CN110863808B - 一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法 - Google Patents

Abstract

一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，首先将电加热管或电加热电缆以环状方式固定于带凹槽的隔绝管外，通过生产管柱下放至目标油藏部位，扩张隔绝管使加热管与生产套管紧贴，对近井地带的地层进行加热；加热距离达到预设值后，继续保持加热，并对加热功率进行调节，持续降低生产井附近区域稠油的粘度、流动阻力和流度比；启动普通稠油水驱开采过程，向注入井中注入驱替流体，驱替地层中的原油向生产井方向移动；流向生产井的原油、水和气体通过生产井中的举升装置举升到地面。本发明将热采与冷采方式相结合，降低了生产井近井区域的流动阻力和驱替指进，加快水驱的生产见效周期和稠油开采效率，提高最终采收率。

Description

一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法

技术领域

本发明涉及一种稠油开采方法，属于油田采油技术领域。

背景技术

稠油中含有较高比例的沥青和胶质组分，其地下粘度远高于常规原油(一般大于50mPa·s)， 导致稠油流动性差，开采难度高。但是，稠油粘度的温度敏感性很强，通常情况下，温度每 升高10℃能降低一半的原有粘度。因此，稠油的开采多使用热采的方式，如：蒸汽驱、蒸汽 吞吐、火烧油层、电加热等，对于粘度很大的超、特稠油(粘度大于10000mPa·s)尤为适用。 对于普通稠油(粘度小于10000mPa·s)，由于其本身具有一定的流动性，可以直接利用高压 流体驱替的方式进行开采，如水驱方法开采。相比于热采的方式，水驱稠油开采技术成本低， 施工较为简单，开采过程不涉及热扩散效率、热损失等传热问题，无需在现场布置锅炉等用 于加热水或者产生蒸汽的设备，前期投资小，因此水驱在普通稠油开采中应用较广。

然而，水驱稠油技术在实际生产中仍存在一些问题：一是生产见效较慢，初期产量低。 其主要原因是流体在生产井附近从油层内的整体流动变为流向生产井的径向流，生产井井筒 面积远小于地层垂直截面面积，因此近井区域的地层流动阻力大，导致油产量低；二是水驱 稠油过程中，由于驱替流体(水)与被驱替流体(稠油)之间的流度比高，在驱替压力梯度 下容易产生粘性指进。对于水驱稠油过程，其流度比远大于1，且生产井区域的压力梯度很 大，加之实际储集层的非均质性，水驱稠油过程中，生产井附近的粘性指进现象会更为严重。 指进前沿与生产井一旦发生连通，容易导致过早的驱替突破，驱油效率将大幅度降低，最终 导致油层动用程度不均匀，严重影响波及效率和最终采收率。

对于普通稠油水驱采收率低的问题，中国专利(申请号201010622259.1及201410407879.1) 提出了利用人造泡沫或者凝胶进行封堵的方法，来提高水驱过程中的波及效率。针对稠油开 采生产见效慢的问题，中国专利(申请号201611187914.9)提出了通过在双水平井组合的蒸 汽辅助重力泄油开采过程中，启动阶段在注入井和生产井利用电加热棒加热油藏的方法，加 快注入井与生产井的连通、提前切换至蒸汽辅助重力泄油(SAGD)阶段以达到加速生产的 效果。中国专利(申请号201510794640.9)提出了一种利用电能开采稠油的方法：在直井中 布置偶极天线，通电加热地层水，降低油藏稠油粘度，在重力作用下原油流向底部的水平井 并产出，以达到减少能量损耗、用水量及环境污染的效果。中国专利(申请号201821146620.6) 提出了一种利用电加热辅助的重力泄油装置，通过就地电加热的方法来产生高温蒸汽，驱动 稠油的重力泄油过程，同时改善水平井SAGD的动用不均匀问题。然而，上述这些专利技术 只是涉及到单一的稠油热采或者冷采方式，不能同时解决普通稠油冷采开采过程中见效慢、 指进严重和波及系数低的难题。

发明内容

为了解决上述问题，结合申请人对水驱稠油技术的原理认知及现场操作经验，本发明提 出一种生产井井底电加热增强水驱效率的稠油开采方法，通过在生产井特定范围内施加电加 热的方式来提高生产井附近油层的温度，降低近井区域的流动阻力和驱替指进，加快水驱的 生产见效周期和稠油开采效率，提高最终采收率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，包括以下步骤：

步骤一、将电加热管或电加热电缆以环状排布的方式固定于带凹槽的隔绝管外，通过生 产管柱下放至目标油藏部位，扩张隔绝管使加热管与生产套管紧贴，热量通过生产套管向四 周均匀扩散，对近井地带的地层进行加热，加热功率和时间需要根据预先测量的油藏热扩散 系数进行调节，以降低生产井附近区域稠油的粘度、流动阻力和流度比；隔绝管主要起绝缘、 隔热、防漏的作用；扩张时，利用液压扩张器进行局部扩张；

步骤二、加热距离达到预设值后，继续保持加热，并对加热功率进行调节，持续降低生 产井附近区域稠油的粘度、流动阻力和流度比，进而降低驱替粘性指进现象的影响；对加热 功率按照产出液的流量进行调整，具体设定可按以下公式进行：

P＝Q_vC_v(T_f-T_res)+Q_r

其中P为加热功率，Q_v为产出液体积流量，C_v为产出液比热容，T_res为油藏温度，T_f为产出流体温度温度，Q_r为向油藏的加热功率，油藏加热区温度稳定后，这部分热量主要用于弥补油藏上下盖层的热损失。

步骤三、启动普通稠油水驱开采过程，向注入井中注入驱替流体，驱替流体在注入压力 与地层压力之间压差下向生产井推进，驱替地层中的原油向生产井方向移动；流向生产井的 原油、水和气体通过生产井中的举升装置举升到地面，由于近井区域的预先加热和持续加热 的作用，近井区域的流动阻力能一直保持在较低的水平，从而加快了稠油产量的上升，地层 稠油在驱替流体的驱替下通过生产井连续产出。

进一步的，所述电加热方式是热传导式的电阻加热或者感应式的电磁、微波，加热电源 可采用单相或三相供电。

进一步的，步骤一中，加热功率和时间按以下公式确定：

根据定点热源非稳态传热过程，离热源位置L处升温至温度T所需时间t可计算如下：

其中

为预先测量的油层平均热扩散系数，以表征不同孔隙度和含水率的油层热扩散能 力，T_res为油藏温度，T_s为电加热装置的表面温度。

进一步的，在注入井中注入的驱替流体是水、气体、聚合物中的一种或其组合。

进一步的，所述预设值即为电加热距离，控制在生产井周围0.5～5米的范围内。加热后 的区域流动阻力低，而低阻力流动面积与加热的距离成正比，加热的范围越大，驱替的阻力 就越小，这个数值需要根据现场稠油的粘度来计算确定需要减小的阻力的比例。按照普通稠 油的粘度，加热0.5～5米的范围可以将原有的驱替阻力降低5％～20％。

进一步的，加热方式根据生产需要，采取连续加热或者间歇式加热方式。

上述采用水驱替方式开采的大部分稠油为普通稠油(技术背景里已定义)，在地层初始 温度下具有一定的流动能力，生产井不需要维持太高的温度，可以根据需要调节，一般维持 在50-150℃之间。

上述方法可应用于不同类型注入井与生产井的井组组合，可以是垂直注入井与垂直生产 井、垂直注入井与水平生产井、水平注入井与水平生产井等，表明，本发明应用范围较广。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明的创新点在于将热采技术和冷采技术结合起来，兼顾了普通稠油冷采(如水驱等) 开采成本低的优点，同时又将热能利用到效率最高的生产井，提高油井产量和驱替效率。

1、把热能用到最需要热量的地方，在驱替过程前和驱替过程中对生产井附近油层加热， 降低了原油粘度和原油流动阻力，缓解了生产井附近的由于流动截面迅速变小导致流动阻力 大和投产困难的问题，加快了生产井的见效周期，提高了原油产量；2、由于增加了稠油在生 产井附近的流度，降低了流度比，大大提高了驱替前沿在接近生产井附近区域的稳定性，减 缓了粘性指进现象，提升了油藏驱替的波及效率和最终采收率；3、克服了纯粹井下电加热开 采方式中，主要依靠地层天然能量(地层压力、热膨胀等)驱替，有效开采范围小，采收率 低的缺点；4、对于普通稠油油藏，加热温度要求不高，一般在50-150℃之间，仅加热生产井 周围0.5～5米内的区域，同时加热设备的安装和运行较为简单，因此投资成本增幅较小。由 于提高了油井产量和最终采收率，达到改善普通稠油总体开采经济效益的目的。

附图说明

附图1是电加热装置与生产套管结合的侧视示意图。

附图2是电加热装置与生产套管结合的俯视示意图。

附图3是典型垂直注入井-垂直生产井水驱稠油开采过程的侧视示意图。

附图4是典型垂直注入井-垂直生产井水驱稠油开采过程的俯视示意图。

附图5是电加热增强水驱应用于垂直注入井-垂直生产井稠油开采过程的侧视示意图。

附图6是电加热增强水驱应用于垂直注入井-垂直生产井稠油开采过程的俯视示意图。

附图7是典型垂直注入井-水平生产井水驱稠油开采过程的俯视示意图。

附图中的编码分别为：1为柔性电加热管或加热带，2为生产井套管，21为带凹槽的柔 性隔绝管，22为绝热石棉层，31为稠油油层，32为油层底部，33为油层顶部，34为垂直注入井，35驱替前期界面，36为驱替界面主要前进方向，37为驱替后期界面，38为粘性指进 突破，39为垂直生产井，310为产出液，311为井下举升装置，312为生产油管，51为电加 热装置，52为电加热装置电源线，53为电加热装置产生的热量，54为电加热热传导界面，71 为水平生产井。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

为了使电加热热量均匀向生产井附近的地层扩散，多根柔性电加热管1呈环状紧贴于生 产井套管2，如图1所示。本发明中，通过添加带凹槽的柔性隔绝管21的方式来达到此效果， 如图2所示。首先，带凹槽的柔性隔绝管21外表面有一层绝热石棉层22，带凹槽的柔性隔 绝管21为中空以便于通过生产油管和举升装置等设备。安装时，柔性电加热管1以卡箍的方 式固定于隔绝管外表面的非凹槽处，固定完毕后，下至生产井套管2中的目标位置。然后隔 绝管内通过扩管装置，使得柔性电加热管1紧贴于生产套管2，扩管前，柔性电加热管1距 离生产套管2内壁一般小于1厘米。带凹槽的柔性隔绝管21外表面凹槽的厚度为柔性电加热 管1厚度的二分之一。此凹槽的作用在于，当需要将加热装置取出时，只需要将扩管后的带 凹槽的柔性隔绝管21旋转5～30°，在生产套管2与柔性电加热管1之间的摩擦力作用下，柔 性电加热管1相对生产套管2静止，只有带凹槽的柔性隔绝管21发生旋转，使得柔性电加热 管1位于带凹槽的柔性隔绝管21的凹槽位置，此时即可将带凹槽的柔性隔绝管21取出，柔 性电加热管1也可以取出。再次安装时，只要重复安装步骤即可。图1和图2展示了本发明 中电加热装置的排布、安装、拆卸的关键。

典型的水驱普通稠油开采过程如图3所示。一般而言，通过垂直注入井34向稠油油层 31注入水，在注入压力与地层压力之间压差的作用下，稠油被驱替，逐步形成驱替前期界面 35，生产井的产出液310主要为稠油。通过井下举升装置311和生产油管312将产出液举升 至地面。随着驱替开采过程的进行，驱替前期界面35沿驱替界面主要前进方向36前进。由 于油层的非均质性，且驱替流度比大于1，驱替后期界面37容易产生粘性指进。当粘性指进 与生产井产生连通，形成粘性指进突破38，此时垂直生产井39中的产出液310成分为油水 混合物。典型的水驱稠油开采过程俯视图如图4所示。粘性指进突破38的产生会导致油层动 用效率低，影响最终采收率。

实施例1：如图5所示，本发明应用于稠油开采中，按下述方法进行：向垂直生产井39 的油套环空中按前述电加热装置的安装过程放入电加热装置51，通过电加热装置电源线52 与供电设备连接；电加热装置产生的热量53向垂直生产井39周围扩散，使得附近3米内地 层升温至100℃以上。根据定点热源非稳态传热过程，离热源位置L处升温至温度T所需时 间t可计算如下：

其中

为预先测量的油层平均热扩散系数，以表征不同孔隙度和含水率的油层热扩散能 力，T_res为油藏温度，T_s为电加热装置的表面温度。根据上述公式，可估算或调控预热时间。 以直径为4.5英寸(114.3mm)的管径为例，垂直生产井39附近的低阻力流动截面在加热前 后之比为114.3²:3000²＝1:689，因此，水驱过程在垂直生产井39附近的压力损失可大幅度降 低。

加热距离达到预设值后，继续保持加热，与此同时，垂直注入井34一端注入水，驱动地 层原油通过垂直生产井39内的井下举升装置311举升至地面，实现稠油连续生产。此时垂直 生产井39内的产出液310主要为稠油。在电加热装置51的加热下，附近区域的流动阻力降 低。因此相比无电加热的传统水驱稠油过程，应用本发明后的初期产量即可成倍提升。随着 水驱稠油开采过程的进行，驱替前期界面35沿驱替界面主要前进方向36推进。水驱替中后 期，在电加热装置51的加热下，垂直生产井39附近的驱油流度比降低，从而驱替界面能以 更均匀、稳定的方式向生产井前进，有效减少驱替指进现象。本发明应用于稠油开采过程的 俯视示意图如图6所示。整个水驱稠油过程中，生产井的产量均较为稳定。需要注意的是， 生产过程中，随着稠油的驱替和产出，生产井附近的热量会被带走，当生产井附近加热带温 度稳定和忽略向周围地层的热损失后，电加热装置51的加热功率需按照产出液的流量进行调 整，具体设定可按以下公式进行：

P＝Q_vC_v(T_f-T_res)+Q_r

其中P为加热功率，Q_v为产出液体积流量，C_v为产出液比热容，T_res为油藏温度，T_f为产出流体温度温度，Q_r为向油藏的加热功率。

本实施例取得的技术效果与传统水驱稠油相比，初期产量更大，整体产量也更高和更稳 定，驱替过程中的粘性指进现象可明显减少，提高了生产效率和最终采收率。

实施例2：本发明同样可应用于垂直注入井-水平生产井井组组合方式的稠油开采，如图 7所示。本实施例的过程与实施例1相似，取得的技术效果同实施例1取得的技术效果，同 样可提高初期水驱稠油产量，减少驱替后期的粘性指进现象。

综上所述，本发明所述电加热增强水驱效率的稠油开采方法，将热力开采和注冷流体驱 替的机理和优点相结合。通过在生产井附近特定范围内施加电加热的方式，使得水驱稠油开 采过程见效周期缩短，开采效率提高；利用电加热的热扩散，使得生产井附近的驱替前沿更 稳定，粘性指进现象减少，提高波及体积，从而有效地提高了水驱稠油开采的效率和最终采 收率。

Claims (6)

1.一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将电加热管或电加热电缆以环状排布的方式固定于带凹槽的隔绝管外，通过生产管柱下放至目标油藏部位，扩张隔绝管使加热管与生产套管紧贴，热量通过生产套管向四周均匀扩散，对近井地带的地层进行加热；

步骤二、加热距离达到预设值后，继续保持加热，并对加热功率进行调节，持续降低生产井附近区域稠油的粘度、流动阻力和流度比，进而降低驱替粘性指进现象的影响；对加热功率按照产出液的流量进行调整，具体设定可按以下公式进行：

P＝Q_vC_v(T_f-T_res)+Q_r

其中P为加热功率，Q_v为产出液体积流量，C_v为产出液比热容；T_res为油藏温度，T_f为产出流体温度；Q_r为向油藏的加热功率；

步骤三、启动普通稠油水驱开采过程，向注入井中注入驱替流体，驱替流体在注入压力与地层压力之间压差下向生产井推进，驱替地层中的原油向生产井方向移动；流向生产井的原油、水和气体通过生产井中的举升装置举升到地面，由于近井区域的预先加热和持续加热的作用，近井区域的流动阻力能一直保持在较低的水平，从而加快了稠油产量的上升，地层稠油在驱替流体的驱替下通过生产井连续产出。

2.如权利要求1所述的一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，其特征在于，所述电加热方式是热传导式的电阻加热或者感应式的电磁、微波，加热电源可采用单相或三相供电。

3.如权利要求1所述的一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，其特征在于，步骤一中，加热功率和时间按以下公式确定：

根据定点热源非稳态传热过程，离热源位置L处升温至温度T所需时间t计算如下：

其中

为预先测量的油层平均热扩散系数，以表征不同孔隙度和含水率的油层热扩散能力，T_res为油藏温度，T_s为电加热装置的表面温度；erfc()为误差函数；L表示离热源的距离，t表示离热源位置L处升温至温度T 所需时间。

4.如权利要求1所述的一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，其特征在于，在注入井中注入的驱替流体是水、气体、聚合物中的一种或其组合。

5.如权利要求1所述的一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，其特征在于，所述预设值即为电加热距离，控制在生产井周围0.5～5米的范围内。

6.如权利要求1所述的一种电加热增强水驱效率的稠油开采方法，其特征在于，加热方式根据生产需要，采取连续加热或者间歇式加热方式。

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