蘇丹B油田氮氣輔助蒸汽吞吐數值模擬研究

（長城鉆探工程有限公司地質研究院，遼寧 盤錦124010）

B油田位于蘇丹南部，Muglad盆地中部，是在前寒武系基底之上發育起來的中、新生代被動裂谷盆地。該區地層鉆井揭露自下而上可劃分為Bentiu層和Aradeiba層，含油層位為Bentiu層，其中Bentiu層為本次蒸汽吞吐實驗的目的層位。Bentiu油層組的平均孔隙度為22%，滲透率范圍為(800～3000）×10-3μm2，為中孔高滲儲層。儲層埋深1200～1400m，有效厚度大于18m，原油密度0．94g／cm3。為了提高蘇丹B油田稠油開發效果，筆者利用氮氣導熱系數低及壓力降低后體積迅速膨脹的特點，進行注蒸汽加氮氣吞吐數值模擬研究，以便為提高吞吐階段采收率、減緩稠油產量遞減提供參考。

1 氮氣輔助蒸汽吞吐工藝技術

氮氣輔助蒸汽吞吐主要有4個方面的作用[1-3]：①隔熱作用。在油管內注入蒸汽，在油套環形空間連續或段塞式向地層注入氮氣。由于氮氣的導熱系數較低，在油套環空中起到隔熱作用，降低井筒中的熱損失。②補充地層能量。氮氣注入地層后，局部提高地層壓力，有利于保持地層彈性能量。③助排解堵作用。氮氣是可壓縮氣體，有良好的膨脹性，油井注入氮氣時，氮氣體積在高壓條件下被壓縮存儲能量，放噴時壓力降低，氮氣迅速膨脹，產生較大的附加能量，加速驅動地層中的原油及冷凝水迅速返排出來。④封堵作用。向多空介質中注入氮氣＋起泡劑，產生賈敏效應，封堵高滲帶，高速吸汽剖面。上述作用可大幅度提高油井產能，提高油汽比，改善蒸汽吞吐開采效果。

2 數值模擬研究

應用加拿大CMG軟件建立單井徑向模型，使用STARS模塊將氮氣作為獨立的組分，輸入氣液平衡常數、氣體密度、氣體粘度等與油層溫度、壓力有關的參數，模擬氮氣的相關作用[4-5]。為提高模型的精確度，采用通用全局優化算法對相對滲透率曲線進行歸一化處理，得到符合實際油藏的油層平均相對滲透率曲線。

2．1 氮氣隔熱數值模擬研究

使用軟件中SAM(Semi Analytical Model）半解析模型，綜合考慮蒸汽流動過程中壓力、溫度、干度和熱損的相互影響，模擬對比2種降低井筒熱損失的有效途徑：①采用高熱阻的隔熱管；②在油管和套管間注入氮氣來降低油管和套管間環空流體的導熱系數。

隔熱管加封隔器隔熱和環空注氮氣隔熱模擬結果分別如表1和表2所示。從表1可以看出，傳統隔熱管加封隔器的隔熱方式的熱損失在348J／kg左右，蒸汽干度由70%降到22．7%。從表2可以看出，環空注氮氣的熱損失在168J／kg左右，干度由70%降到了49．1%，因而環空注氮氣隔熱效果要好于隔熱管加封隔器隔熱的效果。由于常規注氣管柱一般由隔熱管、封隔器、伸縮管組成，而氮氣隔熱助排管柱省略了伸縮管、封隔器等，管柱相對簡單，減少了作業量，從而節省作業費用。

表1 隔熱管加封隔器隔熱模擬結果

表2 環空注氮氣隔熱模擬結果

2．2 氮氣／蒸汽吞吐數值模擬研究

1）氮氣注入量 對8種氮氣與蒸汽的比例(10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1、80∶1）注入進行模擬計算，其結果如表3所示。從表3可以看出，當混注比例為20∶1～60∶1，即注入1t蒸汽，混注入的氮氣量為22800～68400Nm3時，可使波及體積達到最大，產量大幅提高，比只注入蒸汽產油量提高10%左右，油汽比提高10%左右，回采水率增加20%左右。當注入氮氣量大于68400Nm3后，增油量明顯減小。因此，推薦氮氣注入量為45600Nm3比較適合。

表3 氮氣注入量優化表

2）氮氣注入速度 按照周期注入氮氣量45600Nm3計算，分別以400、500，600、700、800Nm3／h的注氣速度進行模擬計算，其結果如表4所示。從表4可以看出，當注氮氣速度超過600Nm3／h時增油量劇減，考慮到礦場條件和油田制氮設備的限制，確定采用600Nm3／h的氮氣注入速度。

表4 氮氣注入速度優化表

3）氮氣注入方式 按照5種注入方式(氮氣和蒸汽混注；先注氮氣再注蒸汽；先注蒸汽再注氮氣；蒸汽-氮氣-蒸汽-氮氣交替注入；氮氣-蒸汽-氮氣-蒸汽交替注入）模擬計算，其結果如表5所示(與只注入蒸汽進行比較）。計算結果表明，先注蒸汽再注氮氣的大段塞效果最好，產油量最大，比只注入蒸汽產油量提高9．5%，油汽比增加幅度提高9．7%。

表5 氮氣注入方式優化表

2．3 效果預測

在蒸汽注汽量、注汽參數不變的情況下，對蒸汽吞吐和氮氣輔助蒸汽吞吐進行數值模擬(3個周期），其結果分別如表6和表7所示。

對比分析表6和表7可知，氮氣輔助蒸汽吞吐與蒸汽吞吐相比，3個周期累計產油量提高10．7%，油汽比提高10．6%左右，生產時間延長63d，回采水率提高了10%。

表6 氮氣輔助蒸汽吞吐預測表

表7 蒸汽吞吐預測表

3 結 論

1）氮氣能夠有效降低井筒熱損失，提高井底蒸汽干度，可減少作業量并節省作業費用。

2）現場作業時注氮氣量為45600Nm3，注氮氣速度為600Nm3／h，且先注蒸汽再注氮氣的大段塞效果最好。

3）在蒸汽注汽量、注汽參數不變的情況下，對蒸汽吞吐和氮氣輔助蒸汽吞吐進行數值模擬。結果表明，實施油井注入氮氣措施后，周期產油、油汽比都得到大幅度提高，效果顯著。

[1]王喜泉．氮氣助排在冷42塊提高蒸汽吞吐效果上的應用 [J]．鉆采工藝，2005，28（1）：56-57．

[2]紀佑軍，程林松，劉志波，等．SAGD過程注氮氣改善開發效果實驗研究 [J]．西南石油大學學報(自然科學版），2010，32（2）：108-111．

[3]陳曉源．氮氣輔助蒸汽吞吐工藝在面120區的應用研究 [J]．鉆采工藝，2004，27（6）：53-54．

[4]陳榮燦，霍進，郭新和．稠油注蒸汽加氮氣吞吐試驗研究 [J]．特種油氣藏，1999，6（3）：59-64．

[5]霍進，黃偉強．淺層特超稠油油藏氮氣輔助蒸汽吞吐提高采收率研究與應用 [J]．新疆石油科技，2007，7（4）：17-18．