CN104265257A - 压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供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，该方法包括步骤：在套管射孔井上实施水力压裂以在地层中造成人工裂缝，加入压裂支撑剂与催化剂的混合物充填裂缝及筛管与套管环空；其中，所述压裂支撑剂包括砾石、陶粒和/或石英砂；下泵冷采直到井筒出油；向地层注入150～400t蒸汽，将地层预热；向地层连续注空气点燃油层；注空气结束后，焖井；开井回采。采用本发明的方法可提高点火成功率，并提升火烧油层吞吐开发效果。
Description
技术领域
本发明属于石油开采领域，特别涉及一种采用压裂及支撑剂充填技术辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法。
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％)。这些方法工艺简单，采收率较高，适合埋藏深度较浅(小于1000m)的稠油油藏。然而，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，给该类稠油的开采带来了困难。对于以上注蒸汽难以有效开发的油藏，一般可考虑采用火烧油层技术(含火烧油层吞吐和火烧油层驱替)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、化学点火或自然点火等点火技术，将油层加热到原油燃点以上，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；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；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。
目前火烧油层过程中最常用的点火方式是电加热器点火工艺，文献中多有报道。但在火烧油层吞吐过程中，点火/注气井本身又是采油井，电加热器要在采油之前取出井筒，这给现场施工作业造成很大困难，有时甚至无法实现(主要是作业安全无法保证)。对于绝大多数地层温度低于75℃的油藏，无法利用地层条件实现自燃点火，在这种情况下化学点火几乎成为唯一选择。
CN1995697A公开了一种火驱采油油层热力点火方法，其中采用活动壳装式气-汽发生器成套装置向地层注入高温混合气体将地层预热，再向地层连续注空气使原油燃烧，该方法本质上属于预热点火，原理类似于电加热点火。CN1789660A公开了一种火驱采油井刺激点火方法，其中通过高温蒸汽预热，然后注空气实现自燃点火。上述两种点火方法均不涉及化学催化剂或助燃剂，这两种点火方式由于启动温度低于电加热方式且没有采用催化剂，不容易实现高温完全燃烧，矿场实践中多口井出现低温氧化现象，产出气体中二氧化碳含量不足，原油粘度不降反升(没有发生高温裂解改质)。
CN101161987B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，其中推荐的点火方法为电加热点火、天然气点火和自燃点火，也不涉及催化点火方法。
CN101122227A公开了一种火驱采油原油助燃点火工艺方法，其中是将地层通过注入一定量的蒸汽预热后，将铂、钯等金属助燃剂(即本发明中所说的催化剂)与原油按一定比例注入地层，同时连续注空气点火。该点火方式比上述两种点火方式有所改进，但由于所使用的助燃剂为固体颗粒，其颗粒尺寸往往大于地层多孔介质中孔隙喉道的尺寸，导致其中绝大部分无法随着原油进入地层深处，而是滞留在近井地带，因此无法在较长时间内发挥催化或助燃的作用。矿场实践过程中有多口井甚至造成了近井地层堵塞，不仅点火失败还不得不进行额外作业。
综上，尽管目前化学催化点火技术优点突出，适合于火烧油层吞吐过程，但现有化学点火催化剂(如铂/碳催化剂、钯/碳催化剂等)多为固体颗粒状，实际应用中难以有效持续发挥作用，化学催化点火技术并未得到推广应用。
发明内容
本发明主要是针对化学催化点火技术催化剂或助燃剂难以有效持续发挥作用的问题，提供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，提高点火成功率，并提升火烧油层吞吐开发效果。
本发明提供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，该方法包括步骤：
(1)在套管射孔井上实施水力压裂以在地层中造成人工裂缝，加入压裂支撑剂与催化剂的混合物充填裂缝及筛管与套管环空；其中，所述压裂支撑剂包括砾石、陶粒和/或石英砂；
(2)下泵冷采直到井筒出油；
(3)向地层注入150～400t蒸汽，将地层预热；
(4)向地层连续注空气点燃油层；
(5)注空气结束后，焖井；
(6)开井回采。
本发明的方法中，主要是通过压裂及支撑剂充填的工艺过程，将固体颗粒状催化剂与支撑剂均匀混合，随压裂液进入裂缝及远端地层并均匀填充到套管与筛管的环空中。这样催化剂发挥作用的范围不仅仅局限于近井地带。所述催化剂在注气点火阶段可以发挥催化助燃的作用的时间一直持续到燃烧带远离裂缝端部以后(远在15天以上)，实现高温稳定燃烧；在采油阶段原油流经裂缝时，只要温度大于150℃(在火烧油层吞吐过程中，在燃烧带作用下，回采阶段大部分时间内裂缝中的原油要高于此温度)，催化剂就可以发挥其对原油的催化裂解改质作用，降低原油的黏度；从而最大限度提高点火成功率及火烧油层吞吐开发效果。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，所述催化剂为化学点火催化剂，优选为3％～8％贵金属含量的铂/碳催化剂或钯/碳催化剂。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，催化剂以占支撑剂0.02％～0.4％的体积比混入压裂支撑剂中。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，支撑剂的粒径为0.425～0.850mm。催化剂采用所属领域的常规粒径的催化剂即可。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，视地层条件，一般水力压裂造成的裂缝的扩展高度为油层厚度(对于多层油藏，裂缝高度等于油层总厚度加上中间的隔层厚度)，裂缝半长度为30～50m。本发明中利用水力压裂在井筒两翼形成垂直人工裂缝，通过人工裂缝改变井筒周围原来的径向渗流流向和渗流界面面积，可大幅度提高火烧油层吞吐过程中点火阶段的注空气能力。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，加入压裂支撑剂与催化剂的混合物充填裂缝及筛管与套管环空。裂缝的分布范围也就是催化剂在油层的主要分布范围。通常情况下，本发明中压裂支撑剂用量为30～70m3。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，压裂施工结束后，步骤(2)下泵冷采直到井筒出油，主要是排出压裂液，同时让地层中的原油充满裂缝及筛管-套管环空。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，冷采结束后向地层注入蒸汽主要是将地层预热。该过程中优选注入蒸汽温度250℃以上，250～374℃。更优选地，注入蒸汽量为200～300t。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，注入空气的速度6000～35000m3/d。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法中，步骤(5)中焖井时间为2～5天，优选为2～3天。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法，特别适用于低渗透的稠油油藏、薄层的稠油油藏和/或薄互层的稠油油藏。当用于薄互层油藏的开采时，利于水力压裂改造产生的人工裂缝实现层间的有效贯通。
根据本发明的具体实施方案，本发明的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法，还包括在注空气结束后向油井中注入氮气段塞或蒸汽段塞再进行焖井的过程。这样可以将油层中已燃区内的空气顶替到燃烧带，从而完全消耗已燃区内的氧气，降低回采过程中氧气浓度，实现安全回采。
综上所述，本发明提供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，其具有以下优点：
1)应用本发明的方法，能将催化剂颗粒与支撑剂一道随着压裂液进入裂缝及地层远端，这样催化剂发挥作用的范围不仅仅局限于近井地带，解决了催化剂有效发挥作用时间短的问题。在注气点火阶段催化剂发挥作用的时间一直持续到燃烧带远离裂缝端部以后(远在15天以上)，可完全实现原油高温燃烧，达到或超过电加热点火效果；
2)应用本发明的方法，蒸汽预热点火的成功率显著提高，产出气体中二氧化碳组分上升到15％以上，燃烧带前缘峰值温度从300℃提高到450℃。
3)应用本发明的方法，火烧油层吞吐过程实现了完全燃烧和较为充分的原油裂解改质，现场应用表明，催化裂解后的原油轻质组分增加、重质组分减少、原油粘度下降到原始地层原油粘度的三分之一到二分之一左右；
4)大大降低了火烧油层吞吐过程中油层发生低温氧化引起油层渗透率降低的风险，提高了单井产能。
附图说明
图1：本发明的火烧油层吞吐过程中压裂支撑剂充填辅助催化点火方法的示意图。图中，1绕丝筛管；2套管(射孔)；3裂缝壁面(支撑剂+催化剂)；4原始油区；D裂缝半长度；下半部分为俯视示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实例及附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。各实施例中未详细提及的步骤，例如水力压裂前的射孔等，均可按照所属领域的常规操作进行。
请参见图1所示，本发明的火烧油层吞吐过程中压裂支撑剂充填辅助催化点火方法主要包括：
在套管射孔基础上实施水力压裂，压裂后形成了如图所示的垂直的椭圆形裂缝壁面，然后在裂缝中填充支撑剂和催化剂的混合物，并在筛管与套管环空充填支撑剂与催化剂的混合物；支撑剂和混合在其中的固体颗粒状催化剂(铂/碳催化剂或钯/碳催化剂)均匀分布在裂缝中，同时也均匀分布在绕丝筛管与套管间的(由支撑剂充填的)环形空间中(见图1中的俯视图)；
催化剂置入后，下泵抽油，使地层中的原油流经裂缝并充满绕丝筛管和套管间的环形空间，以利于下一步点火；
点火前注入一个小段塞(温度大于250℃，150～400t)的蒸汽，以实现近井地带预热；
然后向地层连续注入空气，在催化剂的作用下，空气与预热后的原油接触实现高温燃烧；在燃烧带向前推进过程中，只要燃烧带前缘没有突破裂缝尾端之前，催化剂一直发挥作用；
注空气结束后，向油井中注入氮气段塞或蒸汽段塞，焖井2-3天；
开井回采；在回采过程中，经过燃烧带及其热前缘加热过的原油首先流向裂缝中，然后再从裂缝流向井筒。在这个过程中，高温原油一直可以和裂缝中的催化剂充分接触，以充分实现裂解改质。
实施例1
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；含油饱和度58.9％；J3井为该油藏上1口生产井，常规冷采产量低于经济极限产量。
1)在J3井上实施套管射孔完井，射孔井段17.6m，油层段上、下各避射1m。
2)采用水力压裂支撑剂充填技术压出人工裂缝。具体施工参数如下：累计加入粒径为0.425mm～0.850mm的陶粒40m3，该陶粒在加入前与4％铂含量的铂/碳催化剂40升混合均匀；前置液40m3；交联携砂液105m3；排量3.5m3/min；施工时砂比阶梯递增，从10％～80％，达到最高砂比后加入顶替液5m3。
3)压裂砾石充填结束后，下泵冷采直到井筒出油为止。
4)向地层注入200t蒸汽(温度280℃)，将地层预热。
5)向地层连续注空气点燃油层，点火期间邻近70m外生产井监测二氧化碳浓度在7天后上升到15.5％，累计注气70×104m3后结束注气。
6)注空气结束后，向油井中注入80000m3氮气段塞。
7)焖井3天后回采，J3井初期峰值产量21t/d，平均单井产量11t/d，周期累产量1930t。产出原油平均粘度为原始地层原油粘度的51％，即2600mPa.s。回采45天后经过原油4组分分析，证明原油中饱和烃的组分上升了15％，胶质和沥青质组分下降了22％，原油实现了改质。回采150天后，产出原油中饱和烃含量仍比原始原油多9％，证明催化剂持续发挥作用。
实施例2
油藏2油藏深度1200m；油层厚度分3个小薄层，总厚度11.2m；油层渗透率410×10-3μm2；油层温度30℃；原油粘度4800mPa.s；原油密度0.9220g/cm3；含油饱和度55.9％。J15井为油藏上1口生产井，常规冷采无产能。
1)在J15井上实施套管射孔完井，油层段全部射开；
采用水力压裂支撑剂充填技术压出人工裂缝。具体施工参数如下：累计加入粒径为0.425mm～0.850mm的陶粒30m3，该陶粒在加入前与4％钯含量的钯/碳催化剂35升混合均匀；前置液35m3；交联携砂液85m3；排量3.2m3/min；施工中砂比阶梯递增，从10％～80％，达到最高砂比后加入顶替液5m3。
2)压裂砾石充填结束后，下泵冷采直到井筒出油为止。
3)向地层注入150t蒸汽(温度295℃)，将地层预热。
4)向地层连续注空气点燃油层，点火期间邻近100m外生产井监测二氧化碳浓度在10天后上升到15.1％，累计注气650000m3后结束注气。
5)注空气结束后，向油井中注入65000m3氮气段塞。
6)焖井3天后回采，J15井初期峰值产量14.5t/d，平均单井产量9.71t/d，周期累产量1410t。产出原油平均粘度为原始地层原油粘度的48.9％，即2350mPa.s。回采30天后，测定回采原油4组分，证明原油中饱和烃的组分上升了17％，胶质和沥青质组分下降了23.2％。
Claims (10)
1.一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，该方法包括步骤：
(1)在套管射孔井上实施水力压裂以在地层中造成人工裂缝，加入压裂支撑剂与催化剂的混合物充填裂缝及筛管与套管环空；其中，所述压裂支撑剂包括砾石、陶粒和/或石英砂；
(2)下泵冷采直到井筒出油；
(3)向地层注入150～400t蒸汽，将地层预热；
(4)向地层连续注空气点燃油层；
(5)注空气结束后，焖井；
(6)开井回采。
2.根据权利要求1所述的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，所述催化剂为化学点火催化剂，优选为3％～8％贵金属含量的铂/碳催化剂或钯/碳催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的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，催化剂以占支撑剂0.02％～0.4％的体积比混入压裂支撑剂中；优选地，支撑剂的粒径为0.425～0.850mm。
4.根据权利要求1所述的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，水力压裂造成的裂缝的扩展高度为油层厚度，裂缝半长度为30～50m。
5.根据权利要求1或4所述的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，压裂支撑剂用量为30～70m3。
6.根据权利要求1所述的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，注入蒸汽温度250～374℃。
7.根据权利要求1所述的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，注入空气的速度6000～35000m3/d，周期注入量30×104～100×104m3。
8.根据权利要求1所述的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，步骤(5)中焖井时间为2～5天。
9.根据权利要求1所述的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，所述油藏为低渗透的稠油油藏、薄层的稠油油藏和/或薄互层的稠油油藏。
10.根据权利要求1所述的压裂支撑剂充填辅助催化点火的火烧油层吞吐采油方法，该方法还包括在注空气结束后向油井中注入氮气段塞或蒸汽段塞再进行焖井的过程。
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