一种稠油油藏降粘剂高效注入及降粘方法与流程

本发明属于油气田开发工程技术领域，涉及一种稠油油藏降粘剂高效注入及降粘方法。

技术背景

目前在全球常规资源日益短缺的情况下，稠油开采技术前景受到越来越多的关注，世界上稠油油藏储量大，若能得到有效开采利用，将会在一定程度上缓解目前常规资源紧张的局面。近些年来随着对稠油资源的重视程度逐渐增长，稠油开发技术也日益成熟并且取得了较大突破，目前针对稠油油藏的开采方式大致分为两大类：稠油热采和稠油冷采。稠油热采的开采原理在于稠油黏度虽高，但对温度极为敏感，随着温度的增加稠油的黏度也会下降，大大降低原油渗流阻力；而稠油的“冷采”是则是在稠油油藏开发过程中通过其它不升温的方法，如加入适当的化学试剂、或者气体等技术方法达到降黏的目的。

在现有的稠油冷采技术中，针对稠油油藏的开发方案大多为先注入降粘剂降低油藏稠油粘度，待油藏稠油降粘完成后再向地层注入n2、co2或ch4等气体进行吞吐开采。但是在具体实施过程中由于水溶性降粘剂注入同时还需要注入大量水与之形成降粘剂水溶液，如此一来增加了后续开采过程中的脱水负担；而在使用油溶性降粘剂时，由于地层稠油粘度较大，地层能量不足以使得油溶性降粘剂与稠油充分接触，降粘剂不能均匀的分散在油藏中，使得油溶性降粘剂利用率低，从而导致后续开采效果差，经济成本相对较高。

中国专利文献cn110454122a(cn201910738768.1)公开一种气溶胶稠油摇溶装置及降粘方法，通过地面设备制造氮气，利用氮气压缩设备将氮气加压，输入气溶胶稠油摇溶装置的进气管；同时，通过泵车将降粘剂注入气溶胶稠油摇溶装置的进液管，使氮气与降粘剂在气溶胶稠油摇溶装置中混合雾化形成气溶胶，泵送入井下；注入完成后，关井焖井，待气溶胶与油藏充分反应后，开井生产。但是，将气溶胶降粘剂注入地层需依靠自身压力在井筒附近油藏形成渗流通道，需要较高的压力，且波及范围仅为井筒周围5～10m，导致降粘效果较差。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的降粘剂利用率低、开采效果差的问题，本发明提供一种稠油油藏降粘剂高效注入及降粘方法。本发明采用人工径向井引导雾化降粘剂注入油藏深部的降粘剂注入方法，将降粘剂和气体在地面均匀混合后注入油管，油管底部装有降粘剂雾化器，降粘剂和气体混合物经雾化器雾化后沿径向井注入油藏深部，降粘剂雾化后的颗粒直径较小，雾化降粘剂在径向井中相对油藏进一步发生扩散。如此不仅可以保证降粘剂可以进入油藏深部，也能使得降粘剂在油藏中发生进一步扩散从而提高降粘剂在油藏中的波及范围，提高稠油油藏的降粘效果，进而提高后续油藏开采采收率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种稠油油藏降粘剂高效注入及降粘方法，包括以下步骤：

(1)在直井底部的油藏内钻多个径向井，井筒使用套管固封，井筒底端使用水泥固封，径向井通过套管上的井眼与井筒底部连通；

(2)前置气体段塞注入：首先向地层中注入8～12×10⁴sm³气体，引导后续降粘剂注入；

(3)雾化降粘剂段塞注入：将油溶性降粘剂总量的一半和4～6×10⁴sm³的气体混合注入至井底雾化器中，形成雾化降粘剂，雾化降粘剂通过径向井渗流通道注入至油藏深部；

(4)后置气体段塞注入：将8～12×10⁴sm³气体通过油管注入井底，进一步将雾化降粘剂推至油藏深部，并引导后续降粘剂注入；

(5)雾化降粘剂段塞注入：通过井底雾化器向地层中注入剩余的油溶性降粘剂和4～6×10⁴sm³气体；

(6)后置气体段塞注入：再次向地层段塞注入8～12×10⁴sm³后置气体；

(7)焖井扩散：注入程序完成后，关闭井口进行焖井操作，焖井时长为10～15d。

焖井过程中雾化降粘剂在气体推动下有效降低稠油粘度，与此同时吞吐气体也与地层稠油发生萃取、溶解降粘等作用。焖井结束后开井生产，吞吐气体依靠压力释放产生的弹性能带动粘度降低的稠油流动至井筒，进一步开采至地面；根据稠油油藏条件进行多个轮次吞吐。

优选的，步骤(1)中径向井的个数为2～8个，径向井长度为50～100m，直径为8～10cm。油藏进行吞吐开采时，每一吞吐井的可控制边界上限为100～120m，两井间距过长则导致产出的稠油无法有效回收，而径向井长度＜50m则不能满足扩大雾化降粘剂波及范围的发明要求；油藏中的径向井是采用高压水射流技术穿透地层从而形成径向井，由于水射流技术的局限性，径向井直径范围为8～10cm。

优选的，步骤(1)中径向井优选为4个。径向井按照油藏平面展布情况确定径向井分布位置，一般布置在剩余油储量较大的油藏位置。

优选的，所述气体为co2、ch4、n2、烟道气等中的一种；气体通过套管内的油管注入。

优选的，步骤(3)、(5)中油溶性降粘剂的注入速度为10t/d，气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

步骤(7)焖井扩散时油溶性降粘剂使稠油中沥青质解聚，使大分子的沥青质缔合体解缔成为小分子的结构，从而降低超稠油的粘度，气体在稠油中扩散溶解降粘，使原油体积膨胀。

优选的，油溶性降粘剂类型为聚合物型或表面活性剂型；雾化降粘剂的液滴粒径小于30μm。

优选的，所述雾化器包括入口、螺旋气液混合管、加压管和雾化喷嘴依次连接，所述螺旋气液混合管包括雾化器外管和其内部的螺旋搅拌块，自油管流入的气液混合物经入口进入螺旋气液混合管，在其中混合均匀后流入加压管，加压完成后通过雾化喷嘴喷出，雾化喷嘴将使得气液混合物中的降粘剂分散为液滴，即以雾化降粘剂的形式注入地层。

进一步优选的，油管上端还连接有气液混合器，气体和油溶性降粘剂在气液混合器中初步混合后流入油管。

本发明中注入参数以常规吞吐注入数据为基础，结合稠油物性、地层条件和经济指标等进行了参数优化。将传统吞吐技术中气体和降粘剂笼统注入改为分批分次注入，并结合径向井。如此不仅可提高油溶性降粘剂利用率，也在一定程度上降低了油溶性降粘剂和气体的注入量，节约了经济成本，提升了开采效果。径向井可以在非同一表面设置多个，径向井的位置和数量以油藏储量条件作为依据，取决于油藏平面展布和剩余油分布。

本发明中雾化降粘剂采取2个段塞注入，因此每一段塞中降粘剂注入量约为注入总量的1/2。一般降粘剂总注入量20～30吨，分成三个及以上段塞，施工过于繁琐。本发明中气体和雾化降粘剂分两次段塞注入，第一段塞雾化降粘剂的后置气体同时也是第二段塞雾化降粘剂的前置气体，若两次降粘剂的注入量不同则会导致径向井中的雾化降粘剂分布不均，影响油藏降粘的均匀程度，进而影响稠油油藏的开采效果。

现有技术中利用径向井引导堵剂注入油井堵水，主要目的为引导地层中堵剂精准投放，降低堵剂对地层低渗部位的伤害；径向井的长度和数目取决于水流优势通道的位置和大小。

本发明采用的径向井是为了给稠油开采中的雾化降粘剂提供高效渗流通道，并且提高雾化降粘剂的波及范围，实现稠油油藏开采中的降粘剂高效利用。径向井的长度取决于油藏含油面积和油藏边界范围，其数目取决于油藏地质储量分布和地层稠油粘度，不受地层压力等物性条件约束。

采用常规方法注入雾化降粘剂所需压力一般为20～25mpa，而采用本发明方法，压力仅为15～20mpa，大约降低20％。另外，采用常规方法注入雾化降粘剂时，雾化降粘剂需依靠自身压力在井筒附近油藏形成渗流通道，波及范围仅为井筒周围5～10m，导致降粘效果较差。径向井可以根据油藏储量分布情况定向引导降粘剂注入，并且相对于高压注入气体后形成的气窜通道，径向井为油溶性降粘剂和气体的注入提供了高效渗流通道。雾化降粘剂和气体可沿径向井进入油藏深部，并且雾化降粘剂和气体在径向井中可进一步发生扩散，从而使得雾化降粘剂波及范围均匀扩大至井筒周围50～100m，如附图2所示。

本发明的有益效果

(1)本发明所述的气体和降粘剂协同注入的冷采方式与常规稠油热采相比能耗低，施工难度小并且降粘时效较长，此外还可以避免稠油热采中易出砂、汽窜和成本高昂等问题；

(2)本发明所述的人工径向井为雾化降粘剂和气体注入提供了高效渗流通道，保证雾化降粘剂进入油藏深部，保证雾化降粘剂进入油藏时雾化状态良好。有效增大了雾化降粘剂和吞吐的波及范围，提高了降粘剂利用率从而降低了开采成本；

(3)本发明所述的人工径向井可根据油藏平面展布和剩余油分布定向引导气体和降粘剂，雾化降粘剂和气体沿径向井注入时在其中发生垂向扩散，使得雾化降粘剂和气体在油藏内部均匀扩散；使得雾化降粘剂的波及范围由井筒附近5～10m提高至50～100m，实现整个稠油油藏的均匀降粘；

(4)本发明所述的井筒结构将油管与降粘剂雾化器结合，结构简便，性能突出；降粘剂雾化器安装在油管底部，可以避免雾化降粘剂在流向井底过程中由于重力与摩擦等作用发生气液分离。

附图说明

图1是井柱结构示意图；

图2是雾化降粘剂注入地层扩散效果示意图，(a)无径向井；(b)有径向井；

图3是气液混合器结构示意图；

图4是降粘剂雾化器结构图；

图5是某油田采用不同降粘方法的产油情况示意图。

附图标记：

1-气源；2-气体压缩机；3-药剂泵；4-降粘剂储罐；5-气液混合器；6-原油储层；7-雾化器；8-人工径向井；9-进气管；10-进液管；11-配气管；12-气液混合管；13-入口；14-雾化器外管；15-螺旋搅拌块；16-螺旋气液混合管；17-加压管；18-雾化喷嘴。

具体实施方式

以下结合实施例和附图，对本发明的技术方案做进一步说明。本发明实施例中所用各原料除非特别说明，均为本领域常用市售产品。

如图1～4所示，气液混合器5安装在油管顶部与油管上端相连，吞吐气体和油溶性降粘剂分别从进气管9和进液管10进入气液混合器5，进气管9与配气管11相连，配气管11管壁上有若干个直径为2mm左右的出气孔，吞吐气体通过出气孔进入气液混合管12中，进液管10与气液混合管12的内壁相切，油溶性降粘剂从进液管12沿切线方向进入油管从而在其中形成旋流，与通过气孔进入的气体充分均匀混合，混合完成后流向油管底部的雾化器7。

气液混合器5可采用中国专利文献cn2743529y(cn200420097112.5)中的发生器设计，也可以采用现有技术能够实现本发明混合效果的混合装置，其目的在于使得流入其中的降粘剂和气体接触充分，混合均匀。

雾化器7包括入口13、螺旋气液混合管16和加压管17、雾化喷嘴18，所述螺旋气液混合管16包括雾化器外管14和其内部的螺旋搅拌块15，自油管流入的气液混合物经入口13进入螺旋气液混合管16，在其中混合均匀后流入加压管17，加压完成后通过雾化喷嘴18喷出，雾化喷嘴18将使得气液混合物中的降粘剂分散为液滴，即以雾化降粘剂的形式注入地层。

螺旋搅拌块15采用中国专利文献cn2743529y(cn200420097112.5)中的螺旋搅拌块设计，其目的在于分割流入其中的降粘剂和气体的混合物流股使得气液混合更加均匀。雾化喷嘴18生产厂家为博美喷雾系统有限公司，型号为de，雾化喷嘴材质为不锈钢。也可以采用现有技术能够实现本发明雾化效果的雾化装置。

本发明降粘剂的雾化过程如下：

将吞吐气体注入井口的气液混合器5，与通过药剂泵3注入的油溶性降粘剂混合，初步混合后的气体和油溶性降粘剂通过油管输送到达井底的降粘剂雾化器7中，在雾化器7中使气体和降粘剂在螺旋气液混合管16内进一步混合均匀，然后进入加压管17对混合物再次加压，加压完成后通过底部雾化喷嘴18释放，压力释放使得降粘剂变成均匀细小的雾化液滴，以雾化降粘剂的形式注入稠油油藏，沿着射孔形成的径向井8直达油藏深部，与底层内的稠油均匀混合。本发明井柱结构与现有井柱结构相比在井柱顶部增加了气液混合器5，并在井柱底端安装了雾化器7，可保证注入地层的雾化降粘剂状态良好。此外在油藏中增加了多个个径向井，径向井为雾化降粘剂和气体提供了高效注入通道，提高了雾化降粘剂波及范围。

实施例

一种稠油油藏降粘剂高效注入与降粘方法，其中，降粘剂雾化器总体高度为65cm，内径62mm，壁厚5.51mm，其中螺旋气液混合管长度为45cm，加压管长度为15cm，螺旋气液混合管材质为硬聚氯乙烯；其余管道及喷嘴均为n80材质。

气液混合器5总体高度为50cm，配气管1内径为55mm，长度为30cm；进液管2内径32mm，长度12cm；配气管3内径55mm，长度20cm；气液混合管4内径为62mm；所有管道均为n80材质，壁厚5.51mm。

本实施例试验油田为国内某油田，该油藏埋藏深、原油粘度高，降粘之前无法进行有效开采。储层含油饱和度71.2％，储层深度1805.4～2179.0m，孔隙度为16.0～25.0％，渗透率152～534md，储层类型为砂岩。油藏压力为18～21mpa，油藏温度53～64℃，稠油密度0.947～0.987g/cm³，50℃时稠油粘度为粘度13600～110600mpa·s，原油凝固点30℃，沥青质含量3.2～15.8％。

所用油溶性降粘剂成分为：四元共聚物主剂(19％)、司盘-80(2.6％)、有机硅表面活性剂(1.4％)、苯类溶剂(12.7％)、石油类溶剂油(64.3％)，以上均为质量百分数。

具体实施过程包括如下步骤：

(1)在油藏内钻4个径向井，长度75m，直径8cm；

(2)前置气体段塞注入：首先通过油管向4个径向井中注入co2，注入气体量为10×10⁴sm³；体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(3)雾化降粘剂段塞注入：将油溶性降粘剂和co2通过汽液混合器混合后注入至井底雾化装置中形成雾化降粘剂注入至地层，雾化降粘剂可通过径向井渗流通道注入至油藏深部，油溶性降粘剂注入量为10t，气体注入量为5×10⁴sm³；降粘剂注入速度为10t/d，气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(4)后置气体段塞注入：将co2通过油管注入径向井中，将雾化降粘剂进一步推至油藏深部，此阶段气体注入量为12×10⁴sm³；气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(5)雾化降粘剂段塞注入：再次通过油管向径向井中注入雾化降粘剂，油溶性降粘剂注入量为8t，气体注入量为5×10⁴sm³；降粘剂注入速度为10t/d，气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(6)后置气体段塞注入：再次段塞注入后置气体co2，气体注入量为12×10⁴sm³；气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(7)焖井扩散：注入程序完成后，关闭井口进行焖井操作，焖井时长为12d。焖井过程中径向井中的雾化降粘剂在气体推动下沿径向井进一步扩散至稠油中，与地层稠油充分接触，有效降低稠油粘度；与此同时吞吐气体也与地层稠油发生萃取、溶解降粘等作用；

(8)开井生产：焖井结束后开井生产，吞吐气体带动粘度降低的稠油流动至径向井中，再沿径向井通道流向井筒进而开采至地面。

该井由于地层原油粘度较大冷采产油量几乎为0，无法进行有效开采。采用本发明方法后产油速率最高达到7.67t/d，有效吞吐期内生产235天，累计增产原油759t，取得了较好的开发效果。

对比例1

在同一区块相邻一油井使用下述降粘剂的注入方法，其他条件同实施例。包括以下步骤：

(1)在油藏内钻4个径向井，长度75m，直径8cm；

(2)前置气体段塞注入：首先通过油管向4个径向井中注入co2，注入气体量为10×10⁴sm³；气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(3)雾化降粘剂段塞注入：将油溶性降粘剂和co2通过汽液混合器混合后注入至井底雾化装置中形成雾化降粘剂注入至地层，雾化降粘剂可通过径向井渗流通道注入至油藏深部，油溶性降粘剂注入量为20t，气体注入量为10×10⁴sm³；降粘剂注入速度为10t/d，气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(4)后置气体段塞注入：将co2通过油管注入径向井中，将雾化降粘剂进一步推至油藏深部，此阶段气体注入量为24×10⁴sm³；气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(5)焖井扩散：注入程序完成后，关闭井口进行焖井操作，焖井时长为12d。(6)开井生产：焖井结束后开井生产，吞吐气体带动粘度降低的稠油流动至径向井中，再沿径向井通道流向井筒进而开采至地面。

对比例1与实施例1不同的是，20吨降粘剂采用一个段塞注入，该油井在有效吞吐期内生产217天，产油速率最高为4.68t/d，累计产油537t。

对比例2

在同一区块相邻一油井使用下述降粘剂的注入方法，其他条件同实施例。包括以下步骤：

(1)前置气体段塞注入：首先通过油管向井中注入co2，注入气体量为10×10⁴sm³；气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(2)雾化降粘剂段塞注入：将油溶性降粘剂和co2通过汽液混合器混合后注入至井底雾化装置中形成雾化降粘剂注入至地层，雾化降粘剂可通过人工径向井所形成的高效渗流通道道注入至油藏深部，油溶性降粘剂注入量为20t，气体注入量为10×10⁴sm³；降粘剂注入速度为10t/d，气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(4)后置气体段塞注入：将co2通过油管注入人工径向井中，将雾化降粘剂进一步推至油藏深部，此阶段气体注入量为24×10⁴sm³；气体注入速度为5×10⁴sm³/d。

(5)焖井扩散：注入程序完成后，关闭井口进行焖井操作，焖井时长为12d。

(6)开井生产：焖井结束后开井生产，吞吐气体带动粘度降低的稠油流动至径向井中，再沿径向井通道流向井筒进而开采至地面。

对比例2与实施例1不同的是，油藏底部无径向井，利用高压气体形成气窜通道为雾化降粘剂提供渗流通道。该油井在有效吞吐期内生产197天，产油速率最高为2.59t/d，累计产油268t。

无径向井时，井筒底端不固封与油藏相通雾化降粘剂和气体通过油井底端注入，气体注入压力较高可在近井地带形成气窜通道，雾化降粘剂通过其形成的渗流通道扩散至油藏深部。

有径向井时，井筒底端使用水泥固封不与油藏相通，雾化降粘剂和气体通过油井壁上的径向井眼流入径向井从而进入油藏。焖井结束后地层原油沿径向井流入直井井底，后继续流动至油管中。

气体从井口注入沿油管流动到井底，油管底部的油套环形空间利用封隔器密封，气体进入井筒筒壁上的径向井眼进入径向井，从而进入油藏。径向井通过井筒筒壁的孔眼与井筒相连通。径向井采用裸眼完井。

日产油量曲线如图5所示，图5中，曲线右上自下依次是实施例、对比例1和对比例2油井产油量变化曲线。由图5中看出随着生产时间的推进，三种开采方式的日产油曲线均呈现先上升后下降的趋势。由3条曲线对比可以得出，在雾化降粘剂协助气体开采稠油技术中，径向井可以大幅提高稠油开采效果，此外，相对于一次注入雾化降粘剂和气体，雾化降粘剂和气体分次段塞注入也可以提升稠油开采效果。