超稠油溶劑輔助SAGD啟動(dòng)技術(shù)油藏適應(yīng)性研究

楊兆臣，于 兵，吳永彬 ，王 麗，張家豪，佟 娟，姜 丹，張崇剛

(1.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124000)

0 引 言

目前，風(fēng)城淺層超稠油雙水平井SAGD年產(chǎn)原油100×104t/a以上，實(shí)現(xiàn)了SAGD商業(yè)化開(kāi)發(fā)。目前SAGD主要采用常規(guī)蒸汽循環(huán)預(yù)熱，但常規(guī)蒸汽加熱降黏速率慢，循環(huán)預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，平均單井組蒸汽消耗量多[1-3]，因此，為改善SAGD預(yù)熱效果，風(fēng)城油田開(kāi)展了快速預(yù)熱啟動(dòng)試驗(yàn)，但在非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層，擴(kuò)容的注入流體易沿高滲透段優(yōu)先擴(kuò)容，造成高滲透段優(yōu)先預(yù)熱連通及生產(chǎn)期間水平段動(dòng)用不均[4-15]。Cenovus公司和康菲公司均開(kāi)展過(guò)溶劑輔助SAGD預(yù)熱啟動(dòng)技術(shù)(簡(jiǎn)稱溶劑輔助預(yù)熱，下同)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，顯著縮短SAGD預(yù)熱時(shí)間，對(duì)SAGD生產(chǎn)效果有明顯改善[16-21]。

風(fēng)城油田儲(chǔ)層非均質(zhì)性更強(qiáng)，原油黏度更高，溶劑預(yù)熱啟動(dòng)技術(shù)的適應(yīng)性尚不明確，溶劑加速預(yù)熱的機(jī)理有待進(jìn)一步深化。文中對(duì)溶劑輔助SAGD的技術(shù)原理進(jìn)行了研究，明確了溶劑輔助SAGD預(yù)熱啟動(dòng)的適用油藏條件，為有效降低SAGD預(yù)熱期間成本、提高SAGD水平段動(dòng)用程度及原油采收率開(kāi)辟了新途徑。

1 溶劑輔助預(yù)熱模型的建立

1.1 數(shù)值模擬網(wǎng)格設(shè)計(jì)

以風(fēng)城油田重18井區(qū)油藏特征為基礎(chǔ)，采用數(shù)值模擬軟件CMG的Builder模塊建立數(shù)值模擬機(jī)理模型，該模型基本參數(shù)包括：油藏壓力為4.26 MPa，油藏溫度為22 ℃，油層厚度為20 m，油層中部埋深為450 m，孔隙度為28%，水平滲透率為800 mD，含油飽和度為76%，油藏條件下初始原油黏度為232 000 mPa·s。設(shè)計(jì)平面網(wǎng)格個(gè)數(shù)I方向?yàn)?9個(gè)，網(wǎng)格尺寸為10.0 m；J方向?yàn)?6個(gè)，網(wǎng)格尺寸為10×3.0 m、5×1.0 m、11×0.5 m，離井越遠(yuǎn)，網(wǎng)格精度越低，離井越近，網(wǎng)格精度越高；K方向網(wǎng)格個(gè)數(shù)為35個(gè)，網(wǎng)格尺寸為0.5 m，模型網(wǎng)格總數(shù)為44 590個(gè)。

1.2 流體性質(zhì)

在蒸汽循環(huán)預(yù)熱過(guò)程中，考慮注入溶劑對(duì)超稠油溶解降黏的影響，定義了原油、溶劑、水3種組分，流體的物理性質(zhì)如表1所示。

表1 注入流體的物理性質(zhì)Table 1 Physical properties of injected fluid

1.3 溶劑重要參數(shù)

溶劑輔助預(yù)熱數(shù)值模擬中，溶劑相平衡常數(shù)、溶劑-原油混合物黏度、溶劑在原油中的擴(kuò)散系數(shù)是反映溶劑作用機(jī)理的3個(gè)重要參數(shù)。

(1) 溶劑相平衡常數(shù)。溶劑在稠油中的溶解降黏是注溶劑增產(chǎn)的主要機(jī)理，CMG軟件中的Stars模塊應(yīng)用修正的安托因( Antoine) 方程[22]計(jì)算溶劑與原油的相平衡常數(shù)，即：

(1)

式中：K為一定溫度、壓力下溶劑在原油中的相平衡常數(shù)；K1、K4、K5為相平衡系數(shù)；p為溶劑-原油混合體系壓力，kPa；T為溶劑-原油混合體系溫度，℃。

(2) 溶劑-稠油混合物黏度。CMG軟件的Stars模塊中，應(yīng)用對(duì)數(shù)、線性混合規(guī)則計(jì)算混合溶劑中油相黏度[22]，即：

lnu0=∑ixilnui

(2)

式中：u0為混合溶劑中油相黏度，mPa·s；xi為i組分的摩爾分?jǐn)?shù)；ui為i組分的黏度，mPa·s。

(3) 溶劑擴(kuò)散系數(shù)。溶劑輔助預(yù)熱的應(yīng)用效果與溶劑在原油中的擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)，對(duì)于一般非凝析溶劑，擴(kuò)散系數(shù)取值為4.32×10-5m2/d。

2 溶劑輔助預(yù)熱技術(shù)原理研究

2.1 溶劑性能評(píng)價(jià)

目前應(yīng)用于SAGD技術(shù)中的溶劑主要為丁烷、己烷、C6—C8的混合物和二甲苯，主要以輕烴和混合配方為主，耐溫為300 ℃左右。注入原油中的輕烴溶劑具有優(yōu)異的溶油性能，并通過(guò)溶劑的分子擴(kuò)散，分散稠油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等極性大分子，達(dá)到溶解降黏的目的。根據(jù)風(fēng)城油田超稠油的特性，對(duì)溶劑降黏效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選最佳的溶劑類型。

采用帶密閉測(cè)試系統(tǒng)的HAAKE MARS III流變儀開(kāi)展了不同溶劑對(duì)原油的降黏效果測(cè)試，測(cè)試步驟依據(jù)行業(yè)準(zhǔn)標(biāo)SY/T 7549—2000《原油黏溫曲線的確定旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法》進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)分別測(cè)試了標(biāo)準(zhǔn)原油、95%原油+5%正己烷、95%原油+5%二甲苯、95%原油+5%正戊烷、95%原油+5%柴油、95%原油+5%石腦油、95%原油+5%正庚烷的黏度-溫度關(guān)系(圖1)。

由圖1可知，溶劑對(duì)原油的降黏率按由大到小依次排序?yàn)椋赫和?、正庚烷、石腦油、二甲苯、柴油、正戊烷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加5%的不同溶劑，原油黏度能夠下降至90%以上，而原油中添加5%正己烷后，50 ℃條件下原油黏度從89 066 mPa·s下降到3 148 mPa·s，降黏率達(dá)到96.5%，具有最佳的降黏效果，優(yōu)選為溶劑體系的主劑。

圖1 不同溶劑與原油比例的黏度-溫度曲線

2.2 技術(shù)原理研究

(1) 提高水平井段動(dòng)用均勻程度。溶劑與原油能夠以任意比例互溶，因此，溶劑的注入過(guò)程實(shí)際為混相驅(qū)過(guò)程。研究表明，混相驅(qū)過(guò)程發(fā)生指進(jìn)的程度最弱，溶劑與原油的混相驅(qū)替過(guò)程能夠克服蒸汽與原油非混相驅(qū)替過(guò)程中波及效率低的弊端，提高井間動(dòng)用均勻程度。

(2) 加速SAGD啟動(dòng)過(guò)程，縮短預(yù)熱時(shí)間，節(jié)省蒸汽。圖2為常規(guī)蒸汽預(yù)熱不同時(shí)間的黏度場(chǎng)分布特征。由圖2可知，單純注蒸汽循環(huán)預(yù)熱所需時(shí)間長(zhǎng)，為207 d，達(dá)到連通時(shí)井間溫度偏高，為150 ℃，循環(huán)預(yù)熱階段所需蒸汽量大。圖3為溶劑輔助預(yù)熱不同時(shí)間黏度場(chǎng)分布特征。由圖3可知，溶劑輔助預(yù)熱時(shí)，由于蒸汽熱力降黏和溶劑溶解降黏的復(fù)合效果，近井地帶熱力降黏，遠(yuǎn)井地帶溶解降黏，快速在水平井間建立連通，所需時(shí)間為112.0 d，達(dá)到連通時(shí)井間溫度為100 ℃，預(yù)熱所需時(shí)間短，在較低溫條件下即可實(shí)現(xiàn)井間連通，循環(huán)預(yù)熱所需蒸汽量小。

圖2 常規(guī)蒸汽預(yù)熱不同時(shí)間的黏度場(chǎng)分布特征

圖3 溶劑輔助SAGD啟動(dòng)不同時(shí)間物理模擬黏度場(chǎng)

3 技術(shù)適應(yīng)性評(píng)價(jià)

溶劑輔助預(yù)熱在不同油藏條件下有不同的技術(shù)效果與經(jīng)濟(jì)效益，受油藏地質(zhì)條件的影響較多。

表2為風(fēng)城油田SAGD開(kāi)發(fā)區(qū)塊油藏參數(shù)表。由表2可知，各開(kāi)發(fā)區(qū)塊孔隙度的差異較小。結(jié)合風(fēng)城油田實(shí)際油藏特征，利用CMG進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，結(jié)果表明：滲透率、含油飽和度以及原油黏度是影響風(fēng)城油田溶劑輔助預(yù)熱效果的主要因素。

表2 SAGD開(kāi)發(fā)區(qū)油藏參數(shù)Table 2 Reservoir parameters of SAGD zone

3.1 滲透率

雙水平段井間儲(chǔ)層滲透率對(duì)蒸汽的擴(kuò)展速度有較大影響，滲透率越高，熱連通時(shí)間越短，對(duì)SAGD越有利。模擬滲透率分別為300、500、800、1 000、1 200、1 500、2 000、2 500 mD的儲(chǔ)層，在相同注采參數(shù)和操作條件下，不注溶劑和注溶劑后的連通時(shí)間(表3)。模擬結(jié)果顯示：當(dāng)油藏滲透率為300 mD時(shí)，溶劑輔助預(yù)熱節(jié)省時(shí)間僅為27.0 d，當(dāng)滲透率達(dá)到500 mD時(shí)，溶劑輔助預(yù)熱節(jié)省時(shí)間快速提升至69.0 d；隨著油藏滲透率的增加，溶劑預(yù)熱節(jié)省時(shí)間逐漸穩(wěn)定在70.0～80.0 d。因此，為確保溶劑輔助預(yù)熱節(jié)省蒸汽，溶劑輔助預(yù)熱需要油藏滲透率不低于500 mD。

表3 不同水平段井間儲(chǔ)層滲透率的溶劑輔助預(yù)熱啟動(dòng)效果對(duì)比Table 3 Comparison of solvent-assisted startup performances under different reservoir permeabilities between lateral sections

3.2 含油飽和度

模擬對(duì)比了含油飽和度分別為50%、60%、70%、80%條件下循環(huán)預(yù)熱階段溶劑輔助預(yù)熱和蒸汽循環(huán)預(yù)熱效果。含油飽和度分別為50%、60%、70%、80%條件下溶劑輔助預(yù)熱連通時(shí)間分別提前36、68、73、75 d。研究結(jié)果表明，不同含油飽和度溶劑輔助預(yù)熱后啟動(dòng)時(shí)間都有明顯改善；含油飽和度越高，溶劑輔助預(yù)熱后啟動(dòng)時(shí)間越快，但溶劑主要作用為原油降黏，含油飽和度越低，則溶劑的有效利用率越低。因此，優(yōu)選最佳的含油飽和度應(yīng)不低于60%。

3.3 原油黏度

原油黏度是影響SAGD循環(huán)預(yù)熱階段流體性質(zhì)的主要因素。根據(jù)風(fēng)城油田SAGD開(kāi)發(fā)區(qū)塊原油黏度，模擬50 ℃原油黏度分別為0.2×104、2.0×104、4.0×104、10.0×104、20.0×104mPa·s時(shí)，相同注采參數(shù)和操作條件下，溶劑輔助預(yù)熱與蒸汽循環(huán)預(yù)熱的連通時(shí)間(表4)。由表4可知，當(dāng)原油黏度為2.0×104～10.0×104mPa·s時(shí)，溶劑輔助預(yù)熱連通時(shí)間提前31～73 d，效果較好；當(dāng)原油黏度為20.0×104mPa·s時(shí)，溶劑輔助預(yù)熱對(duì)連通時(shí)間改善效果較小。

表4 不同原油黏度的溶劑輔助預(yù)熱啟動(dòng)效果對(duì)比Table 4 Comparison of solvent-assisted startup performancesunder different crude oil viscosities

因此，溶劑輔助預(yù)熱在油藏滲透率不小于500 mD、原始含油飽和度不小于60%、原油黏度為2.0×104～10.0×104mPa·s時(shí)，均能達(dá)到較好的應(yīng)用效果，可在其他類似油藏推廣使用。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

2019年，溶劑輔助預(yù)熱在風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)實(shí)施2個(gè)井組。與同區(qū)塊常規(guī)循環(huán)預(yù)熱井組相比，溶劑輔助預(yù)熱啟動(dòng)井組的循環(huán)預(yù)熱階段連通時(shí)間提前41 d，節(jié)約蒸汽19.2%，單井組節(jié)約成本為34.2×104元。轉(zhuǎn)抽初期較常規(guī)循環(huán)預(yù)熱井組的水平段動(dòng)用程度提高15%，日產(chǎn)油水平提高4.0 t/d，增油幅度為32.8%，油汽比提高0.11，預(yù)測(cè)采收率提高9.7個(gè)百分點(diǎn)，應(yīng)用效果顯著。

5 結(jié) 論

(1) 溶劑輔助預(yù)熱可以實(shí)現(xiàn)溶劑的溶解降黏和蒸汽熱力降黏的協(xié)同作用，加速水平井對(duì)之間的熱連通速度，節(jié)約蒸汽用量，降低能耗和投資成本。

(2) 通過(guò)多因素模擬，形成了基于雙水平井溶劑輔助預(yù)熱油藏篩選條件。在滲透率不小于500 mD，含油飽和度不小于60%，原油黏度為2.0×104～10.0×104mPa·s時(shí)能達(dá)到較好的應(yīng)用效果。

(3) 溶劑輔助預(yù)熱已在風(fēng)城開(kāi)展先導(dǎo)試驗(yàn)，應(yīng)用效果顯著，具有較廣闊的應(yīng)用前景。