青西油田多元復(fù)合吞吐研究與應(yīng)用
——以柳5X井為例

2020-10-28 12:56:38閆治東魏本興陳艷琦任偉杰

鉆采工藝 2020年4期

高軍, 閆治東, 魏本興, 陳艷琦, 茹琦, 任偉杰

(玉門油田分公司青西采油廠)

一、區(qū)塊基本情況

1.青西油田柳5X井儲(chǔ)層及原油物性

青西油田儲(chǔ)層為單斜層，由東南向西北隆起，傾角1°～2°,只鉆了一層薄的產(chǎn)油層。儲(chǔ)層埋藏深度較深，在4 000～5 000 m之間，主要由疏松膠結(jié)的灰質(zhì)碎屑長(zhǎng)石組成，易出砂。儲(chǔ)層平均厚度僅為5.5 m，但分布范圍廣。

青西油田儲(chǔ)層條件下的油黏度為2 000～30 000 mPa·s。強(qiáng)烈的生化降解導(dǎo)致稠油儲(chǔ)層形成后輕組分的損失，青西油田的重油瀝青質(zhì)較大的分子量(14 860)是該區(qū)塊內(nèi)典型稠油儲(chǔ)層的四倍，是油黏度高的主要原因。原則上，具有超過(guò)80%的飽和烴和芳烴以及少于20%的膠體和瀝青質(zhì)的油適合熱采[1]。該井鉆遇儲(chǔ)層中原油的碳?xì)浜扛哌_(dá)98%，故加熱時(shí)烴類熱裂解所需的能量更低，更易降低黏度。在儲(chǔ)層條件下，原油轉(zhuǎn)變?yōu)榕ｎD流體的臨界溫度為60℃。

當(dāng)靜切力降低到0時(shí)，油的流動(dòng)性顯著提高[2]。原油對(duì)熱非常敏感，在柳5X井中，油藏條件下的油黏度為76 400 mPa·s，當(dāng)加熱到50℃時(shí)，其黏度降低為5 165 mPa·s。

2.早期生產(chǎn)測(cè)試

2000年4月7日對(duì)中溝組4 107.5～4 113.5 m、4 119.5～4 128.5 m，共15.0 m儲(chǔ)層進(jìn)行酸化改造，獲得了顯著的增產(chǎn)效果，用?4 mm油嘴生產(chǎn)，油套壓12.5/13 MPa，初產(chǎn)45.8 m3/d，含水3.2%，酸化后由于油質(zhì)較稠，降產(chǎn)很快[3]。

2005年9月初進(jìn)行深抽試驗(yàn)，仍存在原油入泵困難的現(xiàn)象，日摻稀油16 m3，溫度60℃，投產(chǎn)后產(chǎn)液量由4 m3/d上升至27 m3/d，但產(chǎn)能下降極快。

2018年9月對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行補(bǔ)孔酸化，摻稀生產(chǎn)，產(chǎn)油量達(dá)4.5 t/d，但由于油質(zhì)稠，生產(chǎn)困難，且稠油油井注蒸汽的熱損失接近55%。

3.擬定開(kāi)發(fā)方案

綜上所述，青西油田柳5X井鉆遇儲(chǔ)層平緩穩(wěn)定，含油面積大，孔隙度和滲透率高，原油對(duì)熱敏感，埋藏較深，鉆井成本較高，井筒熱損失較大。因此考慮應(yīng)用多元復(fù)合蒸汽吞吐的成套技術(shù)解決目前的生產(chǎn)困境[4]。

二、多元復(fù)合蒸汽吞吐的開(kāi)發(fā)研究

基于光刻物理模型，研究了青西油田的多元復(fù)合蒸汽吞吐技術(shù)。其個(gè)別技術(shù)在應(yīng)用中已經(jīng)積累了經(jīng)驗(yàn)[5]，本文著重介紹多元復(fù)合蒸汽吞吐的驅(qū)油機(jī)理及其對(duì)儲(chǔ)層的綜合作用。

在目標(biāo)模型中，擬注入1 800 t蒸汽、20 t油溶性降黏劑以及4×102m3氮。在物理模型中，注入8 kg蒸汽、油溶性降黏劑50 g以及0.1 m3氮。物理模型如圖1所示。

圖1 多元復(fù)合蒸汽吞吐物理模型

1.多元復(fù)合蒸汽吞吐的物理模擬

根據(jù)青西油田柳5X井的地質(zhì)發(fā)育的實(shí)際情況，在現(xiàn)有直井的基礎(chǔ)上，進(jìn)行增產(chǎn)改造的同時(shí)，也考慮下一步部署水平井的可行性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，建立了目標(biāo)水平井模型[6]。其中，油相飽和度60%，孔隙度4.12%，滲透率最小0.632 mD，最大66.354 mD，平均1.935 mD,地層條件下原油黏度2 964 mPa·s，40.0 MPa的生產(chǎn)壓力降，其他參數(shù)如表1所示。

表1 多元復(fù)合蒸汽吞吐物理模擬參數(shù)

通過(guò)水平井吞吐的物理模擬表明，由于首先注入氮?dú)猓缓笞⑷胝羝辉筒都膲嚎s氮會(huì)膨脹并聚集，連續(xù)油會(huì)被小的氮團(tuán)塊分解成團(tuán)塊油，從而導(dǎo)致連續(xù)油相的破裂、流態(tài)的變化、互作用力的減小并因此使原油的流動(dòng)性增加[7]。盡管氮?dú)庠谒陀椭械娜芙舛群艿停鼤?huì)在儲(chǔ)層中形成微氣泡，推動(dòng)蒸汽前進(jìn)，增強(qiáng)蒸汽的熱傳導(dǎo)能力，并有助于降低黏度。

此外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，原油的流動(dòng)能力隨著降黏劑與氮?dú)獾慕M合注入而增加，將更多的殘余油轉(zhuǎn)化為可動(dòng)油[8]，如圖2所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷其主要原因如下:

圖2 不同吞吐方案殘余油分布對(duì)比圖

(1)氮?dú)馐拐羝把赝七M(jìn)更均勻，增加了蒸汽波及體積，使更多的殘余油轉(zhuǎn)化為可動(dòng)油。進(jìn)入油藏后，氮?dú)鈱⒄紦?jù)多孔介質(zhì)中的油道，使殘余油變成可動(dòng)油，從而降低殘余油飽和度并提高吞吐效率。

(2)油溶性降黏劑、水蒸氣和氮?dú)夤餐饔茫档蛶r石的表面張力和界面張力，提高巖石的潤(rùn)濕性，并堵塞大孔隙通道，引起賈敏效應(yīng)，最終降低水相滲透率。常規(guī)蒸汽吞吐最終采收率為48.3%，相比之下，復(fù)合吞吐最終采收率為71.3%，增長(zhǎng)了23%。

復(fù)合蒸汽驅(qū)通過(guò)利用油溶性降黏劑、氮?dú)夂驼羝慕M合降黏效果及儲(chǔ)層傳質(zhì)的橫向和縱向混合功能，提高了水平井的近井眼流體流動(dòng)能力，在室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境下證明了其具有良好的應(yīng)用效果[9]。

2.多元復(fù)合蒸汽吞吐的數(shù)值模擬

在物理模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了數(shù)值模擬的擴(kuò)展研究，模擬對(duì)象為柳5X井及周邊井網(wǎng)，含油面積2.8 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量196×103t，擬鉆水平井54口，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力9.6× 103t/年。為了驗(yàn)證油溶性降黏劑、蒸汽和氮?dú)獾淖罴延昧浚瑪M通過(guò)數(shù)值模擬優(yōu)選油溶性降黏劑、蒸汽和氮?dú)獾慕M合關(guān)系。根據(jù)油藏的實(shí)際情況和目前的認(rèn)識(shí)，選定模擬區(qū)塊井間距、井眼間距分別為120 m與150 m。并擬定多元復(fù)合蒸汽吞吐的注入方式首先是油溶性降黏劑，然后是氮?dú)猓詈笫钦羝Ｔ诿看窝h(huán)中，注入油溶性降黏劑的量為17.5 t，注入強(qiáng)度為0.13 t/m；氮?dú)饪傮w注入量為65 t，注入強(qiáng)度為0.43 t/m；蒸汽注入量為1 650 t，注入強(qiáng)度為10.6 t/m。

特別在燜井期，通過(guò)數(shù)模對(duì)比了蒸汽、氮?dú)?蒸汽、蒸汽+油溶性降黏劑、蒸汽+油溶性降黏劑+氮?dú)膺@四種情況下，40℃以上的儲(chǔ)層面積分別為2 590、2 892、2 951、3 406 m2，壓力大于9 MPa的儲(chǔ)層面積分別為7 640、9 787、8 342、10 215 m2，說(shuō)明復(fù)合吞吐切實(shí)有效。結(jié)果表明，氮?dú)饪梢燥@著增加蒸汽的掃油半徑，還可有效避免蒸汽超覆[8]。開(kāi)發(fā)效果如表2所示。

表2 青西油田多元復(fù)合驅(qū)開(kāi)發(fā)效果統(tǒng)計(jì)

由表2可知，數(shù)值模擬環(huán)境下，最適合于青西油田柳5X井的開(kāi)發(fā)方式為多元復(fù)合吞吐，即蒸汽+降黏劑+氮?dú)獾慕M合使用，其單井周期采油量、井口油氣比及地層水采收率均優(yōu)于其他組合方案，其原因在于氮?dú)狻⒔叼┖驼羝饔没パa(bǔ)，使油水前緣界面推進(jìn)更加均勻，并使殘余油飽和度降低。

與此同時(shí)，觀察到所模擬的四種組合方案，在注入相同溫度與體積的蒸汽后，在相同時(shí)間后儲(chǔ)層的溫度分布有很大不同，如圖3所示。

圖3 不同組合方案下儲(chǔ)層溫度分布

從圖3看出，在注入等溫、等量蒸汽后，儲(chǔ)層溫度分布隨注入成分的組合方式而變化，當(dāng)僅僅注入常規(guī)蒸汽或采用蒸汽+降黏劑的組合方式時(shí)，蒸汽攜帶的熱量大部分損失在了儲(chǔ)層邊界的熱交換中，而當(dāng)在組合中加入氮?dú)獬煞謺r(shí)，蒸汽的熱損失明顯減低，其原因可歸結(jié)為以下三點(diǎn)：

(1)氮?dú)獬驳闹脫Q作用。在氮?dú)膺M(jìn)入到地下后，其密度低于蒸汽與原油，會(huì)向上漂浮到油層的頂部并在水平截面上形成超覆，從而抑制了蒸汽超覆現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)在油層頂部形成了隔熱層，注入地下的熱能得以保存，增加了蒸汽的波及體積。

(2)降低儲(chǔ)層導(dǎo)熱系數(shù)。數(shù)值模擬表明，在多元復(fù)合吞吐過(guò)程中，巖石的導(dǎo)熱系數(shù)隨著氮?dú)庾⑷肓康脑黾佣档停?dāng)?shù)獨(dú)怙柡投葟?升高到40%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)減小了47%。故在注入氮?dú)夂螅粌H能防止蒸汽超覆現(xiàn)象的產(chǎn)生，也能從整體上降低儲(chǔ)層的熱損失。

(3)補(bǔ)充地層能量。氮?dú)庾⑷氲降叵潞螅幱趬嚎s狀態(tài)，當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程中儲(chǔ)層壓力降低后，壓縮系數(shù)較大的氮?dú)鈺?huì)急劇膨脹，補(bǔ)充地層能量，增加吞吐動(dòng)力。

三、應(yīng)用效果

1.鉆孔隔熱

不注氮?dú)獾那闆r下，在柳5X井中進(jìn)行蒸汽注入的過(guò)程中，在井深4 100 m處蒸汽干燥率下降至48.3%，井筒熱損失達(dá)到16%。而在注氮的情況下，蒸汽通過(guò)井口的熱損失明顯降低，第一輪不注氮?dú)獾臒釗p失測(cè)試從2018年5月14日至29日進(jìn)行，于2018年5月17日在注汽過(guò)程中對(duì)井筒熱損失進(jìn)行了測(cè)試。第二輪加注氮的熱損失測(cè)試從2018年6月8日至12日進(jìn)行，并于6月10日對(duì)井口熱損失進(jìn)行測(cè)試，對(duì)比結(jié)果如表3。

表3 柳5X井井筒熱損失測(cè)試

從表3中可以看出，注氮后，柳5X井的井眼熱損失很小。其原因在于：在實(shí)際的生產(chǎn)測(cè)試中，注氣階段和生產(chǎn)后的舉升過(guò)程，高溫流體都要通過(guò)油管轉(zhuǎn)移，而油管本身的導(dǎo)熱系數(shù)很高，過(guò)程中會(huì)造成很大的熱損失，但由于氮的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，其本身可作為天然的隔熱材料，能顯著降低井眼的熱損失。

2.多元復(fù)合吞吐擴(kuò)展工藝

根據(jù)青西油田油藏特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了六種配套技術(shù)：

(1)井眼軌跡控制系統(tǒng)[10]，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程中的精確定位。

(2)管充砂控制技術(shù)，改善近井滲流能力強(qiáng)，延長(zhǎng)防砂有效期。

(3)蒸汽分配閥，實(shí)現(xiàn)水平井均勻注汽[11]，提高采油量和儲(chǔ)量生產(chǎn)水平。

(4)引進(jìn)2臺(tái)48 t/h 和14.5 MPa注入壓力的蒸汽發(fā)生器，部分改變了輕質(zhì)原油替代原油的生產(chǎn)方式。

(5)水平泵技術(shù)解決了埋藏深度淺和壓差低的問(wèn)題[12]。

(6)蒸汽吞吐三套新軟件～吹氣循環(huán)預(yù)警系統(tǒng)，參數(shù)優(yōu)化和數(shù)值模擬實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)跟蹤已開(kāi)發(fā)，從而使開(kāi)發(fā)達(dá)到了更高的水平。

綜合運(yùn)用多元復(fù)合吞吐技術(shù)工藝與上述6點(diǎn)配套工藝對(duì)柳5X井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果如表4。

表4 柳5X井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

截至2018年10月，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試表明，柳5X井具有非常良好的開(kāi)發(fā)效果，開(kāi)發(fā)過(guò)程中蒸汽、氮?dú)狻⒂腿苄越叼┯昧枯^大，目前三輪生產(chǎn)周期的累計(jì)產(chǎn)油量達(dá)10 750 t。