一种超临界压力下火烧油层的注气系统及其注气方法

摘要

本发明涉及一种油田深层稠油开采技术领域，特别涉及一种超临界压力下火烧油层的注气系统及其注气方法。该注气系统的大型高压空气压缩机通过注气管线与井口装置相连接，油管置于套管内，油管上端与井口装置相连接，下端与封隔器及底端尾管油管丝扣连接，封隔器为过电缆封隔器，封隔器位于电缆系统井下部分热端的矿物加热电缆以上50m处。本发明实现了使深层可流动稠油油藏发生超临界水氧化反应，反应产生大量的热能，使地层中的原油发生热裂解反应，原油重质组分转化为轻质产物，将使深层、超深层稠油油藏得以动用，并且大幅提高原油采收率。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种油田深层稠油开采技术领域，特别涉及一种超临界压力下火烧油层的注气系统及其注气方法。

背景技术：

我国稠油油藏一般集中分布于各含油气盆地的边缘斜坡地带以及边缘潜伏隆起倾没带，也分布于盆地内部长期发育断裂带隆起上部的地堑。油藏埋藏深度300-6400m ，通常情况下，油藏埋深于300-1000m，为浅层稠油，1000-2000m为中深层稠油，超过2000m-3000m为深层稠油，超过3000m为特深层稠油。自二十世纪六十年代开采稠油以来，稠油开采技术有了突飞猛进的发展，对于浅层稠油，国内外发展了热采技术，如蒸汽吞吐、蒸汽驱，这些技术主要基于稠油粘度随着温度升高而降低的原理。为了进一步提高注汽能力，国内油田于1998年研制成功了亚临界注汽锅炉， (注汽井口)压力可以达到21MPa，使一批中深层特、超稠油油藏得到了动用。

火烧油层技术近年来在国内应用，因为它是通过空气压缩机将空气注入到油层，依靠油层中的燃料来提供热量，燃烧带温度达到500℃以上，具有大幅提高地层温度的特点，如果将超临界水的压力油藏实现火烧油层，火烧区域形成400-500℃的高温场，局部区域发生超临界水氧化反应，在此条件下地层水具有许多独特的性质，如烃类等非极性有机物与极性有机物一样可完全与超临界水互溶，氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳等气体也都能以任意比例溶于超临界水中。充分利用超临界水还具有很好的传质、传热性质。这些特性使得地层中的油水混合物成为一种优良的反应介质。

利用超临界水压力技术特征实现深层可流动稠油油藏火烧油层工艺，将使深层、超深层稠油油藏得以动用，并且大幅提高原油采收率。深层稠油油藏吸气能力决定了实施超临界压力注气是提高其火烧效果的必要条件，目前，超高压大排量空气压缩机在国内得以使用，实现超临界压力下火烧油层的采油方法成为可能。

但对于实现超临界压力状态下火烧油层存在点火方式和管柱技术方面的难题，首先，在超临界压力注气情况下，衡量火烧油层的关键指标是地层原油是否快速燃烧起来，其次，注气管柱是否满足高压条件。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种超临界压力下火烧油层的注气系统及其注气方法，该注气系统实现了使深层可流动稠油油藏发生超临界水氧化反应，反应产生大量的热能，使地层中的原油发生热裂解反应，原油重质组分转化为轻质产物，将使深层、超深层稠油油藏得以动用，并且大幅提高原油采收率。克服了现有深层、超深层稠油油藏难以实现超临界压力状态下火烧油层进行采油的不足。

本发明所采取的技术方案是：一种超临界压力下火烧油层的注气系统，包括电缆注入头、电缆密封器、井口装置、套管、油管、电缆系统、监测系统、封隔器、大型高压空气压缩机、注气管线、电缆滚筒和电源控制柜；大型高压空气压缩机通过注气管线与井口装置相连接，油管置于套管内，油管上端与井口装置相连接，下端与封隔器及底端尾管油管丝扣连接，封隔器为过电缆封隔器，封隔器位于电缆系统井下部分热端的矿物加热电缆以上50m处；监测系统是由监测系统地面部分和监测系统井下部分组成，监测系统地面部分是由热电偶测温系统、石英晶体压力传感器和氮气瓶组成，监测系统井下部分是由矿物绝缘热电偶和不锈钢毛细管及固定件组成并分别固定在油管外侧，监测系统井下部分延伸于油管底端尾管处；电缆密封器通过螺栓连接在井口装置上部，电缆注入头位于电缆密封器上部，电缆滚筒上盘卷电缆系统，电缆系统通过电缆注入头、电缆密封器和井口装置进入油管内；电缆系统的井下部分由下至上是由热端的矿物加热电缆和冷端的矿物导线电缆组成，电源控制柜通过导线与电缆系统连通。

电缆系统的井下部分的热端矿物加热电缆的长度为50米，每米功率达到3千瓦，冷端矿物导线电缆与热端矿物加热电缆制成外径为25.4毫米的一整根等径尺寸规格的电缆。

电缆系统的井下部分的热端矿物加热电缆为大功率不锈钢加热电缆，它包括导体线芯、绝缘层和不锈钢护套管，导体线芯由导电线芯、过渡连结和加热线芯组成，导体线芯外侧包裹有矿物绝缘层，在绝缘层外侧包有不锈钢护套管，耐压达到30MPa以上。

一种利用如上所述的超临界压力下火烧油层的注气系统的注气方法，该方法步骤如下：首先是将电缆系统的井下部分下入火驱采油的油井管柱井筒中，电缆系统的热端矿物加热电缆的底端正对油层的中部或主力油层，空气由地面大型高压空气压缩机通过井口装置的四通进入井下油管，通过油管进入油层；加热的电路是：电流通过电源控制柜的控制，使电流经电缆系统的冷端矿物导线电缆送入热端矿物加热电缆内，产生集肤效应和邻近效应，不锈钢体外套发热，表面温度可达700℃，将流经的空气加热到400℃温度以上，空气气流通过地面大型高压空气压缩机加压至临界压力以上注入地层中，将加热到400℃温度以上空气与地层中的原油发生高温氧化反应，产生大量的热能，原油燃烧温度可达500℃以上，并逐渐加热临近地层，促使地层的水达到超临界状态，发生超临界水氧化反应，反应产生大量的热能，使地层中的原油粘度降低和发生了热裂解反应，原油重质组分转化为轻质产物，能够流到生产油井中，再通过举升设备举升至地面；井底部位的温度、压力参数是通过监测系统井下部分的矿物绝缘热电偶和不锈钢毛细管传至监测系统地面部分，根据显示的井底温度、压力参数调整注气参数和电加热器系统加热功率，满足达到地层超临界水氧化反应的条件。

本发明的有益效果是：本发明由于采用了专门的注气系统进行超临界压力下火烧油层采油，因而可使深层可流动稠油油藏发生超临界水氧化反应，反应产生大量的热能，使地层中的原油发生热裂解反应，原油重质组分转化为轻质产物，将使深层、超深层稠油油藏得以动用，并且大幅提高原油采收率。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图为超临界压力下火烧油层的注气系统的结构示意图。

具体实施方式：

如附图所示，一种超临界压力下火烧油层的注气系统，包括电缆注入头1、电缆密封器2、井口装置3、套管4、油管5、电缆系统6、监测系统、封隔器8、大型高压空气压缩机9、注气管线10、电缆滚筒12和电源控制柜13；大型高压空气压缩机9出口压力大于25MPa以上，以满足高压油藏注气要求；大型高压空气压缩机9通过注气管线10与井口装置3相连接，油管5置于套管4内，油管5上端与井口装置3相连接，下端与封隔器8及底端尾管油管丝扣连接，封隔器8为过电缆封隔器，满足穿越监测系统井下部分7的要求；封隔器8位于电缆系统6井下部分热端的矿物加热电缆以上50m处；监测系统是由监测系统地面部分11和监测系统井下部分7组成，监测系统地面部分11是由热电偶测温系统、石英晶体压力传感器和氮气瓶组成，用来显示井底温度、压力参数；监测系统井下部分7是由矿物绝缘热电偶和不锈钢毛细管及固定件组成并分别固定在油管5外侧，监测系统井下部分7延伸于油管5底端尾管处，能够监测到井底环境注入空气的温度、压力；矿物绝缘热电偶用于监测油层部位的温度，为金属护套并有氧化镁绝缘层，可组成一个密封坚固的外壳，不仅可承受高温、高压，还能承受剧烈振动，不锈钢毛细管用于井下压力传输, 不锈钢毛细管的传压筒底端开孔与井筒连通。不锈钢毛细管和传压筒中均充满氮气，使用氮气增压泵将氮气吹扫至不锈钢毛细管及井下传压筒中。井下压力与不锈钢毛细管及传压筒中的氮气压力最终在传压筒中达到平衡。不锈钢毛细管的另一端与地面上的石英晶体压力传感器相连，石英晶体压力传感器测得的压力信号，传送到数据采集器，将井下压力数据显示、存储起来。电缆密封器2通过螺栓连接在井口装置3上部，电缆注入头1位于电缆密封器2上部，电缆滚筒12上盘卷电缆系统6，电缆系统6通过电缆注入头1、电缆密封器2和井口装置3进入油管5内；电缆系统6的井下部分由下至上是由热端的矿物加热电缆和冷端的矿物导线电缆组成，电源控制柜13通过导线与电缆系统6连通。通过电源控制柜13调整电流与电压，达到对注入空气的加热作用。

电缆系统6的井下部分的热端矿物加热电缆的长度为50米，每米功率达到3千瓦，冷端矿物导线电缆与热端矿物加热电缆制成外径为25.4毫米的一整根等径尺寸规格的电缆。

电缆系统6的井下部分的热端矿物加热电缆为大功率不锈钢加热电缆，它包括导体线芯、绝缘层和不锈钢护套管，导体线芯由导电线芯、过渡连结和加热线芯组成，导体线芯外侧包裹有矿物绝缘层，在绝缘层外侧包有不锈钢护套管，耐压达到30MPa以上。矿物加热电缆发热原理是通过集肤效应的作用导致不锈钢护套管发热，表面温度可达700℃，通过表面式热交换方式将热量传递给注入空气，使空气得到加热，温度达到原油燃点以上。

一种利用如上所述的超临界压力下火烧油层的注气系统的注气方法，该方法步骤如下：首先是将电缆系统6的井下部分下入火驱采油的油井管柱井筒中，电缆系统6的热端矿物加热电缆的底端正对油层的中部或主力油层，空气由地面大型高压空气压缩机9通过井口装置3的四通进入井下油管5，通过油管5进入油层；加热的电路是：电流通过电源控制柜13的控制，使电流经电缆系统6的冷端矿物导线电缆送入热端矿物加热电缆内，产生集肤效应和邻近效应，不锈钢体外套发热，表面温度可达700℃，将流经的空气加热到400℃温度以上，空气气流通过地面大型高压空气压缩机9加压至临界压力以上注入地层中，将加热到400℃温度以上空气与地层中的原油发生高温氧化反应，产生大量的热能，原油燃烧温度可达500℃以上，并逐渐加热临近地层，促使地层的水达到超临界状态，发生超临界水氧化反应，反应产生大量的热能，使地层中的原油粘度降低和发生了热裂解反应，原油重质组分转化为轻质产物，能够流到生产油井中，再通过举升设备举升至地面；井底部位的温度、压力参数是通过监测系统井下部分7的矿物绝缘热电偶和不锈钢毛细管传至监测系统地面部分11，根据显示的井底温度、压力参数调整注气参数和电加热器系统加热功率，满足达到地层超临界水氧化反应的条件。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。