富含瀝青質油藏瀝青質沉積位置預測方法

廉培慶，丁美愛，高慧梅，段太忠

(中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083)

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富含瀝青質油藏瀝青質沉積位置預測方法

廉培慶，丁美愛，高慧梅，段太忠

(中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083)

針對瀝青質在油藏、井筒和地面管線中沉積的問題，采用Eclipse和IPM軟件耦合建立了油藏、井筒和地面管網一體化數值模擬模型，計算了從油藏到分離器的溫度和壓力分布，結合瀝青質沉積包絡線，準確預測了瀝青質沉積位置。研究表明：利用一體化模型預測的瀝青質沉積位置與實際沉積位置相對誤差在3%以內。研究成果對瀝青質沉積的防治及提高單井產量具有重要的指導意義。

油田開發；瀝青質；沉積包絡線；井筒；一體化模擬；沉積位置

0 引 言

A油田F油藏埋深為4 300 m，地層溫度高達135 ℃，原始地層壓力為64.59 MPa，泡點壓力為25.67 MPa，地層壓力和泡點壓力之差大；儲層儲集空間主要為次生孔隙，溶洞次之，裂縫較少；儲層平均孔隙度為12.04%，平均滲透率為5.87×10-3μm2；地層條件下原油黏度為0.35 mPa·s，密度為0.65 g/cm3。目前，F油藏10口井投入生產，在開發過程中瀝青質沉積嚴重，堵塞了井筒和地面管線，影響正常生產。

針對瀝青質沉積問題，國內外許多學者開展了研究。Buriro等[1-4]利用實驗手段研究了瀝青質在油藏條件下的沉積規律，并提出了瀝青質沉積模型，制訂了瀝青質沉積的控制策略。趙鳳蘭等[5-7]采用巖心流動實驗裝置，建立了可定量評價原油瀝青質沉積所引起儲層損害的新方法。賈英等[8-9]研究了注CO2過程中的瀝青質沉積問題。郭東紅等[10-15]研究了肯基亞克油田井筒堵塞物的組成，并研制了解堵配方體系。

為了防止瀝青質在井筒和管線中沉積，不僅要考慮瀝青質的沉積特征，還需要明確生產過程中瀝青質的沉積位置，這涉及到油藏、采油和地面多個專業[16-21]。目前，針對連貫的生產系統，油藏、井筒、地面管線間卻分段研究，當某個生產環節受到影響時，不能及時進行調整。文中建立了考慮瀝青質沉積的油藏、井筒和地面一體化模型，各專業間模型實現無縫對接，有效地預測了瀝青質沉積情況。

1 瀝青質沉積包絡線

采用F油藏原油開展了瀝青質沉積量測定實驗，表1為F油藏在不同溫度(135、120、105 ℃)及不同壓力下瀝青質沉積量，隨著溫度降低，瀝青質相對沉積量增加。在油藏溫度(135 ℃)下，瀝青質相對沉積量最大值對應的壓力在26.00 MPa左右，接近泡點壓力25.67 MPa。當壓力低于泡點壓力時，由于較輕的氣體(如甲烷、乙烷和丙烷)從原油中脫離，原油中重質組分變多，瀝青質溶解度又會再次變大，瀝青質沉積量逐漸減少。

表1 瀝青質沉淀量隨壓力的變化

通過調整瀝青質固相的摩爾質量以及輕質和重質組分之間的二元交互系數，擬合瀝青質沉積量實驗數據，繪制了瀝青質沉積包絡線(圖1)。上、下包絡線之外的區域為安全生產區域，只有在包絡線之間的區域才會發生瀝青質沉積。溫度越高，瀝青質沉積的壓力范圍越小，原油就越穩定。

圖1 瀝青質沉積包絡線

2 油藏、井筒、地面一體化模型

2.1 油藏模型

根據F油藏的PVT測試數據和流動特征，采用Eclipse數值模擬軟件建立了考慮瀝青質沉積的數值模擬模型。模型中將原油劃分為9個擬組分(表2)，其中瀝青質包含3個擬組分：溶解組分(PREC)、絮凝組分(FLOC)和固相沉積組分(DEPO)。

表2 瀝青質數值模擬組分設置

在地層壓力較高時，瀝青質溶解在原油里，當地層壓力降低到上包絡線壓力時，瀝青質開始析出并絮凝，當絮凝量較大形成顆粒時，開始沉積為固相組分。

2.2 井筒模型

油藏滲流和井筒多相流動是兩個緊密相聯的流動過程，彼此相互影響。在建立井筒模型時，流體PVT參數與油藏中一致，壓降計算采用Beggs-Brill法。通過井筒多相垂直管流分段迭代，可求解井筒壓力分布曲線。根據能量守恒原理推導出的井筒傳熱基本方程，可計算井筒溫度場分布。

2.3 地面管網系統

根據單井的井口管線、控制管匯、到地面干線、油氣處理中心的分離器分布數據，可建立單井管網系統，在IPM軟件GAP界面上，連接各油藏和各單井模型，建立了A油田地面管網系統(圖2)。在管網系統中，通過設置多個節點來觀察不同位置的溫度和壓力，例如F1井到分離器之間設置了JF1-1、JF1-2、J11、J12、J13和J14節點。

圖2 地面油氣管網系統

2.4 一體化模型建立

在IPM軟件的Resolve平臺上，將井筒模型、地面管線與Eclipse軟件耦合起來，以溫度、壓力、流量為紐帶，油藏、井筒、管線協同計算。油藏和井筒之間通過井底流壓迭代，井筒和地面通過油壓迭代，油藏模型、井筒模型與地面生產系統產量之間迭代計算，實現了油藏、井筒和地面管線的一體化數值模擬。

3 瀝青質沉積位置研究

3.1 瀝青質沉積位置預測

在原油流動過程中，隨著溫度和壓力的改變，瀝青質總會在某個位置沉積，造成流動障礙問題。通過保持合理井底流壓，可保證地層中不發生瀝青質沉積，避免地層傷害。油藏、井筒和地面一體化模型建立后，可檢測從井底到分離器的壓力及溫度變化。對比瀝青質沉積包絡線的壓力溫度范圍，可以判斷瀝青質在井筒和地面管線中的沉積位置(圖3)。由圖3可知，把F1井從油藏到分離器的溫度和壓力分布投影在瀝青質沉積包絡線上。F1井的井底壓力較高，在瀝青質沉積上包絡線以外，說明油藏無瀝青質沉積風險；地面管線直至油氣處理中心分離器壓力在瀝青質沉積下包絡線以下，也無瀝青質沉積風險；壓力從井底到井口逐漸降低，井筒內溫度和壓力滿足瀝青質沉積的包絡線區域，瀝青主要在井筒及井口附近沉積，溫度壓力線與上包絡線的交點即為開始沉積的位置。

根據瀝青質沉積位置的溫度和壓力分布，可進一步確定在井筒中的沉積深度。圖4中平面位置為瀝青質沉積位置的溫度和壓力，平面與曲線的交點即為瀝青質沉積深度。由圖4可以看出，瀝青質在2 731.5 m的深度位置開始沉積。在計算過程中，F1井產量為302.4 m3/d，井口油壓為26.2 MPa，生產油氣比為267.5 m3/m3。

圖4 F1井瀝青質沉積深度

3.2 結果驗證

A油田4口井瀝青質沉積嚴重，沉積后堵塞井筒，通過機械清理明確了瀝青質的沉積位置。表3給出了利用一體化模型預測的瀝青沉積位置與實際沉積位置的對比。由表3可知，相對誤差在3%以內，絕對誤差最大為74.2 m，可滿足工程作業的要求。總體上看，預測的瀝青質沉積位置要比實際沉積位置深度大，這是由于瀝青質沉積后，較小的顆?？捎闪黧w攜帶到高處，絮凝成大顆粒時開始附著在井筒表面，因此，實際沉積位置要在預測沉積位置以上。預測出沉積位置后，向該位置以上部位加入瀝青質抑制劑，即可防止瀝青質的沉積。

4 結 論

(1) 通過開展室內瀝青質沉積實驗，研究了瀝青質在不同溫度和壓力下的沉積量，根據實驗結果繪制了瀝青質沉積包絡線圖。

(2) 采用Eclipse和IPM軟件耦合建立了油藏、井筒和地面管線的一體化數值模擬模型，實現了開發過程中瀝青質損害識別，預測了瀝青質在井筒或管線中的沉積位置。

(3) 研究內容考慮了溫度和壓力對瀝青質沉積的影響，預測沉積深度在實際沉積點以下；為提高預測精度，需進一步研究三場(速度、溫度、壓力)耦合下瀝青質沉積位置。

表3 瀝青質實際沉積位置和預測沉積位置對比

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編輯 張耀星

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.016

20160324；改回日期：20160711

國家科技重大專項“孔隙型碳酸鹽巖油藏提高采收率關鍵技術”(2011ZX05031-003)

廉培慶(1983-)，男，高級工程師， 2005年畢業于中國石油大學(華東)信息與計算科學和石油工程專業，獲雙學士學位， 2011年畢業于中國石油大學(北京)油氣田開發工程專業，獲博士學位，現主要從事油氣田開發方面的科研工作。

TE349

A

1006-6535(2016)05-0070-04