高傾角油藏氣頂重力驅(qū)技術(shù)研究及應(yīng)用

蓋長城，王 淼，張雪娜，喬石石，畢永斌

（1.中國石油冀東油田公司,河北唐山 063004；2.中海油田服務(wù)股份有限公司,天津 300452）

從中國油氣藏構(gòu)造特征來看,有相當(dāng)大一部分屬于背斜構(gòu)造、斷鼻構(gòu)造和潛山構(gòu)造油藏,這類油氣藏大多數(shù)具有埋藏深、油藏傾角大、油層厚等特點［1-2］。這類油藏歷經(jīng)多年水驅(qū)開發(fā)后,常常會在油藏頂部滯留“閣樓油”,難以進(jìn)一步有效動用［3-5］。國內(nèi)外研究表明,氣頂重力驅(qū)技術(shù)是有效提高這類油藏采收率的方法之一,其采收率在所有非混相驅(qū)中最高［6-8］。油氣界面穩(wěn)定是實施氣頂重力驅(qū)成功的關(guān)鍵［9］,而針對影響油氣界面穩(wěn)定關(guān)鍵因素研究的文獻(xiàn)尚不完善。本文基于室內(nèi)注氣相態(tài)實驗,利用數(shù)值模擬和理論分析法,從地質(zhì)和開發(fā)兩個方面研究了影響氣頂重力驅(qū)的主要因素。礦場實踐表明,該研究成果對提高高傾角油藏開發(fā)效果具有重要意義。

1 影響氣頂重力驅(qū)的地質(zhì)因素

地質(zhì)因素是影響氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的靜態(tài)主要因素,地質(zhì)因素的構(gòu)造條件（地層傾角）、儲層非均質(zhì)性（儲層韻律性）、儲層物性（縱向與水平滲透率比值）和流體性質(zhì)（地層原油黏度）等是影響油氣界面穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素［10-11］。依據(jù)室內(nèi)注氣相態(tài)實驗,借助CMG 數(shù)值模擬軟件中的WinProp 模塊完成流體相態(tài)擬合,確定流體相態(tài)參數(shù)和與狀態(tài)方程相匹配的特征化參數(shù),在此基礎(chǔ)上建立不同地質(zhì)條件下的數(shù)值模型,研究地質(zhì)因素對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。

1.1 地層傾角對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

1.1.1 理論公式法

任韶然等［12］根據(jù)重力注氣模型及迪茨模式幾何關(guān)系,通過理論推導(dǎo),提出表征頂部注氣重力穩(wěn)定判別模型——改進(jìn)的重力穩(wěn)定判別數(shù)NGAGI。

式中,K為氣相滲透率,10-3μm2；Δρo,g為油氣密度差異,g/cm3；α為地層傾角,（°）；?為重力穩(wěn)定注氣通量,指單位時間注入流體體積與橫截面面積的比值,m/d；μo為地層原油黏度,mPa·s；C為常數(shù),C=8.64×10-5。

由公式（1）可看出,地層傾角越大,重力穩(wěn)定判別數(shù)NGAGI越大,當(dāng)NGAGI＞1 時,形成氣頂重力驅(qū),可提高氣驅(qū)開發(fā)效果。應(yīng)用目標(biāo)區(qū)塊油藏參數(shù),計算重力穩(wěn)定判別數(shù)NGAGI,當(dāng)?shù)貙觾A角為13.8°時,重力穩(wěn)定判別數(shù)NGAGI＞1。

1.1.2 數(shù)值模擬法

根據(jù)理論公式計算結(jié)果,應(yīng)用CMG數(shù)值模擬軟件,計算形成氣頂重力驅(qū)的地層傾角界限。設(shè)計地層傾角分別為5°,10°,15°,20°,25°,30°,40°和50°,研究不同地層傾角條件下氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果。由圖1可知,在相同的注氣量條件下,增油效果隨地層傾角的增加而增大,當(dāng)?shù)貙觾A角增加到15°后,采出程度增幅減緩。分析認(rèn)為傾角越大,重力分異作用越明顯,注入氣越容易上浮運移到油藏頂部或傾斜構(gòu)造上部形成氣頂,使閣樓油得到動用,且由于油氣密度差異抑制黏性指進(jìn),使氣驅(qū)前緣穩(wěn)定,剩余油在前緣富集形成油墻,不斷向生產(chǎn)井推進(jìn),在氣驅(qū)過程中波及體積及驅(qū)替效率相對低傾角油藏都有較大幅度的提升。

圖1 地層傾角對氣頂重力驅(qū)驅(qū)油效果的影響

1.2 儲層韻律性對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

在注氣量和注入速度固定的條件下,設(shè)計儲層韻律性分別為正韻律儲層、反韻律儲層和復(fù)合韻律儲層,研究不同儲層韻律對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。從圖2 可知,正韻律模型較反韻律和復(fù)合韻律模型更有利于重力泄油,因為正韻律模型在氣頂重力驅(qū)過程中重力分異作用明顯,更易形成穩(wěn)定油氣界面。

圖2 儲層韻律性對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

1.3 縱向與水平滲透率比值對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

設(shè)計縱向滲透率與水平滲透率比值分別為0.2,0.3,0.4,0.5,0.6 和0.7,論證縱向滲透率與水平滲透率比值對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。圖3 表明,縱向與水平滲透率比值越大,越有利于氣頂重力驅(qū)。分析認(rèn)為縱向與水平滲透率比值越小,氣液之間的滲流阻力越大,從而導(dǎo)致推動油氣界面向下運移能力減弱。

圖3 縱向與水平滲透率比值對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

1.4 地層原油黏度對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

設(shè)計地層原油黏度分別為1,5,10,15,20,30 mPa·s,論證地層原油黏度對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。圖4表明,地層原油黏度越小,越有利于氣頂重力驅(qū)。地層原油黏度越低,注入氣與地層原油的黏度差異越小,低流度比有利于抑制氣體指進(jìn),穩(wěn)定驅(qū)替前緣,提高氣體波及體積,達(dá)到較好的采油效果。

圖4 地層原油黏度對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

2 影響氣頂重力驅(qū)的開發(fā)因素

開發(fā)因素是影響氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的動態(tài)因素［13-14］,開發(fā)因素的布井方式、井型、注氣速度和防氣竄措施等是影響油氣界面穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。建立不同開發(fā)條件下的數(shù)值模型,研究開發(fā)因素對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。

2.1 布井方式對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

在相同的注氣量條件下,設(shè)計布井方式分別為對應(yīng)注采井網(wǎng)和交錯注采井網(wǎng),研究不同布井方式對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。由圖5 可知,交錯注采井網(wǎng)的開發(fā)效果優(yōu)于對應(yīng)注采井網(wǎng),分析認(rèn)為交錯注采井網(wǎng)實施氣頂重力驅(qū)能夠進(jìn)一步擴大氣體波及范圍。

圖5 不同井網(wǎng)下氣驅(qū)結(jié)束后剩余油飽和度疊加圖

2.2 井型對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

在注氣量和注入速度固定的條件下,設(shè)計井型分別為定向井和水平井,研究井型對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。從圖6 可知,水平井注采較定向井注采更有利于重力泄油,因為水平井注采油氣界面推進(jìn)相對穩(wěn)定,定向井注采見氣早,氣竄快。

圖6 不同井型對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

2.3 注氣速度對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

設(shè)計注氣速度分別為0.02,0.04,0.06,0.08,0.10 HCPV/a,論證注氣速度對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響。圖7 表明,累產(chǎn)油量隨注氣速度的增加先增大后減小,最優(yōu)注氣速度為0.06 HCPV/a。注氣速度越小,越有利于形成穩(wěn)定的油氣界面,但影響見效時間；注氣速度越快,使得氣體推進(jìn)前緣與水平面夾角越大,易造成層頂突進(jìn),縱向波及受限,油氣界面越不穩(wěn)定,因此需要控制合理注氣速度。推薦注氣速度為0.06 HCPV/a。

圖7 不同注氣速度下累產(chǎn)油曲線

2.4 抑制氣竄措施對氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果的影響

為了提高氣體利用率及氣驅(qū)效果,考慮到油藏的非均質(zhì)性特征,設(shè)計氣竄后增加調(diào)驅(qū)段塞,調(diào)驅(qū)段塞采用LM-A膠聯(lián)體系+預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒,體系性能見表1、表2,

表1 LM-A交聯(lián)聚合物性能指標(biāo)

表2 預(yù)交聯(lián)凝膠顆粒性能指標(biāo)

用數(shù)值模擬法預(yù)測采油效果,結(jié)果如圖8所示,在氣驅(qū)實施過程中,氣油比隨注氣量增加而增大,日產(chǎn)油量隨氣油比的繼續(xù)上升而下降,此時增加調(diào)驅(qū)段塞能降低氣油比,增加日產(chǎn)油量。

圖8 考慮抑制氣竄對日產(chǎn)油和氣油比的影響曲線

3 礦場實施效果

柳贊北區(qū)Es32+3油藏埋深2 300～3 300 m,油藏天然能量微弱,地層傾角達(dá)到35°～55°。正韻律儲層,物性較差,平均孔隙度17.1%,平均滲透率75.2×10-3μm2。早期采取注水開發(fā),注水壓力高,吸水能力差,地層能量得不到有效補充,產(chǎn)量遞減快,標(biāo)定采收率僅15%,地質(zhì)儲量采出程度僅7.6%。結(jié)合柳北油藏高傾角構(gòu)造特征及氣頂重力驅(qū)技術(shù)影響因素研究成果,在斷層根部區(qū)域開展CO2氣頂重力驅(qū)實驗,在原有井網(wǎng)的基礎(chǔ)上設(shè)計不同注采方式和不同生產(chǎn)井型,探索氣驅(qū)生產(chǎn)特征及開發(fā)規(guī)律。

技術(shù)實施后地層能量逐步恢復(fù),實際產(chǎn)油6.7×104t,增油3.03×104t,氣驅(qū)后遞減率由17.4%降至5.8%,階段提高采收率6.3%。通過對項目實施效果的經(jīng)濟效益后評估,項目實際總投入5 382 萬元,以歷年實際油價及增油量評價計算,項目最終增量收入1.106 9 億元,內(nèi)部收益率61.15%,經(jīng)濟效益顯著。

3.1 氣頂重力驅(qū)驅(qū)油效果明顯優(yōu)于其他氣驅(qū)方式

統(tǒng)計9 口見效井,氣頂重力驅(qū)開發(fā)模式相比近等高開發(fā)模式和低注高采開發(fā)模式,具有氣體推進(jìn)均衡、見氣（氣竄）晚、產(chǎn)氣量少、有效期長的優(yōu)勢（見表3）。氣頂重力驅(qū)油井平均160 d 后見效,平均有效期長達(dá)1 000 d 以上,生產(chǎn)狀況穩(wěn)定,見效增油顯著,生產(chǎn)氣油比低；近等高開發(fā)模式采油井注氣后平均114 d 后見效；低注高采開發(fā)模式油井注氣后平均77 d 后見效,氣竄速度快,生產(chǎn)氣油比高,見效增油少。因此,在高傾角構(gòu)造條件下,氣頂重力驅(qū)開發(fā)模式能有效抑制氣竄,保持長時間高效穩(wěn)產(chǎn)。

表3 不同氣驅(qū)模式生產(chǎn)參數(shù)對比

3.2 水平井氣頂重力驅(qū)驅(qū)油效果明顯優(yōu)于定向井氣驅(qū)效果

3 口氣頂重力驅(qū)模式見效井中,水平井1 口、定向井2 口,增油效果差異較大（見表4）,水平井有效期為1 679 d,凈增油可達(dá)17 458 t,平均日增油10.4 t；定向井有效期為169～1 336 d,凈增油可達(dá)881～7 231 t,平均日增油5.2～5.4 t。在高差與井距基本一致的情況下,水平井見效增油幅度明顯優(yōu)于定向井,見效后日產(chǎn)氣量、氣油比、CO2濃度等指標(biāo)均小于定向井。水平井相比定向井?dāng)U大了在同一生產(chǎn)高差下的泄油面積,更能充分利用油氣本身的重力分異作用,減緩CO2推進(jìn),有效提高波及體積。

表4 不同井型生產(chǎn)狀況對比

4 結(jié)論

（1）氣頂重力驅(qū)利用高傾角的油層特征和油氣重力差異影響,是高傾角油藏的有效開發(fā)方式。

（2）地質(zhì)因素中,大地層傾角、正韻律儲層、高縱向與水平滲透率比值以及低地層原油黏度有利于實施氣頂重力驅(qū)。

（3）開發(fā)因素中,交錯式注采井網(wǎng)、水平井采油、適宜的注氣速度和適當(dāng)?shù)恼{(diào)驅(qū)段塞組合有利于抑制氣竄,提高氣頂重力驅(qū)開發(fā)效果。