稠油油藏尿素輔助蒸汽驅(qū)特征研究

牛保倫，林偉民，鄧瑞健，張 章，楊昌華

(1.中石化中原油田分公司，河南 濮陽(yáng) 457001;2.中石化中原石油工程公司，河南 濮陽(yáng) 457001)

引 言

BQ區(qū)塊油層埋深為230.0～360.6 m，地層傾角為12°，有效厚度為 6.2～14.4 m，孔隙度為20.6% ～39.1%，滲透率為 0.464 ～7.707 μm2，原始含油飽和度為50.0% ～88.5%，油層溫度下脫氣原油黏度為54000 mPa·s，為淺薄層超稠油油藏。自1989年投入開(kāi)發(fā)以來(lái)，采用蒸汽吞吐方式，平均單井吞吐8.1周期，面臨地層壓力低(平均壓力為1.0～1.5 MPa)、地下存水率高的難題，蒸汽吞吐已達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限。但目前采出程度為22%，井間存在大量剩余油，為進(jìn)一步提高井間動(dòng)用程度，擬采取氣體輔助蒸汽驅(qū)方式以提高油藏壓力、擴(kuò)大波及范圍。室內(nèi)研究表明，氣體輔助蒸汽驅(qū)已成為稠油油藏提高采收率有效手段［1－4］，但受氣源及空氣安全性等限制，氣體輔助蒸汽驅(qū)并未大規(guī)模推廣，而通過(guò)化學(xué)劑間接生成氣體，可有效解決氣源問(wèn)題，并可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)控制氣體的生成速率，進(jìn)一步提高蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)效果。

尿素輔助蒸汽驅(qū)［5－8］是通過(guò)尿素在地層中分解產(chǎn)生CO2和NH3，間接實(shí)現(xiàn)氣體輔助蒸汽驅(qū)油。理論分析其驅(qū)油機(jī)理為CO2及NH3對(duì)稠油溶解乳化降黏作用，同時(shí)氣體增加蒸汽的波及范圍。以BQ區(qū)塊油藏物性為基礎(chǔ)，利用建立的尿素輔助蒸汽驅(qū)模型［9］，分析了其驅(qū)油特征，揭示了其提高采收率機(jī)理，對(duì)于尿素輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)的推廣具有重要意義。

1 油藏開(kāi)發(fā)概況

依據(jù)BQ區(qū)塊油藏參數(shù)，建立了4個(gè)反九點(diǎn)井網(wǎng)，其中注入井4口，生產(chǎn)井21口，井距為70 m×100 m。建立精細(xì)地質(zhì)模型后，網(wǎng)格粗化為45×55×9，步長(zhǎng)為10 m。在21 a蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)歷史擬合基礎(chǔ)上，模擬了蒸汽驅(qū)與尿素輔助蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，其中尿素輔助蒸汽驅(qū)注入方式為:蒸汽預(yù)熱段塞、尿素段塞、蒸汽段塞，并依此循環(huán)。通過(guò)數(shù)值模擬方法，分析尿素輔助蒸汽驅(qū)的開(kāi)發(fā)特征及采收率構(gòu)成。

2 尿素輔助蒸汽驅(qū)油特征

2.1 蒸汽預(yù)熱階段

尿素的臨界分解溫度為150℃，針對(duì)尿素輔助蒸汽驅(qū)技術(shù)，對(duì)近井周圍油藏加熱，可提高尿素的分解程度，同時(shí)降低近井周圍稠油的堵塞，使后續(xù)注入的尿素更均勻推進(jìn)。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，以80 m3/d的注汽速度，注入溫度為200℃、井底干度為0.5的蒸汽4 d后，近井周圍3～4 m內(nèi)溫度可升至150℃以上，有助于尿素的快速分解。

2.2 尿素注入階段

模擬了單周期注入30 t尿素(約11200 m3CO2和22400 m3NH3)后，注入井周圍黏度的變化情況(表1)。數(shù)值模擬計(jì)算表明，在注入30 t尿素后，注入井周圍30 m以內(nèi)降黏率達(dá)到30%以上。其中注入井周圍10 m內(nèi)CO2在稠油中溶解摩爾分?jǐn)?shù)可達(dá)50%以上，稠油降黏率達(dá)到85%以上，這對(duì)后續(xù)蒸汽驅(qū)非常有利，可有效降低蒸汽驅(qū)的啟動(dòng)壓力，同時(shí)加快蒸汽的運(yùn)移速度，有利于擴(kuò)大蒸汽在油藏深部加熱降黏范圍，提高蒸汽的熱利用率。

表1 尿素注入后注采井間黏度變化

2.3 蒸汽驅(qū)階段

根據(jù)油藏內(nèi)溫度差異，將注采井之間劃分為5個(gè)區(qū)域，包括高溫蒸汽區(qū)、高溫水區(qū)、低溫水區(qū)、冷水區(qū)和未波及區(qū)，如圖1所示。結(jié)合注采井間油中CO2摩爾分?jǐn)?shù)分布(圖2)及溫度場(chǎng)(圖3、4)情況，對(duì)尿素輔助蒸汽驅(qū)的5個(gè)區(qū)域進(jìn)行了分析:

圖1 尿素輔助蒸汽驅(qū)過(guò)程

(1)高溫蒸汽區(qū)。此區(qū)域位于注入井周圍，溫度可達(dá)200℃以上，同時(shí)壓力最高。由圖1、2可知，此區(qū)域存在未飽和CO2的區(qū)域，這是由于CO2在稠油中溶解度隨溫度升高而降低，同時(shí)隨著蒸汽的注入，已分解產(chǎn)生的CO2逐漸被蒸汽驅(qū)替進(jìn)入油藏深部，注入井周圍CO2含量降低。

對(duì)比圖3、4可知，由于尿素分解氣能提高油藏壓力，可提高水的蒸汽壓，因此相對(duì)于蒸汽驅(qū)，尿素輔助蒸汽驅(qū)注入井周圍溫度較高，可達(dá)到260℃左右。

高溫蒸汽區(qū)內(nèi)油藏溫度最高，稠油黏度最低，同時(shí)受蒸汽及尿素分解氣的驅(qū)替作用，剩余油最少。

(2)高溫水區(qū)。注入的蒸汽逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴?qū)，在注入井略遠(yuǎn)區(qū)域存在一個(gè)溫度仍較高的高溫水區(qū)。由圖2、4可知，該區(qū)域溫度略有降低，但CO2含量仍較高，該區(qū)域稠油基本處于飽和CO2狀態(tài)，同時(shí)NH3·H2O能降低油水界面張力，該區(qū)域稠油流動(dòng)性較好，剩余油量較少。

圖2 尿素輔助蒸汽驅(qū)第1周期注采井間稠油中CO2摩爾分?jǐn)?shù)分布

圖3 蒸汽驅(qū)第1周期不同階段注采井間溫度場(chǎng)

圖4 尿素輔助蒸汽驅(qū)第1周期不同階段注采井間溫度場(chǎng)

(3)低溫水區(qū)。隨著蒸汽驅(qū)的不斷前移，熱水的溫度逐漸降低，形成溫度較低而CO2富集的低溫水區(qū)。由于溫度的降低，熱作用降黏率降低，此區(qū)域CO2溶解能力高于高溫水區(qū)，低溫水區(qū)是CO2溶解降黏的主要區(qū)域，同時(shí)在該區(qū)域尿素輔助蒸汽驅(qū)的開(kāi)發(fā)效果明顯高于蒸汽驅(qū)。

(4)冷水區(qū)。該區(qū)域水驅(qū)溫度已經(jīng)很低，接近于油藏溫度。由于CO2流動(dòng)性強(qiáng)于水，在蒸汽驅(qū)前緣以CO2溶解降黏為主，熱降黏效果很弱，剩余油較多。

(5)未波及到區(qū)域。在蒸汽突破前，生產(chǎn)井底周圍溫度較低，稠油流動(dòng)困難。大部分蒸汽驅(qū)井網(wǎng)都經(jīng)過(guò)蒸汽吞吐階段，該區(qū)域溫度高于油藏原始溫度，剩余油也較少。對(duì)于一些生產(chǎn)井井底溫度過(guò)低，稠油黏度高而導(dǎo)致無(wú)產(chǎn)液量的井，建議采用蒸汽吞吐引效的方式，即在尿素輔助蒸汽驅(qū)的同時(shí)，生產(chǎn)井采用蒸汽吞吐的開(kāi)發(fā)方式，引導(dǎo)蒸汽驅(qū)前緣的前移，提高生產(chǎn)井的產(chǎn)量。

3 尿素輔助蒸汽驅(qū)提高采收率的構(gòu)成

為分析CO2、NH3各自對(duì)采收率的貢獻(xiàn)，在模型中選用直接注入尿素分解后的氣體，即CO2與NH3的注入比例為1∶2，等效尿素量為1 t，單周期尿素注入量為30 t;為分析CO2降黏機(jī)理與增壓機(jī)理各自的貢獻(xiàn)值，選取了稠油中溶解度較小的N2作為對(duì)比。同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中需要注入預(yù)熱段塞，注入方式為:預(yù)熱段塞3～5 d，尿素及 CO2、NH3、N2段塞1 ～2 d，后續(xù)蒸汽段塞23 ～26 d，單周期合計(jì)30 d，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

模擬結(jié)果表明，尿素(CO2+NH3)輔助蒸汽驅(qū)的采收率提高了7.4%，由于NH3、CO2的輔助作用，蒸汽驅(qū)的采收率得到了進(jìn)一步提高。其中蒸汽驅(qū)與NH3輔助蒸汽驅(qū)最終提高采收率幅度相近，說(shuō)明NH3對(duì)采收率的貢獻(xiàn)不大。這是由于NH3極易溶于水，對(duì)油藏?zé)o增壓作用。

CO2輔助蒸汽驅(qū)較蒸汽驅(qū)采收率提高了5.62%，因此尿素輔助蒸汽驅(qū)中CO2對(duì)采收率的貢獻(xiàn)大于NH3。其原因?yàn)?注入井周圍溫度較高，降低了CO2在稠油中的溶解度，加速了CO2向深部區(qū)域擴(kuò)散，有利于蒸汽波及范圍的擴(kuò)大;同時(shí)，受重力差異的影響，蒸汽對(duì)油藏底部加熱效果較好，而攜帶熱量的CO2可以加熱頂部油藏，進(jìn)一步擴(kuò)大蒸汽的縱向波及范圍。

N2輔助蒸汽驅(qū)以增壓機(jī)理為主，可提高采收率4.3%，而CO2輔助蒸汽驅(qū)具有溶解降黏和增壓雙重機(jī)理，相對(duì)于N2輔助蒸汽驅(qū)提高了1.32%，但提高幅度不大，說(shuō)明在難以混相的稠油油藏中，CO2增加油藏壓力是提高采收率的重要途徑。

表2 目標(biāo)井組30個(gè)周期不同開(kāi)發(fā)方式注采參數(shù)

4 結(jié)論

(1)尿素輔助蒸汽驅(qū)可依據(jù)地層溫度將注采井間劃分為5個(gè)區(qū)域，包括高溫蒸汽區(qū)、高溫水區(qū)、低溫水區(qū)、冷水區(qū)和未波及區(qū)，其中CO2在低溫水區(qū)的降黏增壓作用是提高采收率的主要途徑。

(2)尿素輔助蒸汽驅(qū)利用CO2增壓和降黏、NH3弱乳化的效果、氣體重力差異等作用，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)大蒸汽波及范圍、降黏及提高驅(qū)替效率的效果，CO2是提高采收率的主要貢獻(xiàn)因素。

(3)尿素輔助蒸汽驅(qū)較蒸汽驅(qū)采收率可提高7.4%，其中CO2對(duì)采收率貢獻(xiàn)較大。在非混相狀態(tài)下，CO2的增壓作用對(duì)采收率貢獻(xiàn)較大。

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