汽竄通道對(duì)注蒸汽開采后期轉(zhuǎn)火驅(qū)生產(chǎn)的影響

王如燕，潘竟軍，陳龍，宋曉，李家燕，陳莉娟

(中石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

汽竄通道對(duì)注蒸汽開采后期轉(zhuǎn)火驅(qū)生產(chǎn)的影響

王如燕，潘竟軍，陳龍，宋曉，李家燕，陳莉娟

(中石油新疆油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 克拉瑪依 834000)

注蒸汽開發(fā)后期稠油油藏轉(zhuǎn)火驅(qū)生產(chǎn)過(guò)程中，汽竄通道是制約火驅(qū)開發(fā)效果的重要因素。通過(guò)研究汽竄通道分布、開采特征、火驅(qū)儲(chǔ)層物性變化，結(jié)合火驅(qū)油墻構(gòu)建和運(yùn)移規(guī)律，全面分析汽竄通道對(duì)火驅(qū)生產(chǎn)效果的影響。汽竄通道影響火驅(qū)油墻的構(gòu)建和運(yùn)移、火驅(qū)見效時(shí)間、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間以及累計(jì)采油量，在火驅(qū)生命周期內(nèi)單井累計(jì)采油量小于600t，最終采收率低于10%，大部分的儲(chǔ)量驅(qū)到更遠(yuǎn)的井和運(yùn)移過(guò)程中被燒掉，將會(huì)降低火驅(qū)試驗(yàn)的最終采收率。研究結(jié)論應(yīng)用到紅淺1井區(qū)火驅(qū)工業(yè)化方案中，將推進(jìn)火驅(qū)工業(yè)化高效開發(fā)，也將對(duì)同類型油藏的火驅(qū)開發(fā)提供借鑒。

稠油油藏；火驅(qū)；汽竄通道；最終采收率

火燒油層是一種具有明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)和潛力的熱力采油方法，具有低能耗、低污染、經(jīng)濟(jì)高效和油藏適用范圍廣等特點(diǎn)[1]。國(guó)外大多將火驅(qū)技術(shù)應(yīng)用于一次采油過(guò)程，近幾年遼河油田、新疆油田針對(duì)注蒸汽開發(fā)后期效果變差的稠油油藏，進(jìn)行了火驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)和工業(yè)化開發(fā)。目前關(guān)于火驅(qū)機(jī)理[2，3]、火燒試驗(yàn)的主要參數(shù)[4～7]以及生產(chǎn)特征和生產(chǎn)效果評(píng)價(jià)[8～10]有較多的研究。對(duì)開發(fā)效果影響因素的研究主要集中在油藏靜態(tài)參數(shù)評(píng)價(jià)，包括儲(chǔ)層非均質(zhì)性[11]，但對(duì)注蒸汽開發(fā)后期轉(zhuǎn)火驅(qū)生產(chǎn)的稠油油藏，注蒸汽形成的汽竄通道對(duì)火驅(qū)開發(fā)效果的影響未見報(bào)道，因此有必要對(duì)其開展研究。筆者以新疆紅山嘴油田紅淺1井區(qū)火驅(qū)試驗(yàn)為例，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，研究汽竄通道對(duì)火驅(qū)生產(chǎn)的影響，以期對(duì)火驅(qū)效果評(píng)價(jià)、方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)，也將對(duì)同類型油藏的火驅(qū)開發(fā)提供借鑒。

1 注蒸汽開采汽竄通道分布

圖1 高孔、高滲薄層與汽竄井平面疊合圖

紅山嘴油田紅淺1井區(qū)稠油油藏發(fā)現(xiàn)于1984年，當(dāng)年進(jìn)行了注蒸汽吞吐試驗(yàn)。至火驅(qū)試驗(yàn)前，該區(qū)塊已經(jīng)歷了早期井組試采、蒸汽吞吐規(guī)模開發(fā)、蒸汽驅(qū)試驗(yàn)及轉(zhuǎn)汽驅(qū)開發(fā)、綜合挖潛和滾動(dòng)擴(kuò)邊開發(fā)等5個(gè)階段?；痱?qū)前蒸汽驅(qū)開采階段含水率高達(dá)96.8%，單井日產(chǎn)油水平低至0.03t，整體效果較差。

紅淺1井區(qū)侏羅系八道灣組(J1b4)砂體內(nèi)部存在物性變化，尤其是塊狀砂體的內(nèi)部存在一些高滲的薄層(見圖1)，呈近NW-SE向土豆?fàn)罘植?。在縱向上，高孔、高滲層主要為薄層狀，厚度在0.3～2m之間，不同高孔、高滲薄層發(fā)育在不同的深度，相互并不連通。

從高孔、高滲薄層條帶平面疊合分布圖(圖1)看，單個(gè)薄層分布面積最大的為0.1km2，主要發(fā)育在試驗(yàn)區(qū)的中部，總體呈東西向延伸。蒸汽驅(qū)開采過(guò)程中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資料表明，這些高孔、高滲條帶是汽竄最嚴(yán)重區(qū)域。

2 注蒸汽開采汽竄通道特征

2.1 注蒸汽開采汽竄通道加劇了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性

表1 蒸汽開采后汽竄通道井滲透率變化表

紅淺1井區(qū)注蒸汽開采在地層破裂壓力下注汽，注入汽沿高滲薄油層汽竄，形成汽竄通道，造成汽竄通道滲透率大幅度提高?；痱?qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)有6口井處在汽竄通道上，火驅(qū)先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)示蹤劑監(jiān)測(cè)解釋滲透率結(jié)果(見表1)表明，汽竄井滲透率變化較大。

注蒸汽開采后汽竄井滲透率大幅度增加，滲透率變化率均在200%以上，大大加劇了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。對(duì)比老井h2057和更新井h2057A測(cè)井解釋孔隙度和滲透率變化，更新井h2057A井滲透率變異系數(shù)、滲透率突進(jìn)系數(shù)、滲透率級(jí)差、滲透率均質(zhì)系數(shù)較老井h2057井非均質(zhì)程度增強(qiáng)(見表2)。

表2 蒸汽開采后汽竄通道井儲(chǔ)層非均質(zhì)參數(shù)變化表

2.2 注蒸汽開采汽竄通道井含水上升快

由于汽竄井存在高滲通道，注蒸汽開采時(shí)，注入蒸汽沿高滲通道快速滲流。試驗(yàn)區(qū)1992年1月開始注蒸汽吞吐，到1997年5月轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開采，試驗(yàn)區(qū)吞吐含水率上升到86.6%，汽竄井吞吐含水率先上升到92.1%，汽竄井含水率高于試驗(yàn)區(qū)5.5個(gè)百分點(diǎn)(圖2、3)。1998年12月蒸汽驅(qū)階段結(jié)束，試驗(yàn)區(qū)含水率90.1%，汽竄井含水率96.5%，汽竄井蒸汽驅(qū)階段含水上升率為3.5%，高于試驗(yàn)區(qū)含水上升率(2.0%)1.5個(gè)百分點(diǎn)，汽竄井含水率上升較快。

圖2 試驗(yàn)區(qū)注蒸汽開采生產(chǎn)曲線 圖3 試驗(yàn)區(qū)汽竄井注蒸汽開采生產(chǎn)曲線

2.3 注蒸汽開采汽竄通道井采出程度低

試驗(yàn)區(qū)注蒸汽開采累計(jì)采油量為8.14×104t，階段采出程度為26.9%，而汽竄井注蒸汽開采單井累計(jì)采油量為0.18×104～0.32×104t，階段采出程度為11.9%～19.1%，平均為14.1%，低于試驗(yàn)區(qū)采出程度12.8個(gè)百分點(diǎn)。由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，汽竄井注蒸汽開采過(guò)程中只有高滲薄層儲(chǔ)量動(dòng)用，大部分中滲油層和低滲油層的儲(chǔ)量滯留在地下。

3 汽竄通道對(duì)火驅(qū)生產(chǎn)的影響

根據(jù)一維燃燒管物理模擬燃燒試驗(yàn)及結(jié)果分析可知，隨著試驗(yàn)溫度增加和時(shí)間的延長(zhǎng)，砂巖、砂礫巖儲(chǔ)層孔隙度和滲透率都有增加的趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)火驅(qū)燃燒過(guò)的油層電阻率發(fā)生巨大變化(表3)，火驅(qū)前后儲(chǔ)層孔隙度和滲透率變化規(guī)律為泥巖孔隙度和滲透率略有增加，泥質(zhì)砂巖孔隙度增加5%～8%，滲透率略有降低；砂巖孔隙度增加3%～5%，滲透率增加29%；砂礫巖孔隙度增加11.4%，滲透率增加733%，火驅(qū)前后儲(chǔ)層物性變化將導(dǎo)致汽竄通道對(duì)火驅(qū)開采效果產(chǎn)生更大的影響。

表3 火驅(qū)燃燒前后油層電阻率變化

3.1 汽竄通道對(duì)火驅(qū)見效時(shí)間的影響

先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)火驅(qū)生產(chǎn)井見效率為97.3%，根據(jù)火驅(qū)生產(chǎn)特征把全區(qū)38口生產(chǎn)井分為三類：新井+高黏井、汽竄通道井、老井。圖4是滲透率和火驅(qū)見效時(shí)間散點(diǎn)圖，滲透率數(shù)據(jù)采用的是原始滲透率數(shù)據(jù)，汽竄通道井原始滲透率850～1200mD，老井滲透率小于850mD。前文已闡述注蒸汽開采后，部分井形成汽竄通道，火驅(qū)產(chǎn)生的煙道氣攜帶液量沿阻力較小的汽竄通道運(yùn)移，汽竄的井很快見到火驅(qū)效果，試驗(yàn)區(qū)最早見效井h2057A井，注氣點(diǎn)火2個(gè)月見效，火驅(qū)混合驅(qū)動(dòng)推進(jìn)速度為1.15m/d。汽竄通道井相對(duì)其他井火驅(qū)見效較快，火驅(qū)見效時(shí)間為2～10個(gè)月，平均見效時(shí)間為5個(gè)月；老井見效時(shí)間為4～12個(gè)月，平均見效時(shí)間7個(gè)月；新井+高黏井為形成注汽通道，火驅(qū)見效時(shí)間較慢，為13～55個(gè)月，平均見效時(shí)間22個(gè)月。

圖4 滲透率和火驅(qū)見效時(shí)間散點(diǎn)圖

3.2 汽竄通道對(duì)火驅(qū)穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間和累計(jì)產(chǎn)油量的影響

火驅(qū)驅(qū)油機(jī)理是在火驅(qū)前緣形成高飽和度油墻，氣體穿過(guò)燃燒帶和結(jié)焦帶推動(dòng)“油墻”向生產(chǎn)井運(yùn)移。注蒸汽后火驅(qū)過(guò)程中油墻的構(gòu)建與運(yùn)移規(guī)律[12]表明,地層中形成了大小不一的次生水體(水坑)，當(dāng)油墻由注氣井周圍運(yùn)移到生產(chǎn)井的過(guò)程中，遇到水坑時(shí)，堆積起來(lái)的油墻要消耗一部分填坑；當(dāng)水坑的規(guī)模較小時(shí)，油墻只是在填坑后降低含油飽和度；當(dāng)水坑的規(guī)模較大(汽竄通道)時(shí)，油墻就會(huì)因填坑而所剩無(wú)幾，只能在坑的后面再重新構(gòu)建油墻(見圖5)。

圖5 火驅(qū)過(guò)程油墻的構(gòu)建與運(yùn)移圖

受油墻運(yùn)移過(guò)程中形態(tài)變化的影響，油墻形態(tài)決定產(chǎn)量大小與有效生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)短。先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)前期注蒸汽開采井底附近水淹程度不嚴(yán)重、汽竄不明顯、滲透率非均質(zhì)性不強(qiáng)的生產(chǎn)井，火驅(qū)開發(fā)過(guò)程中形成有效油墻，見效后產(chǎn)量穩(wěn)定，生產(chǎn)期長(zhǎng)，累計(jì)產(chǎn)油量多；前期注蒸汽開采，處于注蒸汽高滲透率高含水帶上的生產(chǎn)井，由于水淹嚴(yán)重，汽竄明顯，火驅(qū)后在該生產(chǎn)井附近不能形成有效的油墻，生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)期短，累計(jì)產(chǎn)油量少。

先導(dǎo)性試驗(yàn)區(qū)7口汽竄通道上的井穩(wěn)產(chǎn)期為2～11個(gè)月，平均5個(gè)月，累計(jì)產(chǎn)油量小于600t，最低的h2071井，累計(jì)產(chǎn)油量只有88t，這類井火驅(qū)生命周期已結(jié)束；其余井穩(wěn)產(chǎn)期大于12個(gè)月，累計(jì)產(chǎn)油量大于600t，最高的hH015井，累計(jì)產(chǎn)油量為3000t，這類井火驅(qū)生命周期未結(jié)束(見圖6、7)。

圖6 滲透率和火驅(qū)穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間散點(diǎn)圖

圖7 滲透率和累計(jì)產(chǎn)油量散點(diǎn)圖

3.3 汽竄通道對(duì)火驅(qū)最終采收率的影響

注蒸汽后火驅(qū)油墻的形成和運(yùn)移過(guò)程是“填坑成墻”過(guò)程[10]。注蒸汽后生產(chǎn)井剖面上水淹程度低，非均質(zhì)性不強(qiáng)的生產(chǎn)井，火驅(qū)后縱向上燃燒帶的推進(jìn)相對(duì)均勻，燃燒帶角度較小，是連續(xù)的，儲(chǔ)量剖面動(dòng)用基本上是同期的，油墻運(yùn)移到生產(chǎn)井產(chǎn)量較高，火驅(qū)采收率也高；注蒸汽后生產(chǎn)井剖面上水淹程度高，形成汽竄通道，非均質(zhì)性強(qiáng)的生產(chǎn)井，縱向上燃燒帶將會(huì)有大的角度出現(xiàn)，甚至是不連續(xù)的，燃燒帶沿汽竄通道燃燒較快，油墻又不能有效形成，高溫?zé)煹罋鈹y帶少量的液量到達(dá)井底，使井底溫度快速上升，導(dǎo)致關(guān)井，火驅(qū)生產(chǎn)壽命結(jié)束，累計(jì)產(chǎn)油量和最終采收率較低(低于10%)，h2118A井最終采收率只有5.5%。這類井關(guān)井時(shí)油層剖面動(dòng)用程度嚴(yán)重不均，中滲層和低滲層的燃燒帶還未到達(dá)井底，剩余儲(chǔ)量還未完全采出，但由于周圍井正常生產(chǎn)，中滲層和低滲層的燃燒帶繼續(xù)推進(jìn)，在周圍正常生產(chǎn)井上產(chǎn)出，導(dǎo)致部分井采出程度大于100%(見圖8)。

圖8 火驅(qū)階段采出程度對(duì)比曲線

從已燃燒過(guò)的區(qū)域取心化驗(yàn)分析可知，試驗(yàn)區(qū)無(wú)論是汽竄井，還是油層相對(duì)均質(zhì)的井，火驅(qū)驅(qū)油效率都較高(達(dá)到96%以上)，汽竄井由于生產(chǎn)時(shí)間短，關(guān)井早，該類井控制的部分儲(chǔ)量在其他井上產(chǎn)出，油層相對(duì)均質(zhì)的井由于生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，該類井控制的儲(chǔ)量在本井上產(chǎn)出。也就是說(shuō)從某口油井采出的原油不一定是該井井底附近的原油，很可能是通過(guò)油墻從較遠(yuǎn)處推移過(guò)來(lái)的原油。

由于火驅(qū)油墻的運(yùn)移過(guò)程具有明顯的時(shí)效性和不可逆性，油墻推移距離越遠(yuǎn)，燃燒掉的原油越多，填坑的越多，儲(chǔ)量損失就越多，因此汽竄井?dāng)?shù)越多，儲(chǔ)量損失越嚴(yán)重，將會(huì)降低火驅(qū)最終采收率。為提高火驅(qū)開發(fā)效果，治理汽竄通道將是一種重要手段。遼河油田杜66塊火驅(qū)生產(chǎn)井汽竄后實(shí)施封堵工藝，日產(chǎn)氣量由6000m3/d控制在1000m3/d以內(nèi)，見到了明顯的控氣增油效果[13]。

4 結(jié)論與建議

1)注蒸汽形成的汽竄通道控制火驅(qū)過(guò)程中油墻的構(gòu)建與運(yùn)移，汽竄通道是火驅(qū)油墻填坑部位，不僅容易造成火線在平面上的局部突進(jìn)，也會(huì)造成縱向上的不平衡。

2)火驅(qū)生產(chǎn)過(guò)程中注蒸汽形成的汽竄通道影響單井見效時(shí)間和穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間以及累計(jì)采油量，最終影響火驅(qū)采收率，降低火驅(qū)的開發(fā)效果。

3)對(duì)注蒸汽開采后的油藏轉(zhuǎn)火驅(qū)來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)、汽竄嚴(yán)重是影響火驅(qū)開采效果的重要因素，因此火驅(qū)投產(chǎn)前建議降低儲(chǔ)層非均質(zhì)性，治理汽竄通道以確保油墻運(yùn)移過(guò)程的時(shí)效性，對(duì)提高火驅(qū)開發(fā)效果將是一種有效的手段。

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[編輯] 黃鸝

2016-09-02

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05012-002)。

王如燕(1974-)，女，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)動(dòng)態(tài)研究，wruyan@petrochina.com.cn 。

TE357.44

A

1673-1409(2017)3-0048-06

[引著格式]王如燕，潘竟軍，陳龍，等.汽竄通道對(duì)注蒸汽開采后期轉(zhuǎn)火驅(qū)生產(chǎn)的影響[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版), 2017,14(3):48～53.