火燒油層
火燒油層
目錄
火燒油藏有向前燃燒、反向燃燒和濕式燃燒三種基本方式。向前燃燒是常用的方法，該法驅動的流體必須通過油藏的低溫區流向生產井，對特稠原油，可能形成流體阻塞。反向燃燒可以克服阻塞問題，但其耗風量大，約為向前燃燒法的2倍。濕式燃燒是新發展的一種方法，使得其耗風量約為向前燃燒法的三分之一。
優點：(1)是一種有效的提高採收率技術。用這種方法開採高粘度稠油或瀝青砂。可以把重質原油開採出來，並通過燃燒部分地裂解重質油分，采出輕質油分。這種方法的採收率很高，可達80%以上。因此火燒油層的方法更適用於深井。
缺點：不易控制地下燃燒，同時高壓注入大量空氣的成本又十分昂貴。其原理是通過燃燒少量的地層原油產生熱量和壓力，從而降低地層原油的黏度。
基本特點
火燒油層方法分為三類：正向燃燒、反向燃燒和聯合熱驅。正向燃燒注入的是空氣或氧氣，在空氣注入井的附近將油層點燃，燃燒前緣由注入井向外傳播，連續注入的空氣驅動著燃燒帶穿過油層達到附近的生產井，其優點是作為燃燒的是原油中無價值的焦油（焦炭）。缺點是采出原油必須經過低溫地區，可能形成原油堵塞，高黏油尤其明顯，且熱能利用率低。反向燃燒法克服了這兩個缺點，在開始時與正向燃燒相同，但從點火井向外燃燒一段距離之後，即轉為向鄰近井注空氣，驅動著原油向原來的點火井推進，而燃燒前緣卻從點火井向鄰近井移動，與原油運動的方向恰好相反。反向燃燒主要用於開採特稠油，但此法需要大量的氧氣，而且燃燒的是相對較輕的原油餾分，而不是正向燃燒中的重質組分。聯合熱驅將火驅與水驅結合，水的熱容和汽化潛熱較高，能有效利用燃燒前緣後面儲存的大量熱量，消耗較少的燃料驅動高粘原油，此外，水的來源廣泛、成本低。但火燒油層的油井事故較多 (這與高溫和腐蝕性有關)，有一定的風險，技術也較複雜。
火燒油層的採收率常可達到50%以上，並且可以在比蒸汽驅採油更複雜，更苛刻的地層條件下應用，因而是對稠油和殘餘油開採的一種具有誘惑力的熱采技術。與注蒸汽相比火燒油層有著一些本質上的優勢：①它普遍使用的注入劑——空氣到處都有，而注蒸汽則需要大量的水，水資源在某些地區可能嚴重匱乏。②火燒油層燒掉的是原油中約10%的重組分，改善了剩餘油的性質。③火燒油層比注蒸汽有著更為廣泛的油藏適用條件。④火燒油層的熱量就地產生，比注蒸汽的熱能利用率要高，並可節省地面和井筒隔熱措施的投資。⑤砂岩油層厚度小，壓力高。⑥井距大。⑦油藏埋藏深度大。但是火燒油層也存在以下缺點：①地下燃燒產生的熱量不僅用於加熱原油，而且有部分用來加熱基岩、上下蓋層；②生產井乳狀液的形成，降低了油井產能；③產出液中的酸性氣體加速了生產井管柱及地面設施的腐蝕；④生產井出砂和井壁坍塌造成的油井破壞；⑤熱裂解和原油蒸發導致生產井井筒附近區域中的蠟、瀝青沉澱，堵塞地層和井筒；⑥生產井的高溫導致生產管柱破壞。
總的來說，火燒油層法有以下特點：①具有注空氣保持油層壓力的特點，其面積波及係數比氣驅高 (五點井網氣驅約為45%，火驅可達70%)；②有相當於水驅的面積波及係數，但驅油效率比水驅高得多；③具有蒸汽驅、熱水驅的作用，但火驅的熱效率更高，且產物的輕質組分因熱裂解反應而更多些；④有二氧化碳驅的性質，但其二氧化碳是原油高溫氧化反應的產物，無需製造設備；⑤具有混相驅降低原油界面張力的作用，但比混相驅有高得多的驅油效率和波及係數；⑥熱源是運動的，所以火驅井網井距可以比蒸汽驅、化學驅更靈活。
1.2.1.2 國內外發展歷史及現狀
美國早在1917年J.O.李威斯就提出了採用熱力或注溶劑的方法，驅替地層中的原油以提高採收率的概念。1923年瓦爾科特(Wolcott)和霍華德 (Howard)也認識到，把空氣注入到油層，使油層在地下燃燒過程的關鍵是燃燒掉一部分原油，產生熱量以降低粘度，同時產生驅替原油的驅動力。1947年開始了實驗室試驗研究。50年代后，美國的石油資源日見枯竭，新油田勘探成功率降低，這項新技術得到廣泛的關注。從1951年開始，各個石油公司在油田展開了一系列的試驗研究，使得火燒油層技術得到了快速的發展。世界上最早的一次火燒油層現場試驗是1942年在美國俄克拉荷馬州的伯特勒斯維爾油田進行的.50年代以後，據統計，美國已經開展了70多個火燒油層項目。另外還有前蘇聯，荷蘭，羅馬尼亞，匈牙利，德國，印度等40多個國家先後開展了火燒油層採油的相關工作。
我國從1958年起，先後在新疆、玉門、勝利、吉林和遼河等油田開展了火燒油層試驗研究，因受當時條件的限制，火燒油層技術讓位於注蒸汽採油，在我國的現場應用直到目前還為數不多。但是，室內研究一直沒有停止，特別是在中國石油天然氣總公司石油勘探開發科學研究院熱力採油研究所，中科院化學所等單位，80年代以來不斷開展火燒油層的物理模擬，化學模擬和數學模擬研究，配置了一批研究設備和儀器，開展了大量的室內試驗，也進行了現場火燒可行性研究和施工設計與預測。中國石油天然氣總公司石油勘探開發科學研究院熱力採油研究所也與羅馬尼亞開展了有關現場火燒工藝的交流合作研究項目。
火燒油層採油法從本世紀20年代起，至今已經經歷了70多年。在世界上150~160多個稠油和輕質油油藏上進行了現場試驗，並取得了一定的成果。據資料統計，1998年全世界共有29個火驅項目，火驅開發日產原油4800t，單井日產油4.8t。其中，美國的8個火驅項目日產油960t；加拿大的3個項目日產油1040t，火驅產能規模占非蒸汽開採的50%以上；印度與羅馬尼亞各有5個火驅項目，羅馬尼亞原油總產量中10%以上的產量是用該方法開採出的。現今全球範圍內還有14個大規模的工業性火燒油層項目正在進行之中。
由於存在很多尚未解決的問題，人們對該方法的應用前景還一直存有爭議。該方法之所以不能得到廣泛的認同，主要有以下幾個原因：
①火燒油層本身的複雜性。因為其燃燒過程發生在油層內部，人們在進行過程量化時有很大的局限性，缺乏全面的認識。
②火燒油層對現場操作和管理要求比較苛刻。
③先導試驗的嚴格評估存在很大困難。
④工藝方法的推陳出新。例如循環注蒸汽工藝的出現。
由此可見，在提出火燒油層技術的初期因為對驅油機理認識不夠，驅油方案設計不合理(如井組面積大小與注氣速度不匹配，燃燒溫度與原油性質不匹配，濕式燃燒參數不合理等)，造成試驗失敗，所以在實際生產上該方法一直未能被廣泛應用。儘管如此，火燒油藏仍然以其獨有的優勢吸引著油田開發人員對其進行更深層次的研究。正因為火燒油藏具有這些優勢，伴隨著近年來對其燃燒驅油機理認識的不斷提高，火驅技術重新被重視。火驅技術採收率高、熱效高、適用範圍廣，只要合理地應用，就一定會取得好的效果。
1.2.1.3 篩選標準及影響因素
在火燒油層的篩選方面，許多學者提出了各自研究的篩選標準。如表1.2-1（僅供參考）。