热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质系统及方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其是涉及热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位系统及方法。

背景技术

地下原位改质是通过对地下储层进行高温加热，将固体干酪根转换为轻质液态烃，再通过传统工艺将液态烃从地下开采出来的方法。该技术具有不受地质条件限制、地下转化轻质油、高采出程度、低污染等优点，一旦规模化应用，将对重质油、页岩油和油页岩开采具有革命性意义。

地下原位改质与转化技术：多年来人们一直在探索有效开发与二氧化碳减排的重油开采方法，原位改质与转化就是未来重油开发的发展方向。电加热器原位改质技术是通过一系列丛式直井或水平井置入地下电偶，通过在地下储层内部加热电偶，实现重油裂解，使得焦炭留在地下、轻油得以产出的新型环保开发技术。这一技术可以提高原油的商品率与价值，目前已在加拿大阿尔伯达省和平河油砂矿区成功进行了先导性试验，可将油砂改质成API30o～49o的轻油，极具发展前景。但通过地下电偶加热的方式进行油层保温的过程，对电路控制和设备精度提出了一定要求，对设备加热功率要求较高。并且，原位改质的过程需要加入较多的助剂和催化剂实现改质目标，产出物成分复杂，给后续的处理工艺带来麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位系统及方法，对稠油层进行改质后加入热蒸汽，通过热蒸汽辅助催化改质的过程，并参与改变稠油的形态，便于生成多组分混相流体，提高油井产量。

为实现上述目的，本发明提供了热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质系统，包括液体配制装置、管道输送装置、热蒸汽发生器、改质剂循环装置、油井装置、油藏监测装置，液体配制装置和热蒸汽发生器分别通过管道输送装置与油井装置相连接，油井装置伸入油井油层中；

液体配制装置用于配制改质剂，包括配制槽、混合器、计量泵，混合器与配制槽相连接，计量泵设置于混合器的出口端；

管道输送装置用于输送改质剂和热蒸汽，包括连接器、管道组、控制阀门；

热蒸汽发生器用于产生热蒸汽，包括加热器、压力容器、水泵；

改质剂循环装置用于驱动改质剂在油井内循环，包括循环泵、过滤器、除气器；

油井装置用于向油层内输送物质和从油层中抽取产物，包括油井套管、油井管柱、油井钻头、抽出泵；

油藏监测装置用于监测改质剂、热蒸汽和油层的状态，包括压力传感器、温度传感器、流量计、多相流测量仪。

基于上述系统的热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质方法，步骤如下：

S1、准备改质剂：根据油藏成分确定改质剂的配比成分，通过液体配制装置将表面活性剂、改良剂、助剂按比例混合在有机溶剂中；

S2、改质剂注入：通过计量泵泵出合适用量后，由循环泵经油井管柱将改质剂注入地下油层，控制改质剂注入时的压力、温度和速率；

S3、改质剂循环：在改质剂注入井下后，通过循环泵驱动改质剂在井下与井口之间循环，使改质剂与油层混合并进行反应；

S4、注入热蒸汽：利用热蒸汽发生器产生高温高压的热蒸汽，并将热蒸汽通过油井钻头注入油层中，控制热蒸汽的压力、温度和速率，从而提高油层温度，加速改质反应；

S5、热蒸汽扩散：热蒸汽在稠油层中通过扩散和对流作用扩大热影响范围，通过油藏监测装置监控油层压力；

S6、油的产出：改质一段时间后，油的粘度降低，流动性增加，通过油井管柱和抽出泵将混合的多组分混相流体抽取到地面进行分离和提炼。

优选的，S2中，改质剂的注入量为油层孔隙容积的10-30％，注入速率控制在0.1-1m

优选的，S3中，使用的循环泵为离心泵，改质剂的循环量为注入量的3倍-5倍，循环速度在0.5m/s～1m/s之间，改质剂循环在72小时内完成。

优选的，S4中，注入热蒸汽的温度为150-300℃，热蒸汽压力为2-5MPa，热蒸汽流量为500-5000t/d。

因此，本发明采用上述结构的热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位系统及方法，通过热蒸汽辅助改质剂对稠油层的改质过程，取代地下电偶的物理加热作用，加快改质进程，从而减少催化剂用量，使油层产生多组分混相流体，增加原油采集量。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质系统实施例1的连接示意图；

图2为本发明热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质方法实施例2的流程示意图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质系统，包括液体配制装置、管道输送装置、热蒸汽发生器、改质剂循环装置、油井装置、油藏监测装置，液体配制装置和热蒸汽发生器分别通过管道输送装置与油井装置相连接，油井装置伸入油井油层中。

液体配制装置用于配制改质剂，包括配制槽、混合器、计量泵，混合器与配制槽相连接，计量泵设置于混合器的出口端。采用具有自动计量、搅拌和加热功能的配制槽配制改质剂，配制完成后输送到耐腐蚀、耐高温高压的不锈钢材质混合器中，对改质剂进行混合。混合均匀的改质剂通过计量泵的精确计量后输出。

管道输送装置用于输送改质剂和热蒸汽，包括连接器、管道组、控制阀门，通过连接器实现液体配制装置、热蒸汽发生装置等与油井管柱的连接，控制阀门设置于管道组上控制通断。由于经过管道组的流体都处于高温高压状态，因此要求管道组具有良好的耐压、耐热、耐腐蚀性能。

热蒸汽发生器用于产生热蒸汽，包括加热器、压力容器、水泵，通过水泵向压力容器内泵入原料水，由加热器向压力容器加热后产生高温高压的蒸汽，热蒸汽通过管道输送装置送往井下。

改质剂循环装置用于驱动改质剂在油井内循环，包括循环泵、过滤器、除气器，循环泵驱动改质剂的注入和循环过程，使油层中的原油和改质剂进行混合和反应。过滤器和除气器设置于井口位置，对循环的改质剂进行过滤，去除杂质，确保注入井口的改质剂质量良好。除气器除去循环液中的气体，避免气体影响改质效果。

油井装置用于向油层内输送物质和从油层中抽取产物，包括油井套管、油井管柱、油井钻头、抽出泵，油井装置是油井开采全程中负责沟通地上-地下的结构，除改质、循环、注气、抽取的过程外，还参与油井前期的采样、钻井、压裂等操作。

油藏监测装置用于监测改质剂、热蒸汽和油层的状态，包括压力传感器、温度传感器、流量计、多相流测量仪等。

实施例2

基于上述系统的热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位改质方法，步骤如下：

S1、准备改质剂：根据油藏成分确定改质剂的配比成分，通过液体配制装置将表面活性剂、改良剂、助剂按比例混合在有机溶剂中；改质剂的浓度需要根据具体油藏的情况进行调整，通常在10％～30％之间。

S2、改质剂注入：通过计量泵泵出合适用量后，通过高压注入泵经油井管柱将改质剂注入地下油层，控制改质剂注入时的压力、温度和速率。改质剂的注入量为油层孔隙容积的10-30％，注入速率控制在0.1-1m

改质剂的注入压力应该高于油层的渗透压，以保证改质剂能够顺利注入到油层中并与油层中的原油进行混合。同时，注入压力也需要控制在一定范围内，以防止过高的注入压力导致油层破裂或者原油被挤压出井口。在注入改质剂的过程中，必须保持油层的压力在一定范围内，以确保改质剂在油层中均匀分布并达到最佳改质效果，需通过调整注入压力和井口流量等参数来实现对油层压力的控制。

S3、改质剂循环：在改质剂注入井下后，通过循环泵驱动改质剂在井下与井口之间循环，使改质剂与油层混合并进行反应；使用的循环泵为离心泵，改质剂的循环量为注入量的3倍-5倍，循环速度在0.5m/s～1m/s之间，改质剂循环在72小时内完成。改质循环的过程可以提高改质效率，节约改质剂，同时也减少了环境污染。在循环中，改质剂经过分离、过滤等处理后可以重复使用，直至达到改质效果要求为止。

S4、注入热蒸汽：利用热蒸汽发生器产生高温高压的热蒸汽，并将热蒸汽通过油井钻头注入油层中，控制热蒸汽的压力、温度和速率，从而提高油层温度，加速改质反应；S4中，注入热蒸汽的温度为150-300℃，热蒸汽压力为2-5MPa，热蒸汽流量为500-5000t/d。热蒸汽能够提高油层的流动性和渗透性，促进改质剂和油层中的油质混合。

S5、热蒸汽扩散：热蒸汽在稠油层中通过扩散和对流作用扩大热影响范围，通过油藏监测装置监控油层压力；

S6、油的产出：改质一段时间后，油的粘度降低，流动性增加，通过油井管柱和抽出泵将混合的多组分混相流体抽取到地面进行分离和提炼。

利用热蒸汽辅助油层改质，产出的产物一般处于气相、液相和固相的混合相态，具体成分则取决于原油的组成和改质过程中所使用的改良剂的成分。一般来说，产物中的气相成分可能包括甲烷、乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、异丁烷等轻烃气体，液相成分则包括改质油和水等组分，固相则可能存在于沉淀物中，包括沉淀的油砂、钙镁盐等。

实施例3

热蒸汽对改质过程的辅助参与，不仅可以在改质循环过程后，还可以在改质剂注入地层前，直接加入改质剂中，随改质剂共同进入油层。例如，一个稠油油藏，该油藏位于地下3000米处，地层温度为70摄氏度，油层压力为25MPa。经过实验室研究和现场试验，提出以下细化方案：

第一步：准备改质剂。根据实验室研究结果，选择使用以下改质剂：

溶剂：甲烷、乙烷和二甲苯，按照比例3:2:1混合。

表面活性剂：SDBS和SDS，按照比例1:1混合。

将以上液体混合均匀，并按照一定比例加入热蒸汽，得到改质剂。

第二步：注入改质剂。将改质剂注入到油层中，通过井口压力控制和水平井钻进等技术手段，使改质剂在油层中均匀分布。

第三步：加热改质剂。通过注入热蒸汽，使改质剂温度达到100摄氏度以上，并保持一定时间。

第四步：油层回压恢复。改质剂中的溶剂和热蒸汽会逐渐渗透到油层中，降低油层粘度，增加渗透率。在改质过程中，需要注意控制油层回压，避免油层压力过低，导致原油产出量下降。

第五步，油层产出。油层改质完成，混相流体稳定，开始平稳产出。

因此，热蒸汽可以对油层原位改质技术产生多方面的帮助，包括但不限于以下几点：

1.促进油层原油的流动性：油层中的原油由于黏性大，流动性差，难以被采集，但是热蒸汽可以将原油的黏度降低，从而提高原油的流动性，有利于油层原位改质的实施。

2.改变油层中化学反应速率：在高温高压下，原油中的化学反应速率会得到明显提升，通过加热油层可以使化学反应发生得更快、更完全，从而增强改质效果。

3.加快油层渗透率的提高：在高温高压下，热蒸汽可以改变油层孔隙结构和渗透性，从而使油层渗透率提高，有利于原位改质技术的实施。

4.增加原油采集量：热蒸汽可以提高油层中原油的流动性，改变油层渗透率，加速化学反应速率，这些都有利于原油的采集，提高采集量。

总之，本发明采用上述结构的热蒸汽辅助多组分混相流体的地下原位系统及方法，通过热蒸汽辅助改质剂对稠油层的改质过程，取代地下电偶的物理加热作用，加快改质进程，从而减少催化剂用量，并且促进油层中原油的流动，提高渗透率和采集量，实现油田开采效益的提高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。