專利名稱：一種超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)及其注氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田深層稠油開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)及其注氣方法。
背景技術(shù)：
我國稠油油藏一般集中分布于各含油氣盆地的邊緣斜坡地帶以及邊緣潛伏隆起傾沒帶，也分布于盆地內(nèi)部長期發(fā)育斷裂帶隆起上部的地塹。油藏埋藏深度300-6400m，通常情況下，油藏埋深于300-1000m，為淺層稠油，1000-2000m為中深層稠油，超過2000m-3000m為深層稠油,超過3000m為特深層稠油。自二十世紀(jì)六十年代開采稠油以來，稠油開采技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對于淺層稠油，國內(nèi)外發(fā)展了熱采技術(shù)，如蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)，這些技術(shù)主要基于稠油粘度隨著溫度升高而降低的原理。為了進(jìn)一步提高注汽能力，國內(nèi)油田于1998年研制成功了亞臨界注汽鍋爐，(注汽井口)壓力可以達(dá)到2IMPa,使一批中深層特、超稠油油藏得到了動(dòng)用?；馃蛯蛹夹g(shù)近年來在國內(nèi)應(yīng)用，因?yàn)樗峭ㄟ^空氣壓縮機(jī)將空氣注入到油層，依靠油層中的燃料來提供熱量，燃燒帶溫度達(dá)到500°C以上，具有大幅提高地層溫度的特點(diǎn)，如果將超臨界水的壓力油藏實(shí)現(xiàn)火燒油層，火燒區(qū)域形成400-500°C的高溫場，局部區(qū)域發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，在此條件下地層水具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，如烴類等非極性有機(jī)物與極性有機(jī)物一樣可完全與超臨界水互溶，氧氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳等氣體也都能以任意比例溶于超臨界水中。充分利用超臨界水還具有很好的傳質(zhì)、傳熱性質(zhì)。這些特性使得地層中的油水混合物成為一種優(yōu)良的反應(yīng)介質(zhì)。利用超臨界水壓力技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)深層可流動(dòng)稠油油藏火燒油層工藝，將使深層、超深層稠油油藏得以動(dòng)用，并且大幅提高原油采收率。深層稠油油藏吸氣能力決定了實(shí)施超臨界壓力注氣是提高其火燒效果的必要條件，目前，超高壓大排量空氣壓縮機(jī)在國內(nèi)得以使用，實(shí)現(xiàn)超臨界壓力下火燒油層的采油方法成為可能。但對于實(shí)現(xiàn)超臨界壓力狀態(tài)下火燒油層存在點(diǎn)火方式和管柱技術(shù)方面的難題，首先，在超臨界壓力注氣情況下，衡量火燒油層的關(guān)鍵指標(biāo)是地層原油是否快速燃燒起來，其次，注氣管柱是否滿足高壓條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)及其注氣方法，該注氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了使深層可流動(dòng)稠油油藏發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，使地層中的原油發(fā)生熱裂解反應(yīng)，原油重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，將使深層、超深層稠油油藏得以動(dòng)用，并且大幅提高原油采收率?？朔爽F(xiàn)有深層、超深層稠油油藏難以實(shí)現(xiàn)超臨界壓力狀態(tài)下火燒油層進(jìn)行采油的不足。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)，包括電纜注入頭、電纜密封器、井口裝置、套管、油管、電纜系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、封隔器、大型高壓空氣壓縮機(jī)、注氣管線、電纜滾筒和電源控制柜；大型高壓空氣壓縮機(jī)通過注氣管線與井口裝置相連接，油管置于套管內(nèi)，油管上端與井口裝置相連接，下端與封隔器及底端尾管油管絲扣連接，封隔器為過電纜封隔器，封隔器位于電纜系統(tǒng)井下部分熱端的礦物加熱電纜以上50m處；監(jiān)測系統(tǒng)是由監(jiān)測系統(tǒng)地面部分和監(jiān)測系統(tǒng)井下部分組成，監(jiān)測系統(tǒng)地面部分是由熱電偶測溫系統(tǒng)、石英晶體壓力傳感器和氮?dú)馄拷M成，監(jiān)測系統(tǒng)井下部分是由礦物絕緣熱電偶和不銹鋼毛細(xì)管及固定件組成并分別固定在油管外側(cè)，監(jiān)測系統(tǒng)井下部分延伸于油管底端尾管處；電纜密封器通過螺栓連接在井口裝置上部，電纜注入頭位于電纜密封器上部，電纜滾筒上盤卷電纜系統(tǒng)，電纜系統(tǒng)通過電纜注入頭、電纜密封器和井口裝置進(jìn)入油管內(nèi)；電纜系統(tǒng)的井下部分由下至上是由熱端的礦物加熱電纜和冷端的礦物導(dǎo)線電纜組成，電源控制柜通過導(dǎo)線與電纜系統(tǒng)連通。電纜系統(tǒng)的井下部分的熱端礦物加熱電纜的長度為50米，每米功率達(dá)到3千瓦，冷端礦物導(dǎo)線電纜與熱端礦物加熱電纜制成外徑為25. 4毫米的一整根等徑尺寸規(guī)格的電纜。電纜系統(tǒng)的井下部分的熱端礦物加熱電纜為大功率不銹鋼加熱電纜，它包括導(dǎo)體線芯、絕緣層和不銹鋼護(hù)套管，導(dǎo)體線芯由導(dǎo)電線芯、過渡連結(jié)和加熱線芯組成，導(dǎo)體線芯外側(cè)包裹有礦物絕緣層，在絕緣層外側(cè)包有不銹鋼護(hù)套管，耐壓達(dá)到30MPa以上。一種利用如上所述的超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)的注氣方法，該方法步驟如下首先是將電纜系統(tǒng)的井下部分下入火驅(qū)采油的油井管柱井筒中，電纜系統(tǒng)的熱端礦物加熱電纜的底端正對油層的中部或主力油層，空氣由地面大型高壓空氣壓縮機(jī)通過井口裝置的四通進(jìn)入井下油管，通過油管進(jìn)入油層；加熱的電路是電流通過電源控制柜的控制，使電流經(jīng)電纜系統(tǒng)的冷端礦物導(dǎo)線電纜送入熱端礦物加熱電纜內(nèi)，產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，不銹鋼體外套發(fā)熱，表面溫度可達(dá)700°c，將流經(jīng)的空氣加熱到400°C溫度以上，空氣氣流通過地面大型高壓空氣壓縮機(jī)加壓至臨界壓力以上注入地層中，將加熱到400°C溫度以上空氣與地層中的原油發(fā)生高溫氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱能，原油燃燒溫度可達(dá)500°C以上，并逐漸加熱臨近地層，促使地層的水達(dá)到超臨界狀態(tài)，發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，使地層中的原油粘度降低和發(fā)生了熱裂解反應(yīng)，原油重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，能夠流到生產(chǎn)油井中，再通過舉升設(shè)備舉升至地面；井底部位的溫度、壓力參數(shù)是通過監(jiān)測系統(tǒng)井下部分的礦物絕緣熱電偶和不銹鋼毛細(xì)管傳至監(jiān)測系統(tǒng)地面部分，根據(jù)顯示的井底溫度、壓力參數(shù)調(diào)整注氣參數(shù)和電加熱器系統(tǒng)加熱功率，滿足達(dá)到地層超臨界水氧化反應(yīng)的條件。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明由于采用了專門的注氣系統(tǒng)進(jìn)行超臨界壓力下火燒油層采油，因而可使深層可流動(dòng)稠油油藏發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，使地層中的原油發(fā)生熱裂解反應(yīng)，原油重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，將使深層、超深層稠油油藏得以動(dòng)用，并且大幅提高原油采收率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖為超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如附圖所示，一種超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)，包括電纜注入頭I、電纜密封器2、井口裝置3、套管4、油管5、電纜系統(tǒng)6、監(jiān)測系統(tǒng)、封隔器8、大型高壓空氣壓縮機(jī)9、注氣管線10、電纜滾筒12和電源控制柜13 ;大型高壓空氣壓縮機(jī)9出口壓力大于25MPa以上，以滿足高壓油藏注氣要求；大型高壓空氣壓縮機(jī)9通過注氣管線10與井口裝置3相連接，油管5置于套管4內(nèi)，油管5上端與井口裝置3相連接，下端與封隔器8及底端尾管油管絲扣連接，封隔器8為過電纜封隔器，滿足穿越監(jiān)測系統(tǒng)井下部分7的要求；封隔器8位于電纜系統(tǒng)6井下部分熱端的礦物加熱電纜以上50m處；監(jiān)測系統(tǒng)是由監(jiān)測系統(tǒng)地面部分11和監(jiān)測系統(tǒng)井下部分7組成，監(jiān)測系統(tǒng)地面部分11是由熱電偶測溫系統(tǒng)、石英晶體壓力傳感器和氮?dú)馄拷M成，用來顯示井底溫度、壓力參數(shù)；監(jiān)測系統(tǒng)井下部分7是由礦物絕緣熱電偶和不銹鋼毛細(xì)管及固定件組成并分別固定在油管5外側(cè)，監(jiān)測系統(tǒng)井下部分7延伸于油管5底端尾管處，能夠監(jiān)測到井底環(huán)境注入空氣的溫度、壓力；礦物絕緣熱電偶用于監(jiān)測油層部位的溫度，為金屬護(hù)套并有氧化鎂絕緣層，可組成一個(gè)密封堅(jiān)固的外殼，不僅可承受高溫、高壓，還能承受劇烈振動(dòng)，不銹鋼毛細(xì)管用于井下壓力傳輸，不銹鋼毛細(xì)管的傳壓筒底端開孔與井筒連通。不銹鋼毛細(xì)管和傳壓筒中均充滿氮?dú)?，使用氮?dú)庠鰤罕脤⒌獨(dú)獯祾咧敛讳P鋼毛細(xì)管及井下傳壓筒中。井下壓力與不銹鋼毛細(xì)管及傳壓筒中的氮?dú)鈮毫ψ罱K在傳壓筒中達(dá)到平衡。不銹鋼毛細(xì)管的另一端與地面上的石英晶體壓力傳感器相連，石英晶體壓力傳感器測得的壓力信號，傳送到數(shù)據(jù)采集器，將井下壓力數(shù)據(jù)顯示、存儲起來。電纜密封器2通過螺栓連接在井口裝置3上部，電纜注入頭I位于電纜密封器2上部，電纜滾筒12上盤卷電纜系統(tǒng)6，電纜系統(tǒng)6通過電纜注入頭I、電纜密封器2和井口裝置3進(jìn)入油管5內(nèi)；電纜系統(tǒng)6的井下部分由下至上是由熱端的礦物加熱電纜和冷端的礦物導(dǎo)線電纜組成，電源控制柜13通過導(dǎo)線與電纜系統(tǒng)6連通。通過電源控制柜13調(diào)整電流與電壓，達(dá)到對注入空氣的加熱作用。電纜系統(tǒng)6的井下部分的熱端礦物加熱電纜的長度為50米，每米功率達(dá)到3千瓦，冷端礦物導(dǎo)線電纜與熱端礦物加熱電纜制成外徑為25. 4毫米的一整根等徑尺寸規(guī)格的電纜。電纜系統(tǒng)6的井下部分的熱端礦物加熱電纜為大功率不銹鋼加熱電纜，它包括導(dǎo)體線芯、絕緣層和不銹鋼護(hù)套管，導(dǎo)體線芯由導(dǎo)電線芯、過渡連結(jié)和加熱線芯組成，導(dǎo)體線芯外側(cè)包裹有礦物絕緣層，在絕緣層外側(cè)包有不銹鋼護(hù)套管，耐壓達(dá)到30MPa以上。礦物加熱電纜發(fā)熱原理是通過集膚效應(yīng)的作用導(dǎo)致不銹鋼護(hù)套管發(fā)熱，表面溫度可達(dá)700°C，通過表面式熱交換方式將熱量傳遞給注入空氣，使空氣得到加熱，溫度達(dá)到原油燃點(diǎn)以上。一種利用如上所述的超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)的注氣方法，該方法步驟如下首先是將電纜系統(tǒng)6的井下部分下入火驅(qū)采油的油井管柱井筒中，電纜系統(tǒng)6的熱端礦物加熱電纜的底端正對油層的中部或主力油層，空氣由地面大型高壓空氣壓縮機(jī)9通過井口裝置3的四通進(jìn)入井下油管5，通過油管5進(jìn)入油層；加熱的電路是電流通過電源控制柜13的控制，使電流經(jīng)電纜系統(tǒng)6的冷端礦物導(dǎo)線電纜送入熱端礦物加熱電纜內(nèi)，產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，不銹鋼體外套發(fā)熱，表面溫度可達(dá)700°C，將流經(jīng)的空氣加熱到400°C溫度以上，空氣氣流通過地面大型高壓空氣壓縮機(jī)9加壓至臨界壓力以上注入地層中，將加熱到400°C溫度以上空氣與地層中的原油發(fā)生高溫氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱能，原油燃燒溫度可達(dá)500°C以上，并逐漸加熱臨近地層，促使地層的水達(dá)到超臨界狀態(tài)，發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，使地層中的原油粘度降低和發(fā)生了熱裂解反應(yīng)，原油重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，能夠流到生產(chǎn)油井中，再通過舉升設(shè)備舉升至地面；井底部位的溫度、壓力參數(shù)是通過監(jiān)測系統(tǒng)井下部分7的礦物絕緣熱電偶和不銹鋼毛細(xì)管傳至監(jiān)測系統(tǒng)地面部分11，根據(jù)顯示的井底溫度、壓力參數(shù)調(diào)整注氣參數(shù)和電加熱器系統(tǒng)加熱功率，滿足達(dá)到地層超臨界水氧化反應(yīng)的條件?？梢岳斫獾氖?，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超臨界壓カ下火燒油層的注氣系統(tǒng)，包括電纜注入頭(I)、電纜密封器(2)、井口裝置(3)、套管(4)、油管(5)、電纜系統(tǒng)(6)、監(jiān)測系統(tǒng)、封隔器(8)、大型高壓空氣壓縮機(jī)(9)、注氣管線(10)、電纜滾筒(12)和電源控制柜(13);其特征在于大型高壓空氣壓縮機(jī)(9)通過注氣管線(10)與井口裝置(3)相連接，油管(5)置于套管(4)內(nèi)，油管(5)上端與井口裝置(3)相連接，下端與封隔器(8)及底端尾管油管絲扣連接，封隔器(8)為過電纜封隔器，封隔器(8)位于電纜系統(tǒng)(6)井下部分熱端的礦物加熱電纜以上50m處；監(jiān)測系統(tǒng)是由監(jiān)測系統(tǒng)地面部分(11)和監(jiān)測系統(tǒng)井下部分(7)組成，監(jiān)測系統(tǒng)地面部分(11)是由熱電偶測溫系統(tǒng)、石英晶體壓カ傳感器和氮?dú)馄拷M成，監(jiān)測系統(tǒng)井下部分(7)是由礦物絕緣熱電偶和不銹鋼毛細(xì)管及固定件組成并分別固定在油管(5)外側(cè)，監(jiān)測系統(tǒng)井下部分(7)延伸于油管(5)底端尾管處；電纜密封器(2)通過螺栓連接在井口裝置(3)上部，電纜注入頭(I)位于電纜密封器(2)上部，電纜滾筒(12)上盤卷電纜系統(tǒng)(6)，電纜系統(tǒng)(6)通過電纜注入頭(I)、電纜密封器(2)和井口裝置(3)進(jìn)入油管(5)內(nèi)；電纜系統(tǒng)(6)的井下部分由下至上是由熱端的礦物加熱電纜和冷端的礦物導(dǎo)線電纜組成，電源控制柜(13)通過導(dǎo)線與電纜系統(tǒng)(6)連通。
2.按照權(quán)利要求I所述的超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)，其特征在于所述電纜系統(tǒng)(6)的井下部分的熱端礦物加熱電纜的長度為50米，每米功率達(dá)到3千瓦，冷端礦物導(dǎo)線電纜與熱端礦物加熱電纜制成外徑為25. 4毫米的一整根等徑尺寸規(guī)格的電纜。
3.按照權(quán)利要求I所述的超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)，其特征在于所述電纜系統(tǒng)(6)的井下部分的熱端礦物加熱電纜為大功率不銹鋼加熱電纜，它包括導(dǎo)體線芯、絕緣層和不銹鋼護(hù)套管，導(dǎo)體線芯由導(dǎo)電線芯、過渡連結(jié)和加熱線芯組成，導(dǎo)體線芯外側(cè)包裹有礦物絕緣層，在絕緣層外側(cè)包有不銹鋼護(hù)套管，耐壓達(dá)到30MPa以上。
4.利用按照權(quán)利要求I所述的超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)的注氣方法，其特征在于該方法步驟如下首先是將電纜系統(tǒng)(6)的井下部分下入火驅(qū)采油的油井管柱井筒中，電纜系統(tǒng)(6)的熱端礦物加熱電纜的底端正對油層的中部或主力油層，空氣由地面大型高壓空氣壓縮機(jī)(9)通過井口裝置(3)的四通進(jìn)入井下油管(5)，通過油管(5)進(jìn)入油層；カロ熱的電路是電流通過電源控制柜(13)的控制，使電流經(jīng)電纜系統(tǒng)(6)的冷端礦物導(dǎo)線電纜送入熱端礦物加熱電纜內(nèi)，產(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，不銹鋼體外套發(fā)熱，表面溫度可達(dá)700°C，將流經(jīng)的空氣加熱到400°C溫度以上，空氣氣流通過地面大型高壓空氣壓縮機(jī)(9)加壓至臨界壓カ以上注入地層中，將加熱到400°C溫度以上空氣與地層中的原油發(fā)生高溫氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱能，原油燃燒溫度可達(dá)500°C以上，并逐漸加熱臨近地層，促使地層的水達(dá)到超臨界狀態(tài)，發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，使地層中的原油粘度降低和發(fā)生了熱裂解反應(yīng)，原油重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，能夠流到生產(chǎn)油井中，再通過舉升設(shè)備舉升至地面；井底部位的溫度、壓カ參數(shù)是通過監(jiān)測系統(tǒng)井下部分(7)的礦物絕緣熱電偶和不銹鋼毛細(xì)管傳至監(jiān)測系統(tǒng)地面部分(11)，根據(jù)顯示的井底溫度、壓カ參數(shù)調(diào)整注氣參數(shù)和電加熱器系統(tǒng)加熱功率，滿足達(dá)到地層超臨界水氧化反應(yīng)的條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油田深層稠油開采技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超臨界壓力下火燒油層的注氣系統(tǒng)及其注氣方法。該注氣系統(tǒng)的大型高壓空氣壓縮機(jī)通過注氣管線與井口裝置相連接，油管置于套管內(nèi)，油管上端與井口裝置相連接，下端與封隔器及底端尾管油管絲扣連接，封隔器為過電纜封隔器，封隔器位于電纜系統(tǒng)井下部分熱端的礦物加熱電纜以上50m處。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了使深層可流動(dòng)稠油油藏發(fā)生超臨界水氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，使地層中的原油發(fā)生熱裂解反應(yīng)，原油重質(zhì)組分轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，將使深層、超深層稠油油藏得以動(dòng)用，并且大幅提高原油采收率。
文檔編號E21B43/243GK102979493SQ20121051419
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王富國, 寧奎, 張弘韜, 王文道 申請人:尤尼斯油氣技術(shù)(中國)有限公司