CN111608624A - 一种利用地热开采稠油油藏的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用地热开采稠油油藏的方法，包括以下步骤：步骤1、根据目标油藏所在的区域地质情况，判断目标油层上部或者下部有无可利用的地热资源的地热层；步骤2、发现可用地热资源后，在目标油藏位置区域部署至少两口注入井和至少一口生产井，所述注入井用于注入流体的注入；步骤3、利用所述地热层的地热资源加热注入流体，加热后的注入流体置换稠油油藏中的原油，实现稠油油藏的开采。本发明中利用地热层的地热资源保证了持续稳定的热能供给，降低稠油热采过程成本，大幅度提高稠油油藏采收率。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种利用地热开采稠油油藏的方法。
背景技术
稠油是一种石油资源，它的物理性质十分特殊，主要表现为非常粘稠，流动性很差。按照国内一般行业标准，将油层条件下粘度大于50mPa·s或者脱气后地面条件下粘度大于100mPa·s的原油定义为稠油。根据全球公布的油气资源统计数据，稠油储量占到了全球石油储量的70％，但是如何经济有效地开发稠油油藏仍然是一个世界级难题，稠油油藏开发技术的突破将对世界能源格局产生重大影响。
全球的稠油资源虽然地质条件、原油性质复杂多样，但是除了埋藏很浅的油砂、沥青这一类稠油资源采用了露天开采模式外，剩余的稠油资源均采用了在地层中降粘的开采模式。稠油地层降粘开发技术主要包括注蒸汽加热降粘、注化学剂降粘以及注气降粘等。
其中，注蒸汽加热降粘开采高粘稠油仍是目前稠油油藏的主要开发方式，现场制取热采蒸汽一般做法是用原油或天然气作为热采蒸汽发生器的燃料，送入热采蒸汽发生器中进行燃烧而制出热采蒸汽，然后将热采蒸汽注入稠油储层中加热降粘开采稠油，以蒸汽吞吐或者蒸汽驱技术应用最为普遍。但是注蒸汽加热降粘开采稠油也存在很多问题，首先，这种方法需要消耗大量的燃料，同时排放出大量的温室气体，因此成本高、浪费大。其次，蒸汽吞吐后期热损失增大，井筒周围含水饱和度增高，乳化严重，动用范围有限，采收率低；蒸汽驱由于油水粘度比大和储层非均质等的影响，往往导致波及效率低，效果不理想。
注入降粘剂方法是通过注入某种化学药剂与稠油反应生成低粘度乳状液体系的方法。现场常常应用化学降粘法来处理井筒或者近井地带降粘改善采油效果，而由于降粘剂研发难度大，价格比较高，现场一般不单独作为驱油剂使用。此外，降粘剂普适性很差，由于不同油藏的原油性质存在差异，一种降粘剂一般只能针对某一性质的稠油实施降粘，而且化学降粘剂对地层条件如温度、矿化度等十分敏感，降粘后生成乳状液破乳或者分离处理困难，在地层中化学降粘剂吸附损耗等这些问题都导致注入化学降粘剂方法的经济性一般。同时，注入化学降粘剂面临地层水污染等环保方面的问题。
注气降粘可分为注入烃类气体和非烃类气体两种。注入的烃类气体包括天然气等，但是这种方法存在气源不足、成本高和安全性差等问题，因此尚无矿场应用的报道。稠油注气降粘现场常用的非烃类气体为CO2(二氧化碳)，但CO2与稠油难以形成混相，稠油注CO2降粘的主要机理是CO2溶解在原油中，使原油体积膨胀，粘度降低，同时CO2在原油中析出后以小气泡的形式分散在原油中，形成“泡沫油”渗流状态，可以提高稠油的流动能力；研究表明CO2降粘效果随着温度升高而增强，因此单独使用CO2降粘增油效果不显著，而是采取在稠油蒸汽吞吐过程注入的蒸汽中伴注CO2的方法，达到增能助排、提高稠油油藏采收率的效果。
近年来，地热资源由于其绿色和可持续利用性，受到越来越多的关注。根据热源条件，地热资源可以分为对流型、传导型以及热岩型。对流型地热通过热水或水蒸汽在深部裂隙中的自然对流将地球深处的热量带至地表(30～350℃)；传导型地热大多位于沉积岩储层，由于上部泥页岩盖层的遮挡，地层深部向上传导的热量在储层中聚集而形成地热，主要包括深部盐水层、油气田地热、地压型地热等(30～200℃)；热岩型地热是指存储于高温岩体或岩浆中的热量，热岩不含水或含有少量水，如干热岩(90～650℃)。地热资源的主要传统开发方式是将地下热水或水蒸汽通过生产井开采至地表，利用完热量后再将冷却水回注地下，水是地热开发的常规携热介质，近年来也有不少学者对利用CO2开发地热资源的可行性进行了研究，证明了利用CO2开发地热资源具有广大前景的。另外，目前对于地热资源的中低温的地热资源(低于150℃)则直接用于取暖等，而高温地热资源则多用来发电，尚无利用高温地热资源提高稠油油藏采收率的相关报道和文献。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用高温地热能加热注入流体，实现稠油热采技术实施过程温室气体零排放的、低成本的开采稠油油藏方法。
本发明提出了一种利用地热开采稠油油藏的方法，包括以下步骤：
步骤1、根据目标油藏所在的区域地质情况，判断目标油层上部或者下部有无可利用的地热资源的地热层；
步骤2、发现可用地热资源后，在目标油藏位置区域部署至少两口注入井和至少一口生产井，所述注入井用于注入流体的注入；
步骤3、利用所述地热层的地热资源加热注入流体，加热后的注入流体置换稠油油藏中的原油，实现稠油油藏的开采。
本发明中公开的利用地热开采稠油油藏的方法，地热层的地热资源对注入流体进行加热，并通过注入流体与加热后的注入流体置换稠油油藏中的原油，实现稠油油藏的开采。其中地热资源的热量通过注入流体传导给原油，原油温度升高后粘度降低，从而降低稠油热采过程成本，提高稠油油藏采收率；进一步的本发明中的方法充分利用了地热资源，从而节约了能源，使得稠油油藏的开采成本更低，同时也更加环保。
在本发明的一些实施例中，所述的方法还包括以下步骤：
步骤4、监测所述地热层产出流体的温度、地热层压力、所述生产井在采油过程中的所述注入流体含量，计算整体的操作成本，当所述操作成本等于或者大于产出油的价值时，停止开采。
在本发明的一些实施例中，步骤1中，所述地热资源所在的地热层的温度在150℃以上。
在本发明的一些实施例中，步骤2中，所述注入井包括至少一个第一注入井和至少一个第二注入井，所述第一注入井的井筒与所述地热层连通，所述第二注入井的井筒与所述目标油层连通，所述生产井的井筒与所述地热层和所述目标油层连通。
在本发明的一些实施例中，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、由第一注入井向所述地热层注入常温的注入流体，地热层对注入流体进行加热，得到高温注入流体；
步骤3.2、所述高温注入流体通过所述生产井的井筒与所述地热层的连通处进入到生产井的井筒，将所述高温注入流体举升至地面；
步骤3.3、将举升至地面的所述高温注入流体注入到第二注入井中，高温注入流体进入到目标油层，高温注入流体驱替目标油层中的原油；
步骤3.4、高温注入流体与原油的混合流体通过生产井被举升至地面，实现置换方式开采稠油油藏。
在本发明的一些实施例中，步骤3还包括以下步骤：
步骤3.5、对步骤3.4中的混合流体进行分离，分离得到的注入流体循环利用，分离出的原油、天然气则储集运输，分理出的污水进行污水处理。
在本发明的一些实施例中，在步骤2中，所述注入井与所述生产井的井距为50～250m。
在本发明的一些实施例中，其中的注入流体为CO2气体。
当注入流体选择CO2气体时，本发明即为一种利用高温地热能加热CO2置换开采稠油油藏的方法。该方法将CO2气体作为传热介质，建立注采井组开发地热能从而产成大量高温CO2气体，再利用高温CO2气体加热稠油储层和为稠油在井筒中的举升过程提供热能，降低整个开采过程中原油的粘度，实现利用高温地热资源提高稠油油藏采收率的目的。该方法变废为宝，将CO2应用于稠油油藏的开发，具有大规模封存CO2的潜力，为低成本提高稠油油藏采收率和提高CO2埋存项目经济可行性提供了重要技术参考。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是本发明实施例的方法中的注入井与生产井构成的注采***开发稠油油藏的示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。本发明中同样的单位符号表示同一个单位，其中t/d表示吨/天，m为长度单位米，℃为温度单位摄氏度，
本发明提出了一种利用地热开采稠油油藏的方法，包括以下步骤：
步骤1、根据目标油藏所在的区域地质情况，判断目标油层上部或者下部有无可利用的地热资源的地热层，优选地热层温度应在150℃以上。
步骤2、发现可用地热资源后，在目标油藏位置区域部署至少两口注入井和至少一口生产井，所述注入井用于注入流体的注入，优选的，注入井与生产井的井距为50～250m。
进一步的，其中的注入井至少包括第一注入井和第二注入井。
第一注入井的井筒仅与地热层连通，不限井型，可以为直井，也可为水平井，第一注入井注入的流体全部进入地热层；第一注入井可以根据地热层物性条件，如孔隙度、渗透率，在注入流体前进行压裂、酸化等增注措施；第一注入井的井口可以通过管线与高压注入泵的出口端相连接，高压注入泵的入口端与注入流体储集装置相连。
第二注入井仅与目标油层连通，不限井型，可以为直井，也可为水平井，第二注入井注入的流体全部进入目标油层；该第二注入井井口与高压注入泵相连，通过油管向储层中注入过滤处理后的热流体。
生产井可以为分段射孔直井或者多分枝水平井，无论采用哪种井型，所述生产井的井筒需要既与地热层连通，又与目标油层连通；所述生产井井口连接分流阀，分流阀与油管连接的出口通过管线与地面的循环、过滤装置，地面的循环、过滤装置再通过管线与地面高压注入泵相连，分流阀与井筒环空连接的出口则通过管线与三相分离器连接。
步骤3、利用所述地热层的地热资源加热注入流体，加热后的注入流体置换稠油油藏中的原油，实现稠油油藏的开采。
利用地热能加热注入流体置换开采稠油油藏的整个生产过程，首先是利用地热能加热注入流体的过程，开始时使用高压注入泵将地面流体储集装置中能够收集、携带热能的地面常温注入流体注入到第一注入井，注入的常温注入流体通过第一注入井的井筒与地热层连通的部分进入地热层，注入流体在地热层中流动，吸收、携带走地热层中的热能而转变为高温注入流体，在注采井间压力差作用下，这些高温注入流体再通过生产井的井筒与地热层连通的部分流入生产井井筒，由生产井油管举升至地面，而后这些高温注入流体经过由隔热管线相连的循环、过滤装置，被第二注入井的井口的高压注入泵从注入到第二注入井，高温流体沿第二注入井的油管到达其井筒与目标油层连通的部分进入目标油层。然后是高温注入流体置换开采稠油的过程，由于高温流体的温度高于目标油层的温度，因此高温注入流体进入目标油层后与目标油层内的流体发生热交换，加热目标油层中的原油。原油温度升高后粘度降低，在注采井间压力差的作用下被驱替而在目标油层中发生流动，最后由生产井的井筒与目标油层连通的部分进入生产井井筒。最后采出的混合流体沿生产井的油管环空被举升至地面，在这个过程中由于生产井的内侧油管中有从地热层中刚刚采出的高温流体，可以对目标油层中采出的混合流体进行二次加热，有利于将稠油举升之地面，到达井口的混合流体再通过分流阀沿管线输送至分离装置。通过分离装置分离得到的注入流体经过注入流体的储集罐后循环利用，分离出的原油、天然气则储集运输，污水进行污水处理。
为了进一步的降低生产的成本，使得生产的可控性更强，可以设置步骤4、监测所述地热层产出流体的温度、地热层压力、所述生产井在采油过程中的所述注入流体含量，计算整体的操作成本，当所述操作成本等于或者大于产出油的价值时，停止开采。
进一步的，注入流体可以选择CO2气体。注入流体选择CO2气体时，本发明即为一种利用高温地热能加热CO2置换开采稠油油藏的方法。该方法将CO2气体作为传热介质，建立注采井组开发地热能从而产成大量高温CO2气体，再利用高温CO2气体加热稠油储层和为稠油在井筒中的举升过程提供热能，降低整个开采过程中原油的粘度，实现利用高温地热资源提高稠油油藏采收率的目的。该方法变废为宝，将CO2应用于稠油油藏的开发，具有大规模封存CO2的潜力，为低成本提高稠油油藏采收率和提高CO2埋存项目经济可行性提供了重要技术参考。
如图1所示，为本实施例中的方法中的注入井与生产井构成的注采***开发稠油油藏的示意图。
在本实施例中，选择的稠油油藏的埋深为1200～1312m，初始油层温度为55.2℃，目标油藏分布区域范围内可利用的地热资源位于目标油层下部3000m，该地热层温度为200～220℃。
如图1所示，在目标油藏位置区域部署第一注入井14、第二注入井12和生产井13，第一注入井14与生产井13的井距为100m，第二注入井12与生产井13的井距为150m。
本实施例中第一注入井14为直井，其井筒射孔段位于地热层1，第一注入井14仅与地热层1连通，因此向第一注入井14注入的CO2将全部进入地热层1；本实施例中的第一注入井14采用压裂完井，实施压裂井段与射孔层段一致；第一注入井14的井口通过第一分流阀3、管线与第一高压注入泵4的出口端相连接，第一高压注入泵4的入口端通过管线与CO2储集罐7相连。本实施例中第二注入井12为直井，其井筒射孔段位于目标油层，第二注入井12仅与目标油层2连通，因此第二注入井12注入的CO2将全部进入目标油层2；所述第二注入井12的井口与第二高压注入泵15相连，通过油管向目标油层2中注入过滤处理后的高温CO2气体。生产井13为分段射孔同心管直井，生产井13井筒下部10与地热层1连通，采用射孔压裂完井，用于采出经地热层1加热后的CO2气体，生产井13的井筒上部9与目标油层2连通，采用射孔完井，用于采出目标油层2中的油、气、水的三相混合流体；生产井13的井口连接第二分流阀16，第二分流阀16将生产井13的内侧油管产出的CO2气体通过管线与地面的循环、过滤装置5，地面的循环、过滤装置5再通过管线与地面第二高压注入泵15相连，第二分流阀16将生产井13的外侧油管与内侧油管环空产出油、气、水的三相混合流体通过管线与三相分离器6连接，通过三相分离器6可以将一部分CO2分离后，通过管线返回CO2储集罐7循环利用，分离出的原油、天然气则储集运输，污水进行污水处理。
如图1所示，第一注入井14开始时向地热层1中注入常温CO2气体，注入速度为100t/d，同时整个生产井13的井筒进行降压开采，当检测到井筒下部10的有CO2产出时，开始将这一部分产出的CO2通过过滤装置5，由第二高压注入泵15注入到第二注入井12的井筒，注入速度与生产井13产出CO2的速度一致，高温CO2进入目标油层2后会自发的与目标油层2中的稠油发生物理化学反应，同时将热量携带至目标油层，加热目标油层中的稠油流体；生产井13井筒上部9的初始产量为40t/d，后期根据注入CO2的速度可以进行调整。
监测地热层产出流体的温度、地热层压力、生产井采油过程中的CO2含量，以油价60美元/桶测算，目标区块油井产出原油的体积与产出CO2的体积比小于0.2时，停止整个开采。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (8)
1.一种利用地热开采稠油油藏的方法，包括以下步骤：
步骤1、根据目标油藏所在的区域地质情况，判断目标油层上部或者下部有无可利用的地热资源的地热层；
步骤2、发现可用地热资源后，在目标油藏位置区域部署至少两口注入井和至少一口生产井，所述注入井用于注入流体的注入；
步骤3、利用所述地热层的地热资源加热注入流体，加热后的注入流体置换稠油油藏中的原油，实现稠油油藏的开采。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤4、监测所述地热层产出流体的温度、地热层压力、所述生产井在采油过程中的所述注入流体含量，计算整体的操作成本，当所述操作成本等于或大于产出油的价值时，停止开采。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述地热资源所在的地热层的温度在150℃以上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述注入井包括至少一个第一注入井和至少一个第二注入井，所述第一注入井的井筒与所述地热层连通，所述第二注入井的井筒与所述目标油层连通，所述生产井的井筒与所述地热层和所述目标油层连通。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、由第一注入井向所述地热层注入常温的注入流体，地热层对注入流体进行加热，得到高温注入流体；
步骤3.2、所述高温注入流体通过所述生产井的井筒与所述地热层的连通处进入到生产井的井筒，将所述高温注入流体举升至地面；
步骤3.3、将举升至地面的所述高温注入流体注入到第二注入井中，高温注入流体进入到目标油层，高温注入流体驱替目标油层中的原油；
步骤3.4、高温注入流体与原油的混合流体通过生产井被举升至地面，实现置换方式开采稠油油藏。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括以下步骤：
步骤3.5、对步骤3.4中的混合流体进行分离，分离得到的注入流体循环利用，分离出的原油、天然气则储集运输，分理出的污水进行污水处理。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述注入井与所述生产井的井距为50～250m。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，其中的注入流体为CO2气体。
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