施小榮，蔣雪峰，陳 鳳，呂世瑤，何乃祥，劉靈靈

（1.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000；2.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆克拉瑪依834000；3.中國石化勝利油田分公司技術(shù)檢測中心，山東東營257000）

新疆油田稠油資源豐富，但稠油油藏在熱采過程中產(chǎn)生了大量的煙道氣，如果不處理產(chǎn)生的煙道氣，將嚴重影響當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。根據(jù)新疆油田的資源現(xiàn)狀，在這些煙道氣源附近，存在大量的高傾角、厚層塊狀油藏，這類油藏采用常規(guī)水驅(qū)開發(fā)方式，面臨低產(chǎn)、低效、難動用等困境，迫切需要找到大幅度提高油田采收率的新途徑，實現(xiàn)開發(fā)方式的更新?lián)Q代。如果稠油熱采產(chǎn)生的煙道氣可以用于附近的低滲透油藏開發(fā)，不但可以大幅度提高原油采收率，還可以降低溫室氣體排放，保護生態(tài)環(huán)境。因此，研究新疆油田煙道氣驅(qū)油的可行性具有重要的經(jīng)濟意義和社會意義。

由于煙道氣的成分以氮氣為主，含有部分二氧化碳和其他氣體，其驅(qū)油機理主要與氮氣的驅(qū)油機理相似，同時也兼有二氧化碳驅(qū)油的部分機理，包括增溶作用、降黏作用、重力分異作用、混相抽提效應(yīng)、增強巖石滲透作用以及強化蒸餾作用等［1-3］。美國從20世紀60年代開始到90年代初的近30 a內(nèi)，陸續(xù)在10余個油藏中開展了煙道氣驅(qū)的礦場試驗［4-6］，這些油藏涵蓋高傾角油藏、“閣樓”油藏、稠油-超稠油油藏、低滲透油藏、輕質(zhì)高含水油藏和水敏性油藏等類型，主要采用的注入方式包括穩(wěn)定重力驅(qū)、煙道氣推動易混相氣體（烴氣、二氧化碳等）段塞驅(qū)、水+煙道氣交替注入、蒸汽轉(zhuǎn)連續(xù)（或段塞）煙道氣驅(qū)、注水轉(zhuǎn)煙道氣吞吐等，直接連續(xù)注煙道氣的方式很少采用。從實施效果來看，高傾角油藏或者“閣樓”油藏進行穩(wěn)定重力驅(qū)是煙道氣驅(qū)應(yīng)用最多且最易成功的驅(qū)油方式，如伊萊茵油田、伊比利亞油田、東哈克伯里油田、西哈克伯里油田、豪金斯油田和ELK油田等都取得了較好的煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油效果。淺層油藏進行煙道氣驅(qū)（吞吐）也具有明顯優(yōu)勢。另外，稠油油藏實施煙道氣輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)、煙道氣-蒸汽混注吞吐技術(shù)等也取得了較好的現(xiàn)場效果，中國遼河油田錦州采油廠在歡17區(qū)塊、錦45斷塊和錦7斷塊等均取得不同程度的應(yīng)用效果。但對于其他類型油藏，現(xiàn)場應(yīng)用效果不佳。

根據(jù)中外煙道氣驅(qū)現(xiàn)場試驗的經(jīng)驗和教訓(xùn)，將煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)（FGAGD）作為主要的開發(fā)方式進行目標油藏篩選。首先，基于國外氣體輔助穩(wěn)定重力驅(qū)（GAGD）油藏實例分析，確定油藏篩選評價指標，并建立油藏篩選評價方法，通過已實施的現(xiàn)場實例驗證所建方法的可靠性；然后，利用提出的評價指標和方法，對新疆油田紅153井區(qū)油藏?zé)煹罋夥€(wěn)定重力驅(qū)的可行性進行論證，評價結(jié)果表明該區(qū)塊具備技術(shù)實施潛力。新疆油田分公司于2017年12月在該區(qū)塊開展了煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)礦場試驗，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 油藏篩選評價方法

1.1 國外氣體輔助穩(wěn)定重力驅(qū)現(xiàn)場實施經(jīng)驗

氣體輔助穩(wěn)定重力驅(qū)技術(shù)主要是利用油氣重力分異性質(zhì)，在油藏頂部注氣，形成人工氣頂，向下驅(qū)替原油流入生產(chǎn)井（圖1）。GAGD技術(shù)相比傳統(tǒng)高角度重力驅(qū)，優(yōu)點在于頂部垂直井穩(wěn)定注氣，底部水平井穩(wěn)定采油。

圖1 GAGD概念模型（據(jù)RAO等［7］修改）Fig.1 Schematic of GAGD（revised according to RAO et al［7］）

美國開展了大量的GAGD現(xiàn)場試驗，所注入氣體介質(zhì)包括空氣、氮氣、烴類氣體和二氧化碳氣等，這些應(yīng)用實例的參數(shù)如表1所示［8］。表1中的礦場實例應(yīng)用效果表明，GAGD技術(shù)的應(yīng)用效果優(yōu)于現(xiàn)場常用的氣驅(qū)開采技術(shù)，如連續(xù)注氣（CGI）技術(shù)、水氣交替驅(qū)（WAG）技術(shù)及二者混合驅(qū)技術(shù)，并且GAGD技術(shù)所需驅(qū)替氣量最小，驅(qū)替體積幾乎為100%，礦場采收率可達到64.1%～95.5%。

從這些實例可以總結(jié)出GAGD技術(shù)的5個重要應(yīng)用條件包括：①實例中包含碎屑巖油藏和碳酸鹽巖油藏，說明碎屑巖油藏和碳酸鹽巖油藏均適合，且構(gòu)造起伏越大，應(yīng)用效果越好。②實例油藏地層原油黏度為0.43～370 mPa·s，說明適合凝析、輕質(zhì)、中質(zhì)甚至部分重質(zhì)油藏［9］，但要求地層原油黏度小于370 mPa·s。③采油方式上，實例證明二次采油和三次采油均可，但前者應(yīng)用效果更明顯，提高采收率幅度更大。④如果采油速度控制適當，對油藏非均質(zhì)性（甚至油藏內(nèi)部存在高角度裂縫）不敏感，甚至還會對開發(fā)效果產(chǎn)生積極影響［10］，這一點特別適合中國陸相油藏強非均質(zhì)性的特點。⑤滲透率為10～6 000 mD的油藏均有成功案例。因此該技術(shù)對油藏的滲透率沒有過高要求，能夠適用于特低滲透油藏。

表1 美國實施GAGD開發(fā)油藏特征參數(shù)Table1 A brief list of characteristic parameters of GAGD reservoirs in the United States

1.2 篩選評價指標及標準

煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)技術(shù)原理與其他氣體輔助穩(wěn)定重力驅(qū)原理相似，由于其煙道氣的主要成分是氮氣和二氧化碳，所以FGAGD的技術(shù)原理基本等同于氮氣、二氧化碳或空氣輔助穩(wěn)定重力驅(qū)的技術(shù)原理。因此，可借鑒上述GAGD技術(shù)的應(yīng)用條件，結(jié)合新疆油田的實際來確定煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)的油藏篩選評價指標。

將篩選評價指標按重要性分為必要指標和重要指標2級。必要指標是煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏必須滿足的條件，有一條不滿足，該油藏就不具備實施FGAGD技術(shù)的條件，如斷裂封閉性［11-12］和井況［13］等。重要指標主要代表煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏篩選的重要條件，會較大程度地影響煙道氣驅(qū)的開發(fā)效果，當然，如果某一條件不具備，但其他條件較好時，也可能會取得較好的開發(fā)效果，即這些條件雖重要但可替代。必要指標包括油藏封閉性、經(jīng)濟可行性、井況及注采系統(tǒng)。具體參數(shù)為：蓋層泥巖厚度大于20 m，控藏斷裂封閉性較好；與氣源距離小于50 km，石油地質(zhì)儲量規(guī)模大于1 000×104t；井網(wǎng)較為完善，井況良好［6］。重要指標包括油藏埋深、含油飽和度、地面原油密度、油藏跨度與傾角及地層原油黏度。具體參數(shù)為：油層埋深大于1 372 m（Hawkins油田現(xiàn)場經(jīng)驗［8］），含油飽和度大于40%［6］，地面原油密度小于0.91 g/cm3（Hawkins油田現(xiàn)場經(jīng)驗［8］），當?shù)貙觾A角大于20°，無其他要求（美國路易斯安那州West Hackberry油藏現(xiàn)場經(jīng)驗［8］），當?shù)貙觾A角小于20°，油藏跨度應(yīng)大于69 m（美國得克薩斯州Hawks Dexter油藏現(xiàn)場經(jīng)驗［8］），地層原油黏度應(yīng)小于370 mPa·s（Hawkins油田現(xiàn)場經(jīng)驗［8］）。

1.3 篩選評價方法

在評價某一特定油藏開展煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)的可行性時，若僅具備以上指標中的部分指標，其他指標不能滿足要求，就難以給出最終的可行性論證結(jié)論。為解決這一困難，將待評價油藏進行客觀的綜合定量評價，需要將表1中的條件做定量化處理。提出煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏篩選指數(shù)，其計算公式為：

參數(shù)T的具體計算方法為：若地層傾角大于20°，則 T=(α -20)/100；若地層傾角小于 20°，則T=(Ho-69)/100。

將待評價油藏的基礎(chǔ)參數(shù)代入（1）式，計算YQZS值。若YQZS＞0，說明該油藏具備實施煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)的技術(shù)條件，并且YQZS值越大，煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)的開發(fā)效果越好；若YQZS≤0，則說明該油藏在技術(shù)上不適合開展煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)。方法適用條件為：Hm＞20 m，Z＞1（至少有一套完整注采系統(tǒng)），G＞1×107t，L＜50 km。

YQZS評價方法的建立采取各參數(shù)重要程度不同則權(quán)重方法不同的原則，必要參數(shù)設(shè)定邊界值，不滿足必要邊界值時則整個YQZS評價參數(shù)分子或分母會表現(xiàn)為負數(shù)，在具體定量化方面，蓋層泥巖厚度、井網(wǎng)完善程度、油藏規(guī)模、油藏剩余油飽和度、油層埋深和油藏傾角為正相關(guān)參數(shù)，氣源距離和地層原油黏度為負相關(guān)參數(shù)；在方法構(gòu)建上，正相關(guān)參數(shù)作為分子，負相關(guān)參數(shù)作為分母，由于各個參數(shù)數(shù)量級不同，故取值時以統(tǒng)一到線性的個位為原則。

1.4 評價方法可靠性驗證

利用表1中油藏對該方法進行評價，具體計算結(jié)果和單井日增油量數(shù)據(jù)見表2。表2中YQZS值與單井日增油量之間呈正相關(guān)關(guān)系，煙道氣穩(wěn)定重力氣驅(qū)油藏篩選指數(shù)越大，單井日增油量越高，油藏開發(fā)效果越好；相反，穩(wěn)定重力氣驅(qū)油藏篩選指數(shù)越小，單井日增油量越低，油藏開發(fā)效果越差。如煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)現(xiàn)場試驗不成功的Weir和Bay t.Elaine油藏，YQZS值小于0，為-3.43和-1.45，生產(chǎn)井幾乎沒有增產(chǎn)跡象。這些實例說明，采用所建煙道氣重力氣驅(qū)油藏篩選評價方法，能夠較好地評價油藏是否具備實施煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)的可行性。

表2 煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏篩選指數(shù)與開發(fā)效果對比結(jié)果Table2 Comparison between selection index and development results of different oil reservoirs with FGAGD

2 紅153油藏?zé)煹罋庵亓︱?qū)可行性評價及效果

從2012年開始，在準噶爾盆地西北緣地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量厚層、低孔低滲透油藏，其中，紅153井區(qū)二疊系夏子街組油藏（簡稱紅153油藏）是這類油藏的典型代表。筆者以該油藏為例，分析厚層低滲透油藏是否具備煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)的可行性。

2.1 可行性評價

必要指標 新疆油田正在推廣稠油油藏的火驅(qū)采油技術(shù)，預(yù)計2018年因采用火驅(qū)產(chǎn)生的煙道氣日產(chǎn)量將達210×104m3/d?；痱?qū)過程中所產(chǎn)生的煙道氣主要成分為76%左右的氮氣、15%左右的二氧化碳氣和5%左右烴類氣體。因此，氣源條件充足、氣體組分適宜。紅153油藏地處火驅(qū)氣源地東南部，直線距離僅為20 km，符合氣源距離小于50 km的要求。近距離的煙道氣源條件，將大大降低煙道氣驅(qū)的采油成本。紅153油藏于2016年投入開發(fā)，注采井網(wǎng)完善，井況好，耐腐蝕性強，符合煙道氣驅(qū)的工程條件。

重要指標 紅153油藏頂界構(gòu)造形態(tài)為一東南傾的鼻狀構(gòu)造，中、東部構(gòu)造平緩，西部紅157井附近構(gòu)造變陡，斷塊內(nèi)部小斷裂發(fā)育（圖2），地層傾角為3°～7°。盡管地層傾角不大，但油藏縱向跨度大，平均跨度為373 m，為特低滲透巨厚塊狀油藏，且油藏內(nèi)部發(fā)育大量裂縫，具有較好的縱向連通性，有利于實現(xiàn)穩(wěn)定重力驅(qū)。

紅153油藏為典型的“剝蝕殘凹”所形成的斷層-地層油藏，剖面上呈殘余的、不連續(xù)的“楔型”展布（圖3）。紅153控藏斷裂屬擠壓閉合斷裂，封閉性好，蓋層泥巖厚度為75 m，油藏原始地層壓力系數(shù)超過1.2，良好的封閉條件有利于次生氣頂?shù)男纬?，較適合開展煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)。

紅153油藏物性較差，平均孔隙度為6.1%，成像測井顯示為高導(dǎo)縫特征，張開縫發(fā)育良好［14］。常規(guī)水驅(qū)無法實現(xiàn)經(jīng)濟有效開發(fā)，油藏平均埋深為3 000 m，剩余油飽和度為51%，平均地面原油密度為 0.833 g/cm3，地層原油黏度為 6.12 mPa·s。油藏的規(guī)模和基礎(chǔ)性質(zhì)均符合煙道氣驅(qū)條件。采用FGAGD技術(shù)可提高這類低滲透油藏采收率。該油藏屬于開發(fā)初期，探明石油地質(zhì)儲量為2 300×104t，截至2017年6月，累積產(chǎn)油量為27.05×104t，采出程度僅為1.2%，有較大開發(fā)潛力。

油藏篩選指數(shù) 將紅153油藏實際參數(shù)代入（1）式，計算得到Y(jié)QZS值為9.39，說明該油藏開展煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)在技術(shù)上是可行的。

2.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

根據(jù)煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏可行性論證結(jié)果，新疆油田分公司于2017年12月，在紅153井區(qū)開展了FGAGD技術(shù)現(xiàn)場試驗。

現(xiàn)場試驗方案 優(yōu)選位于油藏高部位的紅153井作為注氣井，紅153井距油藏頂部75 m，距周圍生產(chǎn)井的生產(chǎn)層段存在75～150 m的避射高度，且該井與高部位主體張裂縫發(fā)育區(qū)的連通情況較好。根據(jù)國外現(xiàn)場開采試驗，同時考慮生產(chǎn)需求和油藏高吸氣特性，設(shè)計試驗區(qū)單井注氣速度為0.6×104～4.8×104m3/d。油藏原始地層壓力為36 MPa，試驗前地層壓力為27 MPa，油層的破裂壓力為54.6 MPa。根據(jù)經(jīng)驗公式對井底壓力進行預(yù)測，按最大注氣量為12 000 Nm3/d計算，注氣壓力約為24.8 MPa，預(yù)計實際注氣壓力為24.8～35 MPa，最大注氣壓力為46.1 MPa。

試驗效果 采用變流量注氣，實施煙道氣驅(qū)后，平均日注氣量由6 000 m3/d逐漸提高到48 000 m3/d，實驗井組套壓由0.6 MPa逐漸升高到1.7 MPa，油壓由0.7 MPa逐漸升高到0.9 MPa，實驗井組單井日產(chǎn)油量由9.5 t/d提高到20.3 t/d（圖4），增油效果十分顯著。

現(xiàn)場試驗效果表明，利用所建立的煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏篩選評價方法，對紅153井區(qū)二疊系夏子街組油藏開展的可行性論證結(jié)果符合客觀實際，是科學(xué)有效的。現(xiàn)場實驗證實，該方法在新疆油田厚層低滲透砂礫巖儲層煙道氣重力驅(qū)油藏篩選中具有很好的應(yīng)用前景，可以在后期煙道氣驅(qū)油藏篩選和評價過程中廣泛應(yīng)用。

圖2 紅153油藏二疊系夏子街組頂部構(gòu)造Fig.2 Top structural map of P2x in Well Hong153 area

圖3 紅153油藏地層分布特征示意Fig.3 Characteristic Diagram of Stratum Distribution in Hong153 Reservoir

圖4 紅153井注氣量及煙道氣驅(qū)實驗井組壓力和產(chǎn)油量變化關(guān)系Fig.4 Relationship between gas injection rate of Well Hong153 and pressure and oil production in experimental well group of flue gas drive

3 結(jié)論

利用煙道氣進行穩(wěn)定重力驅(qū)是較為成功的一種油田開發(fā)方式。新疆油田在稠油熱采過程中產(chǎn)生了大量煙道氣，氣源附近存在大量高傾角、厚層塊狀油藏，這類油藏實施煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)對大幅度提高原油采收率和溫室氣體減排均具有重要意義。

基于國外穩(wěn)定重力驅(qū)的現(xiàn)場試驗經(jīng)驗，結(jié)合新疆油田的資源現(xiàn)狀，按重要性分級提出煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏篩選評價指標及標準，建立油藏篩選評價方法，并通過現(xiàn)場實例驗證了方法的可靠性。

利用所建方法，對新疆油田紅153油藏開展煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)進行了可行性論證，結(jié)果表明該區(qū)塊實施煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)在技術(shù)上是可行的。目前現(xiàn)場已開展頂部注氣實驗，實驗井組見到了顯著的增油效果，證實所論證結(jié)果是正確的。

符號解釋

YQZS——煙道氣穩(wěn)定重力驅(qū)油藏篩選指數(shù)；Hm——蓋層泥巖厚度，m；Z——完善注采井網(wǎng)單元因子，f；G——油藏規(guī)模（地質(zhì)儲量），107t；So——油藏剩余油飽和度，f；H——油層埋深，km；T——地層傾角可行性參數(shù)，f；L——氣源距離，km；μo——地層原油黏度，mPa·s；α——地層傾角，（°）；Ho——油層厚度，m。