CN104265258A

CN104265258A - 一种压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法

Info

Publication number: CN104265258A
Application number: CN201410446103.0A
Authority: CN
Inventors: 雷春娣
Original assignee: Individual
Current assignee: BEIJING PUXIN PETROLEUM TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明涉及压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，该方法包括在油井套管射孔段对油藏实施水力压裂改造，在井筒两翼形成垂直人工裂缝，并加入压裂支撑剂充填裂缝且在套管内部采用筛管砾石充填完井；应用点火技术，使井底温度达到原油燃点温度，将油井油层点燃；应用空气压缩机向油井中连续注入空气；注空气结束后，焖井；开井回采。该方法主要应用于渗透低的稠油油藏、薄层的稠油油藏、薄互层的稠油油藏。与现有技术相比，采用本发明的方法可使火烧油层吞吐注入空气速度和单周期累计注入量提高3倍以上；热前缘及烟道气前缘波及体积提高3倍以上，单井产量提高2倍以上；周期累产量提高3倍以上。

Description

一种压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法

技术领域

本发明属于石油开采领域，特别涉及一种压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法。

背景技术

目前中国稠油开发方式主要包括蒸汽吞吐(约占78％)，蒸汽驱(约占10％)和常规水驱(约占10％)。这些方法工艺简单，采收率较高，适合埋藏深度较浅(小于1000m)的稠油油藏。然而，对于埋藏深度大于1500m的油藏，由于注蒸汽热损失率大，注蒸汽压大等问题，给该类稠油的开采带来了困难；对于一些水敏性油藏，注蒸汽过程中，蒸汽在地层中的冷凝水会引起粘土膨胀，导致有效渗透率下降，出现注不进、采不出的现象；对于由多个薄层组成的薄互层油藏，尽管总的油层厚度较大，但往往纵向上动用程度较差。对于以上注蒸汽难以有效开发的油藏，一般可考虑采用火烧油层技术(含火烧油层吞吐和火烧油层驱替)开发，其中火烧油层吞吐技术具有独特的优势和潜力。

火烧油层吞吐开采原油包括注入、焖井、回采三个阶段。在注入阶段，采用电热点火、化学点火或自然点火等点火技术，将油层加热到原油燃点以上，同时用空气压缩机向油层内连续注入空气，近井地带的原油燃烧产生热量并生成烟道气，向周围地层径向推进和扩散；在焖井阶段，停止空气注入并关井，使非凝结气体继续扩散和溶解，热量向纵深传递；在回采阶段，重新开井，在加热降粘、溶解气驱等多重作用机理下油层中的原油、注入气及烟道气从油井中采出。

CN 101161987 B公开了一种火烧吞吐开采稠油的工艺技术，描述的是火烧吞吐开采技术中注空气点火、焖井和采油阶段技术参数和特征，其适用的井筒条件为常规套管射孔完井，在该文献的两个实施例中，适用的油层的深度仅为300～600m，适用的原油粘度仅分别为900mPa.s、9mPa.s。然而对于储层条件较差的油藏，如渗透率较低、由多个较薄油层构成的薄互层、原油粘度较大等情况，在常规射孔完井条件下空气很难注入，表现为注气压力持续升高，设计的注气速度和周期注气量无法实现。在注气速度和注气量无法保证的情况下，也就很难实现点火。即使勉强能够注入空气，也会因地层吸气能力限制导致注气时间长、累计注气量小、燃烧带扩展范围有限。

CN 103244092 A公开了一种强化火烧油层开采稠油油藏的方法，其通过交替注入空气及质量浓度为30～50％的双氧水段塞来实现强化燃烧，然而该技术需要密切监测产出气中氧气含量与产出流体温度变化，以避免双氧水在油层内分解产生过多氧气而引起爆炸的风险。

发明内容

本发明主要是针对低渗透的稠油油藏、薄层的稠油油藏、薄互层的稠油油藏开采困难的问题，提供一种改进的火烧油层吞吐开采稠油的方法，解决注入空气难的技术问题，扩大燃烧带扩展范围，提高产油量。

本发明提供了一种压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，该方法包括步骤：

(1)在油井套管射孔段对油藏实施水力压裂改造，在井筒两翼形成垂直人工裂缝，并加入压裂支撑剂充填裂缝；

(2)应用点火技术，使井底温度达到原油燃点温度，将油井油层点燃；

(3)向油井中连续注入空气；

(4)注空气结束后，焖井；

(5)开井回采原油。

本发明的方法中，步骤(1)中利用水力压裂在井筒两翼形成人工裂缝，通过人工裂缝改变井筒周围原来的径向渗流流向和渗流界面面积，大幅度提高火烧油层吞吐过程中点火阶段的注空气能力，可使火烧油层吞吐注入空气速度和单周期累计注入量较射孔完井情况下提高3倍以上。

现有火烧油层吞吐过程中燃烧带是以井筒为中心呈圆柱形向四周推进，如图1所示，其为现有射孔完井火烧油层吞吐方法各区带分布示意图，从里到外分别为充满空气的已然区、燃烧带、结焦带、蒸汽带、油墙以及原始油区，从图1中可看出，燃烧带以注气吞吐井为中心呈圆柱形向井的径向推进，一般燃烧带的推进半径不超过10m，其热前缘波及范围十分有限。而本发明中，如图2所示，其为本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法各区带分布示意图，从里到外同样分别为充满空气的已然区、燃烧带、结焦带、蒸汽带、油墙以及原始油区，但本发明在人工裂缝的辅助下，如图2所述，燃烧带是以注气吞吐井及其两侧所形成的垂直裂缝为中心以近似椭球型向周围推进，从而大幅度提高热前缘波及范围，在采油阶段可以有效提高单井产能2倍以上和延长稳产期。

根据本发明的具体实施方式，在所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法中，步骤(1)中所述水力压裂改造形成的裂缝的扩展高度为油层厚度，裂缝半长度为30～50m。在水力压裂形成人工裂缝后，加入的压裂支撑剂为陶粒或石英砂，支撑剂用量为30～70m³。更优选地，支撑剂的粒径为0.425mm～0.850mm。支撑剂的具体加入方式可以按照所属领域中任何可行的方法进行，本发明中优选施工中前采用高砂比加入支撑剂，砂比从10％～80％阶梯递增，达到最高砂比后加入顶替液4～8m³；施工排量3.0～4.2m³/min。优选地，在支撑剂充填裂缝后可在井筒内部采用筛管砾石充填完井，以进行防砂处理。

根据本发明的具体实施方式，在所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法中，步骤(2)中所述点火技术可以为现有技术中任何可行的点火技术，例如可选自电热点火、化学点火或自然点火。

根据本发明的具体实施方式，在所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法中，步骤(3)中注入空气的速度为6000～35000m³/d；当注入压力达到地层破裂压力以下2MPa时，停止注入空气；单周期累计注入量为30×10⁴～100×10⁴m³。本发明中，空气注入量较常规射孔可提高3倍以上。

本发明中，当采用点火技术点燃油层，并连续向地层注空气维持地层处于高温氧化(燃烧)状态时，由于人工裂缝的存在，燃烧带先沿着裂缝方向扩展，如图2所示，燃烧带的俯视图为一个狭长的椭圆形，当燃烧带贯穿裂缝长度后开始向垂直于缝面的两侧扩展，燃烧带及其热前缘的加热范围大大增加，通过跟踪数值模拟计算以及通过观察井温度监测资料分析，热前缘及烟道气前缘波及体积比现有火烧油层吞吐技术提高3倍以上，周期累产量提高3倍以上。

根据本发明的具体实施方式，在所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法中，步骤(4)中焖井时间为2～5天，优选为2～3天。

根据本发明的具体实施方式，在所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法中，步骤(5)开井生产的过程中，油层中的原油首先以平行流方式沿垂直于缝面方向进入裂缝，然后再从裂缝流入井筒，渗流阻力大大降低。

本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，特别适用于低渗透的稠油油藏、薄层的稠油油藏和/或薄互层的稠油油藏。

根据本发明的一具体实施方式，本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法是用于薄互层油藏的开采，在步骤(1)中，将薄互层的多层油藏射开，利于水力压裂改造产生的人工裂缝将多个油层同时沟通。本发明的方法由于对多个薄层组成的油藏能实现层间的有效贯通，可使得进一步火烧油层吞吐采油阶段单井产量较比射孔完井条件下提高。

根据本发明的具体实施方式，本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，适用油藏深度小于3300m，油层总厚度8m以上，油层渗透率大于100×10^-3μm²，原油粘度小于等于50000mPa.s，含油饱和度为50％以上。优选地，所述油藏深度700～2600m；油层总厚度8～25m；油层渗透率200×10^-3μm²～1500×10^-3μm²；原油粘度1000～50000mPa.s；含油饱和度50％～80％。

根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，还包括在注空气结束后向油井中注入氮气段塞或蒸汽段塞再进行焖井的过程。这样可以将油层中已燃区内的空气顶替到燃烧带，从而完全消耗已燃区内的氧气，降低回采过程中氧气浓度，实现安全回采。

综上所述，本发明提供了一种压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其具有以下优点：

1)解决了渗透低的稠油油藏、薄层的稠油油藏、薄互层的稠油油藏火烧油层吞吐过程中地层吸气能力能力不足、注空气困难的问题，通过人工裂缝不仅改变了燃烧带前缘的扩展方向，更大幅度提高了燃烧界面的面积，可使火烧油层吞吐注入空气速度和单周期累计注入量较射孔完井情况下提高3倍以上。

2)同等注气速度条件下，压裂辅助火驱吞吐注气过程中注入压力降低20％；在同等注气压力下注入空气速度可以提高3倍，有效缩短了无效(不产油)生产时间；而且注气速度提高后，有效保证了燃烧带前缘始终处于高温燃烧状态，提高了燃烧带峰值温度，使火烧油层过程中的原油高温裂解改质效果更加显著。

3)解决了渗透低的稠油油藏、薄层的稠油油藏、薄互层的稠油油藏火烧油层吞吐采油阶段单井产能低的问题；通过裂缝改善了地层渗流能力，同时对于多个薄层组成的油藏实现了层间的有效贯通，使得火烧油层吞吐采油阶段单井产量较射孔完井条件下提高2倍以上。

4)解决了渗透低的稠油油藏、薄层的稠油油藏、薄互层的稠油油藏火烧油层吞吐采油阶段供液能力和供液半径不足的问题。通过人工裂缝辅助，燃烧带扩展范围大大增加，热前缘及烟道气前缘波及体积比现有火烧油层吞吐技术提高3倍以上，周期累产量提高3倍以上。

附图说明

图1：现有技术射孔完井火烧油层吞吐方法各区带分布示意图。

图2：本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法各区带分布示意图。

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，现结合具体实例及附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。各实施例中未详细提及的步骤均可按照所属领域的常规操作进行。

实施例1

油藏1油藏深度800m；油层厚度19.6m；油层渗透率610×10^-3μm²；油层温度32℃；原油粘度5100mPa.s；原油密度0.9240g/cm³；含油饱和度58.9％；J₁、J₂井为该油藏上2口生产井，常规冷采产量低于经济极限产量。地层破裂压力为18MPa。

(1)对J₁井油层段套管进行射孔，并采用利用水力压裂技术压出40m长人工裂缝，在裂缝内充填压裂支撑剂。主要施工参数包括：累计加入粒径为0.425mm～0.850mm的陶粒40m³；前置液40m³；携砂液105m³；排量3.5m³/min；砂比阶梯递增，从10％～80％，达到最高砂比后加入顶替液5m³。J₂井采用常规射孔完井，不进行水力压裂改造。

(2)J₁、J₂井均利用电加热器将注入空气加热到400℃以上，持续注入4天实现点火。

(3)关闭J₁、J₂井点火器继续注入空气，注气压力达到16MPa时停止注气，J₁井累计注气60×10⁴m³，J₂井在注气压力达到16MPa前累计注气只能达到20×10⁴m³；可以看出J₁井的累计注入量为J₂井的3倍。J₁井最高注气速度33000m³/d，J₂井在注气压力达到16MPa前最高注气速度仅为10000m³/d，超过此速度压力持续升高，有造成地层破裂风险。

(4)注空气结束后，J₁注入8×10⁴m³的氮气段塞，J₂井注入3×10⁴m³氮气段塞，以防止回采氧气超标。两口井均在焖井3天后回采，J₁井初期峰值产量20t/d，平均单井产量12t/d，周期累产量1560t，有效生产时间130d。J₂井初期峰值产量9.6t/d，平均单井产量5.7t/d，周期累产量505t，有效生产时间89d。

从上述对比可以看出，采用本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法的J₁井无论是在累计注入空气、平均单井产量以及周期累产量均明显优于采用常规火烧油层吞吐的J₂井。

实施例2

油藏2油藏深度1200m；油层厚度分3个小薄层，总厚度11.2m；油层渗透率410×10^-3μm²；油层温度30℃；原油粘度4800mPa.s；原油密度0.9220g/cm³；含油饱和度55.9％。J₁₁和J₁₂井为油藏上2口生产井，常规冷采无产能。

(1)对J₁₂井的油层段套管进行射孔。

(2)J₁₂井采用利用水力压裂技术压出35m长人工裂缝，加入支撑剂30m³，3个薄油层实现上下贯通。具体施工参数包括累计加入粒径为0.425mm～0.850mm的陶粒30m³；前置液35m³；携砂液85m³；排量3.2m³/min；砂比阶梯递增，从10％～80％，达到最高砂比后加入顶替液5m³。

(3)J₁₂井利用电加热器将注入空气加热到400℃以上，持续注入4天实现点火。

(4)J₁₂井关闭点火器继续注入空气，注气压力达到18MPa时停止注气，累计注气45×10⁴m³m³。

(5)J₁₂井注空气结束后，注入6×10⁴m³氮气段塞，以防止回采时氧气浓度超标。

(6)J₁₂井焖井3天后回采，初期峰值产量12t/d，平均单井产量7.8t/d，周期累产量1160t。

同期，J₁₁因点火期间注气压力在1天后迅速超过18MPa，无法采用火烧油层吞吐方法生产。

从本实施例可以看出，由于J₁₁井注气难，导致压力超限，难以实现火烧油层吞吐的方法，采用本发明的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法的J₁₂井成功实现生产，而且累计注入空气、平均单井产量以及周期累产量都能达到很理想的效果。经实验室内旋转粘度计测定，J₁₂井产出原油粘度(在地层温度30℃下)平均为1650mPa.s，约为原始地层原油粘度的三分之一.产出原油与原始地层原油对比，饱和烃的含量从62.5％提高到69.5％，胶质和沥青质的含量从17.4％下降到14.9％，实现了高温裂解改质。

实施例3

油藏3油藏深度2600m；油层厚度分2个小层，总厚度14.2m；油层渗透率550×10^-3μm²；油层温度75℃；地层温度下脱气原油粘度22800mPa.s；原油密度0.9820g/cm³；含油饱和度67.9％。L₁和L₂井为油藏上2口生产井，常规冷采无产能。前期进行过超临界压力注蒸汽试采，平均日产量低于3t，无经济效益。地层破裂压力46MPa，地面压缩机最大注气压力35MPa。

(1)对L₁井套管射孔段采用利用水力压裂技术压出40m长人工裂缝，加入支撑剂35m³，2个油层实现上下贯通。具体施工参数包括累计加入粒径为0.425mm～0.850mm的陶粒35m³；前置液40m³；交联携砂液110m³；排量3.8m³/min；砂比阶梯递增，从10％～80％，达到最高砂比后加入顶替液5m³。

(2)对L₁井下泵回采，出油5天后停止抽油。

(3)对L₁井和L₂井实施注空气火烧油层吞吐。步骤为点火、注空气、注氮气段塞、回采。

试验结果：

(1)L₁井在注入压力达到压缩机极限注入压力前就完成了设计注入量60×10⁴m³，注气期间平均注入速度为35000m³/d，平均注入压力31.5MPa。

(2)L₂井在注入速度为15000m³/d的条件下第12天注入压力超过35MPa，无法继续注入，后将注气速度将为10000m³/d，又10天后注入压力超过35MPa。最终累计注气35×10⁴m³，只完成该井设计注气量的70％。

(3)L₁井峰值产量19t/d，平均单井产量12.8t/d，周期累产量1780t。L₂井峰值产量10.3t/d，平均单井产量5.8t/d，周期累产量810t。

Claims

1.一种压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，该方法包括步骤：

(3)向油井中连续注入空气；

(4)注空气结束后，焖井；

(5)开井回采原油。

2.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，步骤(1)中所述水力压裂改造形成的裂缝的扩展高度为油层厚度，裂缝半长度为30～50m。

3.根据权利要求1或2所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，在水力压裂形成人工裂缝后，加入的支撑剂为陶粒或石英砂，支撑剂用量为30～70m³；优选地，在支撑剂充填裂缝后并在井筒内部采用筛管砾石充填完井。

4.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，所述步骤(2)所述点火技术选自电热点火、化学点火或自然点火。

5.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，步骤(3)中注入空气的速度为6000～35000m³/d；当注入压力达到地层破裂压力以下2MPa时，停止注入空气；单周期累计注入量为30×10⁴～100×10⁴m³。

6.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，步骤(54)中焖井时间为2～5天。

7.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，所述油藏为低渗透的稠油油藏、薄层的稠油油藏和/或薄互层的稠油油藏。

8.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，所述油藏为薄互层油藏，在步骤(1)中将薄互层的多层油藏射开，并利于水力压裂改造产生的人工裂缝将多个油层同时沟通。

9.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，其中，所述油藏深度小于3300m，优选700～2600m；油层总厚度8m以上，优选8～25m；油层渗透率大于100×10^-3μm²，优选200×10^-3μm²～1500×10^-3μm²；原油粘度小于等于50000mPa.s，优选1000～50000mPa.s；含油饱和度50％以上，优选50％～80％。

10.根据权利要求1所述的压裂辅助火烧油层吞吐开采稠油的方法，该方法还包括在注空气结束后向油井中注入氮气段塞或蒸汽段塞再进行焖井的过程。