塔河縫洞型油藏注氮?dú)夤に噮?shù)優(yōu)化研究

王建海，李娣，曾文廣，馬清杰，葛際江，管潤(rùn)紅

（1.中國(guó)石化西北油田分公司石油工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580；3.中國(guó)石化中原油田分公司采油三廠，山東 莘縣 252429）

0 引言

塔河油田碳酸鹽巖油藏的儲(chǔ)集空間以裂縫、溶洞為主[1]。目前注水替油是油藏主要提高采收率手段之一[2-3]，但隨著油田開(kāi)發(fā)，注水替油井逐年增加，失效井也越來(lái)越多，注水替油效果逐年變差。針對(duì)注水替油失效難題，目前提出了注氣作為接替技術(shù)[4-9]。注氣主要通過(guò)重力分異作用使氣體進(jìn)入構(gòu)造高部位形成次生氣頂，達(dá)到驅(qū)替頂部“洞頂油”的目的。2012年4月在TK404井進(jìn)行注氮?dú)馓岣卟墒章试囼?yàn)[10]，累計(jì)注入液氮755 m3，第一周期注氣累計(jì)產(chǎn)液7 676 t，累計(jì)產(chǎn)油2 659 t，試驗(yàn)獲得成功。為了進(jìn)一步將注氣技術(shù)從由單井吞吐向單元區(qū)塊進(jìn)行推廣，就有必要對(duì)縫洞型油藏單元注氣工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。因此，本文通過(guò)理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)總結(jié)分析，對(duì)影響注氣效果的注氣量、注氣速度、燜井時(shí)間、開(kāi)井工作制度等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)注氣工藝參數(shù)[11]，以指導(dǎo)注氣現(xiàn)場(chǎng)施工，達(dá)到提高注氣工藝效果的目的。

1 注氮?dú)夤に噮?shù)優(yōu)化

1.1 注氣量

注氣量是影響注氣效果的重要因素，注氣量過(guò)小則難以與地下原油充分發(fā)揮作用，注氣量過(guò)大則易造成氣體回竄以及降低注氣經(jīng)濟(jì)性，注氣量設(shè)計(jì)應(yīng)以油藏剩余油估算和注氣補(bǔ)能情況為依據(jù)。

1.1.1 剩余油估算

塔河注氮?dú)馐┕?duì)象多為定容特征明顯的注水替油失效井，縫洞型油藏儲(chǔ)集體地下展布不規(guī)則，可采用油藏工程方法根據(jù)油藏壓力變化和油井注采情況對(duì)剩余油進(jìn)行估算，原油壓縮系數(shù)定義公式為[12]

式中：Co為原油體積壓縮系數(shù)，取值0.001 1 MPa-1；Vo為地下原油體積，m3；p 為地層壓力，MPa；ΔVo為注水后原油體積變化，m3；Δp為注水后地層壓力變化，MPa；Vin為注入水體積，m3。

因此，可以得到地層壓力與累計(jì)注水量的關(guān)系式：

式中：p1為注水后地層壓力，MPa；p0為注水前地層壓力，MPa。

地層壓力變化可近似于井口壓力變化，對(duì)于注水替油井，注水指示曲線能夠很好地反映累計(jì)注水量與井口壓力的關(guān)系。以TK7-619CH井為例，該井最后一輪次注水指示曲線見(jiàn)圖1。

圖1 TK7-619CH井最后一輪次注水指示曲線

由圖1可以得到實(shí)際注水指示曲線y=ax+b，再根據(jù)式（2）得到斜率a=1/CoVo，TK7-619CH井剩余油Vo=1/aCo=1/0.01/0.001 1=909 09 m3。

1.1.2 注氣量設(shè)計(jì)

TK7-619CH井井深5 800 m，注氣前液面2 700 m，折算地層壓力35.3 MPa，擬注氣后井口壓力達(dá)到最后一輪次注水拐點(diǎn)壓力15.0 MPa，液面補(bǔ)到井口，折算注氣后地層壓力76.1 MPa。則需要補(bǔ)充的地層能量：Δp=76.1-35.3=40.8 MPa；需要補(bǔ)充的地下體積：ΔV=Δp/a=40.8/0.01=4 080 m3。

氣水混注過(guò)程中，氣水比為

式中：Φ為氣水混注比；qg，qw分別為地面注氣、注水速度，m3/h。

前期注氮?dú)膺^(guò)程中，井筒壓力梯度和氣水比關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 井筒壓力梯度與氣水比的關(guān)系

井筒壓力梯度為

式中：α為井筒壓力梯度，MPa/100 m；Δpr為氣啟動(dòng)壓力，取5 MPa；p3為注入氮?dú)夂笥筒氐貙訅毫?，MPa；p4為注入壓力，根據(jù)注氣設(shè)備能力計(jì)算，取35 MPa。

利用式（4）計(jì)算得出 α=0.794 8 MPa/100 m，再根據(jù)圖2的擬合方程，得到氣水比Φ=527。

當(dāng)注氣速度為4 800 m3/h時(shí)，注水速度qw=4 800/527=9.1 m3/h，則總的注氣時(shí)間。

設(shè)計(jì)注氣量 Qg=4 800×164.5=78.9×104m3；設(shè)計(jì)伴注水量 Qw=9.1×164.5=1 497 m3。

1.2 注氣速度

當(dāng)氣水混注過(guò)程中，注氣速度主要考慮 “氣液滑脫”的影響[13]。塔河注氣井注氣壓力一般控制在30 MPa以?xún)?nèi)，油管直徑多為88.9 mm和73.02 mm的組合，由表1可以看出，當(dāng)注氣速度大于6.00×104m3/d時(shí)，就能夠滿(mǎn)足攜液要求。

表1 氣水混注井不同油管直徑和注入壓力下臨界攜砂注氣速度

目前，現(xiàn)場(chǎng)注氣設(shè)備排量主要有900，1 200，1 800，3 000 m3/h 4種22套。通過(guò)優(yōu)化設(shè)備組合，確保單井注氣速度在6.00×104m3/d以上，可縮短注氣時(shí)間，提高生產(chǎn)時(shí)效，同時(shí)降低高壓施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 燜井時(shí)間

在注氮?dú)膺^(guò)程中，燜井時(shí)間是影響注氣效果的一個(gè)重要因素[14]。注入氮?dú)馀c原油的重力分異作用需要一定的時(shí)間，是一相對(duì)緩慢的過(guò)程，若燜井時(shí)間過(guò)短，氮?dú)馀c原油作用不充分，不能充分發(fā)揮氮?dú)庵亓︱?qū)替作用，注氣效果較差；若燜井時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，注入氮?dú)庖紫虻貙由钐帞U(kuò)散或回吐到井筒，造成井口壓力升高，不利于氮?dú)庠诘貙拥膬?chǔ)集：因此，需要確定合理的燜井時(shí)間。前期48井次周期受效結(jié)束井或即將結(jié)束井的燜井時(shí)間與周期累計(jì)產(chǎn)油量統(tǒng)計(jì)表明：燜井時(shí)間在20 d以?xún)?nèi)注氣井周期累產(chǎn)油較高；當(dāng)燜井時(shí)間超過(guò)20 d后，注氣井累產(chǎn)油呈下降趨勢(shì)。燜井時(shí)間超過(guò)20 d后，注入氮?dú)饣蛘呦蛱妓猁}巖縫洞型油藏深入逸散，或者回吐到井筒造成燜井壓力升高，不利于注入氮?dú)庠诘貙拥馁A存，影響注氣開(kāi)發(fā)效果，因此，注氣井燜井時(shí)間不宜超過(guò)20 d。

1.4 開(kāi)井工作制度

注氣井開(kāi)井后，應(yīng)根據(jù)油井情況合理優(yōu)化油嘴直徑；對(duì)于含水油井，通常采用的嘴流計(jì)算公式為[15]：

式中：Q 為產(chǎn)液量，t/d；fw為含水率；pt為井口油壓，MPa；d 為油嘴直徑，mm。

以T416井為例，進(jìn)行開(kāi)井工作制度（油嘴）優(yōu)化設(shè)計(jì)，T416井注氣后開(kāi)井初期選擇4 mm油嘴，日產(chǎn)液平均30 t/d左右，油壓平均6.11 MPa。開(kāi)井初期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

根據(jù)Q=J（pr-pwf）計(jì)算不同產(chǎn)液量對(duì)應(yīng)的井底流壓，再通過(guò)通過(guò)Beggs-Brill方法計(jì)算井底流壓對(duì)應(yīng)的井口油壓[15]，從而得到油管工作曲線（TPR曲線及油壓與產(chǎn)液量的關(guān)系曲線）；根據(jù)嘴流計(jì)算公式，得出不同油嘴的嘴流曲線（見(jiàn)圖3）。T416井初期自噴時(shí)，平均井口油壓為6.11 MPa，油嘴4 mm。根據(jù)圖3以及T416井目前油壓情況，可將油嘴上調(diào)至6～8 mm，產(chǎn)液量將提高到 60～90 m3/d。

表2 T416開(kāi)井初期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

此外，氣水混注井開(kāi)井初期采用大工作制度，能夠縮短排液周期，提高生產(chǎn)時(shí)效；但是注氣井見(jiàn)油后，應(yīng)保持合理生產(chǎn)壓差，控制液面，生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)調(diào)整，以延長(zhǎng)油井生產(chǎn)時(shí)間。

圖3 T416井嘴流曲線及TPR曲線

2 注氣開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

以TK7-619CH井為例。該井按照1.1部分設(shè)計(jì)注氣量為 80×104m3，設(shè)計(jì)注水量為 1 500 m3，氣水比 530∶1；注氣速度為3 900 m3/h。該井2013年4月5日完成注氣，2013年4月15日，以4 mm油嘴生產(chǎn)，燜井時(shí)間20 d，截至評(píng)價(jià)結(jié)束，累計(jì)產(chǎn)油1 504.8 t，效果顯著。

截至2013年底，塔河縫洞型油藏累計(jì)施工102口井/127井次，累計(jì)產(chǎn)油97 040 t，進(jìn)行注氣施工及燜井21口，在排液25口，已評(píng)價(jià)明確56口，其中完成單周期20口/25井次，無(wú)效7口，有效率87.5%。

3 結(jié)論

1）應(yīng)用油藏工程方法對(duì)塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏注氣量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，注氣速度考慮 “氣液滑脫”影響，以大于6.00×104m3/d為宜；燜井時(shí)間不宜超過(guò)20 d；工作制度優(yōu)化主要采用嘴流公式和多項(xiàng)管流公式進(jìn)行油嘴設(shè)計(jì)。

2）注氮?dú)饧夹g(shù)可大幅提高塔河油田縫洞型碳酸鹽巖油藏采收率，2013年累計(jì)施工102口井/127井次，累產(chǎn)油97 040 t，在塔河油田具有較強(qiáng)的推廣空間。

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