CN204457686U - 一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构。该井身结构包括：油管、催化剂注入管和加热装置；催化剂注入管的水平段设置有不均匀分布的注入孔；加热装置包括高能熔盐加热管、电加热管、电阻丝加热装置、电磁加热装置、射频加热装置或微波加热装置；油管包括平行双油管、同心双油管或单根连续打孔的油管。本实用新型的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，可快速溶油并大幅降低原油粘度，进一步提高采出流体的流动性，可以实现对油藏的长时间持续改质。

Description

一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构

技术领域

本实用新型涉及一种油田中的稠油油藏开采的井身结构，尤其涉及稠油基超稠油油藏地下催化改质开采的井身结构，属于石油开采技术领域。

背景技术

稠油因其原油粘度高(地下粘度大于100mPa·s)、流动阻力大，常规水驱等冷采技术开采难度较大。

由于稠油粘度对温度敏感，稠油升温后可大幅度降低粘度，提高其流动能力，因此，国内外普遍采用注蒸汽、电加热、火烧等热采技术来开采稠油。

稠油注蒸汽开采技术主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力泄油(SAGD)等技术。其中，蒸汽吞吐的局限性在于其加热半径有限，仅30-40米以内，采收率偏低，平均不到30％；蒸汽驱技术在非均质稠油油藏中容易引起蒸汽沿高渗层或者高渗透条带汽窜，目前国内蒸汽驱技术普遍存在汽窜严重、经济性较差的问题；SAGD技术仅仅适应于油层连续厚度大于15米的稠油油藏，且在非均质油藏中仍然面临汽窜严重、经济性较差等问题。

在注蒸汽过程中，稠油有水热裂解现象发生，但受到温度限制，注蒸汽技术对稠油改质的效果有限，采出的稠油粘度高、品位低，还需要经过地面炼厂催化裂化处理。

电加热技术可快速升温油藏到300℃以上，也可实现稠油原位就地改质，但加热的油藏范围有限，仅能加热井筒附近10米的范围，因此需要部署较密的井网，经济效益较差。

申请号为201210587241.1的中国专利申请公开了“一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法”，其指出火烧油层具有以下不足：1、体系反应的进行和产生的热量由氧气浓度决定，无法实现较为准确的控制；2、体系温度过高，在油田应用中常达到600℃以上，而实际上稠油在200℃以下时流动性即可得到大大改善，高温裂解也大都在500℃以下即可发生，热量的品位过高势必需要消耗更多的燃料，影响采收率；3、结焦现象明显，在燃烧前缘前方附近的高温区域形成较宽的结焦带，不仅影响燃烧前缘的推进和体系的传热过程，也对油藏造成了一定程度的破坏。

申请号为201210587241.1的中国专利申请提供了一种石油地下中低温可控催化氧化改质开采方法，该方法包括以下步骤：加热注入井附近的油藏使其温度升高到100-400℃，注入含氧气体、生热催化剂和改质催化剂，在生热催化剂作用下含氧气体与部分油藏发生催化氧化反应，使原油被加热降粘；改质催化剂催化原油改质，改质后的原油通过生产井采出。上述方法具有以下效果：利用部分油藏的氧化反应放出的热量自供热，大大降低了外加热源在输运过程中的散热能耗；在加热原油流向生产井的过程中进行深度改质降粘，有利于原油品质的进一步提高，满足开采与集输的要求。

申请号为201210586830.8的专利申请提供了一种稠油及超稠油油藏条件下中低温可控自生热的方法。该方法包括以下步骤：通过稠油或超稠油油藏的注入井向油层中注入含氧气体和催化剂；加热注入井附近的油藏进行加热使其温度升高至100-400℃，启动催化氧化放热反应，反应放出的热量加热油藏，实现对于稠油或超稠油油藏的可控自生热。上述方法具有以下有益效果：1、实现了油藏内部的可控自生热过程，减少了燃料消耗，降低了过程能耗；2、能够控制体系的过度升温过程，反应前缘区与凝结区之间没有结焦区，有利于反应前缘向前推进，扩大了波及体积，提高了采油速率。

上述现有技术存以下几个方面的问题：1、未提供生热催化剂和改质催化剂的注入技术策略。催化剂为固相细微颗粒，在注入含氧气体中很难均匀分布，在没有性能良好的载体溶液的情况下，气体很难携载固相催化剂进入油层；2、催化剂如何实现与油层充分接触的技术途径不明确。在高速气流注入条件下，固相催化剂中的一小部分会沿着大孔道或高渗透条带进入油层，但仅限于大孔道和高渗透条带，催化剂很难均匀进入油层深部尤其是低渗透区域实现大范围催化改质，改质效果非常有限；3、催化剂失效后的替换问题。由于催化剂与稠油接触过程中将会发生催化剂失效(俗称：催化剂中毒)，失效后的催化剂如何排出，新的催化剂如何填补或补充，新的催化剂如何越过失效的催化剂进入新的油层区域，是否会存在某一局部区域重复催化等问题，未详细阐述。

综上所述，提供一种适用于稠油、超稠油油藏的催化剂改质开采方法的井身结构，是本领域亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于为稠油及超稠油油藏提供一种地下催化改质开采的井身结构。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，该井身结构包括：

油管、催化剂注入管和加热装置；

所述催化剂注入管的水平段设置有不均匀分布的注入孔；

所述加热装置包括高能熔盐加热管、电加热管、电阻丝加热装置、电磁加热装置、射频加热装置或微波加热装置；

所述油管包括平行双油管、同心双油管或单根连续打孔的油管。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，注采井网包括注入井和生产井；其中，注入井和生产井的纵向重叠、水平段相互平行，注入井内设有油管，生产井内设有催化剂注入管和加热装置；注入井和生产井通过筛管完井。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述筛管的管口直径为9-11英寸。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述高能熔盐加热管的内部设置有内装有熔盐的S型加热盘管。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，当所述油管为平行双油管时，所述平行双油管包括远端开口的长油管和远端开口的短油管。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述长油管的管口直径为2.7-4.5英寸，所述短油管的管口直径为2.7-4.5英寸。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述催化剂注入管的管口直径为2.7-4.5英寸。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述高能熔盐加热管的管口直径为2.7-4.5英寸。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述催化剂注入管的水平段等距分为3-5段；

从催化剂注入管的水平段的脚跟到脚尖的方向，在第一段上设置有1-2孔/米水平段长度、在第二段上设置有2-4孔/米水平段长度、在第三段上设置有4-6孔/米水平段长度、在第四段上设置有6-8孔/米水平段长度、在第五段上设置有8-10孔/米水平段长度。

本实用新型提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构中，优选地，所述注入孔的直径为1-3cm。

根据本实用新型提供的具体实施方式，优选地，当油管为平行双油管时，平行双油管的长油管设置在生产井水平段的脚尖，平行双油管的短油管设置在生产井水平段的脚跟；当油管为同心双油管或单根连续打孔的油管时，同心双油管或单根连续打孔的油管设置在注入井水平段的脚尖。

根据本实用新型提供的具体实施方式，所述S型加热盘管熔盐包括硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠中的一种或几种的组合。

利用本实用新型的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构完成的改质开采方法，包括以下步骤：

步骤一：部署注采井网；

步骤二：预热注采井网的井间油层；

步骤三：向注入井中连续注入蒸汽或其它介质，向催化剂注入管中连续或分段塞注入催化剂流体，生产井连续或段塞式排液，加热生产井的井筒内温度至改质温度(300-470℃)，完成稠油及超稠油油藏的地下改质开采；注入的催化剂流体与地层产出流体的混合，催化改质后从生产井的环空中连续排出；

其中，以催化剂流体的质量含量为100％计，催化剂流体包括1-50wt％的催化剂，0.01-5wt％的结焦抑制剂，0-1wt％的水相悬浮剂或分散助剂，其余为溶液；

催化剂流体的注入速度为每产出1吨原油注入1-100kg催化剂流体。

根据本实用新型的具体实施方式，注采井网为纵向重叠、水平段相互平行的上下叠置的双水平井井网，上部为注入井，下部为生产井；优选地，所述注采井网为直井-水平井汽驱井网、直井-水平井水驱井网、直井-水平井SAGD井网、水平井-水平井汽驱井网、水平井-水平井水驱井网或水平井-水平井SAGD井网。

根据本实用新型的具体实施方式，在步骤三中向注入井中连续或分段塞注入其他介质，其中，其他介质包括水、气体、溶剂、酸、碱、表面活性剂、驱油剂和泡沫中的一种或几种的组合。

根据本实用新型的具体实施方式，预热注采井网的井间油层通过向长油管注入蒸汽和短油管排液的方式、注入井与生产井同时注蒸汽吞吐的方式、注入井与生产井同时注热溶剂吞吐的方式、注入井与生产井同时注热熔剂循环的方式或连续压裂快速预热的方式进行。

根据本实用新型的具体实施方式，在步骤三中加热生产井的井筒内温度至改质温度时的温度监测方式一般为井下热电偶监测、井筒内连续分布光纤监测等方式；上述方式具体按照常规方式进行即可。

根据本实用新型的具体实施方式，催化剂包括天然粘土、人工改性粘土、天然沸石和人工改性沸石中的一种或几种的组合；或

所述催化剂包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱和铂中的一种或几种的组合；或

所述催化剂包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱和铂的化合物中的一种或几种的组合；所述化合物包括但不限于氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物。

根据本实用新型的具体实施方式，结焦抑制剂包括含硫化合物、含磷化合物、有机硫磷化合物、金属盐和氧化物、含硼化合物、碱金属、碱土金属盐、有机聚硅氧烷化合物、稀土元素、稀土化合物中的一种或几种的组合；优选地，所述结焦抑制剂包括二苯硒、二苯二硒。

根据本实用新型的具体实施方式，催化剂流体的溶液包括碳数为4-25的饱和烃或芳香烃溶剂中的一种或几种的组合。

根据本实用新型的具体实施方式，催化剂和结焦抑制剂的颗粒均为纳米颗粒，粒径为1-1000nm；或

催化剂和结焦抑制剂的颗粒均为微米颗粒，粒径为1-1000μm；或

催化剂和结焦抑制剂的颗粒均为毫米颗粒，粒径为1-100mm。

本实用新型所提供的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，具有以下效果：

1、本实用新型提供的井身结构所处的生产井具有的管柱结构，为催化剂的注入提供了技术策略。通过在生产井中设置连续不均匀打孔管，催化剂溶液从打孔管中分散进入生产井环空，与流入环空的产出流体(油、水)充分混合，在生产井井筒熔盐加热高温作用下，实现生产井井筒内对稠油的高温原位改质，实现了催化剂不注入油层即与原油充分接触改质的效果。

2、在本实用新型的生产井井筒熔盐加热的井身结构与方式中由于熔盐可快速获得较高的工作温度，供热温度稳定，能精确地进行调整，热效率高，高温融化以后呈液态，可实现井筒的均匀加热，从而实现沿着水平段井筒的匀速改质。

附图说明

图1为实施例1的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构示意图。

主要附图符号说明：

1注入井   2生产井   11短油管   12长油管   21生产井环空31筛管   41高能熔盐加热管   51催化剂注入管   52催化剂注入孔

具体实施方式

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

实施例1

本实施例提供了一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，该井身结构的结构如图1所示，具体如下：

注采井网(水平井-水平井SAGD井网)的注入井1和生产井2的纵向重叠、水平段相互平行，注入井水平段与生产井水平段的垂向距离为5米，水平段长500米；注入井1通过管口直径为9英寸的筛管31完井；生产井2通过管口直径为9英寸的筛管31完井；

注采井网的注入井1内设置有伸入注入井1的水平段脚跟与脚尖的平行双油管，平行双油管包括远端开口的长油管12和远端开口的短油管11(长油管12下入脚尖，短油管11下入脚跟)，长油管12的管口直径为2.7英寸，短油管11的管口直径为2.7英寸；

注采井网的生产井2内设置有高能熔盐加热管41和催化剂注入管51；催化剂注入管51的管口直径为2.7英寸，高能熔盐加热管41的管口直径为2.7英寸，高能熔盐加热管41的内部设置有内装有硝酸钾的S型加热盘管；

催化剂注入管51的水平段设置有不均匀分布的催化剂注入孔52，催化剂注入孔52的直径为3cm；

催化剂注入管51的水平段从脚跟到脚尖的方向等距离分成3段；在第一段上设置有1孔/米水平段长度、在第二段上设置有2孔/米水平段长度、在第三段上设置有4孔/米水平段长度。

利用上述稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构开采时，选择的稠油油藏埋深为200米，地面50℃条件下原油粘度为5000mPa·s，包括以下具体步骤：

步骤一：部署注采井网，该注采井网具有上述结构；

步骤二：采用注入井1的长油管12注蒸汽+短油管11排液、生产井2井下熔盐加热的方式预热井间油层；预热时间为100天；

步骤三：注入催化剂流体，注入速度为每产出1吨原油注入1kg催化剂流体，注入催化剂流体与地层产出流体混合后从生产井环空21中连续排出，高能熔盐加热管41连续加热到300℃，通过井下热电偶监测温度；

其中，采用的催化剂流体中催化剂的质量分数为1％，结焦抑制剂质量分数为0.01％，水相悬浮剂质量分数为0.01％，其余为溶液；

采用的催化剂为天然粘土；

采用的结焦抑制剂为含硫化合物，具体为二甲基二硫；

采用的溶液为正庚烷；

采用催化剂和结焦抑制剂颗粒的粒径为1nm。

通过本实施例的井身结构和开采方法在地面50℃条件下采出原油的粘度为450mPa·s，改质效果明显。

实施例2

本实施例提供了一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，该井身结构的结构如下：

注采井网为水平井-水平井SAGD井网，注入井和生产井的纵向重叠、水平段相互平行，纵向水平段垂向距离为5米，水平段长600米；注入井通过管口直径为11英寸的筛管完井；生产井通过管口直径为11英寸的筛管完井；

注采井网的注入井内设置有伸入注入井的水平段脚跟与脚尖的平行双油管，平行双油管包括远端开口的长油管和远端开口的短油管(长油管下入脚尖，短油管下入脚跟)，长油管的管口直径为4.5英寸，短油管的管口直径为4.5英寸；

注采井网的生产井内设置有高能熔盐加热管和催化剂注入管；催化剂注入管的管口直径为4.5英寸，高能熔盐加热管的管口直径为4.5英寸，高能熔盐加热管的内部设置有内装亚硝酸钠的S型加热盘管；

催化剂注入管的水平段设置有不均匀分布的催化剂注入孔，催化剂注入孔的直径为2cm；

催化剂注入管的水平段从脚跟到脚尖的方向等距离分成4段；在第一段上设置有1孔/米水平段长度、在第二段上设置有2孔/米水平段长度、在第三段上设置有4孔/米水平段长度、在第四段上设置有6孔/米水平段长度。

利用上述稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构开采时，选择的稠油油藏埋深为1500米，地面50℃条件下原油粘度为50000mPa·s，包括以下具体步骤：

步骤一：部署注采井网，该注采井网具有上述结构；

步骤二：采用注入井的长油管注蒸汽+短油管排液、生产井井下熔盐加热的方式预热井间油层；预热时间为200天；

步骤三：注入催化剂流体，注入速度为每产出1吨原油注入10kg催化剂流体，注入催化剂流体与地层产出流体混合后从生产井环空中连续排出，高能熔盐加热管连续加热到350℃，通过井筒内连续分布光纤监测温度；

其中，采用的催化剂流体中催化剂的质量分数为10％，结焦抑制剂质量分数为1％，水相悬浮剂质量分数为0.5％，其余为溶液；

采用的催化剂为天然沸石；

采用的结焦抑制剂为含磷化合物，具体为三苯基磷；

采用的溶液为二甲苯；

采用催化剂和结焦抑制剂颗粒的粒径为10μm。

通过本实施例的井身结构和开采方法在地面50℃条件下采出原油的粘度为250mPa·s，改质效果明显。

实施例3

本实施例提供了一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，该井身结构的结构如下：

注采井网为水平井-水平井SAGD井网，注入井和生产井的纵向重叠、水平段相互平行，纵向水平段垂向距离为5米，水平段长700米；注入井通过管口直径为11英寸的筛管完井；生产井通过管口直径为11英寸的筛管完井；

注采井网的注入井内设置有伸入注入井的水平段脚跟与脚尖的平行双油管，平行双油管包括远端开口的长油管和远端开口的短油管(长油管下入脚尖，短油管下入脚跟)，长油管的管口直径为4.5英寸，短油管的管口直径为4.5英寸；

注采井网的生产井内设置有高能熔盐加热管和催化剂注入管；催化剂注入管的管口直径为4.5英寸，高能熔盐加热管的管口直径为4.5英寸，高能熔盐加热管的内部设置有内装有硝酸钠的S型加热盘管；

催化剂注入管的水平段设置有不均匀分布的催化剂注入孔，催化剂注入孔的直径为1cm；

催化剂注入管的水平段从脚跟到脚尖的方向等距离分成5段；在第一段上设置有1孔/米水平段长度、在第二段上设置有2孔/米水平段长度、在第三段上设置有4孔/米水平段长度、在第四段上设置有6孔/米水平段长度、在第五段上设置有6孔/米水平段长度。

利用上述稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构开采时，选择的稠油油藏埋深为500米，地面50℃条件下原油粘度为500000mPa·s，包括以下具体步骤：

步骤一：部署注采井网，该注采井网具有上述结构；

步骤二：采用注入井的长油管注蒸汽+短油管排液、生产井井下熔盐加热的方式预热井间油层；预热时间为300天；

步骤三：注入催化剂流体，注入速度为每产出1吨原油注入100kg催化剂流体，注入催化剂流体与地层产出流体混合后从生产井环空中连续排出，高能熔盐加热管连续加热到470℃，通过井筒内连续分布光纤监测温度；

其中，采用的催化剂流体中催化剂的质量分数为20％，结焦抑制剂质量分数为5％，水相悬浮剂质量分数为01％，其余为溶液；

采用的催化剂为人工改性沸石；

采用的结焦抑制剂为二苯硒；

采用的溶液为环己烷；

采用催化剂和结焦抑制剂颗粒的粒径为100mm。

通过本实施例的井身结构和开采方法在地面50℃条件下采出原油的粘度为350mPa·s，改质效果明显。

上述实施例表明，本实用新型的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，可快速溶油并大幅降低原油粘度，进一步提高采出流体的流动性，可以实现对油藏的长时间持续改质。

Claims (10)

1.一种稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，该井身结构包括：

油管、催化剂注入管和加热装置；

所述催化剂注入管的水平段设置有不均匀分布的注入孔；

所述加热装置包括高能熔盐加热管、电加热管、电阻丝加热装置、电磁加热装置、射频加热装置或微波加热装置；

所述油管包括平行双油管、同心双油管或单根连续打孔的油管。

2.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，注采井网包括注入井和生产井；其中，注入井和生产井的纵向重叠、水平段相互平行，注入井内设有油管，生产井内设有催化剂注入管和加热装置；注入井和生产井通过筛管完井。

3.根据权利要求2所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述筛管的管口直径为9-11英寸。

4.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述高能熔盐加热管的内部设置有内装有熔盐的S型加热盘管。

5.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述平行双油管包括远端开口的长油管和远端开口的短油管。

6.根据权利要求5所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述平行双油管的长油管的管口直径为2.7-4.5英寸，所述平行双油管的短油管的管口直径为2.7-4.5英寸。

7.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述催化剂注入管的管口直径为2.7-4.5英寸。

8.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述高能熔盐加热管的管口直径为2.7-4.5英寸。

9.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述催化剂注入管的水平段从催化剂注入管的水平段的脚跟到脚尖的方向等距设置为3-5段；

在第一段上设置有1-2孔/米水平段长度、在第二段上设置有2-4孔/米水平段长度、在第三段上设置有4-6孔/米水平段长度、在第四段上设置有6-8孔/米水平段长度、在第五段上设置有8-10孔/米水平段长度。

10.根据权利要求1所述的稠油及超稠油油藏地下改质开采的井身结构，其特征在于，所述注入孔的直径为1-3cm。