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1、火烧油层技术是将空气注入到油层里，经 过人工将空气在井下加热到可以点燃原油的温 度，或者通过空气与原油在油层中自然氧化生 热使油层达到燃烧温度的点火过程，使油层实 现地下燃烧，地下燃烧过程燃烧掉一部分原油， 产生热量形成降粘、蒸馏等一系列效应产生驱 替原油的驱动力。 火烧油层基本原理 火烧油层的燃烧前缘是由几个条带组成 在高温氧化带中空气中的氧气与遗留的焦碳类固体进行 燃烧反应 ， 是热量产生最多 ， 耗氧最多 ， 温度最高的区域 ， 在高温氧化带之后基本上只遗留纯砂体而没有可燃物了 。 在低温氧化带中进行低温氧化反应 ， 在这个区域温度比高温 氧化带略低 ， 在高温氧化带中未消耗完全的氧气在
2、这个区域 进行低温氧化 。 这个区域的原油是已经蒸馏过的重质组分 ， 低温氧化的产物是过氧化物 ， 酸和荃等类物质 。 低温氧化作 用的结果是产生类似焦碳的固体物质 。 高温氧化过程 （ HTO） 是将烃类物质中的碳与氢全部与氧反应 生成二氧化碳 、 一氧化碳和水 ， CHxOy + O2 CO2 + CO +H2O。 低温氧化 （ LTO） 国外又称为 加氧反应 CHx + O2 ChxOy 。 在许多情况下 ， 氧化是处于高温氧化和低温氧化之间 ， 反应的 结果也产生大量二氧化碳和一氧化碳 ， 但是还遗留大量类似焦 碳的固体物质 。 经过长期的实验研究发现 ， 低温氧化可以在很宽的温度范围
3、内 发生 ， 而使结焦物燃烧却有一个门槛温度 ， 不同原油形成的结 焦物有不同的燃烧门槛温度 。 低温氧化与高温氧化的一个重要 分界就是结焦物能否燃烧 。 低温氧化不容易转化为高温氧化 ， 因为低温氧化的生热量较小 ， 同时是在较大的范围进行 ， 所生成的热被周围岩石吸收后 ， 温 度上升较小 ， 因此达不到门槛温度 。 国内外一般认为要想达到高温氧化 ， 要进行人工点火并且点火 温度在门槛温度以上 。 火烧油层的驱油机理及特性：在高温氧化过程 ， 火烧油层的 驱油效率是相当高的 ， 可以说除了烧掉的燃料 ， 其余全部被 驱替干净 。 烧掉的部分是原油中的沥青胶质 ， 数量在每方油 层 20-
4、30Kg左右 。 本人认为驱油效率高 ， 最重要的原因是火烧油层过程中强烈 的蒸馏作用 。 在蒸馏带内高温作用下 ， 水和原油中的轻质组分全部被蒸馏成 气相 ， 由于气相的体积远远大于液相 ， 并且是产生于原油的内 部 ， 在短时间内不能与原油分离而形成泡沫油 ， 相当于原油体 积急剧膨胀 ， 因此产生强大的驱油作用 。 油水蒸汽随注入空气一起运移到下游的冷油中 ， 并在那里冷凝 形成高含油饱和度区域 ， 与泡沫油共同形成油墙 。 当注入空气 穿过油墙时形成很大的压力梯度 。 在高压力梯度作用下 ， 油墙 向前移动 ， 并以油活塞的方式驱动下游的原油前进 。 油墙还有强大的调剖作用 ， 在稠油
5、的松散油藏中极易发生气体 超覆 ， 但泡沫油和冷凝油会迅速堵塞已形成的气体通道 ， 前缘 会均匀扩展 。 另外 ， 蒸馏过程中热是可逆的 ， 即蒸馏过程中所吸收的热量在 冷凝过程时又放出 ， 热量是不损失的 。 这对形成持续稳定的火 烧过程是十分有利的 。 点 火 温 度 （） 空气耗量 （ M 3 /M 3 ） 通风强度 (M 3 /H M 2 ） 实验装置 350 2388 7.64 燃烧釜 380 930 7.64 燃烧釜 420 790.7 7.64 燃烧釜 450 345 7.64 燃烧釜 450 262.5 2.5 燃烧釜 空气耗量是指消耗的空气量与火驱前缘扫过的区域体积之 比，其
6、值越小说明火驱前缘推进速度越快，燃烧越稳定。在现 场实施用这个参数可以判断火驱的驱扫体积，也是火烧油层主 要的经济效益指标，是最重要的全面反映火烧状态的参数。 实验数据说明点火温度对空气耗量的影响极大， 450 点火时空气耗量不到 420 点火时的一半，继续提高点火温度 （在燃烧管）其值可以进一步降低。在高温燃烧时氧化非常 剧烈，热量集中蒸馏强烈，同时空气通过高温区后氧气很少， 在低温氧化区的反应强度降低，固化结焦的原油就少，而焦 化的原油最终都要通过与氧反应来烧掉，由于焦化物少所以 最终消耗空气量少。因此提高燃烧温度是稳定燃烧和减少空 气消耗的最有效方法。 在进入高温稳定燃烧后，适当减少通风
7、强度也可以降低 空气耗量，但同时也降低前缘推进速度。在火烧油层的初期 阶段要适当加大通风强度以保证进入高温稳定燃烧。 干烧实验曲线图 湿烧实验曲线图 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 液位 含水 实验内 容 空气总 量 （ m 3 ） 实际消 耗的空 气 （ m 3 ） 总空气 耗量 （ m 3 / m 3 ） 实际空 气耗量 （ m 3 / m 3 ） 稳定燃 烧后空 气耗量 （ m 3 / m 3 ）
8、燃料消 耗量 （ k g/ m 3 ） 稳定燃 烧后燃 料耗量 （ k g/ m 3 ） 干烧 1 91 51 79 73 270.7 23 6 17 9 19 .7 15 干烧 2 88 14 79 21 27 2 24 5 176 20.4 14.7 湿烧 95 73 80 13 24 7 20 7 143 17 .3 12 实验内 容 点火温 度 （） 实际燃 烧温度 （） 燃烧区 占百分 比 （ % ） 燃烧区 含油 （ kg ） 燃烧区 驱油效 率 （ % ） 烧掉燃 料 （ kg ） 空 气 油 比 （ m 3 /t ） 干烧 1 45 0 50 0 78 .4 6. 5 92 .
9、2 0. 507 10 86 干烧 2 450 500 74.8 6. 46 92 .6 0. 478 11 69 湿烧 45 0 50 0 89 .5 7. 7 94 0. 462 10 91 实验结果统计表 长管实验结果分析 实验的油藏参数基本与油田一致，以下对几个重要结果 进行分析。 1、空气耗量： 从长管实验得出结果进一步证明，套保油田适合进行火烧 油层，在湿烧稳定燃烧时最低空气耗量为 143 m3 /m3，预示在 进行实际实施火驱时，经济性和采油速度都很高。 2、驱油效率： 套保油田的孔隙度和含油饱和度 都较高，因此驱油效率很 高，湿烧时可达 94%， 干烧时也达到 92%。 开发和
10、经济效益指标预测 套保油田进行火烧油层的基本参数： 点火温度 450 ；空气耗量 245-143 m3 /m3；油藏孔隙度 35%，含油饱和度 65%，燃烧区驱油效率 92%-94%；空气油比 1100-1200 m3/t； 经济效益： 注气成本 110-120元 /t ，设备折旧费为 40元 /t。常规采油 成本按 450元 /t（即不考虑注气费用的其余所有成本）。总成 本 610元 /t。 采收率预测： 在火烧油层阶段（其后可以继续采用注水或注蒸汽开发）， 按火驱驱扫面积 60%，纵向波及效率 65%，驱油效率 92%，可达 36%。 先火烧油层后蒸汽驱 复合开发方式研究 火烧油层 驱油效
11、率高 适应较高油藏压力 初期阶段前缘的发展 均匀稳定。但中后期 易发生窜流。 在地下积蓄大量的热 中后期要求注气量越 来越大，生产井大量 产气。 蒸汽驱 驱油效率高 不适应较高油藏压力 在高干度下，前缘发 展稳定易于控制 干度低制约了开发效 果和经济效益 生产井没有气体产出 火烧后油藏压力降低 地层中积蓄热 极大提高干度 火烧油层后的蒸汽驱阶段 蒸汽干度高，潜热量大，蒸汽腔体积大 冷凝水相对少，占据被驱走原油的空间，存留在 蒸汽腔内 蒸汽腔的蒸汽直接与原油接触 蒸汽直接加热原油形成泡沫油、蒸馏等强驱油机 制。 如果在低干度下，蒸汽腔下游有大量水体，容易 形成水窜，同时蒸汽中的潜热被水大量吸收，
12、泡沫油 等驱油机制减弱。 蒸汽 冷凝水 注入水 热能利用率高生产成本低 在热采中要求将注入热更多地传递给油藏，如 果热大量从生产井产出则降低效率提高成本。 蒸汽中的潜热 油藏 100%吸收 使蒸汽腔扩大产生汽驱效果 热水中的热 由于易形成水通道，油藏吸收有限，很多从生产 井产出。 因此潜热的多少与蒸汽驱效果成正比。 单独采用蒸汽驱，注入到地层中的蒸汽干度只 有 50%左右，潜热只占注入热量的 44%。进入地层的 潜热成本大约为 0.8元 /104kj，火烧油层产生的热基 本是加热了岩石，形成 400 以上的连续的高温区， 它的作用相当于潜热。生热的成本大约为 0.33 元 /104kj。 开发
13、效果预测 以每分钟 30方注气量进行火烧油层 300天，可 产生 432亿千焦的热量，然后进行蒸汽驱，井下蒸 汽干度 50%，注汽量每小时 9吨，注汽 208天后，蒸 汽带入到地层中的潜热是 385亿千焦。仅计算火烧 油层生成的热加上蒸汽的潜热可形成蒸汽腔 20.43 万方，这个体积按油层 10米厚计算它的波及半径为 80.6米。 蒸汽腔内按 30%孔隙度 ,残余油饱和度 12.5%, 可腾出 53628方的孔隙体积 , 注入蒸汽冷凝成水是 44928方 , 冷凝水基本容纳在蒸汽腔而不突破 ， 实现 理想的蒸汽驱 。 按孔隙度 30%， 含油饱和度 50%， 汽驱 效率 75%计算 ， 两个过程合计可采原油 2.5万方这样实 际进入地层的潜热成本大约为 0.55元 /104kj， 初步计 算每吨油成本约 187元 （ 只考虑蒸汽和注空气的成 本 ） 。
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