CN110905470A - 一种利用油气藏底水资源开采油气的方法 - Google Patents
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Abstract
一种疏导、利用油气藏边底水资源开采油气的方法被公布，即，在一定压力范围内持续加热油气藏边底水层的上部，在生产压差作用下，通过泄压稳压方式形成底水蒸汽驱、底水热水驱和储层热膨胀弹性压力驱，用以改善油气藏地层能量亏空、边底水侵入和致密油气藏储层渗透率低、驱油动力不足的现状，提高储层动用程度和采出程度。
Description
技术领域
本方法适用于石油与天然气工业行业中所有含边底水的油气藏的油气开采。
背景技术
目前，油气藏边底水对油气的开发作用表现为两种：一种是，当边底水整体推进时，对油气生产的促进作用；另一种情况是，边底水以底水锥或脊进、边水指进形式沿高渗层浸入油层，造成油层水淹，生产井含水上升、产油量下降，生产受到严重影响，甚至大面积油气井不得不关停。
生产中，为预防边底水的浸入，多是采用避边底水的方法，即通过避射一定厚度或是一定距离的优质油层来预防边底水的过早浸入，这导致一定量的优质石油地质储量不能动用。而当避射不成功时，生产中多是采用机械或化学方法找水、堵水，这些方法的时效性大多是短暂的，有的干脆是无效的，即便找、堵水成功的生产井，新的出水点很快又会出现，其最终的结果往往是大面积的生产井关停。因此，找堵水工作复杂而又艰难，浪费巨量资源。
而另一方面，为弥补地层能量亏空，一种常用的方法是利用宝贵的地面水资源进行注水/汽，热采油藏注汽前期是为升温降黏，后期注汽也有弥补地层能量亏空的作用。这样做的结果是，一边注水/汽成本居高不下，一边油气藏的采出程度提高有限，目前，油气藏的平均采出程度平均20%左右，标定采收率不到35%，大部分油气藏储量难以动用。
CN201480001286.3提出一种利用水平井电加热油藏边底水层的热采方法，即通过加热油藏边底水层上部的方法给整个油藏提供热能，解决浅-中深层超稠油油藏热能注不进、深-超深层油藏蒸汽热效低的问题，不仅实现地层原油升温降黏的目的，而且在生产过程中还可形成有效的底水蒸汽驱、底水热水驱和贯穿整个生产过程的储层热膨胀弹性压力驱，有效弥补地层能量亏空，提高油藏采出程度。
显然，这种利用天然地层水的方法，不仅节约宝贵的地面水资源，可有效动用用于避边底水的优质油层石油地质储量，而且因为边底水与油层孔隙水同源性质相同，后期底水的浸入不会明显改变储层的渗透性能。这是一种原位油藏集中热采方法，底水热水驱动能量利用效率更高更快，是一种低成本、节能、高效、环保、安全、方便、快捷的热采方法。
除热采油藏外，非常规油气藏中致密油气藏占很大比重，但其储量品质低，具有储层渗透性差、丰度低及低压的特点，天然能量不足，导致油井自然产量很低。因此，开发中多采用水力压裂、超前注水方法及注CO2气体进行开采。但水力压裂成本高、裂缝容易闭合，需反复作业；注水方法通常会因粘土矿物遇水膨胀而影响储层的渗透能力；而注CO2气体方法，则存在碳排放环境污染问题、碳埋存问题不易解决。
发明内容
油气藏边底水的整体推进对油气生产是有利的，借鉴古人疏导、利用而非截堵的治水方法、CN201480001286.3利用水平井电加热油藏边底水层的热采方法及致密油气藏压裂、注水注气生产经验，寻求疏导利用而非截堵天然地层水资源的方法提高油气储层的动用及采出程度是本方法的宗旨。
水的物理特性显示：压力一定条件下，水受热温度上升。当温度达到沸点温度时，水温不再升高，再继续加热，水会被不断地汽化形成水蒸汽。在整个加热过程中，伴有溶解气不断地溢出，温度越高溶解气溢出越多。
而在相对密闭条件下加热，随着水温的不断增高，溶解气的溢出越多，容器内压力不断增大，压力越大，水沸点温度越高。密闭条件下水沸点温度与压力关系预测曲线（图1）显示，曲线下方为溶解气产生、液体体积膨胀、水体温度与压力不断上升区域。当水温度与压力达到曲线上的某一点时，再持续加热水，水沸点温度与压力变化沿预测曲线移动。当曲线上任一点压力值固定，泄压条件下再持续加热，则会产生大量蒸汽，温度越高，蒸汽的干度越大。
一种利用油气藏底水资源开采油气的方法，其特征是，根据水沸点温度与压力对应关系预测曲线、油气藏地质特征、储层原始地层压力和破裂压力，在一定压力范围内通过控压稳压方式加热油气藏边底水层的上部，使地层水沸腾并持续产生底水蒸汽，由此在生产压差作用下，在油水界面处形成以底水蒸汽驱、底水热水驱为主的面积驱动力，及贯穿整个油气藏的以储层热膨胀弹性压力驱为主的综合开采油气驱动能量。
由水沸点温度与压力对应关系曲线可知，密闭条件下持续加热地层水，储层内压力会不断增高。因此，除致密油气藏外，一般的油气藏在加热过程中压力需控制在储层破裂压力之下，可以通过生产井泄压的方式或者调节地层水的加热方式，或者二者方式并用的形式来调控压力大小和保持压力稳定。
与 CN201480001286.3方法不同的是，本方法的侧重点不是给整个油藏预热，而是在地层原油可动条件下，即在蒸汽驱有效条件下，保持地层压力稳定，持续加热地层水，以使地层水持续不断地产生大量蒸汽，从而在生产过程中能动地实现底水蒸汽驱、底水热水驱和储层热膨胀弹性压力驱，适用于包含热采油藏在内的任何含边底水资源的油气藏开发（图2）。
CN201480001286.3方法是本方法中针对热采油藏形成底水蒸汽驱的一个必经阶段，即预热油藏实现地层原油可动的阶段，在油藏预热结束后，地层原油可动条件下，本方法还要再继续稳定压力，然后持续加热地层水以产生所需要的综合采油驱动能量。
与目前超稠油油藏蒸汽驱采油方法不同的是，前者油藏没有充分预热，绝大部分地层原油不可动，注入地面水蒸汽沿高渗通道冲刷地层原油固体表面，类似蒸汽吞吐生产效果，属于边预热边采油，油层内非均匀动用地层原油，原油动用程度低，驱的概念不显著。本方法在地层原油可动条件下，即在CN201480001286.3方法之后，控压稳压条件下持续加热地层水，以产生底水蒸汽，能动地形成底水蒸汽驱和底水热水驱。
本方法在 CN201480001286.3方法基础上发展演变而来，拓展应用到所有含边底水的油气藏的开采， 包含但不限于CN201480001286.3方法及其加热过程。
与 CN201480001286.3方法产生蒸汽驱和底水热水驱机理不同，本方法是在一定压力范围内加热地层水，在某一稳定压力条件下持续加热地层水，使地层水直接产生大量的水蒸汽。CN201480001286.3方法中底水蒸汽驱的产生是因为油层底部温度高过地层水汽化温度，在生产压差作用下，浸入油层的高温底水被汽化而产生底水蒸汽驱。当油层内温度小于等于地层水汽化温度后，浸入底水则只能形成底水热水驱。
与CN201480001286.3方法不同的是，水平井加热方式可以是，但不局限于电加热，核能、太阳能、风能等其它节能热源均可。
与CN201480001286.3方法一致的是，本方法地层水的热损失在可控范围内。其原理包含：受热地层水在热动力作用下运动方向是向上或斜上方的（图3），运动的地层水会将部分向下传递的热能回收利用；冷热水的重力分异特性使热水和冷水呈上下分层状态分布，不易混合，热损失仅以少量的接触热传递方式向下传递；根据油气藏的特征优化加热水平井的部署，水平井设置在油气藏边底水层的上部靠近油水界面处，加热的水体主要为水平井上方的地层水，而非地层水的全部；加热水平井的结构可进行各种节能优化设计，促使热能传递方向向上；石墨烯材料的广泛应用可减少导线部分的热损失；加热同样体积的高温地层水较地面水节能；水具有蓄热功能，能够延长油气稳产时间，加热后的高温地层水能够减少油气藏的热损失，浸入油层内的地层水不会对储层造成冷伤害和渗透性伤害。
附图说明
图1 水沸点温度与压力对应关系预测曲线。
图2油气藏地层水受热过程中温度与压力变化轨迹图
A：油气藏原始地层条件（Po,To），原始地层压力Po，MPa；To：原始地层温度，℃；
B：油气藏目前地层条件（Pi, Ti），目前地层压力Pi，MPa；Ti：目前地层温度，℃；
Pb：油气藏储层破裂压力，MPa；
Ⅰ段：油藏压力介于（Pi, Po），地层能量亏空，油气藏采出程度≤标定采收率；
Ⅱ段：油藏压力介于（Po, Pb），地层能量超饱和，油气藏采出程度≥标定采收率；
Ⅲ段：油藏压力≥Pb，储层破裂，致密油气藏采出程度≥标定采收率；
①开放油气藏泄压稳压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后继续稳压加热，形成有效的底水蒸汽驱；
②开放油气藏控压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后继续稳压加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
③开放油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于原始地层压力后，然后稳压持续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
④开放油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力接近储层破裂压力时，然后稳压加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑤开放油气藏控压条件下持续加热地层水至水沸点温度，压力略高于储层破裂压力，然后继续稳压加热，形成有效的底水蒸汽驱；
⑥开放油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于储层破裂压力时，然后稳压加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑦密闭油气藏泄压稳压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑧密闭油气藏控压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑨密闭油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于储层破裂压力时，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑩密闭油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力接近储层破裂压力时，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑾密闭油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于储层破裂压力时，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱。
图3加热井下方水质点运动方向。
有益开发效果
本方法利用天然的油气藏边底水资源开采油气，通过控压方法加热油气藏边底水层的上部，在生产压差作用下，形成有效的底水蒸汽驱、底水热水驱和储层热膨胀弹性压力驱，促使边底水能量整体推进，将边底水对生产有害的一面向有利的方向疏导，同时可充分弥补地层能量亏空，提高油气藏的动用程度和最终采出程度。
这是CN201480001286.3原位热采方法的升级、提高和拓展应用，为一种能动地利用油气藏边底水能量提高采油驱动能量的有效方法，可利用底水蒸汽、储层热膨胀充分弥补各种油气藏地层能量亏空、可注入足够多的热能使稠油油藏地层原油升温降黏及改善高凝油油藏原油结蜡现象、可通过高压注汽、储层超压破裂方法改善致密油气藏储层渗透性、可利用三种驱动能量提高油气开采所需的驱动能量、可有效提高油气藏的动用程度和最终采出程度。
本方法不再需要注入宝贵的地面水资源，不再需要找水、堵水重复作业，可有效动用避边底水的优质油层石油地质储量，不需要做污水处理，不必担心致密油气层裂缝闭合问题，不需要担心环境污染问题，本方法利用天然地层水资源，就地取材，因势利导，是一种低成本、节能、高效、环保、安全、方便、快捷的热采油气方法。
适用范围
本方法适用石油及天然气行业中含边底水层的油气藏开发，具体而言：
①②③⑦适用于对温度要求不高的普通油气藏、低温热采的普通稠油油气藏、高凝油油气藏；
④⑧⑩适用于中高渗储层，需高温热采稠油油气藏、高凝油油气藏；
④⑤⑥⑨⑩⑾适用于需高压注汽或者水力压裂的致密油气藏；
特别说明：对原始地层压力高、油品性质好的油气藏，对温度要求低，可以优先进行泄压生产，即油藏压力由A进入到B状态，然后在低压状态下控压稳压加热地层水直到形成有效的底水蒸汽驱、底水热水驱；
Ⅰ段：油藏压力介于（Pi, Po），地层能量亏空，油气藏采出程度基本低于标定采收率，但所耗电能少；
Ⅱ段：油藏压力介于（Po, Pb），地层能量超饱和，油气藏温度高，有助于提高油气藏采出程度，最终采出程度远高于标定采收率；
Ⅲ段：油藏压力≥Pb，储层破裂，高温高压状态益于低丰度油气溢出，适用于致密油气藏，其采出程度≥标定采收率。
Claims (8)
1.一种利用油气藏底水资源开采油气的方法，其特征是，根据水沸点温度与压力对应关系预测曲线、油气藏地质特征、储层原始地层压力和破裂压力，在一定压力范围内通过控压稳压方式加热油气藏边底水层的上部，使地层水沸腾并持续产生底水蒸汽，由此在生产压差作用下，在油水界面处形成以底水蒸汽驱、底水热水驱为主的面积驱动力，及贯穿整个油气藏的以储层热膨胀弹性压力驱为主的综合开采油气驱动能量。
2.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，油气藏边底水的整体推进对油气生产是有利的，寻求疏导、利用而非预防截堵天然地层水资源的方法提高油气储层的动用及采出程度是本方法的宗旨。
3.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，油气开采驱动力产生机理，包括，但不限于：
加热条件下，沿整个油水界面处水蒸汽易形成自发向上的热驱动力，水蒸汽较水更易扩散，为底水蒸汽面积驱油气产生机理；
在底水蒸汽驱和生产压差作用下，底水随油水界面上升而整体推进，为底水热水驱形成机理；
加热条件下，储层颗粒及流体热膨胀及溶解气、水蒸汽溢出为储层热膨胀弹性压力驱形成机理；
加热油气藏底水层过程中，油气藏因温度压力非均匀分布，当压力超过储层破裂压力时，油气储层会产生微裂缝，为储层渗透性增加机理；
加热地层水，底水蒸汽持续产生并向上驱动，为储层微裂缝不易闭合机理。
4.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，除致密油气藏外，一般的油气藏在加热过程中压力需控制在储层破裂压力之下，压力调控方法：
可以通过生产井泄压的方式，
或者调节地层水的加热方式，
或者二者方式并用的形式。
5.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，
油油气藏类型为含边底水层的各种油气藏，包括，但不限于，含边底水层的致密油气藏、需热采开发的稠油、高凝油油气藏及需要注水开发的普通油气藏；
藏边底水层加热方法包含，但不限于，各种电加热、核能加热方法；
用于加热边底水层的加热井可以是各种类型的水平井；
放置水平井中的加热器可以是各种节能型号加热设备。
6.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，根据不同油气藏地质特征，油气藏边底水加热方式有，但不限于：
①开放油气藏泄压稳压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后继续稳压加热，形成有效的底水蒸汽驱；
②开放油气藏控压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后继续稳压加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
③开放油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于原始地层压力后，然后稳压持续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
④开放油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力接近储层破裂压力时，然后稳压加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑤开放油气藏控压条件下持续加热地层水至水沸点温度，压力略高于储层破裂压力，然后继续稳压加热，形成有效的底水蒸汽驱；
⑥开放油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于储层破裂压力时，然后稳压加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑦密闭油气藏泄压稳压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑧密闭油气藏控压条件下持续加热地层水至水沸点温度，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑨密闭油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于储层破裂压力时，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑩密闭油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力接近储层破裂压力时，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑾密闭油气藏控压条件下持续加热地层水，当压力略高于储层破裂压力时，然后稳压继续加热，直到形成有效的底水蒸汽驱；
⑿对原始地层压力高、油品性质好的油气藏，对温度要求低，可以优先进行泄压生产，即油藏压力由A进入到B状态，然后在低压状态下控压稳压加热地层水直到形成有效的底水蒸汽驱、底水热水驱。
7.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，为提高油气藏最终采出程度，油气藏边底水层加热的原则是油藏动态压力宜≥Po，对于热采油藏，地层原油宜在可动条件下进行汽驱，期中：
Ⅰ段，油藏压力介于（Pi, Po），所耗电能少，但地层能量有亏空，适用于对油品性质好、储层为中高渗透率的对温度要求不高的普通油气藏、低温热采的普通稠油油气藏、高凝油油气藏；
Ⅱ段，油藏压力介于（Po, Pb），地层能量超饱和，油气藏温度高，适用于中高渗储层，需高温热采稠油油气藏、高凝油油气藏；
Ⅲ段，油藏压力≥高于储层破裂压力Pb，高温高压状态益于低丰度油气溢出，适用于需高压注汽或者水力压裂的致密油气藏。
8.根据权利要求1所述的利用油气藏底水资源开采油气方法，其特征是，控制油气藏地层水热损失的机理及其方法有，不限于以下内容：
受热地层水在热动力作用下运动方向是向上或斜上方的，运动的地层水会将部分向下传递的热能回收利用；
冷热水的重力分异特性使热水和冷水呈上下分层状态分布，不易混合，热损失仅以少量的接触热传递方式向下传递；
根据油气藏的特征优化加热水平井的部署，水平井设置在油气藏边底水层的上部靠近油水界面处，加热的水体主要为水平井上方的地层水，而非地层水的全部；
加热水平井的结构可进行各种节能优化设计，促使热能传递方向向上；
石墨烯材料的广泛应用可减少导线部分的热损失；
加热同样体积的高温地层水较地面水节能；
水具有蓄热功能，能够延长油气稳产时间，加热后的高温地层水能够减少油气藏的热损失，浸入油层内的地层水不会对储层造成冷伤害和渗透性伤害。
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