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        提高蒸汽驅(qū)開發(fā)效果技術(shù)對策與應用

        2018-12-21 11:23:46尹小梅
        當代石油石化 2018年12期

        尹小梅

        (中國石化股份有限公司勝利油田分公司,山東東營 257000)

        蒸汽驅(qū)是稠油油藏大幅提高采收率最直接有效的手段之一,目前已經(jīng)被廣泛應用于礦場實 踐[1-5]。油汽比(油汽比=產(chǎn)油量/注汽量)是反映蒸汽驅(qū)開發(fā)經(jīng)濟效益最直接、最簡單的一個指標。油汽比越高(即用少的注汽量產(chǎn)出多的原油),說明蒸汽驅(qū)經(jīng)濟效益越好,反之亦然。在蒸汽驅(qū)開發(fā)中,應制定各種技術(shù)對策,確保蒸汽驅(qū)油汽比維持在一個較高水平,促進蒸汽驅(qū)經(jīng)濟有效開發(fā)。

        勝利油田開展蒸汽驅(qū)單元(或井組)共18個,覆蓋地質(zhì)儲量2 131萬噸。其中10個單元因油價大幅下降及油汽比低的原因已停止蒸汽驅(qū),目前仍有8個單元正采用蒸汽驅(qū)生產(chǎn)。但這8個單元目前平均油汽比僅為0.15,油汽比不高。本次通過礦場實踐、數(shù)值模擬研究及文獻調(diào)研等方式,對蒸汽驅(qū)開發(fā)階段進行了劃分[6-7],針對每一個階段的矛盾提出提高蒸汽驅(qū)油汽比的技術(shù)措施,并對技術(shù)措施進行了機理分析。蒸汽驅(qū)礦場實踐表明,所提技術(shù)針對性強、開發(fā)效果提升明顯。

        1 蒸汽驅(qū)階段劃分及各階段的特點

        根據(jù)蒸汽驅(qū)驅(qū)油機理分析認為,一個完整的蒸汽驅(qū)基本上分為熱連通階段、蒸汽驅(qū)替階段、蒸汽突破3個階段。每個階段生產(chǎn)動態(tài)不一樣,面對的矛盾不一樣[8-11]。

        1.1 熱連通階段

        熱連通階段為蒸汽驅(qū)的初始階段,油藏注汽量不大,在熱連通還未完全建立前,注采井間未充分加熱或溫度上升不大,此時原油黏度仍較大,流動困難,井間冷油帶向生產(chǎn)井推進過程中,驅(qū)替阻力較大,油層中油水流動速度很慢,油井采液及采油指數(shù)小,注汽量高于生產(chǎn)井的采液量,區(qū)塊采注比低。隨著蒸汽不斷注入、驅(qū)替壓力逐漸增大,吞吐階段油井注入的蒸汽冷凝而成的水首先被采出,因而蒸汽驅(qū)井組在轉(zhuǎn)驅(qū)初期生產(chǎn)動態(tài)上主要表現(xiàn)出井組日產(chǎn)液及含水(吞吐存留水)明顯上升,而日產(chǎn)油持續(xù)下降,井口溫度基本不變的特點。油井生產(chǎn)動態(tài)主要表現(xiàn)為“三升一降”即油藏壓力、井組日產(chǎn)液及含水率明顯上升,日產(chǎn)油量持續(xù)下降的特點。

        熱連通階段,由于儲層未完全加熱,油汽比一般較低,對于原油黏度大或者滲透率低的油藏,該階段持續(xù)時間較長,初期經(jīng)濟效益較差。利用CMG油藏數(shù)值模擬軟件建立反九點汽驅(qū)井組計算,當油藏有效厚度為10 m、地層原油黏度為 2 000 mPa·s、油藏滲透率為1D時,汽驅(qū)3年后區(qū)塊油汽比才達到峰值,前2年一直低于0.12 t/t,小于蒸汽驅(qū)經(jīng)濟極限油汽比,區(qū)塊暫處于無效開發(fā)的狀態(tài)。蒸汽驅(qū)此階段主要矛盾為熱連通建立困難、采注比低。

        1.2 驅(qū)替階段

        隨著注入蒸汽的不斷增加、注采井間熱連通程度的提高,油藏溫度不斷上升,原油黏度變小,原油流動性能大大提高,含水開始下降,蒸汽驅(qū)進入驅(qū)替階段。該階段油層溫度大幅提高,油藏供液能力明顯增強,從生產(chǎn)動態(tài)特征反映為“三升一降”即產(chǎn)液量上升、油量上升、溫度上升、含水下降的特點。

        在這一階段中蒸汽在油藏中充分擴展,但與生產(chǎn)井間不連通,所以含水不斷下降,在蒸汽驅(qū)替壓力與熱量導致原油黏度大幅下降的作用下,油井采油量不斷升高。但受靜態(tài)和動態(tài)非均質(zhì)性的影響,驅(qū)替往往不均衡:在儲層物性好的區(qū)域或主流線上,油井見效明顯、同時含水上升快;而物性差的區(qū)域或非主流線上,油井日產(chǎn)油、含水變化不大,或者沒有反應。驅(qū)替不均勻直接造成蒸汽腔較小,蒸汽波及系數(shù)低。蒸汽驅(qū)此階段主要矛盾為驅(qū)替不均勻、蒸汽腔小。

        1.3 蒸汽突破階段

        隨著注汽量增加,蒸汽前緣不斷向生產(chǎn)井方向推進,后期達到生產(chǎn)井,蒸汽驅(qū)進入蒸汽突破階段。由于注入井與生產(chǎn)井之間建立起連通,蒸汽從注入井沿著連通通道快速移動到生產(chǎn)井,生產(chǎn)上此階段表現(xiàn)為產(chǎn)油量銳減、井口溫度及含水急劇上升,井口產(chǎn)液溫度一般在100℃以上,同時伴有蒸汽產(chǎn)出。

        在此階段,由于注入井與生產(chǎn)井之間的通道形成,蒸汽或者其冷凝的熱水沿著通道被生產(chǎn)井快速采出,導致注入的熱焓利用率低。同時,通道形成后,注采井之間易形成汽竄,蒸汽腔擴展困難,汽驅(qū)波及體積基本固定。蒸汽驅(qū)此階段主要矛盾為熱利用率低、汽竄和蒸汽腔擴展困難。

        2 蒸汽驅(qū)各階段提高開發(fā)效果技術(shù)對策理論研究及礦場應用

        2.1 熱連通階段

        針對此階段熱連通建立困難、采注比低的矛盾,提出了吞吐輔助汽驅(qū)開發(fā)技術(shù)。即在汽驅(qū)的同時,分配一部分汽量到生產(chǎn)井,生產(chǎn)井進行吞吐生產(chǎn),從注入井和生產(chǎn)井兩端同時對油藏進行加熱。該技術(shù)可以加快熱連通、提高此階段油汽比,同時可以縮短熱連通的時間。

        其提高開發(fā)效果的機理如下:①加快建立熱連通,對比普通蒸汽驅(qū),雖然注汽井周期溫度低,但生產(chǎn)井周圍溫度較高,注采井之間能更快建立熱連通(見圖1),在相同的注汽量下,吞吐輔助蒸汽驅(qū)方式注采井之間已形成熱連通,有利于用降低注采井之間的滲流阻力;②降低生產(chǎn)井附近滲流阻力、提高采注比,當蒸汽還未從注入井達到生產(chǎn)井時,其周圍油藏溫度仍較低、原油黏度較大,采用吞吐方式加熱后,其周圍油藏滲流阻力減小,產(chǎn)液量提高,開發(fā)中采注比提高,有利于油汽比提升。

        國內(nèi)某油田S塊,油藏埋深1 050 m,滲透率1.5D,地層原油黏度10 000 mPa·s,投產(chǎn)初期采用吞吐生產(chǎn),6年后地層壓力由10.4 MPa下降至3.7 MPa,同時平均單井日產(chǎn)油不斷降低,降幅高達81%。為改善此區(qū)塊開發(fā)效果,考慮原油黏度較大的特點,采用了吞吐輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)。第一年吞吐注汽18.3×104t、汽驅(qū)注汽 4.8×104t,第二年吞吐注汽和汽驅(qū)注汽量分別為10×104t和19.7×104t,蒸汽驅(qū)同時一直采用油井吞吐輔助。全區(qū)最終汽驅(qū)11年,汽驅(qū)階段采出程度15.5%,油汽比0.22,整體采出程度38.5%。吞吐輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)使得這種高黏稠油油藏最終采收率達到一個較高水平,并且整個蒸汽驅(qū)階段油汽比較高,開發(fā)具有經(jīng)濟效益。

        圖1 蒸汽驅(qū)和吞吐輔助蒸汽驅(qū)相同注汽量時溫度場

        2.2 驅(qū)替階段

        圖2 均衡驅(qū)替調(diào)配技術(shù)配產(chǎn)流程

        針對驅(qū)替階段驅(qū)替不均勻、蒸汽腔小的矛盾,配合“提”“控”“引”(提液、控液、吞吐引效)等措施,建立了均衡驅(qū)替調(diào)配技術(shù)(見圖2)。采用油藏工程和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對生產(chǎn)井進行分配產(chǎn)液量,首先按油藏工程法進行,計算各油井實際控制汽驅(qū)區(qū)域的體積,然后計算其所占井組體積的百分比,根據(jù)注入量按采注比1.2確定井組采液量,各單井配產(chǎn)液量=井組的采液量×單井控制體積所占井組百分比;然后把上述油藏工程方法計算的配產(chǎn)液量作為初始液量,將其代入數(shù)值模擬模型進行計算,并查看計算結(jié)果和蒸汽驅(qū)場圖,檢測配產(chǎn)液量是否能實現(xiàn)和場圖是否均勻,如果滿足兩者,即可設計油井按此配產(chǎn)液量生產(chǎn),如果不滿足,則需重新調(diào)整液量并重復上述過程;同時,為反映蒸汽驅(qū)過程中儲層動態(tài)非均質(zhì)性的變化,汽驅(qū)一段時間后,當儲層非均質(zhì)性發(fā)生變化時,應重新按上述方案再次配產(chǎn)。

        利用數(shù)值模擬模型建立了一個反九點的汽驅(qū)井組,并且設定北—南方向為主河道方向,河道位于井組中心,滲透率較高,河道兩側(cè)滲透率相對較低,模型滲透率級差為6。數(shù)值模擬模型分別采用3種方式配產(chǎn)生產(chǎn):一是油藏工程方式配產(chǎn);二是油藏工程和數(shù)值相結(jié)合但配產(chǎn)一直不變;三是油藏工程和數(shù)值模擬相結(jié)合并且后期不斷調(diào)整配產(chǎn)。從計算結(jié)果看,三者采收率分別為35.8%、40.2%和43.4%,方式三的采收率最高,比方式一高7.6%。分析蒸汽驅(qū)后剩余含油飽和度場圖(見圖3),在驅(qū)替的次流線和主流線上分別距注入井70 m的地方取點分析(圖3中數(shù)據(jù)為所在點的剩余油飽和度值),在相同注汽量下,方式一次流線剩余飽和度是注流線上的1.75倍,而方式三僅為1.10倍,說明方式三較方式一驅(qū)替更均勻。同時從場圖角井區(qū)域的場圖分析,方式三角井部位動用更充分,蒸汽驅(qū)受效差的井開發(fā)狀況得到提升。

        圖3 不同配產(chǎn)方案汽驅(qū)飽和度場圖

        勝利孤島油田中二北Ng5區(qū)塊為一高孔高滲普通稠油油藏,該區(qū)塊4個井組于2010年6月轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū),轉(zhuǎn)驅(qū)后由于受儲層動靜態(tài)非均質(zhì)性影響,各井受效狀況不一。例如,GD2-5321井受效明顯,日產(chǎn)油由轉(zhuǎn)驅(qū)前1.3 t/d提高至5.7 t/d,提高了3.4倍,同時井口溫度上升至94℃,而井組上另一口井GD2-25XN534見效較差,日產(chǎn)油提升不到1倍,且井口溫度僅為56℃。針對這種情況,在GD2-25X5331井組進行重新配產(chǎn),對GD2-25XN534進行吞吐引效,GD2-24X5341進行降液生產(chǎn),同時GD2-24X0533和GD2-26-532井進行提液生產(chǎn),見表1。調(diào)整后蒸汽驅(qū)開發(fā)效果提升明顯,井組平均日產(chǎn)油由2.0 t/d提升至3.0 t/d,含水由93.2%下降至90.9%,油汽比由0.11上升至0.17。

        表1 GD2-25X5331井組單井調(diào)整效果對比

        2.3 突破階段

        2.3.1 注汽強度再優(yōu)化

        針對熱焓利用率低的矛盾,提出了注汽強度再優(yōu)化,在突破階段重新優(yōu)化井組的注汽強度,減少因采出液攜帶而造成的熱焓浪費。如圖4所示,當蒸汽驅(qū)進行突破階段后,如果注汽強度仍按初期的1.6 t/(d·ha·m)進行注入,那么隨采出液被采出的熱焓將會急劇增加,熱利用率較低;如果在突破階段將注汽強度降至1.2 t/(d·ha·m),那么被采出的熱焓明顯降低,計算結(jié)果統(tǒng)計顯示,熱損失率將降低11.7%[12-13]。

        圖4 隨采出液熱焓采出速度變化曲線

        利用模型分別計算5種注汽方案:方案1,一直保持最佳注汽強度1.6 t/(d·ha·m)直至蒸汽驅(qū)結(jié) 束;方案2,初期提高注汽強度至2.0 t/(d·ha·m), 1年后恢復最佳注汽強度直至結(jié)束;方案3,初期降低注汽強度至1.2 t/(d·ha·m),1年后恢復最佳注汽強度直至結(jié)束;方案4,初期最佳注汽強度,3年后提高至2.0 t/(d·ha·m)直至結(jié)束;方案5,初期最佳注汽強度,3年后降至1.2 t/(d·ha·m)直至結(jié)束。利用數(shù)值模擬計算結(jié)果(見表2),按照凈增油(凈增油=累產(chǎn)油-注汽成本-鉆井成本)大小對上述5個方案蒸汽驅(qū)經(jīng)濟效益進行排序,方案五>方案一>方案三>方案四>方案二。對比結(jié)果說明,蒸汽驅(qū)初期應保持最佳注汽強度進行注汽,后期可以降低注汽強度,節(jié)約注汽量、提高油汽比,增加蒸汽驅(qū)開發(fā)經(jīng)濟效益。

        表2 不同注汽方案開發(fā)效果預測

        勝利油田孤氣9塊為一普通稠油區(qū)塊,于2008年選取了2個井組進行蒸汽驅(qū)試驗,初期注汽強度1.7 t/(d·ha·m),油汽比0.49,汽驅(qū)2.5年后進入突破階段,油汽比下降至0.16。面對此情況,對井組重新優(yōu)化注汽強度,并逐漸降至0.9 t/(d·ha·m),此后油汽比不斷回升,截至2015年恢復到0.27,提高了69%,蒸汽驅(qū)經(jīng)濟效益明顯變好。

        2.3.2 泡沫蒸汽驅(qū)

        針對注采井之間易形成汽竄、蒸汽腔擴展困難的矛盾,提出了泡沫蒸汽驅(qū)技術(shù)。泡沫蒸汽驅(qū)是指在注蒸汽的同時加入高溫泡沫劑與氮氣,通過泡沫“遇水起泡、遇油消泡”的選擇封堵作用提高蒸汽的波及系數(shù),同時降低殘余油飽和度提高洗油效率[14-16]。

        利用驅(qū)替階段建立數(shù)學模型進行研究,同時縱向上設定為正韻律儲層,滲透率級差為3。平面上,蒸汽在河道方向上推進距離是垂直河道方向上的1.6倍(220℃在河道方向上推進距離與垂直河道方向之比),而采用泡沫蒸汽驅(qū)為1.2倍;縱向上,普通蒸汽驅(qū)高滲層為低滲層的1.5倍(含油飽和度0.25距油井的距離之比),而泡沫蒸汽驅(qū)為1.1倍,見圖5與圖6(為節(jié)省篇幅,平面上展示溫度場,縱向上展示剩余油飽和度場,溫度場與剩余油飽和度場均分蒸汽驅(qū)中兩個重要的分布場,且蒸汽驅(qū)中溫度與與剩余油飽和度場正相關(guān))。上述結(jié)果表明,泡沫蒸汽驅(qū)延緩了汽竄,擴大了波及體積,同時其最終采收率提高了5.6%,泡沫蒸汽驅(qū)效果明顯。

        圖5 不同開發(fā)方式平面上溫度場圖

        圖6 不同開發(fā)方式縱向上剩余油飽和度場圖

        勝利孤島油田在中二北Ng5進行蒸汽驅(qū)后轉(zhuǎn)化學蒸汽驅(qū),截至2016年底,整個蒸汽驅(qū)階段累計注汽78.5萬噸,產(chǎn)油16.1萬噸,提高采出程度17.2%,目前采出程度超48%,累增油超10.9萬噸,累積油汽比0.21,年油汽比0.17。采用泡沫蒸汽驅(qū)后,區(qū)塊采收率和油汽比達到一個較高水平,經(jīng)濟效益較好。

        2.4 全階段分層注汽技術(shù)

        對于縱向上油層較多且層間差異較大的油藏,應采用分層注汽工藝[17-20],減小層間差異,提高整體采收率,該項技術(shù)可以運用于蒸汽驅(qū)的3個階段。利用數(shù)值模擬模型計算籠統(tǒng)注汽與分層注汽的開發(fā)效果,模型設計2個油層,上部滲透率為300 mD,下部1 500 mD,模型設定2種注汽方式注汽速度一樣。注汽1年后,從兩者剩余油分布場圖來看,分層注汽上下兩層動用差異較少,采出程度相差4.8%,而籠統(tǒng)注汽相差12.3%;全區(qū)范圍內(nèi),分層注汽整體采出程度提高了2.7%,見圖7。

        圖7 不同注汽方式下含油飽和度場圖

        勝利油田孤島中二中Ng5為普通稠油油藏,于2010年實施水驅(qū)轉(zhuǎn)熱采開發(fā),并于2013年進行蒸汽驅(qū)。根據(jù)注入井地質(zhì)條件和分層注汽工藝要求,全區(qū)實施同心雙管分層注汽工藝4井次、單管分層配汽工藝2井次。對比籠統(tǒng)注汽井組GD2-33X521和單管分層注汽井組GD2-31N518的開發(fā)效果,從含水來看,單管分注井組含水明顯低于籠統(tǒng)注汽,低6%左右,同時日產(chǎn)油高10 t/d,分層注汽工藝明顯提高了蒸汽驅(qū)開發(fā)效果,見圖8。

        圖8 蒸汽驅(qū)分注井組與籠統(tǒng)注汽井組含水對比

        3 結(jié)論

        1)蒸汽驅(qū)可以分為3個階段:熱連通階段、驅(qū)替階段、突破階段,各個階段生產(chǎn)特點不同,所面臨的問題不同,提高油汽比的技術(shù)對策不同。

        2)熱連通階段可采用吞吐輔助汽驅(qū)開發(fā)技 術(shù),其可以加快建立熱連通,同時降低生產(chǎn)井附近滲流阻力、提高采注比。

        3)驅(qū)替階段采用均衡驅(qū)替調(diào)配技術(shù),根據(jù)油藏工程和油藏數(shù)值模擬方法,同時考慮儲層非均質(zhì)性與時間的變化,綜合應用“提”“控” “引”等措施,保證汽驅(qū)均勻,擴大蒸汽波及體積。

        4)突破階段需要對注汽強度再優(yōu)化,減少熱量損失、提高熱利用率;同時可以采用泡沫蒸汽驅(qū),封堵汽竄通道和水淹層,進一步擴大蒸汽波及體積。

        5)對于多油層蒸汽驅(qū),在地質(zhì)條件滿足工藝要求的情況下,應采用分層注汽工藝,提高縱向上蒸汽波及系數(shù),利用蒸汽驅(qū)充分動用各油層。

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