CN112302598B - 一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的方法，涉及稠油开采技术领域。所述系统包括，水平井，水平井水平段设于超深层稠油油层底部，所述水平井内设有注空气管；注入直井，所述注入直井设有多个，其内设有注燃料管，且注入直井的末端和所述水平井的水平段连接，所述注入直井末端还设有直燃式井下蒸汽发生器，在注入时，从注燃料管注入燃料，燃料管和套管之间的环空注水，空气从直井底端进入蒸汽发生器中共同产生蒸汽。本发明设计了水、燃料及空气三种介质的全新注入方式，显著提高了注入效率和井下每天能产生的蒸汽量；同时，本发明可根据不同超深层稠油油藏开发需要，调整水、燃料及空气注入量，实现蒸汽发生量的适时调控。

Description

一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的系统及方法

技术领域

本发明涉及稠油开采技术领域，具体涉及一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的热采系统 及方法。

背景技术

超深层稠油油藏指的是埋藏深度超过2200米，地层条件下原油粘度大于50mPa·s的稠 油油藏。对于稠油油藏而言，由于稠油粘度高、流动性差，只有降低稠油粘度、提高稠油流 动性才能实现有效开采。

降低稠油粘度的方法有加热、掺稀油、化学降粘等，其中加热稠油，使稠油粘度降低的 热力采油方法应用最为广泛。目前，加热稠油的方法有井下电加热、地面注入高温蒸汽和井 下产生蒸汽等，几种方法的特点分别是：

(1)井下电加热技术是在井底将电能转换为热能，实现加热稠油的目的。该技术能耗高， 投入大，且很难加热远井地带稠油。

(2)地面注入高温蒸汽是在地面利用锅炉产生蒸汽，再将蒸汽注入油藏的一种热力采油 方法，包括蒸汽吞吐、蒸汽驱和蒸汽辅助重力泄油等。地面注蒸汽开采稠油的方法已在浅层 稠油成功应用。目前该方法还不适用于超深层稠油开发，原因是高温蒸汽注入过程中存在较 大热损失，且井越深，热损失越大。地面高温蒸汽经注汽管线和井筒，注到超深层稠油油藏 中时热量已大量损耗，难以有效加热稠油并改善其流动性。

(3)井下产生蒸汽的方法是利用井下蒸汽发生器，在井底产生蒸汽，加热稠油实现降粘 开采。该方法解决了地面注入蒸汽面临的热损失问题，但需要通过油井狭窄的井筒通道，从 地面同时注入空气、燃料和水，供井下蒸汽发生器工作产生蒸汽。现有井下蒸汽发生器都是 在浅层中使用，并没有解决深层稠油开发问题。CN104747143提出一种利用同心连续串管， 向地层注入氧气、甲烷、和水。氧气和甲烷通过独立的管柱注入井底燃烧器进行燃烧，水通 过环空注入。这种由单井多管道注入多种介质的方式在浅井中可行，但对于超深层稠油的开 采，由于套管直径的限制，每根注入管道的直径也将受到限制，每种介质的日注入量也随之 减小，此外对于超深层稠油，由于埋藏深，注入介质也受到管道摩阻的影响更大，日注入量 更小。所以该技术在超深层稠油油藏中不适用。

此外，对于超深层稠油，现有井下蒸汽发生器产生蒸汽的方法还存在以下缺陷：一是每 天产生蒸汽的量有限，且效率低。原因是现有技术常采用单井注入燃料、水以及空气，由于 井筒的大小有限，井筒内注入燃料、水以及空气的管线内径较小，同时由于注入管柱长，注 入介质受到管道摩阻的影响更大，将减小蒸汽发生介质的日注入量，进而减少了蒸汽的日产 生量。每天产生的蒸汽量过低时，不能有效加热稠油，不利于稠油的高效开发。二是腐蚀等 安全风险高。原因是井筒中同时存在水和空气，容易对井筒及注入设备造成腐蚀，增加防腐 投入等生产成本，同时降低了生产的安全性。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种超深层稠油油藏 井下产生蒸汽的热采系统及方法，其在井下产生蒸汽的效率更高，同时降低了管柱被腐蚀的 风险。为达成上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的系统，包括

水平井，水平井水平段设于稠油油层底部，所述水平井内设有注空气管；

注入直井，所述注入直井设有多个，其内设有注燃料管，且注入直井的末端和所述水平 井的水平段连接，所述注入直井末端还设有直燃式井下蒸汽发生器，在注入时，从注燃料管 注入燃料，燃料管和套管之间的环空注水，空气从直井底端进入蒸汽发生器中共同产生蒸汽。

本发明的一种实施方式在于，所述水平井与所述注入直井的连接处设有偏心配注器，所 述偏心配注器上设有向所述注入直井注入空气的注气嘴。

本发明的一种实施方式在于，所述注入直井底部设有单流阀，所述单流阀使得空气从所 述水平井单向流入所述注入直井。

本发明的一种实施方式在于，所述水平井设有多个水平段。

本发明的一种实施方式在于，所述水平井井口连接有气源，所述注入直井井口连接有水 源及燃料罐。

本发明还公开了一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的方法，包括以下步骤：

S1、根据稠油油层的具体情况，钻一口具有适宜长度水平段的水平井，所述水平井穿过 储层，同时根据稠油油层的具体情况，设置多个连通水平段的注入直井，所述注入直井的末 端设有蒸汽发生器，在所述水平井内设置空气管柱；

S2、通过注入直井向蒸汽发生器内注入燃料和水，通过水平井向蒸汽发生器内注入空气， 通过点火装置点燃燃料，产生蒸汽，形成的蒸汽与燃烧后的尾气经出口一起注入储层。

本发明的有益效果主要有两点：

(1)本发明设计了水、燃料及空气三种介质的全新注入方式，显著提高了注入效率和井 下每天能产生的蒸汽量；同时，本发明可根据不同超深层稠油油藏开发需要，调整水、燃料 及空气注入量，实现蒸汽发生量的适时调控。

(2)本发明采用一口水平井集中注空气，供多口直井在井底产生蒸汽，形成了工厂化注 空气方式，极大节约了注空气成本和井筒的防腐成本；同时，燃烧后尾气与蒸汽一并注入储 层，提高了热利用率。

说明书附图

图1为实施例1的系统结构示意图；

图2为实施例1的井下蒸汽发生器的结构示意图；

图3为实施例2的系统结构示意图；

图中，1水平井，2注入直井，3注空气管，4燃料管，5气源，6燃料罐，7水源，8偏 心配注器，9单向阀，10井下蒸汽发生器，11井下封隔器，12燃烧室，13喷水嘴，14汽化 室，15空气入口，16水进口，17燃料进口。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案 进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

如图1所示，在确认了超深层稠油储层的位置以及厚度后，钻一口水平段设于储层底部 的水平井1，在水平井1井口部分设置有空气压缩机作为气源5，其中，空气压缩机的型号以 及大小可根据实际所需的注入压力来选择；在水平井1内下注空气管3，可通过注空气管3 向水平井1内注入空气。

根据超深层稠油油藏的分布以及储层厚度，确定合适的注入点，并在这些注入点分别钻 一口注入直井2，且每一口注入直井2均和水平井1的水平段连接，在注入直井2的井口设 置有水源7和燃料罐6，在注入直井1内部设有燃料管4：在本实施例中，通过燃料管4注入 燃料，这些燃料可以选择液体燃料或者气体燃料，通过燃料管4和套管之间的环空向井下注 入水；在注入直井2的末端还安装有井下蒸汽发生器10，在本实施例中，井下蒸汽发生器10 采用的是美国EES公司生产制造的直燃式井下蒸汽发生器装置，同时配套使用井下封隔器11 是选用的Baker公司生产的C-2型耐热封隔器，下入到注入直井2底部，从而能够将井下蒸 汽发生器10固定在注入直井2的井筒底部，同时该设置可以使得注入直井2和水平井1不直 接连通，避免空气、水以及燃料的混合，造成管柱腐蚀甚至发生爆炸。

为了使水平井1内的空气能够顺利的进入井下蒸汽发生器10中，在水平井1与注入直井 2连接的位置设置一个偏心配注器8，偏心配注器8朝向注入直井2的一端的出口上连接有注 气嘴，可通过注入直井2的实际需求调节注气嘴的大小，进而调节空气进入注入直井的量， 同时在注气嘴和井下蒸汽发生器10之间还设置有单流阀9，该单流阀9仅允许空气从水平井 1单向进入注入直井2，避免了空气甚至燃料、水的返排。

在安装井下蒸汽发生器10时，燃料管4连接井下蒸汽发生器10的燃料进口17，注入直 井2环空内的水通过水入口16进入蒸汽发生器10，空气通过设于蒸汽发生器10下部的空气 入口15进入。

如图2所示，介绍了应用于本实施例的井下蒸汽发生器10的具体结构，该井下蒸汽发生 器10通过井下封隔器11固定于注入直井2底部，井下蒸汽发生器10的上部设有水进口16 和燃料进口17，其中，燃料进口17和燃料管4连通，水进口16与环空连通，燃料进口17 下部为燃烧室12，燃料进口17通过管道连通燃烧室12，燃烧室12下部为汽化室14，水进 口16通过管道连通汽化室13。井下蒸汽发生器10的底部设有空气入口15，该空气入口15 的下部为单向阀9，空气入口15通过管道连通至燃烧室12。通过该井下蒸汽发生器10，能 够很好的适用于本发明的系统及方法。

本领域技术人员应当知晓的是，本实施例中所举例的如设备井下蒸汽发生器装置10等， 是对本发明的应用作出解释，并不是对本发明的限定，在未改变本发明方法的条件下，采用 其他能够实现本发明功能的设备都在本发明的保护范围之内。

采用本发明的系统在超深层稠油油藏的井下发生蒸汽，具体的操作步骤如下：

S1、根据超深层稠油油层的分布、储层厚度等情况，钻一口水平井，该水平井根据其位 置以及稠油油藏的分布范围，可设置多个分支水平段，且水平井的每一个水平段均设于储层 底部；同时根据超深层稠油油层的具体情况，设置多个连通水平段的注入直井，注入直井的 末端设有蒸汽发生器，设置的注入井能够保证其能够辐射周围的稠油油层，使得蒸汽驱能够 充分的发挥效果，在设置好注入直井后，在水平井内设置空气管柱，在水平段与注入直井连 接的位置，空气管柱设有相应的开口；

S2、通过注入直井向蒸汽发生器内注入燃料和水，通过水平井向蒸汽发生器内注入空气， 通过点火装置点燃燃料，产生蒸汽，形成的蒸汽与燃烧形成的尾气经出口一起注入储层。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，水平井设有多个水平井段以覆盖整个超深层稠油油层， 其余与实施例1相同。

实例计算分析

与上述直燃式井下蒸汽发生器配套的有四组井下管柱，分别为：直径为2³/₈in(内径为 50.3mm，外径为60.3mm)的注空气管线、直径为1¹/₄in(内径为32mm,外径为42.16mm)的注水管线、直径为1/2in(外径为12.7mm)燃料油输入管线和直径为1in(外径24.8mm)的 控制温度压力管线。设注入速度为v。

采用传统单井筒多根管柱注介质，其中一根管柱注水，根据该四种管线需要同时放进井 筒，所以井筒最小应该选择7in(内径为159.4mm)则从井口开始注入水的流量为：

而采用本专利提出的水平井注空气，直井单井筒单根管柱注燃料，油套环空注水，在采 用相同套管、燃料油管的情况下，则从井口开始注入水的流量为：

从上式可知，从理论计算，Q₂＞Q₁,单位时间注水量比传统方法的单位时间注水量高达到百 倍，就算实际上由于注入量的提升，相应的燃料管道的尺寸也会扩大，考虑适宜的燃料和水 的配比，按照前述的水和燃料配比计算，其注入量相对于传统的注入方式也高达22倍。所以 在采用本设计的介质注入量要比传统单井筒多管柱介质注入量要多，更容易满足油田实际情 况下短时间内完成大量介质注入，节省成本。

本发明在上文已优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用 于描述本发明，而不应理解为限制本发明的范围。在不脱离本发明原理的前提下，对本发明 的进一步改进也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种超深层稠油油藏井下产生蒸汽的系统，其特征在于，包括

水平井，水平井水平段设于稠油油层底部，所述水平井内设有注空气管，通过注空气管向水平井内注入空气；

注入直井，所述注入直井设有多个，其内设有注燃料管，且注入直井的末端和所述水平井的水平段连接，所述注入直井末端还设有直燃式井下蒸汽发生器，通过燃料管注入燃料，通过燃料管和套管之间的环空向井下注入水；

所述井下蒸汽发生器的上部设有水进口和燃料进口，所述井下蒸汽发生器的底部设有空气入口；

利用所述水平井集中注空气，供多口所述注入直井在井底产生蒸汽。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水平井与所述注入直井的连接处设有偏心配注器，所述偏心配注器上设有向所述注入直井注入空气的注气嘴。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述注入直井底部设有单流阀，所述单流阀使得空气从所述水平井单向流入所述注入直井。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水平井设有多个水平段。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水平井井口连接有气源，所述注入直井井口连接有水源及燃料罐。

6.一种采用权利要求1-5任一所述的超深层稠油油藏井下产生蒸汽的系统进行井下产生蒸汽的方法，其特征在于，

S1、根据稠油油层的具体情况，钻一口水平段长度适宜的水平井，所述水平井穿过储层，同时根据稠油油层的具体情况，设置多个连通水平段的注入直井，所述注入直井的末端设有蒸汽发生器，在所述水平井内设置空气管柱；

S2、通过注入直井向蒸汽发生器内注入燃料和水，通过水平井向蒸汽发生器内注入空气，通过点火装置点燃燃料，产生蒸汽，形成的蒸汽与燃烧形成的尾气经出口一起注入储层，实现对稠油的加热降粘。

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