入井和生产井，替换为单口的水平井，地层原油不再需要从注入井流向生产井，从而省略了“驱替”的过程。本发明采用单口的水平井，通过单口井注入空气，再由单口井开采原油，能够有效提高致密岩油藏的采收效率。

2、向单口的水平井内注入空气，再通过人工加热的方式将空气加热，能够降低原油的粘度，大大减小了原油向井底流动的阻力。

3、在焖井的预定时间内，原油与空气中的氧气充分反应，能够释放大量的热量。由于油层温度大幅度地提高，使得油层内流体和岩石发生变化，其中流体受热、体积膨胀，从而提高了油层压力，增加了原油流动的驱动力；另外，由于岩石受热膨胀，岩石空隙体积减小，可以将原油从空隙中排出，以此增加了油井的产量，从而达到提高采收率的目的。

4、另外，注入的空气通过与油藏中的重组分发生燃烧反应，能够有效的消耗掉水平井内空气中的氧气，能够消除油井生产时烃类气体与氧气混合发生爆炸的安全隐患。

5、由于注入的空气与烃类气体燃烧生成大量的二氧化碳，也为油藏提供了源源不断的驱动动力。

本申请实施例还提供了一种采用所述方法的采油装置，所述采油装置可以包括：钻井组件，所述钻井组件用于钻取所述水平井；注空气组件，所述注空气组件用于向所述水平井以预定压力注入空气，用于封闭所述水平井的焖井组件；用于后续开井、产油的采油组件。

其中，所述钻井组件用于钻取水平井，由于钻井组件以及钻井方法均属于现有技术，因此本申请不作赘述。所述注空气组件包括工作管柱，所述水平井的井口还可以安装有注入流量计、压力表和压力阀，所述注入流量计用于计量注入空气的流量，通过所述压力表能够监测所述注入空气压力在预定压力范围内，压力阀用于控制注入空气的量。所述焖井组件、焖井方法以及用于后续开井产油的采油组件及其具体的操作步骤均属于现有技术，本申请不作具体限定。

在本实施方式中，该装置实施方式与方法实施方式相对应，其能够实现方法实施方式所解决的技术问题，相应的达到方法实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质内容所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (10)

1.一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述方法应用于单口水平井中，所述水平井中的预定位置设置有用于获取井底温度信号的温度传感器和用于将所述井底温度信号传输至地面的电缆，所述方法包括：

将空气以预定压力注入至所述水平井中，所述预定压力大于原始地层压力并小于地层破裂压力；

注入所述水平井内的空气和原油发生氧化反应生热，或者对注入所述水平井的空气进行人工加热，获取所述井底温度信号，基于所述井底温度信号判断空气与所述水平井井底的原油是否产生燃烧反应；

在判断出注入的空气与井底原油产生燃烧反应的设定时间后，停止注入空气，焖住所述水平井；

焖井预定时间后，在井口获取井流体产物中的含氧量；

当所述含氧量低于安全含量后，开井采油。

2.如权利要求1所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，将注入所述水平井内的空气进行人工加热的步骤包括：采用电加热法或化学法或其他注热法加热空气，使得空气与井底油藏燃烧，直至所述电缆传输的温度信号显示达到第一预定温度。

3.如权利要求2所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述第一预定温度在200℃-300℃。

4.如权利要求1所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述燃烧反应的设定时间至少为10天，所述焖井预定时间至少为10天。

5.如权利要求1所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，在所述焖住所述水平井后，还包括：监控所述电缆传输的温度信号，当所述电缆传输的温度信号显示达到第二预定温度，在井口获取井流体产物中的含氧量。

6.如权利要求5所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述第二预定温度在150℃-250℃。

7.如权利要求1所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述在井口获取井流体产物中的含氧量高于所述安全含量后，继续焖井，直至取样后测得样本中的所述含氧量低于所述安全含量。

8.如权利要求7所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述安全含量小于或等于5％。

9.如权利要求1所述的一种提高致密岩油藏采收率的方法，其特征在于，所述水平井的井口装有注入流量计，压力阀和压力表，所述注入流量计用于计量注入空气的流量，通过所述压力表能够监测所述注入空气压力在预定压力范围内，所述压力阀用于控制注入压力。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述方法的采油装置，其特征在于，包括：

钻井组件，所述钻井组件用于钻取所述水平井；

注空气组件，所述注空气组件用于向所述水平井以预定压力注入空气，

用于封闭所述水平井的焖井组件；

用于后续开井、产油的采油组件。