復(fù)合吞吐技術(shù)改善F油田超稠油SAGD生產(chǎn)研究

蔣永平

F油田超稠油油藏具有埋藏淺、黏度高、儲層非均值性強等特點，油藏中50℃原油黏度大于2×104m Pa·s的資源量約2.3×108t，其中適合蒸汽輔助重力泄油（SAGD）開發(fā)的地質(zhì)儲量1.8×108t。目前F油田超稠油SAGD開發(fā)過程中主要存在SAGD蒸汽腔發(fā)育不均衡、水平段動用程度低（50%～60%）等問題[1–2]。由于熱連通程度與井組產(chǎn)量成正相關(guān)，提高SAGD井水平段連通程度是改善SAGD開發(fā)效果的關(guān)鍵因素。在前期技術(shù)調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了高溫分散溶劑 + 氮氣 + 蒸汽復(fù)合吞吐技術(shù)[3]。利用相似準(zhǔn)則，采用高溫高壓雙水平井雙管柱SAGD 三維比例物理模型，開展高溫分散溶劑 + 氮氣 + 蒸汽復(fù)合吞吐技術(shù)改善SAGD開發(fā)效果可行性研究，并結(jié)合數(shù)值模擬對復(fù)合吞吐注采參數(shù)進行優(yōu)化。

1 實驗條件和方法

復(fù)合吞吐技術(shù)涉及到傳統(tǒng)油藏中的油汽水滲流，溶劑的溶解、擴散，熱的傳導(dǎo)和對流，需要開展室內(nèi)實驗研究。復(fù)合吞吐技術(shù)的三維實驗主要原理是利用相似準(zhǔn)則，將實際油藏模型等比例縮小到室內(nèi)實驗規(guī)模上，通過觀察室內(nèi)實驗裝置的現(xiàn)象，再利用相似準(zhǔn)則放大到實際油藏中[4]。實驗裝置主要由注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、采出系統(tǒng)等部分組成。模型本體置于密閉的高壓艙內(nèi)，高壓艙與模型本體之間填充高壓氮氣，用以模擬實際地層壓力。數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)用以實時顯示實驗過程中的溫度場和壓力場等，記錄和存儲實驗數(shù)據(jù)，對實驗過程進行自動控制。采出系統(tǒng)主要用來收集和計量采出液[5]。根據(jù)相似準(zhǔn)則，模型內(nèi)尺寸為1.0 m×0.2 m×0.35 m（長×寬×高），模型采用0.02 m 厚不銹鋼焊接而成，實驗過程中模型壁可與巖石、流體同步收縮膨脹；模型內(nèi)安裝有熱電偶，以描述蒸汽腔的發(fā)育情況，注采井間設(shè)置熱電偶監(jiān)測井間熱聯(lián)通狀態(tài)[6–8]。注氣井（I井）與生產(chǎn)井（P井）水平段之間距離為10 m（圖1）。

實驗流程如下：

（1）模型準(zhǔn)備：清理模型本體，檢查氣密性。

（2）填砂：向模型中填入配制好的實驗用砂。填砂過程中仔細敲打壓實，尤其注意模型壁面處，應(yīng)均勻壓實。

（3）封閉模型：蓋好模型本體的密封蓋，再次檢查氣密性。

（4）模型飽和水：向模型中通入10 PV氮氣，從多個注入孔均勻地注入配制好的地層水直至壓力達到2 MPa為止；保持模型壓力為2 MPa，繼續(xù)注入地層水5 PV。

（5）建立束縛水：利用同樣的方法向模型中均勻注入目標(biāo)區(qū)塊的油樣直至不再出水為止。

（6）模型預(yù)熱：將模型溫度升至油藏溫度，保持12小時以上，以便模型溫度達到均衡。

（7）注入蒸汽循環(huán)：根據(jù)預(yù)定的注汽量和注汽速度向水平井中注入蒸汽循環(huán)。

（8）注入氮氣或者高溫分散劑和蒸汽：向水平井中注入預(yù)定設(shè)計濃度的溶劑和蒸汽。

（10）燜井：保持井筒中的壓力不變，燜井一定時間。

（11）回采：按照設(shè)定的操作流程逐次回采，并記錄做好相關(guān)記錄，取好采出液的樣品。需要記錄的參數(shù)包括生產(chǎn)井底流壓、產(chǎn)液速度、含水率、產(chǎn)液量。模型溫度場圖通過實驗裝置自動計量。

（12）實驗結(jié)果分析：根據(jù)實驗結(jié)果進行分析，利用相似準(zhǔn)則推理實驗結(jié)論。

2 實驗結(jié)果分析

2.1 高溫分散溶劑性能測試

高溫分散劑是一種特殊結(jié)構(gòu)的強親油弱親水活性復(fù)合大分子溶劑，其中強親油基團與稠油具有相似相容特性（混溶作用），弱親水基團吸附在稠油顆粒表面，形成具有一定負電性的親水界面膜，使稠油顆粒間具有一定的排斥力（分散作用）。高溫分散劑作為一種活性大分子能夠圍繞稠油顆粒表面形成吸附膜，使界面附著力下降。

（1）室內(nèi)實驗檢測高溫分散劑的穩(wěn)定性。在300℃高溫條件下，分散劑均勻分散時間大于20 d，體系黏度小于400 mPa·s，滿足F油田現(xiàn)場的要求。

（2）高溫分散劑的混溶作用能夠擴大蒸汽的熱波及范圍。模擬 SAGD雙水平井注入實驗，I井注280℃蒸汽，3小時后測試溫度大于150℃的點（熱連通形成），以距離I井位置9 cm測試結(jié)果為例，添加5%分散劑情況下，熱波及效率從25%提高到85%（表1）。

表1 注280℃蒸汽3小時后溫度大于150℃測試點統(tǒng)計

（3）高溫分散劑的均勻分散作用能提高I、P井間熱連通程度。實驗結(jié)果表明：純蒸汽可以有效動用 60%的水平井段，加入0.05%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高溫分散劑能夠?qū)⑺蕉蝿佑贸潭忍岣叩?5%左右，加入0.1%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高溫分散劑則可將水平段動用程度提高到80%以上（圖2）。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分散劑對水平井段動用程度的影響

（4）高溫分散劑的降低界面張力作用能夠提高稠油在蒸汽腔內(nèi)的流動性。三維物理模擬實驗表明（表2），添加0.2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的高溫分散劑后，殘余油飽和度明顯降低。

表2 室內(nèi)實驗參數(shù)及結(jié)果對比

2.2 復(fù)合吞吐改善SAGD開發(fā)效果實驗

礦場試驗表明，蒸汽吞吐能夠在一定程度上提高SAGD水平井間的連通程度，如果蒸汽腔發(fā)育較大，蒸汽吞吐單輪次真正注入到未形成熱連通區(qū)域的熱量十分有限，絕大部分的蒸汽熱焓都被注入到蒸汽腔中，能量有效利用率過低。若蒸汽腔發(fā)育較小，蒸汽吞吐可以起到一定的解堵作用，降黏效果和對油層的加熱效果較差，因此提出了氮氣 + 高溫分散劑 + 蒸汽復(fù)合吞吐改善SAGD開發(fā)效果技術(shù)。

三維高溫高壓復(fù)合吞吐改善SAGD實驗結(jié)果如圖3。說明蒸汽、分散劑、氮氣三者之間的協(xié)同效應(yīng)發(fā)揮著1+1+1大于3的效果。SAGD井組注入氮氣后，氮氣在蒸汽腔頂部起到保溫保壓作用，同時促使已有蒸汽腔橫向擴展加快，提高蒸汽熱效率。高溫分散劑能夠改善SAGD水平井熱連通程度，加速原油流動性，提高原油產(chǎn)量。

圖3 不同介質(zhì)吞吐改善SAGD開發(fā)效果對比

3 復(fù)合吞吐改善SAGD注采參數(shù)優(yōu)化

復(fù)合吞吐過程中注采參數(shù)是否合理對于有效改善SAGD開發(fā)效果非常重要。由于物理化學(xué)性質(zhì)不同，氮氣和高溫分散劑分布于蒸汽腔的不同位置，氮氣主要分布在蒸汽腔的頂部，起到隔熱保溫作用；高溫分散劑主要分布在雙水平井周邊，起到提高熱連通程度和加速泄油作用。氮氣用量與蒸汽腔體積有關(guān)，高溫分散劑用量與水平井長度相關(guān)。運用數(shù)值模擬注入?yún)?shù)研究，采用商業(yè)軟件CMG中STARS模塊，根據(jù)現(xiàn)場典型油藏地質(zhì)特征建立典型雙水平井SAGD熱采模型，模擬不同注入量、注入方式等參數(shù)復(fù)合吞吐改善SAGD開發(fā)效果。模型XYZ方向尺寸分別為5 m、1 m、0.25 m。

3.1 氮氣注入用量

一般情況下，SAGD井組累產(chǎn)油越多，蒸汽腔體積越大。應(yīng)用典型數(shù)模模型，分別設(shè)計不同蒸汽腔體積容量，考察注入不同量氮氣后產(chǎn)油量和油汽比變化情況。優(yōu)化結(jié)果說明，當(dāng)累產(chǎn)油和氮氣之間的關(guān)系式為y = 0.314 4x + 955.8時，增油量最大，油汽比最高（圖4）。

圖4 累油產(chǎn)量與氮氣用量關(guān)系

3.2 氮氣注入方式

一般情況下，數(shù)模結(jié)果（表3）表明，氮氣最佳注入方式是 I井與蒸汽同時注入，或在注蒸汽前單獨注入氮氣。氮氣在注入蒸汽前單獨注入的優(yōu)勢是防止蒸汽快速上升，從而提高水平井段周圍蒸汽吞吐效率。

表3 SAGD井不同注入方式下氮氣回采情況

3.3 分散劑注入量

模擬不同分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下復(fù)合吞吐改善SAGD開發(fā)效果，數(shù)模結(jié)果（圖5）表明：隨著高溫分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，累計產(chǎn)油量不斷上升，達到0.2%時，累計產(chǎn)油量達到最大的拐點，推薦高溫分散劑注入質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.20%。為了發(fā)揮高溫分散劑效果，現(xiàn)場用脫油熱水充分?jǐn)嚢杌旌希捎肐/P井同注的方式，然后靜置1 d，隨著后續(xù)氮氣和蒸汽吞吐的依次注入，高溫分散劑的作用范圍會進一步增大。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

2015年針對連通程度低、動用效果差，日產(chǎn)油水平低、其它措施難以治理見效的生產(chǎn)井組，在F油田作業(yè)區(qū)Z32、Z37、Z18等區(qū)塊開展了19對SAGD雙水平井組多輪次的復(fù)合吞吐措施，現(xiàn)場施工后平均單井增產(chǎn)原油4.60 t/d，油汽比提高0.06，熱連通程度提高14%，有效期大于180 d，累增油1.347 ×104t，取得了較好的開發(fā)效果。

圖5 累產(chǎn)油與高溫復(fù)合分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系

5 結(jié)論

（1）高溫分散劑具有一定的混溶作用和分散作用，能提高SAGD注采井間熱連通程度；其作為一種活性大分子能夠降低界面張力，加速稠油在蒸汽腔內(nèi)流動性，提高驅(qū)油效率。

（2）高溫高壓三維SAGD物理模擬實驗表明，高溫分散劑+ 氮氣+蒸汽復(fù)合吞吐可有效改善SAGD蒸汽腔發(fā)育程度，提高SAGD開發(fā)效果。

（3）復(fù)合吞吐注采參數(shù)優(yōu)化表明，氮氣注入量應(yīng)與蒸汽腔體積相匹配，氮氣應(yīng)在蒸汽注入前由注汽井注入，推薦的高溫分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%。

（4）室內(nèi)實驗和現(xiàn)場實踐表明，氮氣 + 高溫分散劑輔助蒸汽吞吐技術(shù)提高了單井產(chǎn)量，改善了熱連通程度，降低了蒸汽能耗，適應(yīng)條件和范圍廣，滿足F油田超稠油油藏SAGD雙水平井組開發(fā)要求。

參考文獻

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