CN109915082A - 一种开采海上稠油油藏的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种开采海上稠油油藏的装置和方法。主要为了解决现有技术中存在的高耗能、高污染、驱替效果差以及开发成本高的问题。本发明采用深部地热水层的地热水转化为水蒸气驱替稠油油藏，采用深部地热水层的地热水循环注入，延长了稠油油藏开采周期，采用井下蒸汽发生器将深部地热水层中的地热水转化为水蒸气，避免了水蒸汽长距离传输时产生的热损失，采用二级井下油水分离器将已分离出的含水稠油再次分离，提高了油水分离效果。本发明将产出的污水回注至深部地热水层，形成地热水的循环利用，避免了向海洋中排放污水，是一种高效、环保和可以大规模开采海上稠油油藏的新方法，为海上稠油油藏的可持续开采提供了一条新的途径。

Description

一种开采海上稠油油藏的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种海上稠油油藏的开采装置以及方法，属于稠油油藏开采技术领域。

背景技术

世界上稠油资源极为丰富，稠油在世界油气资源中占有约70%比重，且大部分稠油油藏分布于海上。稠油粘度虽高，但对温度极为敏感，每增加10℃，粘度即下降约一半，稠油对加热降粘的规律性是一致的，这也是稠油热采的主要机理。蒸汽驱是目前大规模工业化应用的稠油热采技术，稠油油藏通过蒸汽驱替后，总采收率可达55%。蒸汽驱提高开采效果的机理主要有蒸汽蒸馏作用、气驱作用、原地溶解作用、升温降粘作用。

陆地稠油油藏蒸汽驱热采开发技术已经趋于成熟，但由于受海洋工程、开发成本、生产设施和安全环保等因素制约，海上稠油油田开发存在一定的特殊性，不能完全照搬陆地油田的成熟技术。稠油油藏注蒸汽驱替时，需要大量与其油层配伍的水资源，海上稠油的开采时，海水淡化需要大量的设备投入，能源消耗巨大。此外，当稠油油藏经过多轮次驱替进入高含水期后，产出水的举升、存储和处理难度加大，水处理设备投入和操作费用随产水量的增加而不断增加，部分平台设备负荷无法满足越来越大的水处理量要求，开采综合经济效益急剧变差，部分油井可能过早地停产或废弃。另外，产出污水在海上平台处理过程中给环境带来诸多负面影响，同时增大了海上油田节能减排的压力。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种开采海上稠油油藏的装置和方法，本发明利用深部地层水循环来开采海上稠油油藏，具有高效、环保以及实现大规模开采稠油油藏的特点，为海上稠油油藏的可持续开采提供了一条新的途径

本发明的技术方案是：所述开采海上稠油油藏的装置，包括由同井注采井与注水井组成的多口井组，所述注采井与注水井的数量至少是各一口。

其独特之处在于：所述同井注采井包括同井注采井套管、油管以及第一注水管，在井口连接有输油管的油管与在井口连接有输水管的第一注水管沿同井注采井套管的轴向平行，并且间隔分布在同井注采井套管内；在油管内沿井口由上至下依次置有螺杆泵、二级井下油水分离器和一级井下油水分离器，其中，螺杆泵的液流入口与二级井下油水分离器的油相出口相连接，所述螺杆泵用于将二级井下油水分离器分离出来的油举升到地面；一级井下油水分离器的油相出口与二级井下油水分离器的液相入口相连接，一级井下油水分离器的水相出口与回注管相连接，二级井下油水分离器的水相出口亦与回注管相连接，在回注管上，位于两个水相出口连接处之间，连接有调压阀；在回注管的出口端连接有回注泵，用于将回注管排出的污水回注到海下地层。

所述注水井包括注水井套管、第二注水管、配注器、井下蒸汽发生器以及吸水泵。其中，配注器、井下蒸汽发生器以及吸水泵连接在第二注水管上；所述吸水泵用于将深部地热水层中的地热水上抽入第二注水管，所述井下蒸汽发生器用于将第二注水管内的地热水转化为水蒸气，所述配注器用于将第二注水管内的水蒸气转注进稠油油层。

利用前述装置开采海上稠油油藏的方法，包括以下步骤：

第一步，将开采海上稠油油藏的装置布置在具有稠油油层及深部地热水层的生产区，其中，同井注采井与注水井对称分布在生产区的两个相对侧，形成由同井注采井与注水井组成的井组；其中，当注水井钻过稠油油层后，需要继续延伸至水温在45℃以上的深部地热水层；在钻孔过程中下入同井注采井套管，注入水泥固井，在稠油油层及深部地热水层井段射孔完井。

第二步，利用注水井中的吸水泵将深部地热水层中的地热水上抽入第二注水管，地热水经井下蒸汽发生器转化为水蒸气，水蒸气进入配注器后，转注进稠油油层。

第三步，注进稠油油层的水蒸气将自身携带的能量传递给稠油油层，使稠油升温，降低稠油原油粘度，被加热的稠油蒸馏出轻质烃组分，伴随水蒸汽将原位的稠油向同井注采井方向驱替；水蒸气将能量传递给稠油油层后，自身温度降低至沸点以下，形成高温热水。

第四步，稠油油层中驱替出的排液进入同井注采井中的一级井下油水分离器，分离出低等稠油，分离出的低等稠油经二级井下油水分离器再次分离出稠油，螺杆泵将分离出的稠油举升至地面；一级井下油水分离器、二级井下油水分离器分离出的污水经回注泵加压，回注到原深部地热水层以避免地表环境污染。

优选地，可以将海水经同井注采井中的第一注水管注入深部地热水层,用于补充深部地热水层能量，并充分动用原位的地热水。

此外，在第一步中，可以在同井注采井钻过的稠油油层段射孔完井后，采用防砂管防砂，并进行砾石充填，将产砂挡在稠油油层。

本发明具有如下有益效果：首先，本发明采用深部地热水层的地热水转化为水蒸气驱替稠油油藏，避免了海水淡化的设备投入，节约了能源；其次，本发明采用了深部地热水层的地热水循环注入的开采方法，可以延长稠油油藏开采周期，提高稠油油藏的采出程度，解决了稠油油藏多轮次驱替后进入高含水期，海上平台设备负荷无法满足越来越大的污水处理要求的现有技术问题；再次，本发明考虑到了常规注蒸汽驱油，地下长距离管线传输蒸汽产生的大量井筒热损失，而采用井下蒸汽发生器将深部地热水层中的地热水转化为水蒸气，避免了水蒸汽长距离传输时产生的热损失；另外，本发明采用二级井下油水分离器将已分离出的含水稠油再次分离，提高了油水分离效果。

本发明考虑到了深部地热水层循环注采稠油时产生的深部地热水层能量的损失，将海水注入深部地热水层，补充了深部地热水层的能量，充分动用深部地热水层中原位的地热水。本发明将产出的污水回注至深部地热水层，形成地热水的循环利用，避免了向海洋中排放污水, 是一种高效、环保可以大规模开采海上稠油油藏的新方法。

附图说明：

图1为本发明所述装置的构成示意图，该图同时展示了本发明所述方法的工作原理；

图2为本发明所述装置中同井注采井内两级油水分离器部分的放大图；

图3为本发明所述装置中注水井内井下蒸汽发生器部分的结构示意图。

图中： 1-输油管、2-输水管、3-第一注水管、4-同井注采井套管、5-螺杆泵、6-油管、7-二级井下油水分离器、8-调压阀、9-一级井下油水分离器、10-回注管、11-封隔器、12-回注泵、13-第二注水管、14-注水井套管、15-配注器、16-井下蒸汽发生器、17-吸水泵。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图3所示，本种开采海上稠油油藏的装置，包括由同井注采井与注水井组成的多口井组，所述注采井与注水井的数量至少是各一口；

其独特之处在于：所述同井注采井包括同井注采井套管4、油管6以及第一注水管3，在井口连接有输油管1的油管6与在井口连接有输水管2的第一注水管3沿同井注采井套管4的轴向平行，并且间隔分布在同井注采井套管4内；在油管6内沿井口由上至下依次置有螺杆泵4、二级井下油水分离器7和一级井下油水分离器9。其中，螺杆泵4的液流入口与二级井下油水分离器7的油相出口相连接，所述螺杆泵4用于将二级井下油水分离器7分离出来的油举升到地面；一级井下油水分离器9的油相出口与二级井下油水分离器7的液相入口相连接，一级井下油水分离器9的水相出口与回注管11相连接，二级井下油水分离器7的水相出口亦与回注管11相连接，在回注管11上，位于两个水相出口连接处之间，连接有调压阀8；在回注管11的出口端连接有回注泵12，用于将回注管11排出的污水回注到海下地层。

所述注水井包括注水井套管14、第二注水管13、配注器15、井下蒸汽发生器16以及吸水泵17。其中，配注器15、井下蒸汽发生器16以及吸水泵17连接在第二注水管13上；所述吸水泵用于将深部地热水层中的地热水上抽入第二注水管13，所述井下蒸汽发生器用于将第二注水管13内的地热水转化为水蒸气，所述配注器用于将第二注水管13内的水蒸气转注进稠油油层。

具体实施时，两级井下油水分离器可以采用井下旋流式油水分离器，以适应海上稠油油层产出排液量大的特点。井下旋流式油水分离器经过导流、旋流、稳流、除水等阶段将排液中的稠油以及污水分离。美国Vortoil公司开发的井下油水分离器（Vortoil型井下油水分离器），是一种水力旋流器，通过液体在旋流器中的离心作用，可分离油和水两种不同密度的液体。尽管井下油水分离器的直径较小，但其长度较长，具有很好的油水分离能力。螺杆泵与回注泵可以采用两台电潜泵与井下油水分离器配合使用。井下蒸汽发生器可以采用高压燃烧直接加热型井下蒸汽发生器，每分钟生产250℃的蒸汽24cm³。另外安装于射孔段，套管与油管间的井下封隔器可以选用Baker公司生产的C-型具有活瓣阀的耐热封隔器。

本发明所述方法实施时，首先，根据生产区地质报告确定海上稠油油层下面的深部地热水层，在具有稠油油层及深部地热水层的生产区布置同井注采井与注水井，形成由同井注采井与注水井组成的两口或多口井组；利用钻井设备钻注水井，当注水井钻过稠油油层后，继续延伸至水温在45℃以上的深部地热水层，在钻孔过程中下入同井注采井套管，注入水泥固井，在稠油油层及深部地热水层井段射孔完井；再利用钻井设备钻钻同井注采井，当同井注采井钻过稠油油层后，继续延伸至与注水井钻入的同层的深部地热水层，在钻孔过程中下入注水井套管，注入水泥固井，在稠油油层及深部地热水层井段射孔完井；采用吸水泵将深部地热水层中的地热水上抽入第二注水管，地热水经井下蒸汽发生器转化为水蒸气，水蒸气进入配注器后，转注进稠油油层，避免了水蒸汽长距离传输时产生的热损失。

水蒸气将自身携带的能量传递给稠油油层，使稠油升温，降低稠油原油粘度，被加热的稠油蒸馏出轻质烃组分，伴随水蒸汽将原位的稠油向同井注采井方向驱替，形成的混相驱提高了洗油效率；水蒸气将能量传递给稠油油层后，自身温度降低至沸点以下，形成高温热水；高温热水进一步降低稠油粘度、改善稠油流度比、增加稠油油层膨胀能量，在提高排液能力的同时，原油在渗流通道不会形成高含油饱和度的“油带”，从而避免了发生堵塞现象；

为避免深部地热水层长期输出地热水形成的能量损失，输水管2将海水经同井注采井中的第一注水管注入深部地热水层,补充深部地热水层能量，并充分动用原位的地热水；稠油油层中驱替出的排液进入一级井下油水分离器9，分离出低等稠油，分离出的低等稠油经二级井下油水分离器7再次分离出稠油，将低等稠油的含水率降低至2%以下，提高了油水分离效果，螺杆泵5将分离出的稠油举升至地面，再经输油管1输送到储油库；二级油水分离器7分离出的污水经调压阀8与二级油水分离器7分离出的污水混合，混合的污水经回注泵17加压，回注到深部地热水层，避免地表环境污染。

为避免稠油油层长时间生产造成的出砂堵塞，降低采油效率，同井注采井钻过的稠油油层段射孔完井后，采用防砂管防砂，并进行砾石充填，将产砂挡在稠油油层。一级井下油水分离器、二级井下油水分离器采用井下旋流式油水分离器，以适应海上稠油油层产出排液量大的特点，井下旋流式油水分离器经过导流、旋流、稳流、除水等阶段将排液中的稠油以及污水分离。分离出的污水经回注泵12加压，回注到原深部地热水层，形成地热水的循环利用，延长了稠油油层开采周期，提高了稠油油藏的采出程度，避免了向海洋中排放污水。

Claims (4)

1.一种开采海上稠油油藏的装置，包括由同井注采井与注水井组成的多口井组，所述注采井与注水井的数量至少是各一口；

其特征在于：所述同井注采井包括同井注采井套管（4）、油管（6）以及第一注水管（3），在井口连接有输油管（1）的油管（6）与在井口连接有输水管（2）的第一注水管（3）沿同井注采井套管（4）的轴向平行，并且间隔分布在同井注采井套管（4）内；在油管（6）内沿井口由上至下依次置有螺杆泵（4）、二级井下油水分离器（7）和一级井下油水分离器（9），其中，螺杆泵（4）的液流入口与二级井下油水分离器（7）的油相出口相连接，所述螺杆泵（4）用于将二级井下油水分离器（7）分离出来的油举升到地面；一级井下油水分离器（9）的油相出口与二级井下油水分离器（7）的液相入口相连接，一级井下油水分离器（9）的水相出口与回注管（11）相连接，二级井下油水分离器（7）的水相出口亦与回注管（11）相连接，在回注管（11）上，位于两个水相出口连接处之间，连接有调压阀（8）；在回注管（11）的出口端连接有回注泵（12），用于将回注管（11）排出的污水回注到海下地层；

所述注水井包括注水井套管（14）、第二注水管（13）、配注器（15）、井下蒸汽发生器（16）以及吸水泵（17）；其中，配注器（15）、井下蒸汽发生器（16）以及吸水泵（17）连接在第二注水管（13）上；所述吸水泵用于将深部地热水层中的地热水上抽入第二注水管（13），所述井下蒸汽发生器用于将第二注水管（13）内的地热水转化为水蒸气，所述配注器用于将第二注水管（13）内的水蒸气转注进稠油油层。

2.一种开采海上稠油油藏的方法，包括以下步骤：

第一步，将权利要求1中所述开采海上稠油油藏的装置布置在具有稠油油层及深部地热水层的生产区，其中，同井注采井与注水井对称分布在生产区的两个相对侧，形成由同井注采井与注水井组成的井组；其中，当注水井钻过稠油油层后，需要继续延伸至水温在45℃以上的深部地热水层；在钻孔过程中下入同井注采井套管，注入水泥固井，在稠油油层及深部地热水层井段射孔完井；

第二步，利用注水井中的吸水泵将深部地热水层中的地热水上抽入第二注水管（13），地热水经井下蒸汽发生器转化为水蒸气，水蒸气进入配注器后，转注进稠油油层；

第三步，注进稠油油层的水蒸气将自身携带的能量传递给稠油油层，使稠油升温，降低稠油原油粘度，被加热的稠油蒸馏出轻质烃组分，伴随水蒸汽将原位的稠油向同井注采井方向驱替；水蒸气将能量传递给稠油油层后，自身温度降低至沸点以下，形成高温热水；

第四步，稠油油层中驱替出的排液进入同井注采井中的一级井下油水分离器，分离出低等稠油，分离出的低等稠油经二级井下油水分离器再次分离出稠油，螺杆泵将分离出的稠油举升至地面；一级井下油水分离器、二级井下油水分离器分离出的污水经回注泵加压，回注到原深部地热水层以避免地表环境污染。

3.根据权利要求2所述的一种开采海上稠油油藏的方法，其特征在于：将海水经同井注采井中的第一注水管注入深部地热水层,用于补充深部地热水层能量，并充分动用原位的地热水。

4.根据权利要求3所述的一种开采海上稠油油藏的方法，其特征在于：第一步中，在同井注采井钻过的稠油油层段射孔完井后，采用防砂管防砂，并进行砾石充填，将产砂挡在稠油油层。