CN114482955B - 利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，包括：将生产油管下入到井下催化裂解目标井段，将带有电加热器和供电电缆的连续油管从生产油管内下入该井段；向井下电加热器输入电功率，维持和稳定目标井段温度达到设计值；向生产油管与套管的环空注入化学剂，与井下目标井段的原油混合，发生催化裂解反应；降黏原油和产出水，携带裂解反应产生的热量，伴随裂解反应生成的轻质油组分和气体混合物进入生产油管，在井下压力或井下泵作用下举升到井口；向生产油管与套管的环空注入气体，降低井筒热损失；生产流体流向地面后，气体回注到地层，驱替井下流体到生产井。本发明能够大幅提高深层稠油总体开采效率，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及采油领域一种稠油开采方法，具体涉及利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法。
背景技术
中国稠油资源丰富，陆上石油的资源量超过200×108t，分布于12个沉积盆地的70多个油田。由于中国的大部分稠油油藏的原油属于超稠油类型，原油黏度高于10,000mPa.s，有的油藏甚至高于1,000,000 mPa.s。由于稠油在地层原始条件下流动能力低，主要以注蒸汽热力开采为主。但对深度超过2000米的稠油油藏，由于井筒热损失大，从地面注入的蒸汽到达井下后的干度低，热效率低，不适宜注蒸汽开采。
位于塔里木盆地的塔河油田，蕴藏了丰富的超稠油油藏，目标油层深度为超过5000米的裂缝/溶洞性碳酸盐油藏，50oC下的原油黏度超过500,000 mPa.s。由于油藏类型复杂，非均质严重，加之埋藏深，给稠油开采效率的提高带来巨大的技术挑战。目前在现场开采中主要面临两个难题：（1）虽然原油在地层温度（120-160 oC）下具有一定的流动能力，但降压和常规驱替开采方式下的采收率低（<20%）；（2）生产井中的原油在距离井口3000米左右的位置，由于井筒内流体温度降低，原油黏度增大，无法举升到地面。目前所采用的举升方式主要以掺稀油和井下伴热方式为主，但成本较高。
发明内容
本发明针对深层复杂类型稠油油藏举升难度大和驱替效率低的特点，提出一种利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，该方法原理可靠，操作简便，通过井下稠油改质和产生的气体辅助提高井筒举升能力，并将回收的产出气体再次回注，从而提高油藏采收率，达到提高深层稠油总体开采效率和经济效益的目的，具有广阔的市场应用前景。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案。
本发明利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率，通过生产井井下原油催化裂解和循环利用产出气体回注，加上生产油管和套管环空的气体隔热措施，实现提高深井井筒举升和地层驱油效率的联动开采机理。其技术关键在于：在生产井井下对原油实施高温催化裂解反应，通过原油改质和升温，降低井筒中的原油黏度，并利用裂解产生的轻烃和气体的辅助，实现将深井稠油举升到地面的目的；通过向生产油管和套管的环空注入气体的方式降低井筒中流体的热损失；通过对裂解产出气体的回注，提高深层稠油的最终采收率的同时，降低开采过程中的温室气体排放强度。
利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在生产井套管内将生产油管下入到井下的催化裂解目标井段，将带有电加热器和供电电缆的连续油管从生产油管内下入该目标井段；
步骤二、在地面开启电源，向井下电加热器输入电功率，利用连续油管内的预埋热电偶或者光纤监测电加热器表面和加热段井筒流体温度，通过在地面调节输入电功率，维持和稳定目标井段温度达到设计值；
步骤三、在井口向生产油管与套管的环空注入化学剂，与井下目标井段的原油混合，发生催化裂解反应，通过原油改质和升温，降低井筒中的原油黏度；
步骤四、降黏原油和产出水，携带裂解反应产生的热量，伴随裂解反应生成的轻质油组分和气体混合物进入生产油管，在井下压力或井下泵作用下举升到井口；
步骤五、向生产油管与套管的环空注入气体，利用气体的低热传导率特性降低井筒热损失，并通过调节井口气体回压控制井下液面高度（即通过在井口补充或释放气体来调节井口压力，达到控制井下环空动液面高度的目的）；
步骤六、生产流体流向地面后，经过气/液分离装置，液体部分输送到油水处理装置，气体部分增压后输送到注入井井口，（同其它注入流体混合后）回注到地层，驱替井下流体到生产井。
进一步地，所述催化裂解目标井段根据需要设计在不同深度的井段。
进一步地，所述化学剂可以通过生产油管与套管的环空注入到井下，也可以预埋在催化裂解目标井段套管外的砾石充填层中。
进一步地，所述电加热器的加热方式为热传导式的电阻加热、感应式的电磁或微波，加热电源采用单相或三相供电或者是井下燃烧器。
进一步地，所述电加热器的表面和加热段井筒流体温度，按照原油催化裂解反应的温度设定，变化范围为200-350oC。
进一步地，所述电加热器的表面和加热段井筒流体温度，通过植入连续油管内的热电偶或者光纤监测，由输入的电功率在地面进行控制。
进一步地，所述化学剂包括催化剂与供氢剂，化学剂的类型、浓度和质量，由原油的组分、化学反应动力学参数、井筒内的温度和压力参数确定。
进一步地，向生产油管和套管的环空注入的气体为天然气、氮气、空气、（碳氢化合物）轻烃中的一种或多种。
进一步地，所述裂解反应生成的轻质油组分是指碳数位于4~10的饱和烃组分，气体混合物是指CO2、N2、O2、H2、CO、C1~ C3烃和H2S等非凝结气体，具有提高油层采收率的溶剂作用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)利用井下原油裂解改质产生的轻烃和热量，降低原油黏度，并利用裂解产生的气体协助提高深井举升能力，原油裂解反应过程和原油生产过程在同一口生产井中完成；
2）通过在生产油管和套管的环空充气体的方式降低井筒中流体的热损失；
3）将裂解产生的气体和油层中产出气体作为驱替溶剂回注地层，提高驱替效率和降低驱替流体成本；
4）开采过程中产生的温室气体将留在地下，降低了开采过程对环境的影响。
附图说明
图1是利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率方法的流程示意图。
图2是生产井中利用井下原油催化裂解提高举升能力方法的示意图。
图中：1-注入井；2-气体+溶剂注入；3-注入井套管；4-注入井射孔段；5-注入管柱；6-注入介质流动方向；7-气液界面；8-降黏油界面；9-生产井井壁；10-套管外充填层（预埋化学催化剂）；11-井下电加热器；12-近井地带加热带；13-油层；14-生产井射孔段；15-生产油管；16-生产井套管；17-生产井井口；18-产出流体流动管线；19-气液分离装置；20-气-液界面；21-油-水流动管线；22-气体流动管线；23-气体压缩机；24-地表面；25-油层顶界；26-油层底界；27-降黏剂；28-油层产出流体；29-油层底部；30-盖层；31-固井水泥层；32-生产套管；33-带电缆的连续油管；34-环空注入气体和化学助剂注入口。
具体实施方式
下面根据附图和实例进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。
参见图1、图2。
首先将生产油管15下入到生产套管32中，到达井底的油层段或者是井筒中的预定深度，将带有加热器11和供电电缆的连续油管33通过生产油管下到预定深度；连续油管中预置测温热电偶或者光纤。井下设施安装就位后在井口采用相对应的井口装置密封，并将井下温度测试信号引导到地面。开启电源，向井下电加热器供电，监测燃烧器表面和流体温度，当达到设计值后，通过油管和套管环空在井口注入化学剂，化学剂在重力作用下沉到井底，与产出流体混合，流向高温加热段，实现对原油的水热催化裂解反应。改质后原油和流体，在裂解反应产生的热量和气体的协助下，在井底压力作用下，沿生产油管向生产井口流动。通过井口向生产油管和套管的环空中注入气体或者依靠井下溶解气的集聚，降低井筒热损失，并通过调节井口回压控制环空中动液面高度。
从生产井井口17产出的流体，通过流动管线18输送到气液分离装置19后，液相经油-水流动管线21进入油水分离装置，气相经气体流动管线22经过压缩机23加压后，与注入流体混合后从注入井1注入到油层中，将油层中的原油源源不断低驱替到生产井。
实施例1
一超稠油油藏埋深6000米，采用直井注气和直井采油生产方式，井距150米。油藏温度（150oC）下原油黏度200-400 mPa.s，目前采用间歇注气和注水开发，产液速率50-80m3/d。产出原油在距离井口约3000米的地方，温度降低到80 oC以下，失去流动能力。依靠在深井泵下掺稀油的方式，维持正常生产。由于需要的稀油与稠油的体积比较高（>1.5），大大增加了生产成本。
首先在现有的生产井中下入了生产油管，并在生产油管内加入了带有温度监测和电加热器的连续油管，并将加热层段设置在井底的油层部位。开启井下电加热器，将加热段温度升高并控制稳定在预设温度（200-350 oC）。在油管和套管的环空注入选择的化学催化剂和供氢剂体系，在井下与原油发生高温水热裂解反应，降低原油黏度，反应过程产生的原油轻质组分和气体与井内流体混合后有利于降低流体密度，增加举升能力。同时由于流体通过加热装置升温后，流动阻力进一步降低。在油管和套管的环空中充满非凝结气体，降低井筒的热损失，维持油管内流体在举升过程中较高的温度。这种通过井下原油催化裂解改质和产生气体，环空充满气体降低井筒热损失的方法，在提高产出原油品质的同时，实现不用稀释剂条件下的油井举升目的。
伴随产出流体的气体（原始溶解气+裂解反应产出气）经气/液分离后，加压到注入压力并与其它注入流体一道回注到地层，降低了对地面注剂的需求量。裂解反应产生的气体中，有碳氢化合物轻烃和CO2等气体，注入到地层后，在原油中具有一定的溶解度，具有作为驱油溶剂的特性，有助于提高油层的采收率。
综上所述，本发明具有提高原油品质、提高生产井举升能力和油藏最终采收率的特性。由于将开采过程中所产生的气体回注到地下，在降低开采成本的同时，降低了温室气体的排放强度，使开采过程更清洁和环保。
Claims (8)
1.利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，依次包括以下步骤：
步骤一、在生产井套管内将生产油管下入到井下的催化裂解目标井段，将带有电加热器和供电电缆的连续油管从生产油管内下入该目标井段；
步骤二、在地面开启电源，向井下电加热器输入电功率，利用连续油管内的预埋热电偶或者光纤监测电加热器表面和加热段井筒流体温度，通过在地面调节输入电功率，维持和稳定目标井段温度达到设计值；
步骤三、在井口向生产油管与套管的环空注入化学剂，与井下目标井段的原油混合，发生催化裂解反应，通过原油改质和升温，降低井筒中的原油黏度；
步骤四、降黏原油和产出水，携带裂解反应产生的热量，伴随裂解反应生成的轻质油组分和气体混合物进入生产油管，在井下压力或井下泵作用下举升到井口；
步骤五、向生产油管与套管的环空注入气体，利用气体的低热传导率特性降低井筒热损失，并通过调节井口气体回压控制井下液面高度；
步骤六、生产流体流向地面后，经过气/液分离装置，液体部分输送到油水处理装置，气体部分增压后输送到注入井井口，回注到地层，驱替井下流体到生产井。
2.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，所述催化裂解目标井段根据需要设计在不同深度的井段。
3.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，所述化学剂通过生产油管与套管的环空注入到井下，或预埋在催化裂解目标井段套管外的充填层中。
4.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，所述电加热器的加热方式为热传导式的电阻加热、感应式的电磁或微波，加热电源采用单相、三相供电或者是井下燃烧器。
5.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，所述电加热器的表面和加热段井筒流体温度，按照原油催化裂解反应的温度设定，变化范围为200-350oC。
6.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，所述化学剂包括催化剂与供氢剂，化学剂的类型、浓度和质量，由原油的组分、化学反应动力学参数、井筒内的温度和压力参数确定。
7.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，向生产油管和套管的环空注入的气体为天然气、氮气、空气、轻烃中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的利用井下原油裂解改质提高深层稠油开采效率的方法，其特征在于，所述裂解反应生成的轻质油组分是指碳数位于4~10的饱和烃组分，气体混合物是指CO2、N2、O2、H2、CO、C1~ C3烃和H2S。
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