专利名称：一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的采油方法
技术领域：
本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的采油方法。
背景技术：
现有的采油方法主要包括注空气火烧油层或低温氧化方式加热油层，或者注蒸汽方法加热油层，驱替原油流向生产井。火烧油层方法是注入空气进入油层，在井下下入电加热器，加热注入的空气，使油层中原油燃烧，待油层燃烧起来后，停止加热，持续注入空气，维持油层中燃烧产生热量，使原油蒸馏气化从而被注入的气体驱动的技术。注蒸汽的方法所注入的是饱和蒸汽，通过饱和蒸汽来加热油层。饱和蒸汽是指蒸汽中还有水存在， 其温度与压力相关，蒸汽压力越高温度越高(在大气压下是100°c，在4兆帕压力时温度在 250°C左右)，该方法利用注入的饱和蒸汽的热量加热原油使之粘度降低，并且驱动原油到生产井，由于饱和蒸汽不能引发水热放热反应，因此不能在油层中产生新的热量，需要不断提供蒸汽来加热原油，所需的蒸汽量很大，驱油效率低。通过上述分析可知，现有技术的方法存在很大的缺陷注空气火烧原油的成本很高，注气量有限难以达到要求，同时非常容易形成窜流；注饱和蒸汽方法存在需要的蒸汽量大、驱油效率低的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的方法，通过将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，然后注入饱和蒸汽，或者直接注水，维持高温前缘扩展，可以提高驱动原油的效率，并通过水热放热反应改善原油的品质，解决了现有技术所需的空气或蒸汽量大以及采油效率低的问题。为了实现上述目的，本发明实施例提供一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的采油方法，所述方法包括通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应， 产生高温前缘；所述高温蒸汽的温度高于引发所述水热放热反应的临界温度；在确定高温蒸汽注入油层达到预设时间范围时，通过所述注入井向油层连续注入预定量的饱和蒸汽或水，维持所述高温前缘的扩展。所述通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应包括在所述注入井中单独注入蒸馏水，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的蒸馏水为所述高温蒸汽，将所述高温蒸汽注入油层引发水热放热反应。所述通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应还包括在所述注入井中注入空气，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的空气，形成400°C到 600°C之间的高温空气进入油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧；待燃烧维持了 10天到10年之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成400°C到 600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展，引发水热放热反应。
所述通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应还包括通过所述注入井向油层内注入粘度在500到5000毫帕秒之间的稠油，然后洗井；注入空气，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的空气，形成400°C到600°C之间的高温空气进入油层加热近井的油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧；待燃烧维持了 10天到100天之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成400°C到600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展，弓I发水热放热反应。所述预设时间范围为1天到100天之间；所述预定量的饱和蒸汽为每天20-2000 吨；所述预定量的水为每天1-2000吨。本发明实施例的有益效果在于，本发明实施例通过水热放热反应来驱替原油，水热放热反应是高温水蒸汽与原油发生复杂的脱硫、脱氮、加氢、开环以及水煤气转换等一系列反应，该反应产生大量的热，生成大量的烃类气体、氢气、二氧化碳和一氧化碳，并且对原油进行改质。由于生热量巨大，一旦引发反应，只要持续提供水蒸汽，放热反应即可以持续下去，并在油层中形成不断扩展的高温前缘。实验证明其高温前缘半径每天至少扩大0. 8 米，这是非常大的速度。在前缘驱扫过的区域由于高温的蒸馏作用，原油中大部分组分会成为气态，从而被驱走，油层驱油效率很高。这种反应需要的蒸汽量小于常规蒸汽驱，但是驱油效率远远高于蒸汽驱。与火烧油层相比，在燃烧面积扩大到一定程度后，注入空气 量难以满足要求，但是，注入水蒸汽维持高温前缘扩展不存在困难。因此具有很高的经济效益、采收率和采油速度。
图1为本发明实施例的方法整体流程图；图2是采油施工的注入井和生产井布置平面示意图；图3是井底加热设备的示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的方法，该方法将高温水蒸汽注入油层引发水热放热反应，在油层中产生大量的热，然后注入饱和蒸汽，或者直接注水，维持高温前缘扩展，从而实现采油目的，这是一种提高油藏的采收率和开发效果的采油方法。高温前缘是指水热放热反应不断生热使高温区体积越来越大，该高温区域扩展所形成的边缘。由于水热放热反应生热量巨大，一旦引发反应，只要持续提供水蒸汽，放热反应即可以持续下去，在油层中形成不断扩展的高温前缘。实验证明其高温前缘半径每天至少扩大0.8米，这是非常大的速度。在前缘驱扫过的区域由于高温的蒸馏作用，原油中大部分组分会成为气态，从而被驱走，驱油效率很高。和现有技术相比，本发明的水热放热反应需要的蒸汽量小于现有技术的常规蒸汽驱，但是驱油效率远远高于常规蒸汽驱。现有技术的火烧油层方式，在燃烧面积扩大到一定程度后，注入空气量难以满足要求，但是，本发明的注入水蒸汽维持高温前缘扩展不存在困难，因此具有很高的经济效益、采收率和采油速度。同时，水热放热反应生成大量的烃类气体、氢气、二氧化碳和一氧化碳，氢气和原油形成加氢反应后可以对原油改质提高品质，并使原油中汽油、柴油等有用成分增加。本发明实施例的一种实施方法是对注入的蒸馏水加热来获得高温蒸汽。具体地 在注入井下入电热器，同时注入适量水，在井底产生530°C以上蒸汽注入地层即可引发水热放热反应。530°C是在试验中测得的引发水热放热反应的临界温度。高温蒸汽只是在引发水热放热反应时需要，一旦水热放热反应被引发，其产生的热量足以使饱和蒸汽和水成为高温蒸汽，因此，一旦引发水热放热反应后，加热器就停止工作了。引发水热放热反应后，注入饱和蒸汽，或者直接注水，维持高温前缘扩展。本发明实施例的另一种实施方法是火烧油层后注入饱和蒸汽来获得高温蒸汽。该方法同样可以引发水热放热反应，但是对不同的原油和地层，火烧油层的温度不同，因此要区别对待。对于确定火烧油层温度大于530°C (由温度计测出)的可以在进行火烧一段时间后，再注饱和蒸汽。而对于火烧温度可能低于530°C的油藏，在点火之前向油层内注入一些较稠的原油，然后点火，确定燃烧正常后，立即注饱和蒸汽，此时油层内燃烧区的温度肯定高于530°C，可以引发水热放热反应。如前述火烧油层点火时在井下下入电加热器，加热注入油层的空气，根据对原油实验的结果，当注入油层的温度达到某一值后，比如450°C，原油就会燃烧起来，燃烧的温度会达到600°C以上。通过点火时根据进入油层空气的温度就可以判断燃烧是否正常。本发明采用的具体技术方案是在油田采油区块有注入井和周围的生产井，注入井连接有注入饱和蒸汽以及注入普通水和蒸馏水的设备，或者注入井连接有注入饱和蒸汽以及注入普通水和空气的设备，或者注入井连接有注入饱和蒸汽、原油以及注入普通水和空气的设备，注入井连接有电加热设备可以在井底加热注入地层的蒸馏水，或加热注入地层的空气。生产井连接有采油设备。首先，注入高温蒸汽进入油层。注入高温蒸汽的方法有以下三种方法1、先从油管注入蒸馏水，油管套管空间用封隔器封死，同时在井下装备电加热器，加热注入的蒸馏水，通过温度计控制蒸汽温度在530°C以上，以不烧毁电热器为原则， 温度越高越好。高温蒸汽进入油层加热近井的油层。方法2、先注入空气，同时在井下装备电加热器，加热注入的空气，通过温度计控制形成400°C到600°C之间的高温空气进入油层加热近井的油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧，待燃烧维持了 10天到10年之间注入蒸汽，蒸汽在燃烧后的高温油层内形成400°C到600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展。火烧油层开发原油的时间与油藏的特性有关，在有些油田火烧油层可以获得很好的采出原油的效果，时间可以延续长一些，在有些油藏火烧油层的效果不好，就及早转入水热方式采油。方法3、先向油层内注入粘度在500到5000毫帕秒之间的稠油，然后洗井，然后注入空气，同时在井下装备电加热器，加热注入的空气，形成400°C到600°C之间的高温空气进入油层加热近井的油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧，待燃烧维持了 10天到100天之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成400°C到 600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展。然后，在确定高温蒸汽注入油层1天到100天之间，利用上述设备通过注入井向油层连续注入饱和蒸汽或水(此时加热器停止工作)。注蒸汽量为每天20-2000吨，注水量每天 1-2000 吨。
图1为本发明实施例的方法整体流程图，如图1所示，该方法包括S101、通 过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，产生高温前缘； 所述高温蒸汽的温度高于引发所述水热放热反应的临界温度；S102、在确定高温蒸汽注入油层达到预设时间范围时，通过所述注入井向油层连续注入预定量的饱和蒸汽或水，维持所述高温前缘的扩展。其中，SlOl可以包括在所述注入井中单独注入蒸馏水，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的蒸馏水为所述高温蒸汽，将所述高温蒸汽注入油层引发水热放热反应。其中，SlOl还可以包括在所述注入井中注入空气，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的空气，形成400°C到600°C之间的高温空气进入油层，使油层燃烧， 在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧；待燃烧维持了 10天到10年之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成400°C到600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展，引发水热放热反应。其中，SlOl还可以包括通过所述注入井向油层内注入粘度在500到5000毫帕秒之间的稠油，然后后洗井；注入空气，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的空气，形成400°C到600°C之间的高温空气进入油层加热近井的油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧；待燃烧维持了 10天到100天之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成400°C到600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展，引发水热放热反应。本发明实施例的井底电加热器加热蒸馏水、气体使用的设备、工艺参数、注入井的结构布置等都是成熟技术，不属于本发明保护范围。注入工艺参数包括压力、温度、流速、时间等。本发明实施例的有益效果在于，本发明实施例通过水热放热反应来驱替原油，水热放热反应是高温水蒸汽与原油发生复杂的脱硫、脱氮、加氢、开环以及水煤气转换等一系列反应，该反应产生大量的热，生成大量的烃类气体、氢气、二氧化碳和一氧化碳，并且对原油进行改质。由于生热量巨大，一旦引发反应，只要持续提供水蒸汽，放热反应即可以持续下去，并在油层中形成不断扩展的高温前缘。实验证明其高温前缘半径每天至少扩大0.8 米，这是非常大的速度。在前缘驱扫过的区域由于高温的蒸馏作用，原油中大部分组分会成为气态，从而被驱走，油层驱油效率很高。这种反应需要的蒸汽量小于常规蒸汽驱，但是驱油效率远远高于蒸汽驱。与火烧油层相比，在燃烧面积扩大到一定程度后，注入空气量难以满足要求，但是，注入水蒸汽维持高温前缘扩展不存在困难。因此具有很高的经济效益、采收率和采油速度。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1 某油田一个区块，油层深度在1000米，油层温度30°C，油层厚度10米，原油粘度 2000毫帕秒，已经进行过蒸汽吞吐衰竭式生产。这种开发原油的方式是向一口井注入一定量的常规水蒸汽，然后就在这口井采油。水蒸气进入油层，加热近井的原油，原油被加热后粘度降低，可以顺利被采出。生产一段时间近井地带温度降低，产量减少，再注蒸汽开始新一轮过程。经过几轮后，油层的压力降低，产量减少，称为衰竭式开发。油层压力在衰竭式生产后为4兆帕。采收率25%，油田产量降低。决定开展将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，然后注入饱和蒸汽的采油方法。参阅图2。第一步完善采油区井网，采用九点井网，注入井11在中间，周围有8 口生产井12，8 口生产井12成矩形排列。注入井11距较近的生产井12有100 150米，距较远的生产井2有140 212米。本实施例是距较近的生产井12有100米，距较远的生产井12有140米。注入井连接有注入饱和蒸汽以及注入蒸馏水的设备，注入井连接有电加热设备，生产井连接有采油设备。第二步参阅图3，向注入井注入蒸馏水，流量60公斤/小时。井底电热器将蒸馏水加热为高温蒸汽，加热器的功率50至70千瓦可调，通过温度计控制蒸汽温度在530°C以上，以不烧毁电热器为原则，温度越高越好。高温蒸汽注入油层。其中，图3中各标号的含义为1-电缆、2-隔热油管、3-蒸馏水注入口、4_套管、5-注入的蒸馏水、6-封隔器、7-地层、8-高温蒸汽、9-加热器、10-温度计。第三步高温蒸汽注入油层10至30天。第四步停止加热和注入蒸馏水，通过蒸馏水注入口向油管内注入饱和蒸汽。注蒸馏水是为了配合加热器产生高温蒸汽，减少结垢。注入普通水是反应形成后，注入油层，在油层内的高温下形成蒸汽，在油层中结垢影响不大。实施例2 某油田一个区块，油层深度在1000米，油层温度30°C，油层厚度10米，原油粘度 400毫帕秒，已经进行过蒸汽吞吐衰竭式生产。油层压力在衰竭式生产后为4兆帕。采收率 25%，油田产量降低。决定开展将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，然后注入饱和蒸汽的采油方法。参阅图2。第一步完善采油区井网，采用九点井网，注入井11在中间，周围有8 口生产井12，8 口生产井12成矩形排列。注入井11距较近的生产井12有100 150米，距较远的生产井12有140 212米。本实施例是距较近的生产井12有100米，距较远的生产井12有140米。注入井连接有注入蒸汽以及注入蒸馏水的设备，注入井连接有电加热设备，生产井连接有采油设备。第二步参阅图3，通过蒸馏水注入口向注入井注入2000毫帕秒原油，注入量10 至100吨。第三步洗井，将井筒中原油清洗干净。第四步通过蒸馏水注入口向井下注空气，注气量2至6方/分(标准状态下体积)，井底电热器将空气加热为高温空气，功率50至70千瓦可调，通过温度计控制空气温度在450°C以上，以不烧毁电热器为原则，温度越高越好。高温空气注入油层。第五步高温空气注入油层10至30天，进行火烧原油。第六步停止加热和注入空气，向油层内注入饱和蒸汽。实施例3 某油田一个区块，油层深度在1000米，油层温度30°C，油层厚度10米，原油粘度20000毫帕秒，已经进行过蒸汽吞吐衰竭式生产。油层压力在衰竭式生产后为4兆帕。采收率25%，油田产量降低。决定开展将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，然后注入饱和蒸汽的采油方法。参 阅图2。第一步完善采油区井网，采用九点井网，注入井11在中间，周围有8 口生产井12，8 口生产井12成矩形排列。注入井11距较近的生产井12有100 150米， 距较远的生产井2有140 212米。本实施例是距较近的生产井12有100米，距较远的生产井12有140米。注入井连接有注入蒸汽以及注入蒸馏水的设备，注入井连接有电加热设备，生产井连接有采油设备。第二步参阅图3，通过蒸馏水注入口向井下注空气，注气量2至6方/分(标准状态下体积)，井底电热器将空气加热为高温空气，功率50至70千瓦可调，通过温度计控制空气温度在450°C以上，以不烧毁电热器为原则，温度越高越好。高温空气注入油层。第三步高温空气注入油层10至30天。第四步停止加热，继续注入空气，注气量逐渐增加(增加幅度属成熟技术，不属于本发明范围)。第五步持续注入空气50天至300天。火烧油层的温度与油层的具体状况有关， 在某些油田火烧油层的温度很高，这样直接注入常规蒸汽就可以引发水热放热反应，而有些油田火烧油层的温度不足以引发水热放热反应，因此在点火之前，需要向油层中注入燃烧温度高的原油，这样点火燃烧后，这部分注入的原油燃烧温度很高，然后，注入常规蒸汽， 即可引发水热放热反应，原油粘度越高燃烧温度越高。第六步停止注空气，向油管内注入饱和蒸汽。实施例4 某油田一个区块，油层深度在2000米，油层温度50°C，油层厚度10米，原油粘度5 毫帕秒，已经进行过衰竭式和注水生产。油层压力为12兆帕。采收率25%，油田产量降低。 决定开展将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，然后注入饱和蒸汽的采油方法。参阅图2。第一步完善采油区井网，采用九点井网，注入井11在中间，周围有8 口生产井12，8 口生产井12成矩形排列。注入井11距较近的生产井12有150米，距较远的生产井12有212米。注入井连接有注入饱和蒸汽以及注入空气的设备，注入井连接有电加热设备，生产井连接有采油设备。第二步参阅图3，通过蒸馏水注入口向注入井注入2000毫帕秒原油，注入量10 至100吨。第三步洗井，将井筒中原油清洗干净。第四步通过蒸馏水注入口向井下注空气，注气量2至6方/分(标准状态下体积)，井底电热器将空气加热为高温空气，功率50至70千瓦可调，通过温度计控制空气温度在450°C以上，以不烧毁电热器为原则，温度越高越好。高温空气注入油层。第五步高温空气注入油层10至30天。第六步停止加热和注入空气，向油管内注入饱和蒸汽。前述四个实施例阐述了不同的状况。实施例1、不经过火烧油层直接注入高温蒸汽引发水热放热反应。实施例2、油层中粘度500毫帕秒的原油火烧油层可能形不成高于 530°C的高温，所以需要注入2000毫帕秒的原油，进入油层，高粘度原油燃烧产生温度肯定高于530°C，在这个高温下注入常规蒸汽可以形成高于530°C的高温蒸汽。实施例3、油层中粘度20000毫帕秒的原油火烧油层肯定形成高于530°C的高温，所以不需要注入原油而是直接进行火烧油层，然后注入常规蒸汽。实施例4、前3个实施例原油都属于稠油范围，本实例油层中是5毫帕秒的原油，属于稀油，稀油与稠油的开发方式是不同的，稠油一般需要加热油层，而稀油不需要加热油层。本实例是为了表述在稀油油层虽然一般不采用油层加热方式开采，但是利用水热放热反应开发依然是可行的。在需要的时候，可以实施水热放热反应开发。 以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。以上具体实施方式
仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
权利要求
1.一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的采油方法，其特征在于，所述方法包括通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，产生高温前缘；所述高温蒸汽的温度高于引发所述水热放热反应的临界温度；在确定高温蒸汽注入油层达到预设时间范围时，通过所述注入井向油层连续注入预定量的饱和蒸汽或水，维持所述高温前缘的扩展。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应包括在所述注入井中单独注入蒸馏水，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的蒸馏水为所述高温蒸汽，将所述高温蒸汽注入油层引发水热放热反应。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应还包括在所述注入井中注入空气，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的空气， 形成400°C到600°C之间的高温空气进入油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧；待燃烧维持了 10天到10年之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成 400°C到600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展，引发水热放热反应。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应还包括通过所述注入井向油层内注入粘度在500到5000毫帕秒之间的稠油，然后后洗井；注入空气，通过所述注入井的井下装备的电加热器加热注入的空气，形成400°C到 600°C之间的高温空气进入油层加热近井的油层，使油层燃烧，在油层燃烧之后继续注入空气维持燃烧；待燃烧维持了 10天到100天之间注入饱和蒸汽，饱和蒸汽在燃烧后的高温油层内形成 400°C到600°C之间的高温蒸汽向油藏深部扩展，引发水热放热反应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时间范围为1天到100天之间； 所述预定量的饱和蒸汽为每天20-2000吨；所述预定量的水为每天1-2000吨。
全文摘要
一种将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应的采油方法，所述方法包括通过油田的注入井将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，产生高温前缘；所述高温蒸汽的温度高于引发所述水热放热反应的临界温度；在确定高温蒸汽注入油层达到预设时间范围时，通过所述注入井向油层连续注入预定量的饱和蒸汽或水，维持所述高温前缘的扩展。该方法通过将高温蒸汽注入油层引发水热放热反应，然后注入饱和蒸汽，或者直接注水，维持高温前缘扩展，可以提高驱动原油的效率，并通过水热放热反应改善原油的品质。
文档编号E21B43/24GK102359365SQ20111026198
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者于斌, 关文龙, 刘双卯, 刘玉章, 宋新民, 李晓玲, 李松林, 李秀峦, 梁金中, 江航, 沈德煌, 王伯军, 王冰, 王春雨, 王红庄, 王道富, 罗建华, 聂凌云, 蒋有伟, 郭二鹏, 陈亚平, 韩大匡, 韩静, 马德胜 申请人:中国石油天然气股份有限公司