一种火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法与流程

本发明属于石油开发领域，具体涉及一种火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法。

背景技术：

目前中国稠油开发方式主要包括蒸汽吞吐(约占78％)，蒸汽驱(约占10％)和常规水驱(约占10％)，这些开发方式工艺简单，采收率较高，适合埋藏深度较浅(小于1000m)的稠油油藏。而对于埋藏深(大于1500m)的油藏、水敏性油藏、薄互层油藏等，由于注蒸汽热损失率大、注蒸汽压大等问题，采用注蒸汽技术难以有效开发，这类油藏一般可考虑采用火烧油层技术(包括火烧油层吞吐、火烧油层驱替，属于就地燃烧生热)开发，其中火烧油层吞吐技术具有独特的优势和潜力。

火烧油层吞吐开采原油包括注入、焖井、回采三个阶段。在注入阶段，采用电热点火、化学点火或自燃点火等点火技术，将油层加热到原油燃点以上，利用油层内原油的一部分重质成分作燃料燃烧生热，同时用空气压缩机向油层内连续注入空气，近井地带的原油燃烧产生热量并生成烟道气，向周围地层径向推进和扩散，加热原油，使其粘度降低；在焖井阶段，停止空气注入并关井，使非凝结气体继续扩散和溶解，热量向纵深传递，原油进一步加热降粘；在回采阶段，重新开井，在加热降粘、溶解气驱等多重作用机理下油层中的原油、注入气及烟道气从油井中采出。其中，火烧油层注空气结束时，从注气井到油层远端可以划分为已燃区、燃烧带、结焦带、蒸汽带、油墙和原始油区6个区带(参见图1)。在已燃区内，在燃烧带后面已经燃烧过的区域，岩心中几乎看不到原油，岩心孔隙为注入空气所饱和，在注空气时，由于空气在多孔介质中的渗流阻力非常小，该区域空气腔中的压力基本与注气井底压力保持一致，压力梯度很小；但在回采过程中，是液驱气过程，会形成贾敏效应增大渗流阻力，不利于原油顺利回采。燃烧带是发生高温氧化反应(燃烧)的主要区域，在该区域内氧化反应最为剧烈，氧气饱和度迅速下降，该区域的平均温度最高，区域边界的温度变化最为剧烈，温度梯度最大。在闷井期间，已燃区内的空气由于没有原油参与氧化反应，在该区氧气浓度为注入浓度。原油全部被驱替到油层远端，油层孔隙内充满了空气。停止注气并焖井后，已燃区内的空气无法继续被完全消耗掉，同时由于供气不足油层燃烧带会发生低温氧化，导致原油粘度增大和油层渗透率降低。结焦带，在燃烧带前缘一个小范围内，有结焦现象，灭火后的岩心在这个范围内呈现坚固的硬块。这部分为火驱过程提供燃料，发生在该区域的氧化反应主要为低温氧化反应；在火烧驱油过程中，这个区域温度仅次于燃烧带，由于温度较高，在该区域几乎没有液相存在，只存在气相和固相，固相是指表面有固态焦化物黏附的岩石颗粒，气相是指由空气中的N₂、原油高温裂解生成的烃类气体、束缚水蒸发形成的水蒸汽、燃烧生成的水蒸汽、CO、CO₂组成。由于没有液相存在，在注空气期间，这部分在火烧驱油过程中由于结焦带很薄基本不形成明显的压力降，但在回采过程中，渗透率损失在30％～60％，大大提高了渗流阻力。蒸汽带，在结焦带和油墙之间，主要是由高温使得束缚水蒸发形成的水蒸汽、燃烧生成的水蒸汽以及部分轻质原油遇冷冷凝形成的蒸汽带。油墙，在结焦带之前的油墙的主要成分为高温裂解生成的轻质原油，混合着未发生明显化学变化的原始地层原油，也包含着燃烧生成的水、二氧化碳、空气中的氮气，由于这个区域含油饱和度高，含气饱和度相对较低，具有较大的渗流阻力，同样在回采过程中存在着较大的渗流阻力。因此，及时把加热的油墙附近原油快速运移到井筒，是火烧吞吐的关键。

CN101161987A公开了一种火烧吞吐开采稠油的工艺技术，描述的是火烧吞吐开采技术中注空气点火、焖井和采油阶段技术参数和特征。该现有技术未能解决回采过程中各个区带所增加的渗流阻力问题，加热的原油不能及时运移到井筒后采出，开采效率低。

CN104265257A公开了一种压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法，其中是先进行压裂并用催化剂颗粒与支撑剂充填裂缝，之后进行火烧吞吐，其主要目的是把点火催化剂提前运移到地层，扩大波及体积，达到增注效果，提高点火成功率。该现有技术并未考虑如何突破结焦带，也未给出如何解决渗流阻力增大问题的技术启示。

综上，现有技术的开采方法不能从根本上解决火烧吞吐回采过程中渗流阻力增大问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于开发一种改进的火烧吞吐开采稠油的方法，以解决火烧吞吐回采过程中原油经过油墙、结焦带、燃烧带、已燃区渗流阻力增大的问题。

本发明中主要是通过压裂方法解决火烧吞吐回采过程中原油经过油墙、结焦带、燃烧带、已燃区渗流阻力增大的问题。具体而言，本发明提供了一种火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法，该方法包括步骤：

(1)选定火烧吞吐井稠油油藏，应用点火技术将油井油层点燃；

(2)向油井中注入空气或富氧气体，点火成功后，累计注气量为20～150×10⁴m³，停止注气；

(3)实施压裂，裂缝长度超过结焦带；

(4)注入惰性气体，之后闷井5～10天；

(5)开井生产。

本发明的方法中，利用火烧吞吐后实施压裂辅助开采稠油，可有效解决火烧吞吐回采过程中原油经过油墙、结焦带、燃烧带、已燃区渗流阻力增大的问题，能够使加热的原油及时运移到井筒并采出，能够有效发挥在提高超深层稠油单井产能和经济效益方面的优势。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，所述稠油油藏可以为深度小于3500m的稠油油藏。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，所选定的稠油油藏满足条件：油层深度<3500m，剩余油饱和度>0.5，油层总厚度>5m，渗透率>50md。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，所述火烧吞吐井可以为直井，也可以为水平井或多分支井。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，所述点火技术可以为任何可将油井油层点燃到点火温度(一般要450℃以上)的技术，例如电热器点火、天然气点火或自燃点火。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，步骤(2)中注入空气或富氧气体的速度为5000m³/d～35000m³/d，累计注气量为20～150×10⁴m³，注入富氧空气根据富氧含量和空气中氧气含量成比例折算。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，步骤(3)中压裂可以为水力压裂，或是气体压裂。其中，所述气体压裂优先选择二氧化碳压裂或者丙烷压裂。本发明中，通过在火烧吞吐后实施压裂操作，不但能够形成多裂缝系统，裂缝长度要求穿过结焦带，不但有效降低回采原油通过结焦带的渗流阻力，而且注入的二氧化碳或丙烷可以进入地层起到溶解降粘的作用，大幅度降低原油粘度，利于增产；压裂支撑剂可以使用部分助燃剂或氧化催化剂，为第二轮点火做准备。本发明中，要求裂缝长度超过结焦带，也即能够穿过大渗流阻力驱，以利于原油顺利开采。压裂所能带来的显著效果：一是能够穿过大渗流阻力驱，生产过程中较为顺利；二是能够把阻燃剂推进到地层内，以利于下一轮次的点火成功。

根据本发明的具体实施方案，本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法中，步骤(4)中惰性气体可以为氮气或者为二氧化碳气，注入速度和空气注入空气相当，注入量为其中单方油砂消耗空气量可根据行业标准SY/T6898-2012测得。惰性气体的注入主要是防止回采初期未完全消耗的氧气和原油、裂解后的轻质油和甲烷一起采出造成的爆炸风险。

注入惰性气体后，可闷井5～10天；在产出气氧含量不超过5％情况下即可开井正常生产。

本发明的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法还可包括依次重复步骤(1)～(5)进行多轮次吞吐开采的过程。

本发明的有益技术效果：

1)本发明可通过压裂方法解决火烧吞吐回采过程中原油经过油墙、结焦带、燃烧带、已燃区渗流阻力增大的问题，能够是加热的原油及时运移到井筒并采出；

2)压裂裂缝不但能够有效降低本轮次吞吐渗流阻力，还能有效提高下一轮次波及体积，达到高效增注增产的目的；

3)本发明的方法适用于普通稠油，也适用于超深层稠油，可以在直井上实施也可以在水平井或者多分支井上实施；

4)本发明的方法可有效提高下一轮次的地层吸气能力，在同等注气压力下注入空气速度可以提高3～6倍，有效缩短了无效(不产油)生产时间；注气速度提高后，有效保证了燃烧带前缘始终处于高温燃烧状态，提高了燃烧带峰值温度，使火烧油层过程中的原油高温裂解改质效果更加显著；

5)压裂支撑剂可以使用部分助燃剂或氧化催化剂，在点火器功率一定的条件下，下轮次注入空气(富氧)速度可适当提高，可有效提高燃烧带温度起到较好的改质效果。

附图说明

图1：火驱吞吐点火过程中各区带划分示意图。

图2A：现有直井条件下火烧油层吞吐点火过程中各个区带扩展示意图。图2B：火烧油层吞吐后压裂开采稠油回采过程中各个区带扩展示意图。

图3A与图3B：火烧油层吞吐后高能气体压裂开采稠油回采过程中各个区带扩展示意图。

图4A与图4B：第二轮次火烧油层吞吐后压裂开采稠油回采过程中各个区带扩展示意图。

图5A与图5B：水平井火烧油层吞吐后压裂开采稠油回采过程中各个区带扩展示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例及附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法，其中主要包括以人工裂缝方式解决稠油油藏的火烧油层吞吐回采过程中原油经过油墙、结焦带、燃烧带、已燃区渗流阻力增大的问题，能够使加热的原油及时运移到井筒并采出，同时为下一轮增注提供了高渗通道，下一轮次吸气能力大幅度提高，可以实现火烧油层吞吐点火期间的高速注气，不仅扩大了燃烧带及其热前缘波及体积，也有效实现了原油高温裂解改质。本发明所涉及的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油方法，能够大幅度提高周期累计产油量，达到增产增注的目的，同时能够有效发挥在提高稠油单井产能和经济效益方面的优势。图2A为现有直井条件下火烧油层吞吐点火过程中各个区带扩展示意图。图2B为火烧油层吞吐后压裂开采稠油回采过程中各个区带扩展示意图。从图中可以看出，燃烧带以注气井为中心呈圆柱形向井的径向推进。回采时通过适当规模的压裂，压裂裂缝突破油墙、结焦带、燃烧带、已燃区，形成高导流能力渗流通道，大大降低了渗流阻力，使得加热原油快速运移到井底并采出。

具体而言，本发明提供的火烧吞吐后压裂辅助开采稠油的方法主要包括步骤：

(1)应用点火技术，将选定的稠油油藏火烧吞吐井油层点燃到点火温度，点火温度一般要450℃以上；其中，所选定的火烧吞吐井稠油油藏满足以下条件：油层深度<3500m，剩余油饱和度>0.5，油层总厚度>5m，渗透率>50md；火烧吞吐井既可以是直井又可以是水平井(图5A、图5B)或者多分支井；

(2)用空气压缩机向油井中注入空气(或富氧)，使用电点火，注入空气注入速度为5000m³/d，点火成功后，逐级提速至25000m³/d，也即累计注气量为20～60×10⁴m³；

(3)实施压裂，可以是水力压裂也可以是气体压裂(图3A、图3B、图4A、图4B)，气体压裂可以选择二氧化碳压裂或者丙烷压裂，不但能够形成多裂缝系统，注入的二氧化碳或丙烷可以进入地层起到溶解降粘的作用，大幅度降低原油粘度，利于增产；压裂规模视火烧吞吐扩展半径而定，保证裂缝刚刚突破油墙即可，保证点火和闷井阶段加热原油顺利运移到井筒并采出，而且能够提高第二轮吞吐地层吸气能力，可进行高通风量注空气，有效保证了燃烧带前缘始终处于高温燃烧状态，提高了燃烧带峰值温度，使火烧油层过程中的原油高温裂解改质效果更加显著；除此之外，压裂支撑剂可以使用部分助燃剂或氧化催化剂，为第二轮点火做准备；

(4)注入一定量惰性气体，注入量为

其中单方油砂消耗空气量可根据行业标准SY/T6898-2012测得。注入的惰性气体可以是氮气也可以是二氧化碳气，根据具体气源情况而定，氮气有膨胀作用，二氧化碳除了具有膨胀作用以外还具有溶解降粘作用)后，使近井地带空气推进地层，以便空气中的氧气在闷井5～10天里更好的氧化消耗降低回采安全风险，并且闷井阶段氧气的消耗更好的生热生二氧化碳，起到降低原油粘度作用；

(5)开井生产。

(6)以后几个轮次吞吐吞吐依次执行步骤(1)～(5)。

实施例1、直井火烧吞吐后压裂开采普通稠油

油藏1油藏深度800m；油层厚度19.6m；油层渗透率610×10^-3μm²；油层温度32℃；原油粘度5100mPa.s；原油密度0.9240g/cm³；孔隙度35％，含油饱和度58.9％；X1、X2井为该油藏上2口直井生产井，具有相同的油藏地质特点，常规冷采产量低于经济极限产量。

1)X1、X2井利用电加热器将注入空气加热到450℃以上，速度为5000m³/d，持续注入4天实现点火；

2)关闭X1、X2井点火器继续注入空气且逐级提速至15000m³/d，X1井累计注气250000m³，X2井累计注气只能达到270000m³；区带如图3A区带所示。

3)X1井利用二氧化碳气体压裂压出10m长多条人工裂缝，压裂设计规模20-40目陶粒22m³，最低砂比7％，最高砂比42％，累计压裂液56m³，液态二氧化碳用量90m³，多条裂缝穿过结焦带如图3A所示，该区块单方油砂消耗空气量为298m³，X1井注入压力8.5MPa，X2井注入压力9.0MPa，注入24958m³氮气闷井；X2井注入氮气28540m³后直接闷井；

4)焖井5天后回采，X1井初期峰值产量30t/d，平均单井产量18t/d，周期累产量2120t。X2井初期峰值产量9.4t/d，平均单井产量5.6t/d，周期累产量496t。采用火烧吞吐后压裂开采方法的X1井周期采油效果明显优于采用常规火烧油层吞吐的X2井。第二轮火烧吞吐后压裂如图3B所示。

实施例2、直井火烧吞吐后压裂开采和压裂辅助火烧吞吐强化开采超深层稠油方法对比

油藏2深度2155m，厚度10.3m，油藏平均孔隙度在20％以上，最高可达29％；平均渗透率在100×10^-3μm²。油田原油溶解气油比12.99m³/m³，饱和压力4.1MPa，油藏条件下粘度为500mPa·s，50℃时地面脱气原油粘度为20000mPa·s。Y1、Y2、Y3井为该油藏上3口直井生产井，具有相同的油藏地质特点，目前单井产量只有2.5t/d-3.4t/d。

1)Y3井利用水力压裂压出15m人工裂缝，设计规模加入陶粒支撑剂20-40目20m³，最低砂比5％，最高砂比45％，加支撑剂过程中伴用助燃剂2吨和高温氧化催化剂20kg，其中助燃剂在5％，10％砂比阶段加入。Y1、Y2、Y3井利用天然气点火技术，将注入空气加热到450℃以上；初期注入速度5000m³/d-15000m³/d，累计注入空气800000m³。井底温度监测显示，Y3由于加入了助燃剂4天后温度升高为500℃以上，而Y1、Y2井9天以后才显现出500℃以上高温，而且Y3注入压力小于Y1、Y2井压力4-5MPa，表明压裂辅助火烧吞吐强化开采具有注入能力强、点火快的优点。Y3井火烧后各个区带分布如图4A所示。

2)Y1井不实施任何措施，Y2、Y3井利用水力压裂技术压出15m长人工裂缝，加入支撑剂20m³，加支撑剂过程中伴用助燃剂或高温氧化催化剂。Y3井人工裂缝穿过结焦带如图4B所示。

3)注气时Y1、Y2、Y3井注入压力分别为21.5MPa，22MPa，21.9MPa，此区块单位油砂消耗空气量为255m³，Y1、Y2、Y3井分别注入二氧化碳气体148300m³、151000m³、151000m³闷井；

4)Y1、Y2、Y3井焖井5天后回采，Y1井初期峰值产量20t/d，平均单井产量12.3t/d，周期累产量1565t；Y2井初期峰值产量25t/d，平均单井产量14.3t/d，周期累产量1665t；Y3井初期峰值产量45t/d，平均单井产量26.3t/d，周期累产量2365t。这表明火烧吞吐后压裂开采原油能够突破高阻结焦带，具有较好的渗流能力，又能有效的扩大下一轮波及体积；而压裂辅助火烧吞吐只能解决增注、扩大波及体积作用，火烧结焦带是不能通过先压裂形成突破的。

实施例3、水平井火烧吞吐后压裂开采普通稠油

油藏3油藏深度600m；厚度11.8m；油层平均渗透率50×10^-3μm²；油层温度30℃；地下原油粘度100mPa.s；孔隙度26％，原油密度0.8590g/cm³；该区5口水平井，水平段长度平均500m，目前含水34％。

1)应用自燃点火技术对油层进行点火，即向油井内注入高温蒸汽，其温度为280℃，地面干度为100％，注入压力达6.5MPa。之后注适量空气，使得油层自燃，温度达450℃，使得井底温度达550℃燃烧约用了15天左右

2)用空气压缩机向油井内注入空气，注气速度8000m³/d-35000m³/d，单井累计注入空气1500000m³/d；火烧后各区带如图5A区带分布。

3)利用封隔器逐段卡封水力分段压裂技术压出3条3-5m人工压裂裂缝，第一段加20-40目石英砂10m³，第二段加20-40目石英砂8m³，第三段加20-40目石英砂7m³，三段共计加入石英砂支撑剂25m³。形成裂缝和区带的分布如图5A所示

4)该区块单方油砂孔隙消耗量为265m³，注入95000m³氮气，闷井7-10天，回采；

5)在该油田共处理3口井5井次，其中两口井已实施第二轮处理，两口井第一轮注入压力为6.5MPa时，吸气速度为5000m³/d，实施火烧吞吐后压裂技术处理后，为了检验注入能力，在第二轮施工快要结束时，进行了吸气测试，同样注入压力下增注约8倍，较好的一口井最高甚至增注10倍，各井的有效时间均为1年左右。产出油经化验分析证明，产出原油粘度平均为原始地层原油粘度的三分之一，实现了高温裂解改质。第二轮火烧吞吐后压裂如图5B所示。