专利名称：稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法
技术领域：
本发明是关于石油开采领域中稠油油藏的开采方法，尤其涉及一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法。
背景技术：
稠油油藏通常采用注蒸汽热力采油的方法进行开采，但对于非均质较强的稠油油藏，单纯的注蒸汽容易引起汽窜；同时，对于油藏埋深大于1500米的深层和超深层稠油油藏，注入的蒸汽从井口到地下油层途中的沿程热损失非常大，蒸汽干度通常不到40%，极大降低了蒸汽的比容，造成蒸汽波及的油藏体积减小，热效率降低。为了改善强非均质、深层以及超深层稠油油藏的开发效果，近十几年来，国内在气体泡沫驱方面开展了大量的室内 研究和现场试验。稠油油藏的气体泡沫驱指的是在蒸汽中添加氮气、CO2等非凝析气体，同时添加一定浓度的表面活性剂作为起泡剂与气体同时注入油层。通常，在油藏压力、深度条件下蒸汽与非凝析气的体积比例设定为I : 1，表面活性剂的浓度为O. 5%左右(表面活性剂与蒸汽冷水当量的质量比)。在注入油层的过程中，表面活性剂溶液与蒸汽和非凝析气由于在井筒内摩擦产生起泡，到井底呈泡沫状注入油层，因此称为气体泡沫驱。室内实验表明，由于泡沫的封堵作用，气体泡沫驱技术可以明显抑制非均质储层的气体汽窜，扩大注入介质的波及体积；同时由于非凝析气的作用，在深层、超深层稠油油藏条件下，单位质量注入介质的体积相比纯蒸汽而言大大增加，有效抵消了蒸汽干度损失的不利条件，明显扩大了深层及超深层稠油油藏中的波及体积，相比单纯注蒸汽开采技术可以提高10%以上的采收率。但在实际的现场试验过程中，由于泡沫在油层多孔介质中的流动为孔隙渗流，流态稳定，流动速度远远低于在井筒内的管流，因此气泡动态产生的频率远远小于气泡动态破灭的频率，加上油层岩石表面对表面活性剂的吸附作用，大量的气泡在近井地带10米范围内消失，注入的气体泡沫重新变为气液两相流，由于气相的流动速度远远大于液相，因此气体的滑脱效应明显，气窜频率增加，气体泡沫驱在实际油藏中改善单纯蒸汽驱汽窜的作用大打折扣，辽河、新疆稠油油藏的现场试验表明，气体泡沫驱相比蒸汽驱提高采收率仅2 3% ;此外，由于表面活性剂成本较高，因此在提高采收率幅度较低的情况下，经济优势并不明显。据上所述，气体泡沫驱在实际油藏中之所以泡沫大量破灭，气窜大量发生，开发效果大打折扣的最重要原因在于，在油层孔隙中流态稳定，造成气泡动态产生的频率小于气泡破灭的频率，从而气泡不断减少，因此，要在油层中不断产生气泡，则需要创造一个气泡不断产生的非稳态流动环境。CN1190151A公开了一种谐波井下振动驱油系统，其发明的目的是在于设计出一种能够广泛应用于人工地震采油的井下区块震源。其技术方案是在井口设计了一个由四立柱直列并列式组合弹簧支承振动台一偏心振动机构成的单振子系统，把一个相当于杆弹簧的重锤振动管下入井中，悬挂在振动台上并与井底保持一定悬空距离，构成一个井下重锤随井口振动台振动而振动的_■兀质量弹黃振动系统。在地面调节井口偏心振动机的驱动频率，使它与二元质量弹簧振动系统的自振频率发生共振，此时，井下重锤振幅达到最大，不断猛烈锤击人工井底，在低速带以下的深井地层中形成一个人工地震波源，使人工地震波波及范围内几十口油井的产量受地震波影响而增加，达到区块振动增油的目的。该发明的优点是1)井口无振动，无环境污染问题，对地面操作人员的健康以及地面建筑物没有任何影响，可大面积推广；2)系统机械效率高，能耗低；3)井下谐波振动驱油系统的油层处理深度几乎不受限制，符合油田开发向深层发展的趋势。但该发明存在有三个主要问题一是该发明仅针对谐波井下振动驱油系统的硬件装备和工作原理进行了描述，对其在油田现场实际使用过程中的具体操作参数、操作实施步骤并未详细量化说明；二是该发明没有说明该谐波井下振动驱油系统在使用过程中，油井采用何种井网、井距、井型进行生产，是否需要外加驱替介质注入油层中， 是否需要注入井等；三是在无注入驱替介质的情况下，即在无外加驱动力的情况下，由于油层本身岩石孔隙内表面的润湿性作用，以及细小喉道的毛管力的捕集作用，仅仅依靠地震产生的地震波，很难将井间的原油驱替到油井井底。因此，该发明仅适用于作为一种增油方式，而非驱油系统。由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，以解决常规气体泡沫驱过程中流态稳定、气窜快等问题；同时解决常规谐波井下振动驱油系统在无外加注入介质时无法有效实现驱油等问题。本发明的另一目的在于提供一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，可以在常规气体泡沫驱基础上，进一步提高采收率，经济效益明显好于常规气体泡沫驱。本发明的目的是这样实现的，一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，在同一油层内的油层下部部署处于同一平面内且相互平行的水平注入井和水平生产井，在相邻的水平注入井和水平生产井之间部署多口垂直井，该垂直井下钻至油层顶部，在垂直井井筒内下入谐波井下振动驱油系统；从水平注入井连续注入气体泡沫，同时启动垂直井的谐波井下振动驱油系统，不断在油层中产生谐波地震波，使得进入到油层孔隙空间内的气体泡沫在地震波的作用下产生持续振动，并对气体泡沫流体产生强烈的挤压和剪切作用，大量气泡与孔隙内表面不断碰撞，分裂成为众多的具有较高流动能力且对孔隙的气阻效应弱的小气泡，小气泡进入油层深部驱替井间的原油，由此提高稠油油藏的采收率。在本发明的一较佳实施方式中，所述开采方法包括以下步骤(I)在稠油油藏开采区域内设置水平注采井网，在同一油层内设置一对注入井和生广井;(2)在相邻注入井和生产井的水平段之间设置2 4 口垂直井作为震源井；(3)在垂直井内安装谐波井下振动驱油系统；(4)打开谐波井下振动驱油系统开关，开始产生连续的井下振动；(5)向水平注入井中连续注入气体泡沫；
(6)生产井开井连续生产。在本发明的一较佳实施方式中，在步骤(3)和步骤(4)之间，使用垂直井口的电子调频器调节驱油系统振动的驱动频率，使其与系统的自振频率发生共振。在本发 明的一较佳实施方式中，所述稠油油藏是指地下原油粘度大于100厘泊的稠油油藏。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(I)中，所述相邻注入井和生产井的水平段处于同一平面内且相互平行。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(I)中，所述注入井和生产井的水平段均位于油层下部，并距离油层底界2米。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(I)中，所述注入井和生产井的水平段长度300 500米。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(2)中，所述垂直井沿着注入井和生产井的水平段均匀部署。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(2)中，所述垂直井的数量根据注入井和生产井的水平段长度而定；相邻的垂直井间的距离在100米左右；具体而言，当水平段长度为300米时，在水平段中间均匀部署2 口垂直井；当水平段长度为500米时，在水平段中间均匀部署4 口垂直井。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(2)中，为避免谐波井下振动驱油系统在垂直井井底的高频率、高强度锤击对油层本身孔隙结构造成的伤害(造成油层孔隙度减小，渗透率降低)，所述垂直井井底距水平注入井与生产井的水平段之间的垂向距离不小于30米。在本发明的一较佳实施方式中，当油层厚不小于32米时，垂直井钻至水平注入井与生产井所在油层的顶部界面；当油层厚度小于32米时(注入井和生产井的水平段距离油层顶界30米以内)，垂直井钻至水平注入井与生产井所在油层的上部，并距水平注入井与生产井的水平段之间的垂向距离30米。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(3)中，所述垂直井采取常规套管完井，向其人工井底挤入I. 5m厚的水泥，在水泥顶部设置直径为套管直径4/5、厚度为O. 3m的钢石占。在本发明的一较佳实施方式中，所述共振频率为80 100冲次/min。在本发明的一较佳实施方式中，所述每冲次以3 5KN的力对垂直井井底进行锤击。在本发明的一较佳实施方式中，在所述步骤(5)中，所述气体泡沫中的气体为氮气与蒸汽的混合气体，起泡剂为表面活性剂，井口蒸汽干度75%以上，在油藏(压力、深度)条件下蒸汽与氮气的体积比例设定为I : 1，表面活性剂的浓度为O. 5%左右(表面活性剂与蒸汽冷水当量的质量比)。由上所述，本发明提供的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，采用谐波井下振动驱油系统作为人工震源，在连续地震波作用下，使注入地下油层内多孔介质孔隙空间的气体泡沫受到来自岩石孔隙内表面的强烈碰撞、挤压和剪切作用，其流动形态为非稳态流，在该流态条件下，大量气泡受到孔隙粗糙的内表面的不断碰撞、挤压和剪切，不断分裂成为数众多的小气泡，由于小气泡具有较高的流动能力，对孔隙的气阻效应弱，因此可以进入油层深部，驱替井间的原油；该方法组合了井下人工振动产生地震波与气体泡沫驱的优势，有效抑制了常规气体泡沫驱的稳态驱替条件下油层中大气泡直接破灭造成过早气窜的不利因素，有效扩大了气体泡沫在油层中的存在区间和波及体积，可提高稠油油藏采收率15 20%以上，最终采收率可以达到50%以上，经济效益明显好于常规气体泡沫驱。
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中图I :为本发明稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法中井位示意图。
附图标号注入井11生产井 12垂直井 21、22、23钢砧211、221、231 水泥井底 212、222、23具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
。本发明提出一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，在同一油层内的油层底部部署处于同一平面内且相互平行的水平注入井和水平生产井，在相邻的水平注入井和水平生产井之间，沿该水平注入井和水平生产井的水平段均匀部署2 4 口垂直井，所述垂直井向下钻至油层顶部，在垂直井井筒内安装谐波井下振动驱油系统(该谐波井下振动驱油系统为现有技术)；从水平注入井连续注入气体泡沫，同时启动垂直井的谐波井下振动驱油系统，使其不断在油层中产生谐波地震波，从而在油层中人工产生非稳态的储层多孔介质孔隙空间流动条件，使得进入到油层孔隙空间内的气体泡沫在地震波的作用下产生持续振动，并对气体泡沫流体产生强烈的挤压和剪切作用，在这种非稳态流动过程中，大量气泡与孔隙内表面不断碰撞，分裂成为众多的具有较高流动能力且对孔隙的气阻效应弱的小气泡，小气泡进入油层深部驱替井间的原油，由此提高稠油油藏的采收率。本发明中所述稠油油藏的主力油层埋藏深，平均埋深为1950m，原始油藏压力为18. 2MPa，原始油藏温度为64°C ;油层温度下原油黏度为550厘泊，油层厚度有效平均18m。如图I所示，本发明稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法描述如下在稠油油藏开采区域内设置水平注采井网，在同一油层内设置一对水平注入井11和水平生产井12 ;水平注入井11与生产井12之间的井距为200米，注入井11与生产井12的水平段位于油层下部，并距离油层底界2米，注入井11与生产井12的水平段长度均为400米。在该相邻注入井11和生产井12的水平段之间均匀设置3 口垂直井21、22、23作为震源井；相邻垂直井21、22、23之间的距离为100米；垂直井21、22、23采取常规套管完井，在油层上部完井，完钻的人工井底与注入井11与生产井12的水平段之间的垂直距离为30米，向其人工井底挤入I. 5m厚的水泥形成水泥井底212、222、232，在水泥井底的顶部置放直径为垂直井21、22、23的套管直径4/5的、厚度为O. 3m的钢砧211、221、231。在垂直井21、22、23内安装谐波井下振动驱油系统(该谐波井下振动驱油系统由发明申请CN1190151A公开)；使用垂直井21、22、23井口的电子调频器调节驱动系统振动的驱动频率，使其与系统的自振频率发生共振；共振频率为90冲次/min，每冲次以3. 5KN的力对垂直井21、22、23井底进行锤击；调节完毕后，打开谐波井下振动驱油系统的开关，开始产生连续的井下振动；向水平注入井11中连续注入气体泡沫；气体泡沫中的气体为氮气与蒸汽的混合气体，起泡剂为表面活性剂，由于井口蒸汽干度80%的蒸汽到达井底的干度为60%，在油藏(压力18. 2MPa、深度1950米)条件下蒸汽与氮气的体积比例设定为I : 1，因此，蒸汽注入速度为100吨/天，氮气注入速度为509m3/天；由于表面活性剂的浓度为O. 5%左右(表面活性剂与蒸汽冷水当量的质量比)，因此，表面活性剂的注入速度为O. 5吨/天。生
产井开井连续生产，当生产井日产油量小于I. O吨/天时，生产结束。表I为本实施例的生产情况统计。表I
权利要求
1.一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，在同一油层内的油层下部部署处于同一平面内且相互平行的水平注入井和水平生产井，在相邻的水平注入井和水平生产井之间部署多口垂直井，该垂直井下钻至油层顶部，在垂直井井筒内下入谐波井下振动驱油系统；从水平注入井连续注入气体泡沫，同时启动垂直井的谐波井下振动驱油系统，不断在油层中产生谐波地震波，使得进入到油层孔隙空间内的气体泡沫在地震波的作用下产生持续振动，并对气体泡沫流体产生强烈的挤压和剪切作用，大量气泡与孔隙内表面不断碰撞，分裂成为众多的具有较高流动能力且对孔隙的气阻效应弱的小气泡，小气泡进入油层深部驱替井间的原油，由此提高稠油油藏的采收率。
2.如权利要求I所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于所述开采方法包括以下步骤 (1)在稠油油藏开采区域内设置水平注采井网，在同一油层内设置一对注入井和生产井; (2)在相邻注入井和生产井的水平段之间设置2 4口垂直井作为震源井； (3)在垂直井内安装谐波井下振动驱油系统； (4)打开谐波井下振动驱油系统开关，开始产生连续的井下振动； (5)向水平注入井中连续注入气体泡沫； (6)生产井开井连续生产。
3.如权利要求2所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于在步骤(3)和步骤(4)之间，使用垂直井口的电子调频器调节驱油系统振动的驱动频率，使其与系统的自振频率发生共振。
4.如权利要求2所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于所述稠油油藏是指地下原油粘度大于100厘泊的稠油油藏。
5.如权利要求2所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于在所述步骤(I)中，所述相邻注入井和生产井的水平段处于同一平面内且相互平行；在所述步骤(I)中，所述注入井和生产井的水平段均位于油层下部，并距离油层底界2米；在所述步骤(I)中，所述注入井和生产井的水平段长度300 500米；在所述步骤(2)中，所述垂直井沿着注入井和生产井的水平段均匀部署。
6.如权利要求5所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，所述垂直井的数量根据注入井和生产井的水平段长度而定；相邻的垂直井间的距离在100米左右；具体而言，当水平段长度为300米时，在水平段中间均匀部署2 口垂直井；当水平段长度为500米时，在水平段中间均匀部署4 口垂直井。
7.如权利要求2所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于在所述步骤(2)中，为避免谐波井下振动驱油系统在垂直井井底的高频率、高强度锤击对油层本身孔隙结构造成的伤害，所述垂直井井底距水平注入井与生产井的水平段之间的垂向距离不小于30米。
8.如权利要求7所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于当油层厚不小于32米时，垂直井钻至水平注入井与生产井所在油层的顶部界面；当油层厚度小于32米时，垂直井钻至水平注入井与生产井所在油层的上部，并距水平注入井与生产井的水平段之间的垂向距离30米。
9.如权利要求2所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于在所述步骤(3)中，所述垂直井采取常规套管完井，向其人工井底挤入I. 5m厚的水泥，在水泥顶部设置直径为套管直径4/5、厚度为O. 3m的钢砧。
10.如权利要求3所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于所述共振频率为80 100冲次/min ;所述每冲次以3 5KN的力对垂直井井底进行锤击。
11.如权利要求2所述的稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，其特征在于在所述步骤(5)中，所述气体泡沫中的气体为氮气与蒸汽的混合气体，起泡剂为表面活性剂，井口蒸汽干度75%以上，在油藏条件下蒸汽与氮气的体积比例设定为I : 1，表面活性剂的浓度为0.5%。
全文摘要
本发明为一种稠油油藏利用井下地震辅助气体泡沫驱开采原油的方法，在同一油层下部部署处于同一平面内且相互平行的水平注入井和水平生产井，在相邻的水平注入井和水平生产井之间部署多口垂直井，该垂直井下钻至油层顶部，在垂直井井筒内下入谐波井下振动驱油系统；从水平注入井连续注入气体泡沫，同时启动垂直井的谐波井下振动驱油系统，不断在油层中产生谐波地震波，使得进入到油层孔隙空间内的气体泡沫在地震波的作用下产生持续振动，并对气体泡沫流体产生强烈的挤压和剪切作用，大量气泡与孔隙内表面不断碰撞，分裂成为众多的具有较高流动能力且对孔隙的气阻效应弱的小气泡，小气泡进入油层深部驱替井间的原油，由此提高稠油油藏的采收率。
文档编号E21B43/22GK102817568SQ201210313790
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者吴永彬 申请人:中国石油天然气股份有限公司