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火烧油层

火烧油层,一般是针对高粘度的稠油或沥青所采取的,从而提高油层温度、降低原油粘度、增强原油的流动性和地层能量的一种开采方式。火烧油层又称层内燃烧或火驱。

火烧油层,一般是针对高粘度的稠油或沥青所采取的,从而提高油层温度、降低原油粘度、增强原油的流动性和地层能量的一种开采方式。火烧油层又称层内燃烧或火驱。

火烧油藏有向前燃烧、反向燃烧和湿式燃烧三种基本方式。

向前燃烧是常用的方法,该法驱动的流体必须通过油藏的低温区流向生产井,对特稠原油,可能形成流体阻塞。反向燃烧可以克服阻塞问题,但其耗风量大,约为向前燃烧法的2倍。湿式燃烧是新发展的一种方法,使得其耗风量约为向前燃烧法的三分之一。 

正向燃烧是向注入井注入空气或氧气,燃烧前缘沿径向推进生产井,正向燃烧注入的是空气或氧气,在空气注入井的附近将油层点燃,燃烧前缘由注入井向外传播,连续注入的空气驱动着燃烧带穿过油层达到附近的生产井,其优点是作为燃烧的是原油中无价值的焦油(焦炭)。缺点是采出原油必须经过低温地区,可能形成原油堵塞,高黏油尤其明显,且热能利用率低。

反向燃烧是注入井停注空气后,在生产井注入空气,反向燃烧法克服了这两个缺点,在开始时与正向燃烧相同,但从点火井向外燃烧一段距离之后,即转为向邻近井注空气,驱动着原油向原来的点火井推进,而燃烧前缘却从点火井向邻近井移动,与原油运动的方向恰好相反。反向燃烧主要用于开采特稠油,但此法需要大量的氧气,而且燃烧的是相对较轻的原油馏分,而不是正向燃烧中的重质组分。

联合热驱又称湿式燃烧,它是在干式正向燃烧的基础上,采用水与空气交替注入的方式进行稠油开采的方法。联合热驱将火驱与水驱结合,水的热容和汽化潜热较高,能有效利用燃烧前缘后面储存的大量热量,消耗较少的燃料驱动高粘原油,此外,水的来源广泛、成本低。但火烧油层的油井事故较多 (这与高温和腐蚀性有关),有一定的风险,技术也较复杂。 

(1)火烧油层是向油层注入空气(或氧气),通过原油的自燃或人工点火,使地层部分原油就地燃烧,利用燃烧前缘推动原油的热采方法。

(2)在火烧油层中,燃烧前缘产生非常高的温度,就地蒸发地层中的间隙水和原油中的轻质组分,以及原油燃烧的产物CO2和水蒸气等与“冷原油”接触,形成一个类似于蒸汽驱、溶剂混相驱和CO2驱的驱替前缘。

(3)火烧油层的采油机理异常复杂。但可以肯定的是原油的高温裂解、热驱、冷凝蒸汽驱、混相驱以及气驱都是火烧油层提高采收率的机理。 

(1)是一种有效的提高采收率技术。用这种方法开采高粘度稠油或沥青砂。可以把重质原油开采出来,并通过燃烧部分地裂解重质油分,采出轻质油分。这种方法的采收率很高,可达80%以上。因此火烧油层的方法更适用于深井。

(2)是把随石油采出来的天然气等可燃气体,在还未达到爆炸浓度之前烧掉。 

(3)它普遍使用的注入剂——空气到处都有,而注蒸汽则需要大量的水,水资源在某些地区可能严重匮乏。

(4)火烧油层烧掉的是原油中约10%的重组分,改善了剩余油的性质。

(5)火烧油层比注蒸汽有着更为广泛的油藏适用条件。

(6)火烧油层的热量就地产生,比注蒸汽的热能利用率要高,并可节省地面和井筒隔热措施的投资。

(7)砂岩油层厚度小,压力高。

(8)井距大。

(9)油藏埋藏深度大。

实施工艺难度大,不易控制地下燃烧,同时高压注入大量空气的成本又十分昂贵。其原理是通过燃烧少量的地层原油产生热量和压力,从而降低地层原油的黏度。 

火烧油层的采收率常可达到50%以上,并且可以在比蒸汽驱采油更复杂,更苛刻的地层条件下应用,因而是对稠油和残余油开采的一种具有诱惑力的热采技术。

①地下燃烧产生的热量不仅用于加热原油,而且有部分用来加热基岩、上下盖层;

②生产井乳状液的形成,降低了油井产能;

③产出液中的酸性气体加速了生产井管柱及地面设施的腐蚀;

④生产井出砂和井壁坍塌造成的油井破坏;

⑤热裂解和原油蒸发导致生产井井筒附近区域中的蜡、沥青沉淀,堵塞地层和井筒;

⑥生产井的高温导致生产管柱破坏。

总的来说,火烧油层法有以下特点:

①具有注空气保持油层压力的特点,其面积波及系数比气驱高 (五点井网气驱约为45%,火驱可达70%);

②有相当于水驱的面积波及系数,但驱油效率比水驱高得多;

③具有蒸汽驱、热水驱的作用,但火驱的热效率更高,且产物的轻质组分因热裂解反应而更多些;

④有二氧化碳驱的性质,但其二氧化碳是原油高温氧化反应的产物,无需制造设备;

⑤具有混相驱降低原油界面张力的作用,但比混相驱有高得多的驱油效率和波及系数;

⑥热源是运动的,所以火驱井网井距可以比蒸汽驱、化学驱更灵活。

美国早在1917年J.O.李威斯就提出了采用热力或注溶剂的方法,驱替地层中的原油以提高采收率的概念。  1923年瓦尔科特(Wolcott)和霍华德 (Howard)也认识到,把空气注入到油层,使油层在地下燃烧过程的关键是燃烧掉一部分原油,产生热量以降低粘度,同时产生驱替原油的驱动力。1947年开始了实验室试验研究。50年代后,美国的石油资源日见枯竭,新油田勘探成功率降低,这项新技术得到广泛的关注.从1951年开始,各个石油公司在油田展开了一系列的试验研究,使得火烧油层技术得到了快速的发展。世界上最早的一次火烧油层现场试验是1942年在美国俄克拉荷马州的伯特勒斯维尔油田进行的.50年代以后,据统计,美国已经开展了70多个火烧油层项目。另外还有前苏联,荷兰,罗马尼亚,匈牙利,德国,印度等40多个国家先后开展了火烧油层采油的相关工作。

我国从1958年起,先后在新疆、玉门、胜利、吉林和辽河等油田开展了火烧油层试验研究,因受当时条件的限制,火烧油层技术让位于注蒸汽采油,在我国的现场应用还为数不多。但是,室内研究一直没有停止,特别是在中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院热力采油研究所,中科院化学所等单位,80年代以来不断开展火烧油层的物理模拟,化学模拟和数学模拟研究,配置了一批研究设备和仪器,开展了大量的室内试验,也进行了现场火烧可行性研究和施工设计与预测。中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院热力采油研究所也与罗马尼亚开展了有关现场火烧工艺的交流合作研究项目。

火烧油层采油法从本世纪20年代起,至今已经经历了70多年。在世界上150~160多个稠油和轻质油油藏上进行了现场试验,并取得了一定的成果。据资料统计,1998年全世界共有29个火驱项目,火驱开发日产原油4800t,单井日产油4.8t。其中,美国的8个火驱项目日产油960t;加拿大的3个项目日产油1040t,火驱产能规模占非蒸汽开采的50%以上;印度与罗马尼亚各有5个火驱项目,罗马尼亚原油总产量中10%以上的产量是用该方法开采出的。现今全球范围内还有14个大规模的工业性火烧油层项目正在进行之中。

由于存在很多尚未解决的问题,人们对该方法的应用前景还一直存有争议。该方法之所以不能得到广泛的认同,主要有以下几个原因:

①火烧油层本身的复杂性。因为其燃烧过程发生在油层内部,人们在进行过程量化时有很大的局限性,缺乏全面的认识。

②火烧油层对现场操作和管理要求比较苛刻。

③先导试验的严格评估存在很大困难。

④工艺方法的推陈出新。例如循环注蒸汽工艺的出现。

由此可见,在提出火烧油层技术的初期因为对驱油机理认识不够,驱油方案设计不合理(如井组面积大小与注气速度不匹配,燃烧温度与原油性质不匹配,湿式燃烧参数不合理等),造成试验失败,所以在实际生产上该方法一直未能被广泛应用。尽管如此,火烧油藏仍然以其独有的优势吸引着油田开发人员对其进行更深层次的研究。正因为火烧油藏具有这些优势,伴随着近年来对其燃烧驱油机理认识的不断提高,火驱技术重新被重视。火驱技术采收率高、热效高、适用范围广,只要合理地应用,就一定会取得好的效果。 

在火烧油层的筛选方面,许多学者提出了各自研究的筛选标准。

由于各学者采用方法及资料不同,经济技术、环境各异,因此不同学者的提法也就存在差别。可以肯定下列因素有利于火烧油层:井距大、油层渗透率高、油层厚、含油饱和度高、油层相对均质、油层温度较高、垂向渗透率较小、原油密度高。 



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