薄層稠油油藏多組分SAGD物理模擬試驗(yàn)研究

彭旭

(中石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦124010)

?

薄層稠油油藏多組分SAGD物理模擬試驗(yàn)研究

彭旭

(中石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦124010)

針對(duì)S塊薄層超稠油油藏原油黏度大、蒸汽吞吐產(chǎn)能低的難題，室內(nèi)開展了高壓二維比例物理模擬試驗(yàn)，研究了SAGD及多組分SAGD蒸汽腔發(fā)育規(guī)律、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征及開發(fā)效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，該油藏雙水平井SAGD蒸汽腔上升速度快、橫向擴(kuò)展及下降速度慢。生產(chǎn)特點(diǎn)是：產(chǎn)量上升速度快，穩(wěn)產(chǎn)期短，生產(chǎn)時(shí)間短。添加煙道氣和降黏劑后，擴(kuò)大了蒸汽波及體積，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間1.4a，提高采收率4.3%，最終達(dá)60%。

薄層油藏；SAGD；水平井；多組分SAGD；物理模擬

S油藏為一淺層超稠油油藏，儲(chǔ)層孔隙度30.5%，滲透率2.20D，為高孔、高滲儲(chǔ)層；有效厚度薄，平均12m，油層地面原油密度平均1.005g/cm3；50℃地面原油黏度為46700mPa·s。由于原油黏度大、夾層發(fā)育，蒸汽吞吐等方式開發(fā)效果較差，初期有產(chǎn)能但生產(chǎn)時(shí)間短、油汽比低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效動(dòng)用，亟待尋找更有效的開發(fā)方式。

蒸汽輔助重力泄油(SAGD)以及多組分SAGD是開發(fā)超稠油的一項(xiàng)有效技術(shù)，其機(jī)理研究及礦場(chǎng)試驗(yàn)日臻成熟[1～4]。將目標(biāo)區(qū)與國(guó)外SAGD油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)[5～7]進(jìn)行比較，如表1所示。標(biāo)準(zhǔn)要求油藏連續(xù)厚度大于20m，而S油藏平均厚度僅為12m，低于標(biāo)準(zhǔn)值。為了降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，在室內(nèi)建立了符合油藏特點(diǎn)的雙水平井SAGD物理模型，開展了SAGD及多組分SAGD試驗(yàn)。

表1 S油藏應(yīng)用SAGD開發(fā)評(píng)價(jià)

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用了一套大型高溫高壓二維比例物理模擬裝置(圖1)，模型幾何尺寸：500mm×500mm×40mm。包括注入系統(tǒng)、模型本體、覆壓系統(tǒng)、采出系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與后處理軟件5部分。

1)注入系統(tǒng) 主要包括美國(guó)Quizix6000型高壓精密計(jì)量泵、蒸汽發(fā)生器、氣體流量計(jì)、氣液混合器。注入系統(tǒng)向井網(wǎng)模型提供一定溫度、流速、干度的蒸汽，以及蒸汽與非凝結(jié)氣的混合物。

2)模型系統(tǒng) 用于模擬儲(chǔ)層原型，由蓋層、油層、底層構(gòu)成。油層中不同位置可以布設(shè)溫度、壓力測(cè)試點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)模型溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)變化。模擬井管采用?8mm不銹鋼管，射孔方式采用激光割縫。模型系統(tǒng)耐溫350℃，壓力10MPa。

3)覆壓系統(tǒng) 是給井網(wǎng)模型施加上覆壓力的。由覆壓缸、自動(dòng)跟蹤泵、安全閥等構(gòu)成。

4)采出系統(tǒng) 由回壓控制器、氣液分離裝置、濕式氣體流量計(jì)、煙氣收集凈化裝置、電子天平等構(gòu)成。可以實(shí)現(xiàn)模擬油藏定壓力開采，同時(shí)可對(duì)產(chǎn)出流體進(jìn)行分離和精確計(jì)量。

5)數(shù)據(jù)采集及后處理軟件 是對(duì)井網(wǎng)模型、覆壓系統(tǒng)的溫度、壓力信號(hào)進(jìn)行采集處理，可以直接顯示各種場(chǎng)圖。

圖1 SAGD物理模擬試驗(yàn)流程圖

圖2 原油黏度溫度曲線

1.2 試驗(yàn)用料

1)試驗(yàn)用油 S區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)原油，室內(nèi)進(jìn)行脫水處理，含水率<1%。采用哈克旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)測(cè)試了原油黏度-溫度曲線，如圖2所示。

2)試驗(yàn)用砂 目數(shù)為80～120的石英砂，按照一定比例混合而成；室內(nèi)測(cè)試滲透率、熱物性參數(shù)。

3)試驗(yàn)用氣 按照85%N2+15%CO2(體積分?jǐn)?shù))配制煙道氣，混合均勻后，取樣進(jìn)行色譜分析，確定氣體組分。

4)試驗(yàn)用降黏劑 遼河油田科技實(shí)業(yè)公司生產(chǎn)GSW-1型降黏劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的溶液)。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 模型設(shè)計(jì)

室內(nèi)模擬雙水平井組合的SAGD縱剖面。依據(jù)SAGD相似準(zhǔn)則，將油藏參數(shù)比例模化為模型參數(shù)，見表2。

表2 SAGD油藏參數(shù)與模型參數(shù)

1.3.2 試驗(yàn)步驟

1)試驗(yàn)準(zhǔn)備 根據(jù)油藏地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)模型注采井距、油層厚度、孔隙度、滲透率、初始含油飽和度等參數(shù)。在上述基礎(chǔ)上進(jìn)行巖心及流體準(zhǔn)備、物性測(cè)試。

2)模型準(zhǔn)備 ①將模擬井、熱電偶、壓力傳感器等布設(shè)到試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的位置；②模型內(nèi)壁作耐高溫防竄流處理；③采用濕裝法，將油層砂均勻裝填進(jìn)模型，邊裝填邊振動(dòng)，使模型砂緊密裝填；④密封性測(cè)試，在注汽壓力下采用氣體進(jìn)行試壓；⑤連接試驗(yàn)流程，再次試壓，保證整套流程在試驗(yàn)壓力下不泄露。

3)模型初始化 ①抽真空，飽和蒸餾水，計(jì)算模型孔隙度；飽和油，測(cè)定含油飽和度；② 建立初始溫度場(chǎng)。

4)SAGD驅(qū)替試驗(yàn) 雙水平井循環(huán)預(yù)熱，井間溫度達(dá)到85℃以上，轉(zhuǎn)入SAGD生產(chǎn)，上水平井連續(xù)注汽，下水平井連續(xù)采油，含水率大于98%，停止試驗(yàn)。

5)多組分SAGD試驗(yàn) SAGD過(guò)程中蒸汽腔到達(dá)油藏頂部后，注入降黏劑段塞0.3PV，依次注入煙道氣和水蒸汽。煙道氣與水蒸汽比為10∶1，注入方式為段塞注入，段塞大小為4PV，煙道氣總注入量為0.4PV。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 溫度場(chǎng)發(fā)育特點(diǎn)

薄層油藏雙水平井SAGD整體特點(diǎn)是汽腔上升階段時(shí)間短，汽腔橫向擴(kuò)展及下降時(shí)間長(zhǎng)[3]。汽腔發(fā)育過(guò)程中，由于受到夾層的遮擋，其發(fā)育存在一定的單層突進(jìn)現(xiàn)象，由于蒸汽的超覆特性，汽腔發(fā)育上部油藏好于下部油藏，如圖3所示。根據(jù)汽腔發(fā)育特點(diǎn)，將SAGD過(guò)程分為汽腔形成、汽腔擴(kuò)展、汽腔下降3個(gè)階段。

1)汽腔形成階段 隨著注汽井蒸汽注入，蒸汽在超覆作用下向油藏上方發(fā)展，在注入井上方形成蒸汽腔。由于隔夾層的遮擋，汽腔發(fā)育存在一定的單層突進(jìn)現(xiàn)象，有別于標(biāo)準(zhǔn)的“倒三角形”。

2)汽腔擴(kuò)展階段 當(dāng)蒸汽腔達(dá)到油藏頂部，汽腔開始橫向擴(kuò)展。汽腔通過(guò)熱傳導(dǎo)作用將周圍油藏加熱，原油黏度迅速降低。蒸汽區(qū)周圍油層中的原油由于重力作用而沿汽腔與原油交界面向下流動(dòng)進(jìn)入水平生產(chǎn)井，與界面處蒸汽冷凝水一起被采出。

3)汽腔下降階段 當(dāng)汽腔橫向擴(kuò)展至油層頂部?jī)蓚?cè)邊界時(shí)，隨著蒸汽的繼續(xù)注入，汽腔開始緩慢向下發(fā)展。最后下水平生產(chǎn)井上方基本都被汽腔充滿，大量蒸汽從生產(chǎn)井采出，產(chǎn)油量急劇下降，含水率急劇上升，SAGD過(guò)程結(jié)束。

多組分SAGD試驗(yàn)，溫度場(chǎng)變得不規(guī)則。該方式下降黏劑輔助降黏后，有利于注汽井周圍的原油泄流，原油泄流后汽腔進(jìn)一步擴(kuò)展，發(fā)育更均勻，波及范圍更大，形狀不同于傳統(tǒng)的SAGD汽腔形態(tài)。

圖3 不同方式汽腔發(fā)育過(guò)程

圖5 不同方式下油汽比曲線

圖6 不同方式下采收率曲線

2.2 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征

2.2.1 產(chǎn)油量、含水率

不同方式下產(chǎn)油量、含水率曲線如圖4所示。整體規(guī)律是含水率先降低再上升，產(chǎn)油量是先迅速上升到峰值再迅速下降。SAGD峰值產(chǎn)量37.5t/d，多組分SAGD峰值產(chǎn)量47t/d；約3.5a后，產(chǎn)油量降低至10t/d以下，含水率升高至85%。多組分SAGD比SAGD具有日產(chǎn)油高、峰值產(chǎn)量高、含水率低的特點(diǎn)，且生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)1.4a。

2.2.2 油汽比、采收率

圖5為不同方式下油汽比曲線，SAGD可開采至5.3a，累計(jì)油汽比0.199；多組分SAGD可開采至6.7a，最終累計(jì)油汽比0.169，比SAGD低0.03。從曲線中可以看出，在生產(chǎn)時(shí)間5.3a內(nèi)，多組分SAGD累計(jì)油汽比始終高于SAGD。

圖6為不同方式下采收率曲線，多組分SAGD比SAGD采收率提高4.3%，最終采收率達(dá)60%。相同時(shí)間下多組分SAGD采收率均高于SAGD采收率，因此該油藏SAGD開采過(guò)程中添加氣體和降黏劑可以有效提高油藏采收率。

3 結(jié)論

1)S薄層油藏雙水平井SAGD溫度場(chǎng)發(fā)育特點(diǎn)是汽腔上升階段時(shí)間短、橫向擴(kuò)展時(shí)間長(zhǎng)，開采機(jī)理以斜面泄油為主。生產(chǎn)特點(diǎn)是產(chǎn)量上升快，穩(wěn)產(chǎn)期短，最終采收率達(dá)55.7%，累計(jì)油汽比0.199。

2)多組分SAGD由于降黏劑加入，降低原油黏度，后續(xù)的氣體和蒸汽將段塞推得更遠(yuǎn)，原油流動(dòng)性增強(qiáng)，該方式蒸汽腔發(fā)育更均勻、波及范圍更大。同比SAGD具有峰值產(chǎn)量高、穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)、生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)的特點(diǎn)，最終延長(zhǎng)了生產(chǎn)時(shí)間1.4a，提高采收率4.3%。

[1]任芳祥，孫洪軍，戶昶昊.遼河油田稠油開發(fā)技術(shù)與實(shí)踐[J].特種油氣藏，2012,19(1)：1～8.

[2]張方禮，劉其成，劉寶良，等.稠油開發(fā)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007.

[3]武毅，張麗萍，李曉漫，等.超稠油SAGD 開發(fā)蒸汽腔形成及擴(kuò)展規(guī)律研究[J].特種油氣藏，2007,14(1)：40～43.

[4]趙慶輝，劉其成，于濤，等.蒸汽輔助重力泄油蒸汽腔發(fā)育特征研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，30(4)：123～126.

[5]Kasraie M, Singhal A K.Screening and design criteria for Tangleflagstype reservoirs[J].SPE37571, 1997

[6]趙春森，肖丹鳳，宋文玲, 等.水平井與直井交錯(cuò)井網(wǎng)優(yōu)化方法[ J]. 石油勘探與開發(fā), 2005, 32(1): 119～122.

[7]姜洪福，隋軍，龐彥明，等. 特低豐度油藏水平井開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用[ J]. 石油勘探與開發(fā), 2006, 33(3): 364～368.

[編輯] 帥群

2016-06-05

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05055)。

彭旭(1980-)男，工程師，研究方向?yàn)槌碛蜔岵晌锢砟M實(shí)驗(yàn)及提高采收率，46338350@qq.com。

TE345

A

1673-1409(2016)32-0064-04

[引著格式]彭旭.薄層稠油油藏多組分SAGD物理模擬試驗(yàn)研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2016,13(32):64～67.