水平井火驱燃烧前缘预测方法与流程

1.本发明涉及石油稠油水平井火驱开发技术领域，具体而言，涉及一种水平井火驱燃烧前缘预测方法。


背景技术：

2.目前，火烧油层作为一种重要的稠油热采开发方式，是国内稠油老区重要的接替技术之一。根据布井方式火驱可分为线性直井火驱和水平井火驱，其中水平井火驱驱替距离短，适用油层的条件更加广泛的优点，被认为是超稠油开发的重要手段。
3.但是，在国内外水平井火驱试验现场，由于不能及早地对气窜、水平井高温以及井口高含氧等异常工况情况进行预测和调整，这严重的阻碍了该项技术的推广应用。因此，对水平井火驱燃烧状态及火驱燃烧前缘的预测进行研究十分必要。
4.在现有技术中，水平井火驱燃烧前缘预测相关研究较少，目前通常采用井间电位法、微地震技术、示踪剂检测方法等测量手段对火驱燃烧前缘进行预测。但是，上述预测方法成本高，无法满足工业化推广的需求。因此，现有技术中存在预测方法成本高的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种水平井火驱燃烧前缘预测方法，以解决现有技术中的预测方法成本高的问题。
6.本发明提供了一种水平井火驱燃烧前缘预测方法，水平井火驱燃烧前缘预测方法包括：判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，当水平井火驱处于正常燃烧状态时，执行下述步骤；计算水平井的燃烧腔的体积；获取燃烧腔的形态；根据燃烧腔的体积以及形态，得出燃烧前缘距离。
7.进一步地，计算水平井的燃烧腔的体积，具体包括：获取驱出原油所占地层体积；获取燃烧原油所占地层体积；根据驱出原油所占地层体积以及燃烧原油所占地层体积获取水平井的燃烧腔的体积。
8.进一步地，计算水平井的燃烧腔的体积，具体包括：根据原油的生产数据得出驱出原油的体积；根据注气参数、产出气参数以及原油密度得出燃烧原油的体积；结合地层的含油饱和度和孔隙度，计算出燃烧腔的体积。
9.进一步地，根据注气参数、产出气参数以及原油密度得出燃烧原油的体积，具体包括：根据原油分析，确定原油中c、h、o、n、s的元素质量以及质量分数；结合累积注气量以及产出气的平均质量分数，确定火驱过程中燃烧原油的质量；根据原油密度，得出燃烧原油的体积。
10.进一步地，获取燃烧腔的形态，具体包括：燃烧腔包括第一段、第二段和第三段，第一段的结构与第三段相同，第一段和第三段分别对称设置在第二段的两端，第一段和第三段均为球形结构，第二段为柱体结构。
11.进一步地，根据燃烧腔的体积以及形态，得出燃烧前缘距离，具体包括：计算第一
段和第三段的体积；根据燃烧腔的体积、第一段的体积以及第三段的体积，计算第二段的体积；根据第二段的体积计算得到第二段的长度尺寸，第二段的长度尺寸为燃烧前缘距离。
12.进一步地，根据温度判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态。
13.进一步地，根据温度判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，具体包括：当燃烧前缘的温度高于350℃时，火驱处于正常燃烧状态。
14.进一步地，根据气体组分判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态。
15.进一步地，根据气体组分判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，具体包括：当co2含量高于10％，o2含量低于3％时，火驱处于正常燃烧状态。
16.应用本发明的技术方案，该水平井火驱燃烧前缘预测方法包括，首先判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，当水平井火驱处于正常燃烧状态时，计算水平井的燃烧腔的体积，然后获取燃烧腔的形态，最后根据燃烧腔的体积以及形态，得出燃烧前缘距离。采用上述预测方法，只需要对火驱的燃烧状态进行判断，然后通过燃烧腔的体积和形态即可得出燃烧前缘的距离，无需利用井间电位法、微地震技术、示踪剂检测方法等测量手段对火驱燃烧前缘进行预测，能够降低预测方法的成本，满足工业化推广的需求。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本发明实施例提供的水平井火驱燃烧前缘预测方法中燃烧腔的结构示意图。
19.其中，上述附图包括以下附图标记：
20.10、第一段；20、第二段；30、第三段；h、油层厚度；d、燃烧前缘距离。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.本发明实施例提供一种水平井火驱燃烧前缘预测方法，水平井火驱燃烧前缘预测方法包括：
23.s100、判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，当水平井火驱处于正常燃烧状态时，执行下述步骤；
24.s200、计算水平井的燃烧腔的体积；
25.s300、获取燃烧腔的形态；
26.s400、根据燃烧腔的体积以及形态，得出燃烧前缘距离。
27.其中，当水平井火驱处于非正常燃烧状态时，需要采取相应的措施，使水平井处于正常燃烧状态，以便于执行步骤s200、s300以及s400。
28.应用本实施例提供的水平井火驱燃烧前缘预测方法，只需要对火驱的燃烧状态进
行判断，然后通过燃烧腔的体积和形态即可得出燃烧前缘的距离，无需利用井间电位法、微地震技术、示踪剂检测方法等测量手段对火驱燃烧前缘进行预测，能够降低预测方法的成本，满足工业化推广的需求。
29.在本实施例中，步骤s200计算水平井的燃烧腔的体积，具体包括：
30.s210、获取驱出原油所占地层体积；
31.s220、获取燃烧原油所占地层体积；
32.s230、根据驱出原油所占地层体积以及燃烧原油所占地层体积获取水平井的燃烧腔的体积。其中，水平井的燃烧腔的体积为驱出原油所占地层体积以及燃烧原油所占地层体积之和。
33.具体的，步骤s200计算水平井的燃烧腔的体积包括：
34.根据原油的生产数据得出驱出原油的体积，其中原油的生产数据包括原油产出量；
35.根据注气参数、产出气参数以及原油密度得出燃烧原油的体积；
36.最后将驱出原油的体积与燃烧原油的体积之和，结合地层的含油饱和度和孔隙度，即可计算出燃烧腔的体积。
37.其中，燃烧腔的体积v
燃烧腔
与驱出原油的体积v
驱油
和燃烧原油的体积v
燃烧油
的关系式如下：
[0038][0039]
在本实施例中，根据注气参数、产出气参数以及原油密度得出燃烧原油的体积，具体包括：
[0040]
s221、根据原油分析，确定原油中c、h、o、n、s的元素质量以及质量分数；
[0041]
s222、结合累积注气量以及产出气的平均质量分数，确定火驱过程中燃烧原油的质量；
[0042]
s223、根据原油密度，得出燃烧原油的体积。
[0043]
其中，在步骤s222中可根据原油燃烧方程，结合累积注气量以及产出气的平均质量分数，确定火驱过程中燃烧原油的质量。假设原油燃烧产生气体为co、co2、so2、n2以及o2，由于其他气体含量很少，计算中忽略不计，那么得到原油燃烧方程如下：
[0044][0045]
式中c、h、o、n、s的质量分数可根据元素分析得到，结合累积注入空气量以及产出气的平均质量分数，即可得到火驱过程中累积燃烧的原油质量，根据原油密度得到燃烧原油体积。
[0046]
如图1所示，步骤s300获取燃烧腔的形态，具体包括：燃烧腔包括第一段10、第二段20和第三段30，第一段10的结构与第三段30相同，第一段10和第三段30分别对称设置在第二段20的两端，第一段10和第三段30均为球形结构，第二段20为柱体结构。在本实施例中，第一段10和第三段30均为四分之一个球的球形结构，第二段20为半圆柱体结构。
[0047]
其中，油层厚度h为球的半径，燃烧前缘距离d为半圆柱体的长度。
[0048]
在本实施例中，步骤s400根据燃烧腔的体积以及形态，得出燃烧前缘距离，具体包括：
[0049]
s410、计算第一段10和第三段30的体积，即确定两个四分之一个球的体积；
[0050]
s420、根据燃烧腔的体积、第一段10的体积以及第三段30的体积，计算第二段20的体积，即第二段20的体积为燃烧腔的体积减去第一段10以及第三段30的体积；
[0051]
s430、根据第二段20的体积计算得到第二段20的长度尺寸，第二段20的长度尺寸为燃烧前缘距离。其中，第二段20的端面为半圆形，且半圆形的半径为油层厚度。
[0052]
在本实施例中，步骤s100为根据温度判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态。其中，火驱过程中温度是反映燃烧状态的最直观手段，可以在生产井或观察井的井底利用测温元件直接观测火驱燃烧前缘的推进情况。
[0053]
具体的，根据温度判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，具体包括：当燃烧前缘的温度高于350℃时，火驱处于正常燃烧状态，此时燃烧前缘为已燃区，可执行步骤s200、s300以及s400。其中，当燃烧前缘的温度高于350℃时，油砂颜色呈石英砂白色，该油砂颜色可作为辅助判断参数。
[0054]
其中，当燃烧前缘的温度低于270℃时，此时油砂呈黑色，含油饱和度升高，燃烧前缘为未燃区。当燃烧前缘的温度在270-350℃时，此时油砂结焦，油砂颜色呈灰黑色，燃烧前缘为结焦区。当燃烧前缘处于未燃区或结焦区时，火驱处于非正常燃烧状态，此时需要采用相应的措施，以使燃烧状态恢复正常。
[0055]
本发明又一实施例提供了一种水平井火驱燃烧前缘预测方法，本实施例与上一实施例的区别在于，在本实施例中，步骤s100为根据气体组分判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态。
[0056]
其中，根据气体组分判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态，具体包括：当co2含量高于10％，o2含量低于3％时，火驱处于正常燃烧状态，此时可执行步骤s200、s300以及s400。具体的，此时火驱处于稳定的高温燃烧状态，火线处于稳定推进情况。在原油不充分燃烧时，产出气中的o2含量会小幅上升，co2、h2s含量随之下降。
[0057]
具体的，当co2含量低于10％，o2含量高于5％时，水平井处于气窜阶段，此时注入空气沿水平井方向突进，注入气不能与原油充分反应，燃烧难以持续，火驱处于非正常燃烧状态，需要调整注气量、关小油嘴，降低压力波动，以使燃烧状态恢复正常。
[0058]
具体的，当水平井火驱中产出气中h2s的含量大于200ppm时，为火线前缘临近阶段，此时有烧毁水平井的风险，需要在生产井回注热水，降温保护，以使燃烧状态恢复正常。
[0059]
下面结合具体实施例进行解释说明：以a区为例，假定该区水平井正常生产1000天，累积产油5000t，注入空气量为6
×
107m3，地层孔隙度31％，含油饱和度70％，原油密度0.96g/cm3，油层厚度为10m，co气体平均含量0.1％，co2平均含量10.8％，o2平均含量0.13％。
[0060]
步骤s100：判断水平井火驱是否处于正常燃烧状态。
[0061]
利用气体分析仪对生产井、观察井的气体进行取样分析，一般需要对产出气中o2、co2、co、n2、ch4五种气体进行分析。针对产出气中co2、o2、co含量变化制作时间浓度曲线。当co2含量低于10％，o2含量高于5％时，水平井为气窜阶段，即注入空气未能充分燃烧，便进入水平井，有一定生产风险，现场需要实行关井措施。
[0062]
当水平井火驱中产出气中h2s的含量大于200ppm时，可判断为一种火线前缘临近，但火线未波及区域。
[0063]
当co2含量高于10％，o2含量低于3％时，水平井为原油高温燃烧，为稳定驱替阶段，此时火驱处于正常燃烧状态。
[0064]
步骤s200：计算水平井的燃烧腔的体积。
[0065]
1)进行原油分析，确定原油中c、h、o、n、s的元素质量，c、h、o、n、s的质量分数分别为y1＝86.04％，y2＝10.91，y3＝1.03％，y4＝0.75％，y5＝0.07％，其中原油燃烧方程中的系数：
[0066][0067]
2)结合累积注入空气量＝6
×
107m3，以及产出气的平均质量分数，co气体平均含量0.1％，co2平均含量10.8％，o2平均含量0.13％。
[0068]
3)可得到火驱过程中累积燃烧的原油质量m＝420t。
[0069]
4)测量原油密度0.96g/cm3，得到燃烧原油体积v
燃烧油
＝m/ρ＝437.5m3。
[0070]
5)空间v
驱油
＝5000t
÷
0.96g/cm3÷
0.31
÷
0.7＝24000m3。
[0071]
6)得到总的燃烧腔体积v
燃烧腔
＝v
燃烧油
+v
驱油
＝24437.5m3。
[0072]
步骤s300：获取燃烧腔的形态，燃烧腔的形态如图1。
[0073]
步骤s400：根据燃烧腔的体积以及形态，得出燃烧前缘距离：
[0074][0075]
通过本实施例提供的预测方法，该方法依据生产井的温度、产出液、产出气综合评价，计算简单、无附加成本，能够很好地解决目前火驱前缘预测方法成本高的问题，可以应用于水平井火驱的生产现场。
[0076]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0077]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0078]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0079]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、
“
在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0080]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0081]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。