注蒸汽開(kāi)發(fā)后期稠油藏火驅(qū)高溫燃燒特征

程宏杰 顧鴻君 刁長(zhǎng)軍 汪良毅 王波生

（1.中國(guó)石油 新疆油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依834000；2.中國(guó)石油 新疆油田公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依834000）

1 油藏簡(jiǎn)況

在精細(xì)油藏地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)油藏工程研究、物理模擬研究的結(jié)果［1－5］，將試驗(yàn)區(qū)選擇在儲(chǔ)集層物性條件較好且剩余儲(chǔ)量豐度較大的一個(gè)區(qū)域（圖1）。

圖1 新疆油田火驅(qū)試驗(yàn)區(qū)井網(wǎng)部署示意Fig.1 Well pattern chart of the fire drive experiment zone in Xinjiang oil field

試驗(yàn)區(qū)油藏埋深580m，縱向上自上而下分為4個(gè)砂層組，其中第4砂層組為本試驗(yàn)?zāi)康膶?。該層巖性主要為砂礫巖，巖石顆粒分選差，膠結(jié)類型以接觸式、接觸－孔隙式為主，膠結(jié)程度中等－疏松，孔隙組合類型以原生粒間孔－剩余粒間孔－粒內(nèi)溶孔為主。

目的層平均砂層厚度11.4m，平均油層厚度9.6m，孔隙度25.4%，滲透率760×10－3μm2；原始地層壓力6.41MPa，原始油層溫度23.9℃，原始含油飽和度67%，原油密度0.938g／cm3，50℃脫氣原油黏度1Pa·s。

試驗(yàn)區(qū)1991年蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)，1997年開(kāi)展蒸汽驅(qū)，2008年整體上返，實(shí)施火驅(qū)試驗(yàn)前采出程度28.9%，含水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）96.8%，油氣比（質(zhì)量比）為0.15，剩余油飽和度為58%。

2 燃燒階段劃分

根據(jù)注蒸汽開(kāi)發(fā)后期稠油藏火驅(qū)開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，可分為煙道氣驅(qū)、產(chǎn)量上升、高溫穩(wěn)產(chǎn)、氧氣突破4個(gè)階段［6］。

煙道氣驅(qū)階段：油層燃燒面積小，溫度場(chǎng)和油墻離生產(chǎn)井較遠(yuǎn)，生產(chǎn)井附近原油黏度較高，以燃燒后的煙道氣剝離孔隙殘余油為主，油井尚未受到熱效影響，產(chǎn)量、井底溫度無(wú)變化，惟有油層壓力隨著注氣量的增加而上升，生產(chǎn)井產(chǎn)出液含水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在95%以上，產(chǎn)出氣中CO2體積分?jǐn)?shù)保持在10%以上，說(shuō)明油層已建立穩(wěn)定燃燒帶，并向四周生產(chǎn)井推進(jìn)。

產(chǎn)量上升階段：燃燒面積不斷擴(kuò)大，此階段生產(chǎn)井普遍見(jiàn)效，產(chǎn)油量增加2～5倍，原油輕質(zhì)餾分增加，密度、黏度下降，井底溫度緩慢上升，油井含水下降。

高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段：高溫溫度場(chǎng)和油墻靠近生產(chǎn)井，生產(chǎn)井附近溫度較高，原油改質(zhì)特征明顯，生產(chǎn)井含水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）穩(wěn)定在40%左右，是產(chǎn)油高峰期。此時(shí)，游離水中SO2－4、Cl－、Fe2＋含量增加，pH值下降。

氧氣突破階段：氧氣到達(dá)生產(chǎn)井附近，氧氣體積分?jǐn)?shù)超過(guò)警戒線（5%），需要關(guān)閉生產(chǎn)井。

3 高溫燃燒特征

試驗(yàn)區(qū)經(jīng)歷煙道氣驅(qū)、產(chǎn)量上升2個(gè)階段，2010年6進(jìn)入高溫穩(wěn)產(chǎn)階段。該階段是火驅(qū)主力產(chǎn)油階段（表1），燃燒特征明顯。下面重點(diǎn)對(duì)該階段燃燒特征進(jìn)行闡述。

表1 試驗(yàn)區(qū)不同階段生產(chǎn)參數(shù)Table 1 Production parameters of different stages in the experiment zone

3.1 溫度變化特征

試驗(yàn)區(qū)P2井既是一口生產(chǎn)井，也是一口生產(chǎn)監(jiān)測(cè)井，用于監(jiān)測(cè)火驅(qū)前緣燃燒溫度。該井距離I2注氣井70m。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，試驗(yàn)區(qū)初期處于低溫燃燒階段，火驅(qū)前緣溫度較低；隨著火驅(qū)燃燒半徑逐漸擴(kuò)大，火驅(qū)前緣溫度逐漸升高，達(dá)到高溫燃燒后保持在400℃以上（圖2）。

3.2 火驅(qū)前緣變化特征

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)整過(guò)程中，需要密切關(guān)注火驅(qū)前緣變化情況［7］，及時(shí)根據(jù)油井生產(chǎn)變化情況和注氣井注氣壓力情況采取調(diào)控措施，保證火驅(qū)前緣盡量向四周均勻推進(jìn)。

根據(jù)試驗(yàn)區(qū)油藏特征和火驅(qū)特點(diǎn)制定了生產(chǎn)井調(diào)控依據(jù)：（1）單井產(chǎn)氣量超過(guò)5 000m3／d且產(chǎn)液量＜5t／d的井；（2）單純產(chǎn)氣的一線井；（3）產(chǎn)液溫度變化劇烈的生產(chǎn)井。

圖2 P2井監(jiān)測(cè)溫度曲線Fig.2 Monitored temperature curve of Well P2

結(jié)合室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及數(shù)字模擬手段建立了“一調(diào)、二控、三監(jiān)測(cè)、四結(jié)合”的火線前緣調(diào)控技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)綜合調(diào)控，保證了火驅(qū)前緣盡量向四周穩(wěn)定推進(jìn)，同時(shí)也起到了穩(wěn)定注氣井注氣壓力的作用。

目前，試驗(yàn)區(qū)平均燃燒半徑（r）為45.7m，燃燒速度（v）為4.1cm／d（表2）。受油層非均質(zhì)性影響，火驅(qū)前緣平面、縱向推進(jìn)速度差異明顯。如I2井組火驅(qū)前緣平面沿P2和P7方向推進(jìn)速度快（圖3），呈指狀推進(jìn)。目前這2口井溫度達(dá)到400℃以上，產(chǎn)出高溫霧狀液體，含水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）95%以上；縱向上，高滲層推進(jìn)速度快，低滲層推進(jìn)速度很慢甚至未動(dòng)用；如何啟動(dòng)低滲層，擴(kuò)大波及體積，是今后跟蹤調(diào)整的一項(xiàng)重要任務(wù)。

表2 試驗(yàn)區(qū)火驅(qū)燃燒參數(shù)Table 2 Combustion parameters of fire drive in the experiment zone

3.3 原油改質(zhì)特征

通過(guò)原油全烴氣相色譜和紅外色譜檢測(cè)，由于高溫裂解作用，試驗(yàn)區(qū)原油改質(zhì)作用強(qiáng)，輕質(zhì)組分含量上升，黏度明顯下降。飽和烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由62.6%上升到69.5%，芳香烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由19.9%下降到15.5%，膠質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由15.0%下降到11.5%，瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.4%下降到2.2%（圖4）；20℃時(shí)原油黏度由16 500mPa·s下降到3 381mPa·s，降黏率79.5%（表3）。

圖3 試驗(yàn)區(qū)I2井組火驅(qū)前緣縱向分布Fig.3 Longitudinal distribution of fire drive front of Well I2in the experiment zone

表3 試驗(yàn)區(qū)火驅(qū)試驗(yàn)前后原油物性變化Table 3 Contrast of parameters of crude oil after fire driving in the experiment zone

圖4 試驗(yàn)區(qū)火驅(qū)試驗(yàn)前后原油組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比圖Fig.4 Contrast of crude oil components after fire driving in the experiment zone

3.4 高溫燃燒指標(biāo)變化特征

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)出氣體CO2體積分?jǐn)?shù)保持在13.0%以上（高溫燃燒一般10%以上），CO體積分?jǐn)?shù)維持在0.1%左右（圖5）；氧氣利用率在93%以上，視氫碳原子比為1.37（高溫燃燒視氫碳原子比＜2.0，圖6）：總體反應(yīng)試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)穩(wěn)定，燃燒狀態(tài)良好。

圖5 試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)出氣體組分體積分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.5 Time－dependent curves of volume fraction of gas components in the experiment zone

圖6 試驗(yàn)區(qū)燃燒指標(biāo)變化曲線Fig.6 Time－dependent curves of combustion parameters in the experiment zone

4 結(jié)論

a.國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)注蒸汽開(kāi)發(fā)后期稠油藏火驅(qū)高溫燃燒，成功進(jìn)入高溫穩(wěn)產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)提高采收率30%以上。

b.受油層非均質(zhì)性影響，火驅(qū)前緣平面、縱向推進(jìn)速度差異明顯，高滲層推進(jìn)速度快，低滲層推進(jìn)速度很慢甚至未動(dòng)用。

c.試驗(yàn)區(qū)高溫燃燒特征明顯，原油改質(zhì)作用明顯，原油物性“一升四降”。

［1］關(guān)文龍，馬德勝，梁金中，等.火驅(qū)儲(chǔ)層區(qū)帶特征實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31（1）：100－104.

［2］關(guān)文龍，席長(zhǎng)豐，陳亞平，等.稠油油藏注蒸汽開(kāi)發(fā)后期轉(zhuǎn)火驅(qū)技術(shù)［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011，38（4）：452－461.

［3］關(guān)文龍，吳淑紅，梁金中，等.從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)看火驅(qū)輔助重力泄油技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，31（4）：67－72.

［4］馬德勝，關(guān)文龍，張霞林，等.用熱失重分析法計(jì)算火驅(qū)實(shí)驗(yàn)油層飽和度［J］.新疆石油地質(zhì)，2009，30（6）：714－716.

［5］王艷輝，陳亞平，李少池.火燒驅(qū)油特征的實(shí)驗(yàn)研究［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2000，27（1）：69－71.

［6］王彌康，張毅，黃善波，等.火燒油層熱力采油［M］.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，1998：245－280.

［7］關(guān)文龍，梁金中，吳淑紅，等.礦場(chǎng)火驅(qū)過(guò)程中火線預(yù)測(cè)與調(diào)整方法［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，33（5）：157－161.