一种利用石蜡介质开采油砂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种利用石蜡介质开采油砂的方法，属于油砂开采领域。
【背景技术】
[0002] 油砂又称为渐青砂或焦油砂，即含有渐青或焦油的砂或砂岩，是非常规石油资源 之一。油砂中的原油粘度高，必须通过加热或稀释W便流动。
[0003] 根据油砂矿的不同条件，国际上通常采取的开采方式有露头开采、就地开采W及 其他方式开采，其中前两种为主要的开采方式。就地开采方式包括出砂冷采技术、蒸汽吞 吐和蒸汽驱技术W及蒸汽辅助重力泄油技术、地下水平井注气体溶剂萃取油砂技术等等， 其中W蒸汽吞吐和蒸汽驱技术W及蒸汽辅助重力泄油技术为主要的开采方式，其原理主要 是通过高温过热水蒸汽携带热量，通过与含油砂地层接触热交换，软化渐青使之流动被采 出。使用水作为热量载体开采油砂，存在能耗高、水耗大和环境不友好等缺点。首先，生产过 热水蒸汽能耗巨大，燃料主要为天然气、煤炭或渐青残渣，燃料成本高，二氧化碳排放量大， 此外，由于水蒸汽潜热不高，携带同样热量需要消耗大量淡水，从地面到井下的输送过程中 热量损失严重，对于埋藏较深，地质条件复杂的油藏，水蒸汽可能未到达含油地层就部分冷 凝，或者受到地下水影响，导致热量损失较大，加热周期过长，严重时导致驱油失败。
[0004] 电加热是另一种发展中的油砂就地开采技术。目前的电加热技术尚未解决井下局 部温度过高、温度场不均匀、和热量损失过大、加热周期过长等问题，同时，大量电力消耗成 本过高也是限制该一技术商业化的根本原因。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于开发一种开采油砂的新方法，W避免现有技术中利用水作为热 量载体，在地面使用锅炉生成蒸汽通过管路输送到油层，导致油砂开采过程中能耗高、能量 损失大、水耗大和不环保等缺陷，同时克服电加热开采油砂过程中温度过高、温度场不均匀 和热量损失过大、加热周期过长等问题。
[0006] 为达上述目的，本发明提供一种利用石蜡介质开采油砂的方法，该方法包括至少 一个周期的如下步骤：
[0007] (1)在油井井筒内油藏段设置中屯、管，中屯、管外部设置套管，在垂直方向上套管的 下沿高于或等于中屯、管的下沿，套管下沿与中屯、管管壁之间密封连接，中屯、管与套管之间 所形成的环形空间用于容纳液态水；中屯、管上端设置通汽孔，其位置高于中屯、管与套管之 间环空内液态水的工作液面；中屯、管下端设置水蒸汽出汽孔，其位置低于套管下沿与中屯、 管管壁之间密封连接处；
[000引并且，井筒与套管之间的环空是用于容纳石蜡介质；且设置有能将石蜡介质加热 的加热系统；
[0009] (2)在井筒与套管之间的环空内注入石蜡介质，维持油层压力，通过加热系统将 石蜡介质加热；在中屯、管与套管所形成的环形空间内持续注入液态水；使石蜡介质与液态 水换热产生水蒸汽，水蒸汽通过中屯、管通汽孔进入中屯、管、并从出汽孔流出与油藏接触换 执. "一，
[0010] (3)当水蒸汽的注入量达到油田蒸汽驱周期供热要求后，停止加热通水，炯井3? 15天后开始采油。
[0011] 根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，本发明 所述的"至少一个周期"指的在利用本发明的方法进行一次采油后，可重复本发明所述的方 法的步骤多次注入蒸汽再次采油。
[0012] 根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，步骤（2) 的目的在于持续产生水蒸汽，步骤（2)中所述的"通过加热系统将石蜡介质加热"与"在中 屯、管与套管所形成的环形空间内持续注入液态水"的先后顺序不作限定，亦即无论是先加 热后注入液态水，还是先注入液态水后加热均包含在所述的步骤（2)中。
[0013] 根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，其中，中 屯、管的内径为35?60mm，其长度为15?25m ;套管的内径为55?100mm，其长度为15? 25m ;套管下沿与中屯、管管壁之间密封连接处离中屯、管下沿的距离为80?120mm，通汽孔距 中屯、管上沿的距离为40?60mm处，水蒸汽出汽孔离中屯、管下沿的距离为40?60mm。
[0014] 本发明采用了不溶于水、潜热高的石蜡介质为储热材料和传热介质，由于石蜡相 变潜热大，释放热量稳定，能保持蒸汽生成的稳定性，减少水的消耗，使油砂就地开发能在 干旱缺水的沙漠等环境下实施。
[0015] 石蜡是石油中的低价值副产品，不溶于水，挥发性小，不污染地下水和大气，辅助 改质设备可从油砂渐青中提取，使用现有溶剂脱蜡工艺生产，脱蜡后的油砂渐青改质油品 质更高，具备较强的经济性，并且所得石蜡可循环注入新开辟的油井内，或储备备用。
[0016] 根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，所述的 石蜡介质为粗石蜡，其烙点高于所处油藏地层温度20°c W上，优选烙点为50°c W上的石蜡 介质。粗石蜡价格低廉，其杂质含量和油含量只要不影响正常生产即可。例如本发明所述 的石蜡可选自中石化荆口石化52#?58#全精炼石蜡或半精炼石蜡、70#、80#、85#石蜡，其 中的数字52、58、70、80、85分别对应不同的烙点，可根据井位情况和实际生产需求，选择不 同的牌号。
[0017] 更进一步，为了提高石蜡的导热系数和相变洽，改善蜡结晶的晶核形态，可对多种 牌号的工业粗石蜡产品进行复配，即采用混合粗石蜡为加热介质，还可W实施一定程度的 改性，添加微量分散剂和/或添加剂，添加比例为（W质量百分含量计算）；在石蜡介质内 添加了重量比为1/100000?1/1000的分散剂和/或重量比为1/100000?1/1000的添 加剂的改性石蜡，其中所述的添加剂为金属材料、石墨、交联树脂高分材料和/或纳米材料 等，改性后的石蜡其烙点也应高于所处油藏地层温度20°C W上，优选烙点为50°c W上的改 性石蜡。相关的现有技术可参见"石蜡基复合相变储能材料的研究进展"（朱虹、王继芬等， 上海第二工业大学学报，2009, 26 (3) ; 188-192)。
[001引根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，在井筒 与套管之间的环空内注入石蜡介质的深度为20?30m，体积为2?4m3;液态水的工作深度 为20?25m，体积为2?3m 3。
[0019] 根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，其中，所 述方法还包括部署自动控制系统并利用自动控制系统控制加热系统能量（例如电能）的输 入、液体水的输入与水蒸汽的输出，使该方法稳定进行。具体的，所述的自动控制系统可包 括在石蜡介质顶部、套管内侧和底部设置传感器，监测石蜡介质W及液态水的相态和温度； 在水蒸汽出汽孔设置传感器，监测水蒸汽出汽孔输出的水蒸汽的干度、速度和压力。还可进 一步包括自动控制系统工作站。本发明的自动控制系统中的各部件均可采用现有技术设 备，例如可使用热敏电阻测量温度，祸街流量计测定水蒸汽流量，传感系统可应用压电应力 式传感器，其可靠性高，可在-20°C?+250°C的工作温度范围内工作。所述的自动控制工作 站可根据速度流量计和温度传感器实时采集的数据，在控制软件中进行计算，转换为对电 流强度和注水速度的调节，采用PID控制阀的动作来控制加水流量，W及蒸汽生产的速度， 达到系统的稳定运行。更具体的自动控制系统可W根据化工自动化领域的现有技术设计。
[0020] 根据根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，其 中，水蒸汽出汽孔输出的水蒸汽的干度为40%?100%，优选60%?100% ;水蒸汽出汽孔 输出的水蒸汽的速率与注入液体水流率基本相等，范围为100?200m3/d ;优选地，步骤（2) 中维持油层压力5MPa?8MPa。
[0021] 根据本发明的【具体实施方式】，在所述的利用石蜡介质开采油砂的方法中，所述的 部署加热系统具体是在油井内石蜡介质段部署加热导线，连接电能使石油介质加热。加热 系统通常包括逆变器、电流控制单元和储能设施等。电能可W为外网电能提供，也可W由太 阳能或风能提供，本发明优选由太阳能或风能提供，利用太阳能或风能较常规电能具有如 下优势：太阳能或风能为绿色可再生能源，不会产生二氧化碳排放和含硫氮烟气等环境污 染；将太阳能或风能储存在石蜡介质中，W石蜡介质加热液体水，由于石蜡相变的热量缓释 效果可W削弱白天和黑夜等波峰波谷，从而利用太阳能或风能可将不稳定的能源应用于油 砂的开采中；太阳能或风能可W就地利用相应的发电设备生产，无需架设相应的外网电力 输送线；发电设备可对油田抽油累供电或连接储能装置储电；加热井停止生产蒸汽，转化 为地下储能设施；整个油藏枯竭结束生产后，发电设备转为集中电站，并网发电。
[0022] 本发明的利用石蜡介质开采油砂的方法，主要是用于开采油砂中的原油。
[0023] 具体实施时，通常根据地质勘探和储量评估结果，按照五点或九点钻井法部署加 热井和生产井，将本发明所述的方法相应的套管、中屯、管等实施本发明方法的相应部件部 署在井筒内，通常将本发明的油井作为加热井，W在含油地层形成围绕生产井的温度梯度 场；
[0024] 根据油砂性质评价和地层矿床勘测结果，设定加热和生产周期，计算需要输入地 层的热量，和对应需要的电力功率，按当地太阳能和风能资源分布，计算每口加热井需要配 备的光伏电池组件或风力发电机数量、功率；
[0025] 根据含油地层温度、地层渗透率和含油油砂性质，计算需要注入加热井的石蜡量， 和加热、生产期间的逸散速度，设定每口加热井的补充周期；
[0026] 根据整个矿区的能耗预测结果，计算需要匹配的储能设施功率，W应对电力生产 的波峰波谷，和极端天气下系统的无功补偿需求；通常储能设施可配备一定的冗余，W满足 电力生产的扩展性。储能设施合理的功率范围为满足矿区所有加热井5-10天电能消耗为 宜；
[0027] 部署整套加热系统后，注入石蜡并密闭井口，维持油层压力，进入加热周期，持续 注入淡水，监测石蜡相变情况，自动调整输入功率和水流量，保持系统整体运行稳定和平 衡；系统稳定的注汽压力为5MPa?8MPa、注汽干度为40 %?100%，优选干度为60 %? 100% ;注汽速率根据实际油藏加热驱替的要求而定，通常单井的注汽速率与液体水流率相 等，范围为100?200m3/d ;
[002引在生产井监测地层压力、温度和其他参数，达到生产条件后，适量降低加热功率， 维持地层温度，停止注水，将电能转而进行抽油累作业、油水分离和渐青输送存储等其他操 作；
[0029] 当生产井无法继续作业时，暂停抽油，继续开始下