CN105019874A - 一种利用空腔气体循环加热的采油方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用空腔气体循环加热的采油方法，包括油层的空腔气体进入加热设备进行加热；然后将加热后的空腔气体注入油层后，进行采油的步骤。本方法中，加热设备产生的烟气可同时注入油层，且一部分空腔气体进入加热设备作为加热设备的燃料使用，形成一套循环加热系统。本发明利用空腔气体对油层加热后进行采油的方法，具有采油成本低、无需水资源、污染水处理成本低、压力和温度可调、采油的油气比高、收率高的优点。

Description

一种利用空腔气体循环加热的采油方法

技术领域

本发明涉及采油技术领域，具体地说，涉及一种利用空腔气体循环加热的采油方法。

背景技术

在目前的陆地或海上油田中，许多油层，由于其含有胶质、沥青质和长链石蜡成份比重较大，具高粘度和高凝固点特性，造成原油在储层和井筒中的流动性变差，尤其是达到稠油量级的一类油层，其开采难度大，采收率低。稠油指地层条件下，黏度大于50毫帕·秒，或在油层温度下脱气原油黏度为1000～10000毫帕·秒的高黏度重质原油。稠油黏度高、密度高、含轻质馏分少，开采困难。

但同时，研究发现，这一类油层往往具有敏感的粘温性，近年来发展起来的热采技术备受关注，成为国内外提高石油采收率领域的研究热点。

纵观现有的热采技术，当前热力提供多为蒸汽作热流体，对设备要求苛刻、产生蒸汽耗能高、锅炉占地空间大、热量损失多，对井深较大、空间或承重受限及受气候条件影响明显油田，技术实施难度大。

此外，在油井或井组使用蒸汽吞吐或蒸汽驱进行开采时，开采成本高、水资源浪费严重、需要污染废水处理成本高。高成本、高污染限制了以蒸汽作为流体热化学采油方式的发展。

油藏的空腔处有气体，其气体成分含天然气或石油伴生气，也可称为油田气或伴生气在此我们将油藏的空腔处的气体统称为空腔气体。通过研究发现，利用空腔气体对油层加热后进行采油可克服蒸汽流体的缺点。

该方法具有：采油成本低、无需水资源、污染水处理成本低、压力和温度可分别进行调控、采油的油气比高、收率高的特点。

因此，本发明提出一种利用空腔气体循环加热的采油方法。

发明内容

为了解决目前稠油开采存在的的问题，本发明提供一种优化的利用空腔气体循环加热的采油方法，其具体的技术方案如下：

一种利用空腔气体循环加热的采油方法，包括如下步骤：将石油油层中的空腔气体导入加热设备进行加热；然后将加热后的空腔气体注入油层后，进行采油。

进一步地，所述空腔气体由加热设备加热至80℃～900℃。

进一步地，同时将氮气、二氧化碳、水蒸汽、惰性气体中的一种或多种通入井下，进行井下调压和/或加热并采油。

进一步地，采油初期油层没有空腔气体的，将氮气、二氧化碳、水蒸汽、惰性气体中的一种或多种通入井下，进行井下调压和/或加热并采油；待到空腔形成后利用空腔气体进行井下调压和/或加热。

进一步地，采油初期油层没有形成空腔气体的，首先使用现有的采油方法进行采油；待到空腔气体形成后利用空腔气体进行井下调压和加热。

进一步地，油层的空腔气体通过井管进入气液分离器进行气液分离，气液分离后，液体进入集油器，空腔气体进入加热设备进行加热；液体进入集油器之前经油水分离器进行油水分离；空腔气体进入加热设备之前由集气容器进行储存。

进一步地，一部分空腔气体进入加热设备作为加热设备的燃料使用。

进一步地，所述石油包括轻质石油、稠油、页岩油、油砂、沥青、干酪根中的一种或多种。

进一步地，所述加热设备产生的烟气同时被注入油层。

进一步地，所述油层中放置催化剂容器，催化剂容器内放置催化剂；所述催化剂容器为表面开孔容器，石油可以通过开孔流入和流出催化剂容器。

本发明所提供的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，具有以下优点：

本发明利用空腔气体作为热的载体实现对油层加热，具有很好的增加油品流动性及驱油的效果。本发明利用空腔气体作为热的载体，起到代替蒸汽吞吐或蒸汽驱的作用。因为本发明利用空腔气体作为热的载体代替水蒸气，因而不需要使用水来产生水蒸气；可以起到节约水资源、减少热采油的生产工序、减少后期污水处理成本、降低采油生产成本的效果。

蒸汽吞吐或蒸汽驱技术通过向油藏注入水蒸汽对油藏进行加热，水蒸气放热后冷凝成为水，水积在油藏里成为底边水，影响采油收率。因为本发明不向油藏注入水蒸气，与蒸汽吞吐或蒸汽驱技术相比会减少油藏底边水，具有提高有效生产期、提高油气比、提高采收率的效果。

水蒸气的温度和压力之间互相影响，油藏内的压力和温度较难根据生产需要进行独立调整，存在压力和温度互相制约的缺点。本发明使用空腔气体作为热的载体，空腔气体的压力和温度之间没有必然的联动关系，因而本发明具有温度可调、压力可调的优点。可以根据生产需要任意设定最佳压力和最佳温度。油藏低压高温有利于油向井底汇集；高压高温利于油的开采。可以通过调整空腔气体加热温度进行采油，达到提高采油收率的效果。

本发明可以采用恒压方式进行加热，也可以通过根据加热阶段和采油阶段对压力的不同需求采用变压方式进行加热，提高油的采收率。本发明可以采用恒温方式进行加热，也可以通过根据不同加热阶段和不同采油阶段对温度的不同需求采用变温方式进行加热，提高油的采收率。

本发明注入井下的热载体为空腔气体，与水蒸气相比具有气体体积不因液化而气体体积变小的优点、井下压力易调控的优点，在代替蒸汽驱技术时具有驱油效果高的优点。

蒸汽吞吐或蒸汽驱存在因蒸汽的冷凝造成的井下排水的问题，同时蒸气吞吐或蒸汽驱蒸汽的注入压力和温度互相制约，存在根据需要单独调整温度或压力困难的问题。和蒸汽吞吐或蒸汽驱相比，本发明既不存在因蒸汽的冷凝造成的井下排水的问题，加热的温度和压力也可以根据需要分别进行调整，与蒸汽吞吐或蒸汽驱技术相比具有热效率高，生产工艺调整灵活、调整范围广的优点。

本发明一部分空腔气体进入加热设备作为加热设备的燃料使用，加热设备产生的烟气同时被注入油层，可以起到部分代替利用火驱（火烧油）对油层加热的作用。

附图说明

图1为本发明实施例1中利用空腔气体循环加热的采油方法的示意图；

图2为本发明实施例2中利用空腔气体循环加热的采油方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的一种利用空腔气体循环加热的采油方法作进一步详细的说明。

在油井或井组使用蒸汽吞吐或蒸汽驱进行开采时，存在开采成本高、水资源浪费、需要污染废水处理成本的缺点。油层的空腔处有气体，即空腔气体。其气体成分含天然气或石油伴生气，也称为油田气或伴生气。空腔气体主成分为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质。本发明提供的利用空腔气体对油层加热的方法具有：采油成本低、无需水资源、污染水处理成本低、压力和温度可调、采油的油气比高、收率高的特点。

实施例1：

本发明可以应用于吞吐式采油，也可以应用于驱油式采油。为便于说明，本实施例以驱油式为例进行说明。

空腔气体的采集井管和注入井管和采油井管和烟气注入井管可以利用套管实现共用一根或几根井管，也可以分别使用独立井管。本实施例中，以独立井管为例进行说明。

从图1中可以看出，一种利用空腔气体循环加热的采油方法，利用压力差将油层30内的空腔气体经分离器1初步进行气液分施后，通过抽气井管2进入加热设备11。压力差既可以是油藏压力与大气气压的差，也可以是利用外力制造的压力差。空腔气体被加热设备11加热成高温气体后经2#压缩机23加压重新注入油层30。油层被加热后，油的流动性增加，更易于向井底汇集，有利于提高采油效率。油汇集后，用抽油机26将汇集到井底的石油抽取。采油时可根据需要调整注气压力，以便于采油。抽取后的石油可以与加热设备的助燃空气进行换热，提高热效率。

实施例2：

本实施例同样以驱油式为例进行说明。参照图2，利用压力差将油藏4中的空腔气体通过抽气井管2进入进行气液分离器6。抽取后利用采样装置3对空腔气体进行采样，掌握氧含量以确保生产安全。上述压力差既可以是油藏压力与大气气压的差，也可以是利用外力制造的压力差。

分离后的液体中如水分含量不高可直接进入集油器8，分离后的液体中如水分含量高，则先进入到油水分离器7进行油水分离，分离后的油进入集油器8，分离后的水可集中到储水装置10，分离后的水可以注入井下，或净化处理后排放，水如果注入井下可单独设井管或利用抽气井管2、注气井管27、烟气井管28的任意井管进行注入。分离后的水注入井下不会增加井下的水的总量，不存在影响环境的问题；如净化处理后排放的话，与使用蒸汽驱或蒸汽吞吐技术相比需要处理的水量少，成本低，与蒸汽驱或蒸汽吞吐相比本发明具有环保性好的特点。

一部分空腔气体作为加热设备的燃料，进入加热设备11使用，加热设备也可使用其如煤炭、油、生物质能源等其他燃料进行加热，或采用非燃烧加热方式进行加热，如电加热、等离子加热、热泵加热、地热、太阳能加热等方式。采用空腔气体作为加热设备的燃料进行加热的模式使得本发明和本设备具有能源的自我供给功能，基本不需要外部能源的优点。

其余的空腔气体一部分进入集气容器18储藏，另一部分空腔气体经压缩机17进行增压后进入加热设备11被加热成高温气体。1#压缩机17也可以设计在加热设备11后部，对高温气体进行增压。储藏在集气容器18的空腔气体一部分可以当作产品进入集气管线10或产品气容器。

可设置集气容器18储存空腔气体，用于井下压力的调整的储备气体，富余的空腔气体可以作为产品进入可燃气体的集气管线19系统。

根据开采对象不同以及采收目的不同，空腔气体加热温度可根据开采需要加热到80℃到900℃之间，例如对粘度较低的油藏进行加热时可以加热到100℃左右，对一般稠油油藏进行加热时可以加热到350℃左右，以开采燃气为目的对可油砂或燃有机岩加热时可以加热到600℃以上以提高轻质烷烃和氢的收率。对油藏空腔较大或贯通型空腔加热温度要适当提高，反之要适当控制温度不宜过高，以确保收率的最合理化。加热温度控制可由自动化控制系统完成，加热设备11可安装防爆控制系统、安全报警系统、防爆阀、安全阀。

加热后的高温气体经输送管14、龙门16、膨胀弯头15、注气井管27被注入到油藏4，对油藏进行加热。高温的空腔气体进入注入井管，注入井管底端可设置喷嘴，以提高高温空腔气体在油藏及空腔的流动性，提油藏的高热交换效率。

抽气井管2、注气井管27、烟气井管28、采油井管29的套筒内可以使用隔热油管，也可以使用伴热井管。可以使用垂直管，除此之外倾斜管、横管、弯管、或前述四种井管的组合均可采用，井管的角度和形状可根据现场工况和需要确定。

油藏可放置催化剂容器24，催化剂容器24内放置油品裂解裂化用催化剂，催化剂容器为表面开孔容器，石油可以通过开孔流入和流出催化剂容器，达到催化目的，催化剂容器可以设置一个或多个。利用空腔气体携带的热量和空腔气体的流动的能量，在油藏4进行石油的裂化反应和裂解反应；同时利用空腔气体中的低碳烷烃和氢对裂化和裂解后的油品进行重整处理，实现在油藏中的油品进行降粘的目的，提高油品的附加价值。

可以将界面活性剂或碱加入到油藏的方法与本发明共用，利用空腔气体高干度的优点，提高界面活性剂或碱在油品中的浓度，以达到降低油品粘度的目的；因为使用水蒸气加热会使油藏底边水量增加，水量增加会使界面活性剂或碱溶解到水中的量增加，减少油品中有效作用的界面活性剂或碱的比例，造成生产成本升高的缺点，所以本发明和向油藏添加界面活性剂或碱的方法合并使用的方法界面活性剂或碱的有效使用率高，采油成本得以降低，其效果优于水蒸汽加热时使用界面活性剂或碱的方法和直接使用使用界面活性剂或碱的方法。

加热设备11可以使用电加热或等离子加热热泵加热、地热、太阳能加热等或使用如煤炭、油、生物质能源等燃烧燃料的方式进行加热。使用燃烧方式进行加热时，加热设备排放的烟气可以注入到油藏；注入时可以与空腔气体利用同一井管注入，也可以与空腔气体利用不同井管分别注入。

本发明的加热设备11产生的烟气可注入到油藏，这种方式可以实现除通过设备保温层造成的散热热损失之外，加热设备11的产生热量全部输送到油藏4的效果，设备热效率高，能有效控制采油成本。加热设备11产生的烟气经过储气装置21后经2#压缩机23增压后进入烟气井管28进入到油藏4，对进行加热。加热范围为油藏加热区30，涵盖抽气井管2、注气井管27、烟气井管28、抽油机26所在区域。油层被加热后，石油流动性增加，更易于向井底汇集，有利于提高采油效率。油汇集后，用抽油机26将汇集到井底的石油抽取。采油时可根据需要调整注气压力，以便于采油。

井下油藏4和空腔5可以安装温度传感装置和压力传感装置，信息采集到地面。压力和温度的控制可由自动化控制系统完成。

对油藏进行加热时，可根据需要调整注气压力和温度，以便于油的汇集。调整压力时，可利用集气容器18所保存的空腔气体进行调整。空腔气体不足时，经由惰性气体入口25可补充氮气或二氧化碳或水蒸汽或惰性气体进行井下调压和加热。

在充分利用烟气中热量的同时，烟气中含有的少量的氧可在井下与油藏4的油或空腔的可燃气体产生氧化反应，放出热量；这种方法与稠油火驱的原理近似，有利于提高油藏的采收率。在实施本发明的同时，仅需将烟气压缩到油藏，与稠油火驱技术相比本发明具有成本低的优点。烟气注入时可以和井管2、27、29共用井管，也可以单独使用井管。

由抽油机26抽取到的石油进入分离器6，进行气液分离，分离后的液体如水分含量不高则直接进入集油器8；如水分含量高，则分离后的液体进入到油水分离器7进行油水分离，分离后的油进入集油器8。

分离后的水可集中到储水装置10，分离后的水可以注入井下，或净化处理后排放。经气液分离器6分离后的空腔气体进入集气容器18，与经由抽气井管2得到的空腔气体合流。

现有的蒸汽加热技术或火驱技术应用在边远井时，由于附近没有可燃气体管网，可燃气体回收成本高，存在可燃气体做对空排放或空烧处理，浪费较大。本发明应用在边远井上时，空腔气体的一部分用作加热设备的燃料，其余的空腔气体当作热量载体返回井下，无需对空排放。在油田采油后期，可在较短时间内将空腔气体集中进行收集并商品化处理，具有节能高效的优点。

本发明既可以单独使用，又可以和蒸汽加热油藏的方法并用，还可以与氮气、二氧化碳、惰性气体加热油藏的方法并用，还可以和化学开采发并用。采油初期油层没有形成空腔气体的，可以氮气、二氧化碳、水蒸汽、惰性气体中的一种或多种进行井下调压和加热并采油；待到空腔形成后利用空腔气体进行井下调压和加热。或者对于采油初期油层没有形成空腔气体的，首先使用现有的采油方法进行采油；待到空腔气体形成后利用空腔气体进行井下调压和加热。

本发明可以应用在单井上，以可以应用在一个或一个以上的生产井组上。本发明可以应用在石油的开采上，包括轻质石油、稠油或应用在页岩油、油砂、沥青、干酪根上等各种希油油藏的开采上、或应用在对可燃有机岩进行加热开采可燃气体上，具有应用面广的优点。

本发明既可以应用在新建油井上，又可以用于现有油井的改造。应用于现有油井的改造时，现有井管与抽油机无需改动，只需增加加热设备11和附属设备即可完成改造，具有改造周期短、改造成本低、现有设备利用率高的优点。

Claims (10)

1.一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：包括如下步骤：将石油油层中的空腔气体导入加热设备进行加热；然后将加热后的空腔气体注入油层后，进行采油。

2.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：所述空腔气体由加热设备加热至80℃～900℃。

3.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：同时将氮气、二氧化碳、水蒸汽、惰性气体中的一种或多种通入井下，进行井下调压和/或加热并采油。

4.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：采油初期油层没有空腔气体的，将氮气、二氧化碳、水蒸汽、惰性气体中的一种或多种通入井下，进行井下调压和/或加热并采油；待到空腔形成后利用空腔气体进行井下调压和/或加热。

5.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：采油初期油层没有形成空腔气体的，首先使用现有的采油方法进行采油；待到空腔气体形成后利用空腔气体进行井下调压和加热。

6.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：油层的空腔气体通过井管进入气液分离器进行气液分离，气液分离后，液体进入集油器，空腔气体进入加热设备进行加热；液体进入集油器之前经油水分离器进行油水分离；空腔气体进入加热设备之前由集气容器进行储存。

7.根据权利要求6所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：一部分空腔气体进入加热设备作为加热设备的燃料使用。

8.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：所述石油包括轻质石油、稠油、页岩油、油砂、沥青、干酪根中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：所述加热设备产生的烟气同时被注入油层。

10.根据权利要求1所述的一种利用空腔气体循环加热的采油方法，其特征在于：所述油层中放置催化剂容器，催化剂容器内放置催化剂；所述催化剂容器为表面开孔容器，石油可以通过开孔流入和流出催化剂容器。