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        五點法井網(wǎng)CO2-N2驅(qū)前置CO2段塞尺寸優(yōu)化

        2022-12-22 08:31:30陳濤平畢佳琪張國芳王福平
        西部探礦工程 2022年10期

        陳濤平,畢佳琪,孫 文,張國芳,王福平

        (1.東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點實驗室,黑龍江大慶 163318;2.哈爾濱石油學(xué)院石油工程系,黑龍江哈爾濱 150028)

        二氧化碳驅(qū)油技術(shù)在全球應(yīng)用較廣泛,國內(nèi)外許多學(xué)者對CO2驅(qū)油做了大量研究。吉林油田于2008年建成國內(nèi)首個CO2驅(qū)國家示范工程,國內(nèi)其它油田也相繼進行了CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗,但因CO2氣源有限,目前尚未在礦場廣泛應(yīng)用。

        氮氣氣源豐富,但它與原油的最小混相壓力較高、驅(qū)油效率較低。為此,人們考慮用N2部分替代CO2進行低滲油層開發(fā)。劉曉軍[1]開展了CO2/N2組合段塞改善驅(qū)油效率實驗,結(jié)果顯示該方式能有效發(fā)揮CO2和N2驅(qū)油的優(yōu)勢。孫楊[2]、陳濤平[3-4]的研究均指出,利用N2作為前置CO2段塞的頂替介質(zhì)有助于提高采收率,但CO2段塞需一定的長度,以免N2突破CO2段塞氣竄。趙斌[5]利用細管數(shù)模和巖芯實驗研究了CO2-N2驅(qū)中前置CO2段塞的合理尺寸,但實際油田中注采井都是以井網(wǎng)的形式存在,與室內(nèi)細管模型或巖芯實驗有較大區(qū)別。正如趙鳳蘭等[6]所指的那樣,CO2在實際油層的驅(qū)油過程中,將歷經(jīng)混相、近混相和非混相幾個階段,其驅(qū)油效率遠低于實驗室完全混相驅(qū)條件下的驅(qū)油效率;于此同時,井網(wǎng)單元中的注采總壓差比實驗條件下大得多,能使后續(xù)N2的彈性膨脹作用得以充分發(fā)揮。因此,探索多種因素綜合作用下,低滲、特低滲透油層五點法井網(wǎng)CO2-N2驅(qū)的最優(yōu)前置CO2段塞尺寸具有實際意義。

        1 低滲透油層

        類比YS油田的實際情況,用CMG油藏數(shù)值模擬軟件計算了五點法井網(wǎng)油層滲透率30×10-3μm2、井距300m時CO2-N2驅(qū)的生產(chǎn)動態(tài)。研究所用模型與文獻[7]的相同,原油飽和壓力4.704MPa下的氣油比22.3m3/m3,原油粘度3.756mPa·s,二氧化碳—原油的最小混相壓力25.9MPa?,F(xiàn)按照極限氣油比和極限日產(chǎn)油量兩種約束條件分別計算采收率等相關(guān)指標。

        1.1 極限氣油比約束條件

        在極限氣油比1500m3/m3的約束條件下,低滲透油層不同驅(qū)替方案采收率與CO2段塞尺寸關(guān)系曲線如圖1所示。由圖1可知,隨著CO2段塞尺寸的增加,CO2-N2驅(qū)的采收率不斷增大,且始終高于全CO2驅(qū)的采收率,當(dāng)CO2段塞達到0.4PV(Pore Volume,PV)后,采收率開始趨于平穩(wěn)并接近全CO2驅(qū)的采收率。表明在CO2-N2驅(qū)中,N2補充了地層能量,驅(qū)動了被CO2混相的原油,進而提高了采收率;相同采收率下,CO2-N2驅(qū)所需CO2的量少于全CO2驅(qū)的量。

        為了從技術(shù)和經(jīng)濟角度優(yōu)選CO2段塞的最優(yōu)尺寸,計算了注不同尺寸CO2段塞時的CO2-N2驅(qū)與CO2驅(qū)的噸油氣體成本,其中,標況下N2價格取1.47元/m3,CO2價格取0.87元/m3,結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出,隨著CO2段塞尺寸的增加,CO2-N2驅(qū)的噸油氣體成本曲線呈“W”狀,且在CO2段塞尺寸為0.4PV時,獲得最小值。

        綜合分析圖1、圖2可知,與0.6PV的CO2段塞相比,雖然0.4PV的CO2段塞的采收率降低了3.35%,但卻減少0.2PV(三分之一)的CO2注入量。因此,低滲透油層極限氣油比約束條件下CO2-N2驅(qū)的前置CO2段塞最優(yōu)尺寸為0.4PV,此時采收率為58.19%。

        圖1 低滲油層采收率曲線

        圖2 低滲油層噸油氣體成本曲線

        1.2 極限日產(chǎn)油量約束條件

        按照極限單井日產(chǎn)油量17m3/d約束條件,計算不同驅(qū)替方案的采收率,并將極限氣油比和極限日產(chǎn)油量兩種約束條件下的采收率與CO2段塞尺寸關(guān)系曲線繪制在同一圖中,結(jié)果如圖3所示。

        由圖3可以看出,因日產(chǎn)油量約束條件會在氣油比約束條件后繼續(xù)注氣,其總注入PV數(shù)比氣油比約束條件的大,其采收率自然高于氣油比約束條件的采收率,0.4PV CO2段塞時,其采收率高6.56%。

        圖3 低滲油層不同約束條件下采收率曲線

        極限氣油比和極限日產(chǎn)油量兩種約束條件下低滲透油層的噸油氣體成本曲線如圖4所示。

        圖4 低滲油層不同約束條件下噸油氣體成本曲線

        結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)分析圖3、圖4可知,相對于極限氣油比約束條件,極限日產(chǎn)油量約束條件下后續(xù)注入的N2較多,而采收率提高幅度較小,故其噸油氣體成本較高。但值得注意的是:注0.4PV前置CO2段塞時,極限日產(chǎn)油量約束條件的采收率為64.75%,比極限氣油比約束條件的采收率58.19%高6.56%,且噸油氣體成本比極限氣油比約束條件的噸油氣體成本低35.18元,此為最優(yōu)的CO2段塞注入量及生產(chǎn)方式。

        1.3 衰竭期開采動態(tài)

        低滲透油層0.4PV前置CO2段塞的CO2-N2驅(qū)生產(chǎn)至極限約束條件后,停注轉(zhuǎn)入衰竭期開采,此后僅靠油層中剩余氣體彈性膨脹能驅(qū)替至單井日產(chǎn)氣量小于100m3/d時,關(guān)井結(jié)束生產(chǎn)。低滲透油層五點法井網(wǎng)CO2-N2驅(qū)衰竭期原油采收率等技術(shù)指標數(shù)據(jù)見表1。

        由表1可知,低滲透油層0.4PV前置CO2段塞CO2-N2驅(qū)極限氣油比約束條件下衰竭生產(chǎn)期的階段原油采收率為5.53%,注入氣回采率76.10%,不僅提高原油采收率,同時也回采注入氣超過總注入氣量的四分之三,貢獻較大;極限日產(chǎn)油量約束條件下,雖然衰竭生產(chǎn)期的階段采收率極低(0.56%),但回采注入氣也超過總注入氣量的三分之一(36.20%),這些回采注入氣經(jīng)處理后仍可回注油層提高采收率。

        表1 低滲油層CO2-N2驅(qū)衰竭期技術(shù)指標

        2 特低滲透油層

        特低滲透油層五點法井網(wǎng)單元模型滲透率3×10-3μm2,其余參數(shù)同低滲油層五點法井網(wǎng)單元模型。

        2.1 極限氣油比約束條件

        在極限氣油比1500m3/m3的約束條件下,特低滲透油層不同驅(qū)替方案的采收率與CO2段塞尺寸關(guān)系曲線如圖5所示。由圖5可知,隨著CO2段塞尺寸的增加,CO2-N2驅(qū)的采收率不斷增大,當(dāng)前置CO2段塞達到0.4PV時,采收率開始趨于平穩(wěn),且始終高于全CO2驅(qū)的采收率;同一采收率下,CO2-N2氣驅(qū)所需CO2的量低于全CO2驅(qū)的量。

        圖5 特低滲油層采收率曲線

        為了從技術(shù)和經(jīng)濟角度優(yōu)選CO2段塞最優(yōu)尺寸,計算了注不同尺寸CO2段塞時CO2-N2驅(qū)與CO2驅(qū)的噸油氣體成本。結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出,隨著CO2段塞PV數(shù)的增加,CO2-N2驅(qū)的噸油氣體成本曲線呈“W”狀,且在CO2段塞為0.4PV時,獲得最小值。

        綜合分析圖5、圖6可知,特低滲透油層極限氣油比約束條件下CO2-N2驅(qū)中最優(yōu)前置CO2段塞尺寸應(yīng)為0.4PV,此時采收率為62.98%。

        圖6 特低滲油層噸油氣體成本曲線

        2.2 極限日產(chǎn)油量約束條件

        按照極限單井日產(chǎn)油量2m3/d的約束條件,計算不同驅(qū)替方案的采收率數(shù),并將極限氣油比和極限日產(chǎn)油量約束條件下的采收率與CO2段塞尺寸關(guān)系曲線繪制在同一圖中,結(jié)果如圖7所示。

        圖7 特低滲油層不同約束條件下采收率曲線

        由圖7以看出,由于極限日產(chǎn)油量約束條件的總注入氣量比極限氣油比約束條件的大,其采收率也較高,注0.4PV CO2段塞時,其采收率高4.36%。

        極限氣油比和極限日產(chǎn)油量兩種約束條件下特低滲透油層的噸油氣體成本曲線如圖8所示。

        圖8 特低滲油層不同約束條件下噸油氣體成本曲線

        結(jié)合生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)分析圖8可知,相對于氣油比約束條件,日產(chǎn)油量約束條件下后續(xù)注N2較多、采收率提高幅度較小,因而噸油氣體成本較高。但注0.4PV的CO2段塞時,日產(chǎn)油量約束條件的噸油氣體成本比氣油比約束條件的噸油氣體成本低21.64元。

        一般而言,相對于極限氣油比約束條件,極限日產(chǎn)油量約束條件下的CO2-N2驅(qū)可獲得更高的采收率,但后期需要注入大量的氣體且采收率提高幅度較小,故其氣驅(qū)效益一般較低。因此,若想獲得較好的氣驅(qū)效益,可選擇氣油比約束條件來結(jié)束采油生產(chǎn);若想獲得較高的采收率,可選擇日產(chǎn)油量約束條件來結(jié)束采油生產(chǎn)。但值得注意的是,低滲或特低滲透油層0.4PV前置CO2段塞的CO2-N2驅(qū)時,按照日產(chǎn)油量約束條件結(jié)束采油生產(chǎn)不僅可以獲得較高的采收率,而且其噸油氣體成本也最低,是最佳的生產(chǎn)方式。

        2.3 衰竭期開采動態(tài)

        特低滲透油層五點法井網(wǎng)CO2-N2驅(qū)衰竭期原油采收率等技術(shù)指標數(shù)據(jù)見表2。

        表2 特低滲油層CO2-N2驅(qū)衰竭期技術(shù)指標

        由表2可知,特低滲透油層0.4PV前置CO2段塞CO2-N2驅(qū)極限氣油比約束條件下衰竭生產(chǎn)期的階段原油采收率為4.70%,注入氣回采率66.65%,回采注入氣超過總注入氣量的三分之二;極限單井日產(chǎn)油量約束條件下,雖然衰竭生產(chǎn)期的階段采收率很低(1.15%),但回采注入氣接近總注入氣量的一半(45.81%)。

        3 結(jié)論

        (1)在低滲、特低滲五點法井網(wǎng)中,CO2-N2驅(qū)中前置CO2段塞尺寸均以0.4PV為宜,按照日產(chǎn)油量約束條件結(jié)束采油生產(chǎn)不僅可以獲得較高的采收率,且其噸油氣體成本也最低,是最佳的生產(chǎn)方式。

        (2)在按日產(chǎn)油量約束條件結(jié)束采油生產(chǎn)后的衰竭期,原油采收率增幅很?。?.56%~1.15%),但注入氣回采率較大(36.2%~45.8%),回收注入氣是該階段的主要貢獻,且所回采的注入氣經(jīng)處理后仍可繼續(xù)注入油層提高采收率。

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