一種利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法，屬于油砂開(kāi)采領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 油砂又稱為漸青砂或焦油砂，即含有漸青或焦油的砂或砂巖，是非常規(guī)石油資源 之一。油砂中的原油粘度高，必須通過(guò)加熱或稀釋W(xué)便流動(dòng)。
[0003] 根據(jù)油砂礦的不同條件，國(guó)際上通常采取的開(kāi)采方式有露頭開(kāi)采、就地開(kāi)采W及 其他方式開(kāi)采，其中前兩種為主要的開(kāi)采方式。就地開(kāi)采方式包括出砂冷采技術(shù)、蒸汽吞 吐和蒸汽驅(qū)技術(shù)W及蒸汽輔助重力泄油技術(shù)、地下水平井注氣體溶劑萃取油砂技術(shù)等等， 其中W蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)技術(shù)W及蒸汽輔助重力泄油技術(shù)為主要的開(kāi)采方式，其原理主要 是通過(guò)高溫過(guò)熱水蒸汽攜帶熱量，通過(guò)與含油砂地層接觸熱交換，軟化漸青使之流動(dòng)被采 出。使用水作為熱量載體開(kāi)采油砂，存在能耗高、水耗大和環(huán)境不友好等缺點(diǎn)。首先，生產(chǎn)過(guò) 熱水蒸汽能耗巨大，燃料主要為天然氣、煤炭或漸青殘?jiān)?，燃料成本高，二氧化碳排放量大?此外，由于水蒸汽潛熱不高，攜帶同樣熱量需要消耗大量淡水，從地面到井下的輸送過(guò)程中 熱量損失嚴(yán)重，對(duì)于埋藏較深，地質(zhì)條件復(fù)雜的油藏，水蒸汽可能未到達(dá)含油地層就部分冷 凝，或者受到地下水影響，導(dǎo)致熱量損失較大，加熱周期過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致驅(qū)油失敗。
[0004] 電加熱是另一種發(fā)展中的油砂就地開(kāi)采技術(shù)。目前的電加熱技術(shù)尚未解決井下局 部溫度過(guò)高、溫度場(chǎng)不均勻、和熱量損失過(guò)大、加熱周期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，同時(shí)，大量電力消耗成 本過(guò)高也是限制該一技術(shù)商業(yè)化的根本原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種開(kāi)采油砂的新方法，W避免現(xiàn)有技術(shù)中利用水作為熱 量載體，在地面使用鍋爐生成蒸汽通過(guò)管路輸送到油層，導(dǎo)致油砂開(kāi)采過(guò)程中能耗高、能量 損失大、水耗大和不環(huán)保等缺陷，同時(shí)克服電加熱開(kāi)采油砂過(guò)程中溫度過(guò)高、溫度場(chǎng)不均勻 和熱量損失過(guò)大、加熱周期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法，該方法包括至少 一個(gè)周期的如下步驟：
[0007] (1)在油井井筒內(nèi)油藏段設(shè)置中屯、管，中屯、管外部設(shè)置套管，在垂直方向上套管的 下沿高于或等于中屯、管的下沿，套管下沿與中屯、管管壁之間密封連接，中屯、管與套管之間 所形成的環(huán)形空間用于容納液態(tài)水；中屯、管上端設(shè)置通汽孔，其位置高于中屯、管與套管之 間環(huán)空內(nèi)液態(tài)水的工作液面；中屯、管下端設(shè)置水蒸汽出汽孔，其位置低于套管下沿與中屯、 管管壁之間密封連接處；
[000引并且，井筒與套管之間的環(huán)空是用于容納石蠟介質(zhì)；且設(shè)置有能將石蠟介質(zhì)加熱 的加熱系統(tǒng)；
[0009] (2)在井筒與套管之間的環(huán)空內(nèi)注入石蠟介質(zhì)，維持油層壓力，通過(guò)加熱系統(tǒng)將 石蠟介質(zhì)加熱；在中屯、管與套管所形成的環(huán)形空間內(nèi)持續(xù)注入液態(tài)水；使石蠟介質(zhì)與液態(tài) 水換熱產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽通過(guò)中屯、管通汽孔進(jìn)入中屯、管、并從出汽孔流出與油藏接觸換 執(zhí). "一，
[0010] (3)當(dāng)水蒸汽的注入量達(dá)到油田蒸汽驅(qū)周期供熱要求后，停止加熱通水，炯井3? 15天后開(kāi)始采油。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，本發(fā)明 所述的"至少一個(gè)周期"指的在利用本發(fā)明的方法進(jìn)行一次采油后，可重復(fù)本發(fā)明所述的方 法的步驟多次注入蒸汽再次采油。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，步驟（2) 的目的在于持續(xù)產(chǎn)生水蒸汽，步驟（2)中所述的"通過(guò)加熱系統(tǒng)將石蠟介質(zhì)加熱"與"在中 屯、管與套管所形成的環(huán)形空間內(nèi)持續(xù)注入液態(tài)水"的先后順序不作限定，亦即無(wú)論是先加 熱后注入液態(tài)水，還是先注入液態(tài)水后加熱均包含在所述的步驟（2)中。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，其中，中 屯、管的內(nèi)徑為35?60mm，其長(zhǎng)度為15?25m ;套管的內(nèi)徑為55?100mm，其長(zhǎng)度為15? 25m ;套管下沿與中屯、管管壁之間密封連接處離中屯、管下沿的距離為80?120mm，通汽孔距 中屯、管上沿的距離為40?60mm處，水蒸汽出汽孔離中屯、管下沿的距離為40?60mm。
[0014] 本發(fā)明采用了不溶于水、潛熱高的石蠟介質(zhì)為儲(chǔ)熱材料和傳熱介質(zhì)，由于石蠟相 變潛熱大，釋放熱量穩(wěn)定，能保持蒸汽生成的穩(wěn)定性，減少水的消耗，使油砂就地開(kāi)發(fā)能在 干旱缺水的沙漠等環(huán)境下實(shí)施。
[0015] 石蠟是石油中的低價(jià)值副產(chǎn)品，不溶于水，揮發(fā)性小，不污染地下水和大氣，輔助 改質(zhì)設(shè)備可從油砂漸青中提取，使用現(xiàn)有溶劑脫蠟工藝生產(chǎn)，脫蠟后的油砂漸青改質(zhì)油品 質(zhì)更高，具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，并且所得石蠟可循環(huán)注入新開(kāi)辟的油井內(nèi)，或儲(chǔ)備備用。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，所述的 石蠟介質(zhì)為粗石蠟，其烙點(diǎn)高于所處油藏地層溫度20°c W上，優(yōu)選烙點(diǎn)為50°c W上的石蠟 介質(zhì)。粗石蠟價(jià)格低廉，其雜質(zhì)含量和油含量只要不影響正常生產(chǎn)即可。例如本發(fā)明所述 的石蠟可選自中石化荊口石化52#?58#全精煉石蠟或半精煉石蠟、70#、80#、85#石蠟，其 中的數(shù)字52、58、70、80、85分別對(duì)應(yīng)不同的烙點(diǎn)，可根據(jù)井位情況和實(shí)際生產(chǎn)需求，選擇不 同的牌號(hào)。
[0017] 更進(jìn)一步，為了提高石蠟的導(dǎo)熱系數(shù)和相變洽，改善蠟結(jié)晶的晶核形態(tài)，可對(duì)多種 牌號(hào)的工業(yè)粗石蠟產(chǎn)品進(jìn)行復(fù)配，即采用混合粗石蠟為加熱介質(zhì)，還可W實(shí)施一定程度的 改性，添加微量分散劑和/或添加劑，添加比例為（W質(zhì)量百分含量計(jì)算）；在石蠟介質(zhì)內(nèi) 添加了重量比為1/100000?1/1000的分散劑和/或重量比為1/100000?1/1000的添 加劑的改性石蠟，其中所述的添加劑為金屬材料、石墨、交聯(lián)樹(shù)脂高分材料和/或納米材料 等，改性后的石蠟其烙點(diǎn)也應(yīng)高于所處油藏地層溫度20°C W上，優(yōu)選烙點(diǎn)為50°c W上的改 性石蠟。相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)可參見(jiàn)"石蠟基復(fù)合相變儲(chǔ)能材料的研究進(jìn)展"（朱虹、王繼芬等， 上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009, 26 (3) ; 188-192)。
[001引根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，在井筒 與套管之間的環(huán)空內(nèi)注入石蠟介質(zhì)的深度為20?30m，體積為2?4m3;液態(tài)水的工作深度 為20?25m，體積為2?3m 3。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，其中，所 述方法還包括部署自動(dòng)控制系統(tǒng)并利用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制加熱系統(tǒng)能量（例如電能）的輸 入、液體水的輸入與水蒸汽的輸出，使該方法穩(wěn)定進(jìn)行。具體的，所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)可包 括在石蠟介質(zhì)頂部、套管內(nèi)側(cè)和底部設(shè)置傳感器，監(jiān)測(cè)石蠟介質(zhì)W及液態(tài)水的相態(tài)和溫度； 在水蒸汽出汽孔設(shè)置傳感器，監(jiān)測(cè)水蒸汽出汽孔輸出的水蒸汽的干度、速度和壓力。還可進(jìn) 一步包括自動(dòng)控制系統(tǒng)工作站。本發(fā)明的自動(dòng)控制系統(tǒng)中的各部件均可采用現(xiàn)有技術(shù)設(shè) 備，例如可使用熱敏電阻測(cè)量溫度，禍街流量計(jì)測(cè)定水蒸汽流量，傳感系統(tǒng)可應(yīng)用壓電應(yīng)力 式傳感器，其可靠性高，可在-20°C?+250°C的工作溫度范圍內(nèi)工作。所述的自動(dòng)控制工作 站可根據(jù)速度流量計(jì)和溫度傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，在控制軟件中進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)換為對(duì)電 流強(qiáng)度和注水速度的調(diào)節(jié)，采用PID控制閥的動(dòng)作來(lái)控制加水流量，W及蒸汽生產(chǎn)的速度， 達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。更具體的自動(dòng)控制系統(tǒng)可W根據(jù)化工自動(dòng)化領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)。
[0020] 根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，其 中，水蒸汽出汽孔輸出的水蒸汽的干度為40%?100%，優(yōu)選60%?100% ;水蒸汽出汽孔 輸出的水蒸汽的速率與注入液體水流率基本相等，范圍為100?200m3/d ;優(yōu)選地，步驟（2) 中維持油層壓力5MPa?8MPa。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在所述的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法中，所述的 部署加熱系統(tǒng)具體是在油井內(nèi)石蠟介質(zhì)段部署加熱導(dǎo)線，連接電能使石油介質(zhì)加熱。加熱 系統(tǒng)通常包括逆變器、電流控制單元和儲(chǔ)能設(shè)施等。電能可W為外網(wǎng)電能提供，也可W由太 陽(yáng)能或風(fēng)能提供，本發(fā)明優(yōu)選由太陽(yáng)能或風(fēng)能提供，利用太陽(yáng)能或風(fēng)能較常規(guī)電能具有如 下優(yōu)勢(shì)：太陽(yáng)能或風(fēng)能為綠色可再生能源，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放和含硫氮煙氣等環(huán)境污 染；將太陽(yáng)能或風(fēng)能儲(chǔ)存在石蠟介質(zhì)中，W石蠟介質(zhì)加熱液體水，由于石蠟相變的熱量緩釋 效果可W削弱白天和黑夜等波峰波谷，從而利用太陽(yáng)能或風(fēng)能可將不穩(wěn)定的能源應(yīng)用于油 砂的開(kāi)采中；太陽(yáng)能或風(fēng)能可W就地利用相應(yīng)的發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)，無(wú)需架設(shè)相應(yīng)的外網(wǎng)電力 輸送線；發(fā)電設(shè)備可對(duì)油田抽油累供電或連接儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)電；加熱井停止生產(chǎn)蒸汽，轉(zhuǎn)化 為地下儲(chǔ)能設(shè)施；整個(gè)油藏枯竭結(jié)束生產(chǎn)后，發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)為集中電站，并網(wǎng)發(fā)電。
[0022] 本發(fā)明的利用石蠟介質(zhì)開(kāi)采油砂的方法，主要是用于開(kāi)采油砂中的原油。
[0023] 具體實(shí)施時(shí)，通常根據(jù)地質(zhì)勘探和儲(chǔ)量評(píng)估結(jié)果，按照五點(diǎn)或九點(diǎn)鉆井法部署加 熱井和生產(chǎn)井，將本發(fā)明所述的方法相應(yīng)的套管、中屯、管等實(shí)施本發(fā)明方法的相應(yīng)部件部 署在井筒內(nèi)，通常將本發(fā)明的油井作為加熱井，W在含油地層形成圍繞生產(chǎn)井的溫度梯度 場(chǎng)；
[0024] 根據(jù)油砂性質(zhì)評(píng)價(jià)和地層礦床勘測(cè)結(jié)果，設(shè)定加熱和生產(chǎn)周期，計(jì)算需要輸入地 層的熱量，和對(duì)應(yīng)需要的電力功率，按當(dāng)?shù)靥?yáng)能和風(fēng)能資源分布，計(jì)算每口加熱井需要配 備的光伏電池組件或風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)量、功率；
[0025] 根據(jù)含油地層溫度、地層滲透率和含油油砂性質(zhì)，計(jì)算需要注入加熱井的石蠟量， 和加熱、生產(chǎn)期間的逸散速度，設(shè)定每口加熱井的補(bǔ)充周期；
[0026] 根據(jù)整個(gè)礦區(qū)的能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算需要匹配的儲(chǔ)能設(shè)施功率，W應(yīng)對(duì)電力生產(chǎn) 的波峰波谷，和極端天氣下系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償需求；通常儲(chǔ)能設(shè)施可配備一定的冗余，W滿足 電力生產(chǎn)的擴(kuò)展性。儲(chǔ)能設(shè)施合理的功率范圍為滿足礦區(qū)所有加熱井5-10天電能消耗為 宜；
[0027] 部署整套加熱系統(tǒng)后，注入石蠟并密閉井口，維持油層壓力，進(jìn)入加熱周期，持續(xù) 注入淡水，監(jiān)測(cè)石蠟相變情況，自動(dòng)調(diào)整輸入功率和水流量，保持系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定和平 衡；系統(tǒng)穩(wěn)定的注汽壓力為5MPa?8MPa、注汽干度為40 %?100%，優(yōu)選干度為60 %? 100% ;注汽速率根據(jù)實(shí)際油藏加熱驅(qū)替的要求而定，通常單井的注汽速率與液體水流率相 等，范圍為100?200m3/d ;
[002引在生產(chǎn)井監(jiān)測(cè)地層壓力、溫度和其他參數(shù)，達(dá)到生產(chǎn)條件后，適量降低加熱功率， 維持地層溫度，停止注水，將電能轉(zhuǎn)而進(jìn)行抽油累作業(yè)、油水分離和漸青輸送存儲(chǔ)等其他操 作；
[0029] 當(dāng)生產(chǎn)井無(wú)法繼續(xù)作業(yè)時(shí)，暫停抽油，繼續(xù)開(kāi)始下