CN105134153B - 火驱点火方法及其管柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种火驱点火方法及其管柱，在火驱点火方法中，先向注入井中下入管柱，然后，向外管和内管中同时注入空气，以使空气分别通过第一筛管部以及注入头注入油层中，从而判断注入井与用于采油的生产井是否连通；当判断的结果为注入井与用于采油的生产井连通时，向外管中注入高温蒸汽，同时向内管中注入空气，以将高温蒸汽导入位于第一封隔器与第二封隔器之间的油层，并将空气导入位于第二封隔器下方的油层中，从而使油层燃烧。采用本发明的火驱点火方法及其管柱，可以采用分层注入空气和蒸汽的方法快速提高油层的温度及氧化放热速度，使油层快速达到燃点，增大地层的纵向动用程度，提高稠油的驱替效果。

Description

火驱点火方法及其管柱

技术领域

本发明涉及石油勘探技术领域，具体涉及一种火驱点火方法及其管柱。

背景技术

火驱也称为火烧油层，指一种用电、化学等方法使油层温度达到原油燃点，并向油层内注入空气或氧气使油层原油持续燃烧的采油方法。火驱采油过程中，成功点火是火驱技术应用成功的关键技术之一。

目前，火驱的点火方式主要有三种，第一种为注蒸汽自燃点火，它先在油井中注入一定量的蒸汽预热油层，然后注入空气，利用空气与热油的氧化放热点燃油层。第二种为化学助燃点火，其点火工艺可以在注蒸汽自燃点火的基础上添加化学助燃剂，利用空气吹入地层中，通过助燃剂放热/降低原油反应活化能，降低点火温度，减少点火时间。第三种为电点火，其点火工艺可以利用电加热器，加热空气，利用热空气与原油反应快速放热点燃油层。

前两种点火方式中，由于注空气前需要注入一定量的蒸汽，而且空气与蒸汽在注入过程中存在一定的压力差，中间有作业时间间隔，因此在现场实施过程中，极易造成地层原油或水涌入注气井筒中，这样，后续注入的空气与井筒中的热油反应，放热，导致井筒长期处于高温和腐蚀的环境中，极易引起套损。而第三种电点火的方式，其应用范围较广，但是由于其功率存在一定的限制，对于长井段无隔夹层的油层，其加热时间较长而且操控难度较大。因此，有必要研究一种新的点火方式。

发明内容

本发明的实施例提供一种火驱点火方法及其管柱，来解决现有火驱点火方式遇到的易套损和操控难度大的问题。

本发明实施例的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种火驱点火方法，包括如下步骤：

向注入井中下入依次穿过地层和油层的管柱，所述管柱包括：

套管，所述套管具有至少两段射孔；

套设在所述套管内的外管，其一端伸入所述油层内；

第一封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于油层内；

第二封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于所述第一封隔器下方的油层内；

至少一段所述套管的射孔位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间，至少一段所述套管的射孔位于所述第二封隔器的下方；

第一筛管部，其设置在所述外管上，并位于所述第一封隔器和所述第二封隔器之间处；

套设在所述外管内的内管，所述内管位于油层内的一端伸出所述外管；

第一密封件，其套设在所述内管外并设置在所述外管伸入油层的端部；

注入头，其设置在所述内管伸出所述外管的端部；

向所述外管和所述内管中同时注入空气，以使空气分别通过所述第一筛管部以及所述注入头注入油层中，从而判断所述注入井与用于采油的生产井是否连通；

当判断的结果为所述注入井与用于采油的生产井连通时，向外管中注入高温蒸汽，同时向内管中注入空气，以将高温蒸汽导入位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间的油层，并将空气导入位于所述第二封隔器下方的油层中，从而使油层燃烧。

在一个实施例中，所述第一封隔器上方的外管包括依次连接的第一隔热油管、伸缩油管、以及第二隔热油管。

在一个实施例中，所述第二封隔器与所述第一密封件之间连接有油管，所述第二封隔器与所述油管之间还包括第二筛管部和第三封隔器，所述第三封隔器设置在所述套管与所述外管之间。

在一个实施例中，所述套管上的射孔与所述注入头、所述第一筛管部的筛孔、以及所述第二筛管部的筛孔相对应。

在一个实施例中，所述注入头被依次连接的第三筛管部、尾管、以及第二密封件所代替，所述第三筛管部的筛孔由内至外孔径逐渐增大。

在一个实施例中，所述第一封隔器位于距离所述油层顶界5-10米处，所述第二封隔器位于距离所述油层顶界的1/3-1/2处。

在一个实施例中，点火烧燃油层前，向所述外管和所述内管中同时注入的空气量为500Nm³/m·d；点火烧燃油层时，向所述外管中注入的高温蒸汽量为100t/d，向所述内管中注入的空气量为300Nm³/m·d。

在一个实施例中，所述注入头位于下方的油层中，所述第一筛管部位于上方的油层中。

另外，本发明的实施例中还提供一种火驱点火管柱，它包括：

套管，所述套管具有至少两段射孔；

套设在所述套管内的外管，其一端伸入所述油层内；

第一封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于油层内；

第二封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于所述第一封隔器下方的油层内；

至少一段所述套管的射孔位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间，至少一段所述套管的射孔位于所述第二封隔器的下方；

第一筛管部，其设置在所述外管上，并位于所述第一封隔器和所述第二封隔器之间处；

套设在所述外管内的内管，所述内管位于油层内的一端伸出所述外管；

第一密封件，其套设在所述内管外并设置在所述外管伸入油层的端部；

注入头，其设置在所述内管伸出所述外管的端部；

在点火过程中，向外管中注入高温蒸汽，同时向内管中注入空气，以将高温蒸汽导入位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间的油层，并将空气导入位于所述第二封隔器下方的油层中，从而使油层燃烧。

综上所述，采用本发明实施例中的火驱点火方法及其管柱，可以采用分层注入空气和蒸汽的方法快速提高油层的温度及氧化放热速度，使油层快速达到自燃点，增大地层的纵向动用程度，提高稠油的驱替效果。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1示出了本发明第一个实施例中的火驱点火管柱的结构示意图；

图2示出了本发明第二个实施例中的火驱点火管柱的结构示意图；

图3示出了本发明第三个实施例中的火驱点火管柱的结构示意图。

以上附图的附图标记：1、内管；11、注入头；12、第三筛管部；13、尾管；14、第二密封件；2、外管；21、第一封隔器；22、第一筛管部；23、第二封隔器；24、油管；25、第一密封件；26、第二筛管部；27、第三封隔器；3、套管；31、射孔；4、地层；5、油层。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。在本发明实施例中的“上”指井口的方向，“下”指远离井口的井底方向。

如图1所示，本发明提供一种火驱点火方法，包括如下步骤：向注入井中下入依次穿过地层4和油层5的管柱，所述管柱包括：套管3，所述套管3具有至少两段射孔31；套设在所述套管3内的外管2，其一端伸入所述油层5内；第一封隔器21，其设置在所述套管3与所述外管2之间，并位于油层5内；第二封隔器23，其设置在所述套管3与所述外管2之间，并位于所述第一封隔器21下方的油层5内；至少一段所述套管3的射孔31位于所述第一封隔器21与所述第二封隔器26之间，至少一段所述套管3的射孔31位于所述第二封隔器23的下方；第一筛管部22，其设置在所述外管2上，并位于所述第一封隔器21和所述第二封隔器23之间处；套设在所述外管2内的内管1，所述内管1位于油层5内的一端伸出所述外管2；第一密封件25，其套设在所述内管1外并设置在所述外管2伸入油层5的端部；注入头11，其设置在所述内管1伸出所述外管2的端部。

向所述外管2和所述内管1中同时注入空气，以使空气分别通过所述第一筛管部22以及所述注入头11注入油层5中，从而判断所述注入井与用于采油的生产井是否连通。

当判断的结果为所述注入井与用于采油的生产井连通时，向外管2中注入高温蒸汽，同时向内管1中注入空气，以将高温蒸汽导入位于所述第一封隔器21与所述第二封隔器23之间的油层5，并将空气导入位于所述第二封隔器23下方的油层5中，从而使油层5燃烧。

在本实施方式中，注入头11相对于所述第一密封件25靠近井底端。向外管2和内管1中同时注入空气，其中，空气的温度为常温。注入空气的压力要根据地层压力来计算，地层压力高，注入空气的压力就越高，地层压力低，注入空气的压力就越低。空气分别通过所述外管2的第一筛管部22以及所述内管1的注入头11注入所述油层5中，以使得所述注入井与用于采油的生产井连通，建立排烟通道。再向外管2中注入高温蒸汽，同时向内管1中注入空气；所述外管2中的高温蒸汽经第一筛管部22、以及套管3上的射孔31流向所述上方的油层5中，加热所述油层5，达到稠油燃点；所述内管1中的空气经注入头11、以及套管3上的射孔31流向所述下方的油层5中，与达到燃点的稠油发生氧化反应，燃烧所述油层5。

在本实施方式中，注入井的管柱依次穿过地层4和油层5，该管柱的内管1包括一根伸入油层5中的管道，在该管道远离井口端处与一个用于注入空气的注入头11相连通，可以利用空压机向内管1中注入一定量的空气。

第一封隔器21在外管2与套管3之间的油套环空内坐封，以对隔绝地层4和生产油层5，第二封隔器23也在外管2与套管3之间的油套环空内坐封，防止外管2中的气体与内管1中的气体还没分别进入油层时就已经在套管3内混合。第一密封件25可以为丝堵，但不限于此。

套管3紧贴井壁下入，在套管3的管壁上具有射孔31，射孔31可以使管柱内的空气和/或高温蒸汽通过射孔31进入油层5中。

下入管柱之后，所述空气分别通过第一筛管部22以及注入头11注入所述油层5中，以使得所述注入井与用于采油的生产井连通，建立排烟通道，使点火燃烧油层后产生的烟气通过生产井快速***出去，其中生产井设置在注入井的周围。同时使油层5中预存一定量的氧气，以防止在点火燃烧油层5时，空压机注入能力不足引起燃烧效果变差。另外，在点火燃烧油层5后，热的尾气向前推进，加热未燃烧的油层5，由于油层5中预存一定量的空气，热尾气促进氧化反应放热，进一步提高油层5温度。

在内管1和外管2注入完空气之后，再同时向外管2中注入高温蒸汽，向内管1中注入空气。此时，生产井要关井7-15天，点火完毕之后，生产井开井进行生产。点火过程中，注入井中的外管2中的高温蒸汽经第一筛管部22、以及套管3上的射孔31流向所述上方的油层5中，加热所述油层5，达到稠油燃点；所述内管1中的空气经注入头11、以及套管3上的射孔31流向所述下方的油层5中，与达到燃点的稠油发生氧化反应，燃烧所述油层5。由于该注入头11相对于第一密封件25和第一筛管部22靠近井底端，也就是说，注入头11位于下方的油层5中，而第一筛管部22的筛孔位于上方的油层5中，所以在点火燃烧油层5时，内管1和外管2相当于分层注入空气和蒸汽。由外管2注入的高温蒸汽通过位于上方油层5中的第一筛管部22的筛孔、套管3上的射孔31进入油层5，使上方的油层5先与高温蒸汽接触。而通过内管1注入的空气通过位于下方油层5中的注入头11、套管3上的射孔31进入油层5，使下方的油层5先与空气接触。

由于外管2中注入的高温蒸汽是高温水蒸汽，其中温度在300℃左右，含水率在25％左右，因此，高温水会在重力的作用流向下方的油层5中，加热下方的油层5，同时可以使稠油降低粘度，利于稠油的燃烧。而75％左右的干蒸汽在与油层5接触时放热，使高温的干蒸汽液化成高温水，高温水同样受重力作用流向下方的油层5中，加热下方的油层5，如此反复，逐渐加热油层5。

在油层5被高温蒸汽加热的同时，由于内管1中不断注入大量的空气，空气中的氧气与被加热的稠油反应，达到稠油的燃点使稠油燃烧，向前推进火线的蔓延，不断驱使未燃烧的油层5燃烧，使得稠油具有流动性，方便开采。

采用本发明实施例中的火驱点火方法，可以采用分层注入空气和蒸汽的方法快速提高油层5的温度及氧化放热速度，使油层5快速达到自燃点，增大地层的纵向动用程度。同时，由于空气氧化燃烧油层5时，存在低温氧化区，低温氧化会使原油重组分增多，导致原油增稠，流动性变差，而有蒸汽的存在，可提高增稠原油的流变性，减少低温氧化的范围，提高稠油的驱替效果。

在一个实施方式中，所述第一封隔器21上方的外管2包括依次连接的第一隔热油管、伸缩油管、以及第二隔热油管(图中未示出)。也就是说，外管2由井口至井底方向依次连接有第一隔热油管、伸缩油管、第二隔热油管、第一封隔器21、第一筛管部22、第二封隔器23、油管24、以及用于密封的第一密封件25。由于在火烧油层5时，与油层5距离较近的普通的油管易受热膨胀变形，所以以第一隔热油管、伸缩油管、以及第二隔热油管连接第一封隔器21，可以在油层5燃烧时候隔绝热量，而且伸缩油管可变形伸缩，可以防止普通油管受热变形损坏。

在一个实施方式中，请参见附图2，所述第二封隔器23与所述第一密封件25之间连接有油管24，所述第二封隔器23与所述油管24之间还包括第二筛管部26和第三封隔器27，所述第三封隔器27设置在所述套管3与所述外管2之间。增加筛管部的数量可以增加由外管2注入的高温蒸汽和/或空气的量，能够更好的加热油层5。当然地，在本实施方式中，筛管部的数量也不局限于两个，可以根据油层5的厚度选择三个或者更多，且使增加的筛管部与封隔器交替连接，直至最后一个封隔器与油管24相连接结束。

在一个实施方式中，所述套管3上的射孔31与所述注入头11、所述第一筛管部22的筛孔、以及所述第二筛管部26的筛孔相对应。具体地说，套管3上的射孔31位置，应该避开油层5顶界1/3处，且避开坐封后的第二封隔器23或第三封隔器27的上下端面1.5m处。

在一个实施方式中，如图3所示，所述注入头11被依次连接的第三筛管部12、尾管13、以及第二密封件14所代替，所述第三筛管部12的筛孔由内至外孔径逐渐增大。其中，第二密封件14可以为丝堵。这样可以使得内管1内的空气能够更大量、更快的进入地层5中。由于筛孔的内侧孔径小，空气的压力大，更有力从筛管的筛孔刺出，筛孔的外侧孔径大，可以使得空气在油层5中扩散更均匀，使气体更易与油层5相接触，引燃油层5。同时，第三筛管部12下方的尾管13和第二密封件14相配合，可以承接内管1内因高压空气流过管壁内氧化腐蚀产生的铁屑，防止铁屑进入油层5，堵塞孔喉通道。

在一个实施方式中，所述第一封隔器21位于距离所述油层5顶界5-10米处，所述第二封隔器23位于距离所述油层5顶界的1/3-1/2处。

进一步地说，点火烧燃油层5前，向所述外管2和所述内管1中同时注入的空气量为500Nm³/m·d；点火燃烧油层5时，向所述外管2中注入的高温蒸汽量为100t/d，向所述内管1中注入的空气量为300Nm³/m·d，点火时间大约为5天。

在一个实施方式中，所述注入头11位于下方的油层5中，所述第一筛管部22位于上方的油层5中。这样能够使外管2中的高温蒸汽由上方的油层5逐渐加热到下方的油层5，内管1中注入的空气接触下方的油层5，先引燃下方的油层5，使稠油具有流动性，方便开采。而且下方的油层5会向未燃烧的稠油油层5方向推进火线，带动上方加热的油层5燃烧。

同时，本发明还提供了一种火驱点火管柱，它包括：套管3，所述套管3具有至少两段射孔31；套设在所述套管3内的外管2，其一端伸入所述油层5内；第一封隔器21，其设置在所述套管3与所述外管2之间，并位于油层5内；第二封隔器23，其设置在所述套管3与所述外管2之间，并位于所述第一封隔器21下方的油层5内；至少一段所述套管3的射孔31位于所述第一封隔器21与所述第二封隔器23之间，至少一段所述套管3的射孔31位于所述第二封隔器23的下方；第一筛管部22，其设置在所述外管2上，并位于所述第一封隔器21和所述第二封隔器23之间处；套设在所述外管2内的内管1，所述内管1位于油层5内的一端伸出所述外管2；第一密封件25，其套设在所述内管1外并设置在所述外管2伸入油层5的端部；注入头11，其设置在所述内管1伸出所述外管2的端部。

在一个实施方式中，在点火过程中，向外管2中注入高温蒸汽，同时向内管1中注入空气，以将高温蒸汽导入位于所述第一封隔器21与所述第二封隔器23之间的油层5，并将空气导入位于所述第二封隔器23下方的油层5中，从而使油层5燃烧。

在一个实施方式中，所述第一封隔器21上方的外管2包括依次连接的第一隔热油管、伸缩油管、以及第二隔热油管(图中未示出)。

在一个实施方式中，所述第二封隔器23与所述第一密封件25之间连接有油管24，所述第二封隔器23与所述油管24之间还包括第二筛管部26和第三封隔器27，所述第三封隔器27设置在所述套管3与所述外管2之间。

在一个实施方式中，所述套管3上的射孔31与所述注入头11、所述第一筛管部22的筛孔、以及所述第二筛管部26的筛孔相对应。

在一个实施方式中，所述注入头11被依次连接的第三筛管部12、尾管13、以及第二密封件14所代替，所述第三筛管部12的筛孔由内至外孔径逐渐增大。其中，第二密封件14可以为丝堵。

在一个实施方式中，所述第一封隔器21位于距离所述油层5顶界5-10米处，所述第二封隔器23位于距离所述油层5顶界的1/3-1/2处。

在一个实施方式中，点火烧燃油层5前，向所述外管2和所述内管1中同时注入的空气量为500Nm³/m·d；点火烧燃油层5时，向所述外管2中注入的高温蒸汽量为100t/d，向所述内管1中注入的空气量为300Nm³/m·d。

在一个实施方式中，所述注入头11位于下方的油层5中，所述第一筛管部22位于上方的油层5中。

采用本发明实施例中的火驱点火方法及其管柱，可以采用分层注入空气和蒸汽的方法快速提高油层5的温度及氧化放热速度，使油层5快速达到自燃点，增大地层的纵向动用程度，提高稠油的驱替效果。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种火驱点火方法，其特征在于，包括如下步骤：

向注入井中下入依次穿过地层和油层的管柱，所述管柱包括：

套管，所述套管具有至少两段射孔；

套设在所述套管内的外管，其一端伸入所述油层内；

第一封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于油层内；

第二封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于所述第一封隔器下方的油层内；

至少一段所述套管的射孔位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间，至少一段所述套管的射孔位于所述第二封隔器的下方；

第一筛管部，其设置在所述外管上，并位于所述第一封隔器和所述第二封隔器之间处；

套设在所述外管内的内管，所述内管位于油层内的一端伸出所述外管；

第一密封件，其套设在所述内管外并设置在所述外管伸入油层的端部；

注入头，其设置在所述内管伸出所述外管的端部；

向所述外管和所述内管中同时注入空气，以使空气分别通过所述第一筛管部以及所述注入头注入油层中，从而判断所述注入井与用于采油的生产井是否连通；

当判断的结果为所述注入井与用于采油的生产井连通时，向外管中注入高温蒸汽，同时向内管中注入空气，以将高温蒸汽导入位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间的油层，并将空气导入位于所述第二封隔器下方的油层中，从而使油层燃烧。

2.根据权利要求1所述的火驱点火方法，其特征在于：所述第一封隔器上方的外管包括依次连接的第一隔热油管、伸缩油管、以及第二隔热油管。

3.根据权利要求1所述的火驱点火方法，其特征在于：所述第二封隔器与所述第一密封件之间连接有油管，所述第二封隔器与所述油管之间还包括第二筛管部和第三封隔器，所述第三封隔器设置在所述套管与所述外管之间。

4.根据权利要求3所述的火驱点火方法，其特征在于：所述套管上的射孔与所述注入头、所述第一筛管部的筛孔、以及所述第二筛管部的筛孔相对应。

5.根据权利要求1所述的火驱点火方法，其特征在于：所述注入头被依次连接的第三筛管部、尾管、以及第二密封件所代替，所述第三筛管部的筛孔由内至外孔径逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的火驱点火方法，其特征在于：所述第一封隔器位于距离所述油层顶界5-10米处，所述第二封隔器位于距离所述油层顶界的1/3-1/2处。

7.根据权利要求1所述的火驱点火方法，其特征在于：点火烧燃油层前，向所述外管和所述内管中同时注入的空气量为500Nm³/m·d；点火烧燃油层时，向所述外管中注入的高温蒸汽量为100t/d，向所述内管中注入的空气量为300Nm³/m·d。

8.根据权利要求1所述的火驱点火方法，其特征在于：所述注入头位于下方的油层中，所述第一筛管部位于上方的油层中。

9.一种火驱点火管柱，其特征在于，它包括：

套管，所述套管具有至少两段射孔；

套设在所述套管内的外管，其一端伸入油层内；

第一封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于油层内；

第二封隔器，其设置在所述套管与所述外管之间，并位于所述第一封隔器下方的油层内；

至少一段所述套管的射孔位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间，至少一段所述套管的射孔位于所述第二封隔器的下方；

第一筛管部，其设置在所述外管上，并位于所述第一封隔器和所述第二封隔器之间处；

套设在所述外管内的内管，所述内管位于油层内的一端伸出所述外管；

第一密封件，其套设在所述内管外并设置在所述外管伸入油层的端部；

注入头，其设置在所述内管伸出所述外管的端部；

在点火过程中，向外管中注入高温蒸汽，同时向内管中注入空气，以将高温蒸汽导入位于所述第一封隔器与所述第二封隔器之间的油层，并将空气导入位于所述第二封隔器下方的油层中，从而使油层燃烧。