稠油油藏转蒸汽驱开采的特殊性分析.pdf

第16卷第2期 2009年4月 特 种 油 气 藏 SpecialOil and Gas Reservoirs Vol116 No12 Apr12009 收稿日期 2009 - 02 - 11;改回日期 2009 - 03 - 03 作者简介周鹰1968 - ,男,高级工程师, 1991年毕业于西南石油学院石油地质勘察专业,现从事油田开发及管理工作。 文章编号 1006 - 65352009 02 - 0062 - 05 稠油油藏转蒸汽驱开采的特殊性分析 周 鹰 1 ,宋 阳 2 ,孙洪安 1 ,常栋霞 1 1 1中油辽河油田公司,辽宁 盘锦 124010; 21鲁东大学,山东 烟台 264025 摘要从陆相沉积储层蒸汽吞吐末期转蒸汽驱开发影响因素分析入手,总结出稠油油藏蒸汽驱 开发驱动方式、 介质相态变化、 能量交换与转化、 储层非均质与动用非均质、 能量变化的时空性 等特殊性,提出蒸汽驱油藏管理针对性措施,可以指导蒸汽驱方案设计及动态调整。 关键词稠油油藏;蒸汽驱;开采特征;特殊性;驱动方式 中图分类号 TE345 文献标识码A 前 言 稠油油藏为提高采收率和经济效益,多数在转 蒸汽驱开发前进行蒸汽吞吐降压 [1 ] , 2002年以来, 国内先后在新疆、 辽河、 胜利等浅层、 中深层、 特深 层油藏开展蒸汽驱试验。由于陆相沉积储层地质 特征的复杂性以及蒸汽吞吐与蒸汽驱开发方式的 关联性,蒸汽驱开发效果与地质特点及吞吐阶段动 用状况密切相关。针对稠油油藏吞吐末期转蒸汽 驱开发现状,从影响蒸汽驱效果的能量、 介质转化 等关键因素入手,分析总结此类油藏蒸汽驱开采的 特殊性及调整策略,以期不断改善稠油油藏蒸汽驱 开发效果。 1 国内蒸汽驱开发基本情况 中国从20世纪80年代末开始试验和应用该 项技术,先后在新疆和辽河油田开展了8个蒸汽驱 先导试验,分别是新疆克拉玛依油田的九1 - 1、 九 1 - 2、 九3、 九6区,辽河油田的高3 - 4 - 032井组、 曙1 - 7 - 5块、 杜163试验井组以及锦90块,代表 了中国稠油油藏的基本类型,其中九1 - 1、 九1 - 2、 九3、 九6区是浅层单砂体油藏,高3 - 4 - 032 井组是深层块状油藏,曙1 - 7 - 5是具有边底水的 块状油藏,杜163试验井组是互层状稠油油藏。从 原油性质来看,九6区、 曙1 - 7 - 5块属于特稠油 油藏,其余区块均是普通稠油油藏。从试验效果来 看,新疆九11区试验效果较好,油汽比达012以 上,采收率达20以上。其余几个试验区效果不 够理想,其主要原因是对非均质储层吞吐末期转蒸 汽驱特殊性缺乏认识,导致方案设计和实际生产操 作不合理。 2 蒸汽吞吐末期转蒸汽驱的特殊性 蒸汽吞吐后转蒸汽驱,存在驱动方式、 介质相 态变化、 能量交换与转化、 储层非均质与动用非均 质、 能量变化的时空性 [2 ]等特殊性。 211 理想的段塞驱动和优势通道引起的非段塞驱 动同时存在 21111 理想均质模型蒸汽驱不同流体带驱替方式 探讨 典型蒸汽驱温度和饱和度剖面见文献[ 3 ]。 假定在蒸汽吞吐阶段大部分轻质组分采出,即不存 在蒸汽蒸馏带情况下,典型蒸汽驱存在蒸汽带、 热 凝析带、 冷凝析带、 油藏流体带4个不同的温度及 饱和度区域 [3 ] ,受注采井间温度变化导致的原油 粘度变化及介质相态变化影响,饱和蒸汽带与热凝 析带之间表现为段塞驱动方式,而热凝析带与冷凝 析带间表现为水驱的非段塞驱动方式,即存在一个 相当大的油水两相渗流区。 21112 实际陆相非均质地质条件下,油藏转蒸汽 驱后驱替方式的特殊性 非均质储层经过多轮次蒸汽吞吐后,储层非均 质性有进一步加剧的趋势,特别是优势通道已经形 第2期周 鹰等稠油油藏转蒸汽驱开采的特殊性分析63 成的储层,其驱替方式会产生相应的变化。 2111211 优势通道对蒸汽带与热凝析带段塞驱动 方式的影响 由于在注汽井和不同的采油井间或在同一注 采井间同一小层的不同部位存在优势通道,通道内 具有较小的压力梯度,饱和蒸汽带在热前缘冷凝 后,将首先沿优势通道推进至生产井井底,以对流 为主的传热形式,使优势通道内储层温度上升至饱 和温度速度快于其他地区储层,这一作用使饱和蒸 汽带进一步向优势通道推进,尽管饱和蒸汽带前缘 温度的不均衡性有增强蒸汽带稳定性的作用 [4] , 但此时,优势通道的较小压力梯度使蒸汽带和流体 带优先沿优势通道向生产井窜进将占主导作用,齐 40块、 洼38块东三段油层蒸汽驱单井组生产井井 口温度上升速度、 温度的较大差异说明了这一点。 这种作用使同一井组内或多井组井的成熟成度产 生较大差异,在此条件下,尽管饱和蒸汽带和热凝 析带之间仍然可以看作是一种理想化的段塞驱动 方式,但此时这种方式也在客观上制约了蒸汽带波 及体积系数的进一步提高。 2111212 优势通道对热凝析带与冷凝析带非段塞 驱动方式的影响 优势通道形成后,对热凝析区与冷凝析区的最 重要影响是加剧了粘性指进。对于热凝析区,假定 油区和水区的体积流量相等,且储层为水平条件而 忽略重力项条件下,则稳定条件为 μ w Kw μ o Ko 1 式中μw 、 μ o分别为水、 油动力粘度,mPas;Kw、Ko 分别为水、 油有效渗透率, 10 - 3μ m 2。 式1是在假定一维水平储层水驱条件下导 出的,对于高轮次蒸汽吞吐阶段已形成优势通道的 储层,如果蒸汽腔经过近井压力梯度较大区域后冷 凝,因为优势通道的高采出程度和较高的含水饱和 度,使优势通道的水相相对渗透率加大,即水相有 效渗透率进一步加大,破坏了上述前缘稳定条件, 冷凝水将向优势通道内汇流,粘性指进问题加剧。 对于冷凝聚析区,冷凝水以粘性指进方式穿透 至冷凝析区前缘,受油层温度下降影响,流度比将 会更加不利,前缘稳定性将下降,此时优势通道的 存在将进一步破坏冷凝析区的前缘稳定性,其机理 基本与热凝析区类似。 212 蒸汽波及和水洗波及同时存在 对于实际地质条件,客观存在热损失,蒸汽腔 内冷凝水及前缘冷凝水逐渐增加,特别是当注入蒸 汽干度较低时,或是在提液不及时、 油藏压力上升 时,蒸汽腔扩展速度减慢,在冷凝前缘至油藏流体 带的较大区域内都将受到水驱波及 [5 ] ,与等温驱 替不同的是,越是前缘粘性指进现象越严重。 213 能量交换、 转化和介质交换同时存在 从注汽井看,能量的存在形式包括潜热与显热 2种形式,能量的传导包括传质和传热2个过程。 当注入蒸汽在油藏压力条件下的汽化潜热大于顶 底盖层热损失时,蒸汽腔得到持续扩展,使蒸汽的 波及体积加大;当蒸汽潜热仅能弥补顶底盖层热损 失时,蒸汽腔将停止扩展,油藏将以水驱波及为主。 在此过程中,能量交换发生在饱和蒸汽与冷凝 水的潜热与显热之间,高温流体与低温流体之间, 蒸汽、 流体与储层骨架之间,蒸汽腔、 冷凝水等与项 底盖层之间,能量交换服从能量守衡原理,传导与 对流都是能量交换的一种形式。介质的交换发生 在储层的流体之间,包括蒸汽与冷凝水、 冷凝水驱 替原油同时发生介质交换,介质交换过程服从体积 平衡原理。 214 储层非均质和动用非均质同时存在 由于稠油油藏主要分布在凹陷含油构造带边 缘,沉积类型主要由扇三角洲和浊积2种砂体组 成,其岩性特征表现为分选差,砂、 泥、 砾混杂,具有 非均质性较强的特点 [6 ]。受储层非均质特征影 响,蒸汽吞吐阶段不同小层的平面、 纵向热利用率 存在差异,因此平面、 层间的动用状况同样存在差 异,即在蒸汽吞吐末期存在储层非均质和动用非均 质的现象。非均质油藏转驱后,动用不均使储层的 非均质性进一步加剧,特别是压力不均衡及回采水 率的差异将影响直井蒸汽驱过程中热量的利用和 交换 [7 ]。 辽河油田中深层稠油油藏吸汽剖面资料表明, 高渗层、 厚油层是蒸汽吞吐阶段的主要吸汽层及主 要的产能贡献层 [8 ]。转蒸汽驱开发后 ,主力产油 层压降幅度较大,使得蒸汽优先进入压力较低的油 层,即蒸汽腔主要沿压力较低的高渗层扩展,从而 64 特 种 油 气 藏第16卷 降低了蒸汽驱阶段的波及体积。平面上,蒸汽吞吐 阶段不同沉积相带储层动用不均,动用程度较高的 主河道部位转驱后将成为蒸汽驱的主要通道,而分 流间的蒸汽波及体积相对较小。上述纵向、 层间及 由此产生的蒸汽吞吐阶段动用非均质性等因素将 使汽驱阶段蒸汽腔的形状更加不规则,波及体积更 小,直接影响了蒸汽驱阶段的采收率。 215 能量变化的矢量性和时空性同时存在 在蒸汽驱的物理过程中,同时存在传热和传质 2个过程,油层和毗邻的地层可以认为是能导热的 介质,通过热传导加热储层基质而产生的热损失是 必然的,但由上覆或下伏地层产生的热损失则会产 生负面影响。针对注入蒸汽在储层三维空间的热 传导,比较常用的是用傅立叶于1822年推导出的 偏微分方程进行定量描述 [9 ]。 蒸汽驱热力采油利用的是非稳态解法,热传导 不但发生在三维空间上,同时也随时间变化,能量 的传递具有时空性的动态变化特征。由于热传导 的速度很慢,蒸汽驱重要的热利用机理是对流加 热。当蒸汽注入油层时,热量也带进较冷的环境 中,随着温度梯度的产生,在流动液体边界产生热 传导,因此,在热量通过对流传递到油层的过程中, 实际是通过对流扩大热传导加热面积。 3 蒸汽驱动态分析和动态调整的关键环节 311 蒸汽驱油藏的动态监控 实际蒸汽驱过程中,油藏流体的相变及相互作 用要复杂得多如果油层较厚,则存在蒸汽超覆现 象,降低了油层的纵向波及系数;如果蒸汽吞吐后 形成优势通道,则影响了蒸汽腔的形状及体积;当 排液不及时采注比达不到方案要求或井底蒸汽 干度不够时,则油藏不能充分利用蒸汽的汽化潜 热,而以热水驱替为主,导致驱油效率降低。围绕 确定蒸汽腔的体积和形状开展实时监测,针对性的 动态调整十分必要。 蒸汽驱的监测系统包括对注汽井、 生产井及观 察井的监测3个方面。对于注汽井,应重点监测井 口、 井底蒸汽干度及注汽速度、 吸汽剖面、 压力和温 度;对于生产井应重点监测油井产液量、 井口温度、 套压、 流体性质等;对于观察井,主要监测油藏的温 度和压力。通过收集不同时期的监测数据,结合数 值模拟预测结果,确定油藏在不同时期的动态反映 是否与预测结果一致,如果不一致则修正油藏模 型,并通过修正的油藏模型来优化措施。 312 生产参数的合理控制 蒸汽驱的效果取决于饱和蒸汽室是否随着注 汽量的增加而得到有效扩展,而要实现这一目标, 则应使油藏压力控制在一个较合理的范围内。通 过控制生产压差进而控制采注比,实现对油藏压力 和饱和蒸汽带体积的控制是确保蒸汽驱成功的关 键环节 [10 ]。 图1为洼38块东三段油层五井组蒸汽驱采注 比对压力影响的敏感分析曲线。其操作条件为注 汽速度为100 t/d,井底蒸汽干度为45 ,井底流压 为110 MPa;结束条件为瞬时油汽比达到0108。根 据上述条件对不同采注比的地层压力变化进行预 测。当采注比低于112时,地层压力表现出上升趋 势,采注比越低压力上升幅度和速度越大;当采注 比为112时,地层压力基本保持稳定,即实现了注 采平衡。 图1 不同采注比压力随时间变化曲线 在同一操作条件下,利用数值模拟计算了采注 比对饱和蒸汽带体积的影响图 2 。从图2可以 看出,当采注比为018时,饱和蒸汽带较小,逐渐萎 图2 不同采注比蒸汽带体积随时间变化曲线 缩直至消失;当采注比为1时,饱和蒸汽带的体积 第2期周 鹰等稠油油藏转蒸汽驱开采的特殊性分析65 仍然较小,且随注汽量的增加扩展得较小,在此条 件下,因只在较小区域内增大驱油效率,因此油藏 以热水驱替为主。当采注比为112时,随着注汽量 的增加,饱和蒸汽带得到持续扩展,才真正实现了 蒸汽驱替。 从上述讨论可以看出,通过控制生产压差提 高采注比,将地层压力控制在方案规定范围,确 保饱和蒸汽带持续扩展,可以保证压差势场的稳 定,为生产井提供了稳定的驱动力,同时不断增 加注入油层的汽化潜热,在蒸汽带体积不断增大 的过程中,完成了汽化潜热 显热 冷油层温度 升高的能量转化过程,实现了能量的交换和传递 的动态平衡。 313 剩余储量的均匀动用 受储层非均质及动用非均质的影响,单纯利用 规则井网形式解决均匀动用问题存在较大局限性, 可以探索一种按蒸汽驱实施区块不同部位、 不同油 藏特点的地区进行分类治理的技术对策,从而从整 体上提高蒸汽驱的效果。 31311 油藏的高倾角地区 如果油藏具有较大的地层倾角,冷凝前缘至生 产井的较长流体柱可产生重力分异,蒸汽倾向于流 向上倾方向,而冷凝水则倾向于流向下倾方向,从 而导致上倾方向为蒸汽驱,下倾方向为水驱。在方 案设计时,可以考虑部署增大上倾方向井距、 减小 下倾方向井距的不均匀井网形式。如果井网形式 已经固定,可以通过在蒸汽驱上倾部位油井蒸汽突 破前降低注汽速度或干度使不同部位产生较为均 衡热量分布的办法加以解决。 31312 油藏边缘储层变薄地区 较薄的油层与厚油层在蒸汽驱过程中最大的 差异是热利用率的不同。当蒸汽腔在薄油层内扩 展时,受油层厚度限制,纵向波及较均匀,平面上由 于与盖层之间有较大的接触面积,加大了薄油层的 热损失,与厚油层相比,薄油层的热利用率较低,蒸 汽腔扩展难度更大,因此,为防止由于水驱前缘不 稳定而导致的动用不均问题,在较薄油层部位汽驱 井组应适当提高蒸汽干度。 31313 存在边底水的区域 如果油藏存在边底水,那么浅层蒸汽驱与中深 层 特深层蒸汽驱实现均匀动用的技术措施应有 所区别。对于浅层蒸汽驱,由于地层压力相对较 低,应尽可能利用边水推动油墙移动,可以采取如 下方式注汽第1阶段,在油藏高部位与低部位同 时注汽,在油藏低部位注汽的目的是防止冷油在靠 近油水边界处聚集;第2阶段,仅在油藏的高部位 注汽,依靠边水能量推动油墙持续流动。如果油藏 埋藏较深,多数情况下地层压力较高与边水体积 有关 , 则距边水较近的注汽井初期应采用高干度 注汽,利用地层倾角人为造成沿地层倾向上的动用 不均,之后关闭边部注汽井,在边水部位形成冷油 墙,沿缓边水突进而导致蒸汽驱热损失增加情况发 生。 31314 油藏主体动用不均区域 要保证主体动用不均区域的均匀动用,首先是 优选科学合理的注汽速度并尽可能提高注汽干度。 因为蒸汽比冷凝水具有较高的粘度,蒸汽腔具有较 强的前缘稳定性,较利于形成规则的温度场,在一 定程度上降低了动用不均的影响。其次,应根据油 藏的非均质性及动用程度的差异,对采出程度低或 储层物性差部位生产井,周期性采取蒸汽吞吐引 效,尽最大可能解决温度场的均匀分布问题,同时 这些部位的井应放大生产压差生产,通过提高流体 的对流速度来提高储层的温度上升速度,达到使蒸 汽腔在各部位波及相对均匀。 314 综合性油藏管理 蒸汽驱油藏管理包括从油藏描述到数值模拟 再到方案调整的所有工作内容,多学科的协同工作 十分重要。从注采井间相态及三场变化情况看,从 冷凝前缘至生产井间表现为非等温驱替过程,降粘 之后的原油及冷凝水在孔隙介质中渗流服从达西 定律,可以借鉴注水动态分析到蒸汽驱分析方法, 但更重要的是对能量的平衡与转化的分析、 多因素 对热利用率影响的分析。在掌握大量油藏数据后, 通过历史拟合修正油藏参数,使油藏模型能恰当地 反映油藏中的流体及能量交换过程,进而利用数值 模拟进行预测与方案调整,将在油藏管理中起到重 要作用。 4 结论和建议 1稠油油藏转蒸汽驱开发,在方案设计阶段 应充分考虑上述5点特殊性,在方案实施阶段应从 66 特 种 油 气 藏第16卷 提高热效率出发,对不同油藏的特点科学设计注采 参数,实现能量、 介质效换的动态平衡。 2在方案设计和方案实施阶段,建立精细储 层三维非均质模型,并通过历史拟合不断修正,建 立反应储层三维空间及流体运动状态的预测模型, 对上述五点特殊性分析及方案调整,将起到重要作 用。 3蒸汽驱的分区治理对策可以使动态分析 简捷高效,措施调整更有针对性。 参考文献 [1]孙川生,等 1稠油蒸汽吞吐转汽驱的条件时机及影响 因素[J ]1新疆石油地质, 1991, 123 2171 [2]罗杰M巴特勒 1重油和沥青的热力开采工艺[M ]1北 京石油工业出版社, 1994 821 [3]洪K C1蒸汽驱油藏管理[M ]1北京石油工业出版 社, 1996 161 [4]帕拉茨M1热力采油[M ]1北京石油工业出版社, 1989 11 [5]刘文章 1热采稠油油藏开发模式[M ]1北京石油工 业出版社, 1998 1691 [6]姚远勤,等 1稠油热采技术论文集[C]1北京石油工 业出版社, 1993 69～711 [7]张锐,等 1稠油热采技术[M 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Beijing University of Science 2. Dongsheng Jinggong Petroleum Developm ent Group Co . , Ltd, Dongying, Shandong257000, China Abstract Extra - low permeability reservoirs usually have artificial fractures, so that a physicalmodel has been built accordingly for the Third District . Based on equipressure ellipsoid theory, the expression of bottom - hole pressure in finite conductivity vertical fracture wells of extra - low permeability reservoirs has been derived, and the deliverability and influential factorsof finite conductiv2 ity vertical fracturewells are analyzed and discussed for the ThirdDistrict . The result shows that fracture length has an i mportant im2 pact on production the longer the fracture is themore obvious the production decline appears, and the thicker the oil reservoir is the faster the production decline is . This isof important theoretical and practical significance for hydraulic fracturingwells in ex2 tra - low permeability reservoirs . Key words extra - low permeability reservoir; matrix - fracture; coupling; mathematicalmodel; flow behavior Productivity analysis for fractured well in low - permeability gas reservoirs considering slippage effect L IDong - yao, CHENG Shi - qing, ZHENG Chun - feng China University of Petroleum, Changping, Beijing102249, China Abstract A lot of percolation experiments have confir med that gas flow in low - permeability reservoirs could be influenced by slip2 page effect under certain conditions . By using confor mal transfor mation principle, the calculation of production from vertical fracture gaswell is transed into a simple problem of unidirectionalpercolation for fractured gaswell in homogenous low - permeability gas reservoirwith uni thickness .The productivity equation of fractured wells in low - permeability gas reservoirs has been derived with consideration of binomial percolation and slippage effect .Inflow perance curves are comparatively analyzed under different slippage effects .The results show that the productivity of fractured gaswellwill increase with slip factor increasing in low flow pres2 sure stage.This study isof practical significance to productivity calculation and perance analysis for fractured gaswells in low - per meability gas reservoirs in low pressure production stage. Key words low - permeability gas reservoir; slippage effect; fracturing; productivity equation; inflow perfor mance curve Peculiarity analysis of heavy oil recovery by converti ng to steam flooding ZHOU Ying 1 , SONG Yang 2 , SUN Hong - an1, CHANGDong - xia1 1. Liaohe O ilfield Com pany, PetroChina, Panjin, L iaoning124010, China; 2. Ludong University, Yantai, Shandong264025, China Abstract This paper analyzes the influential factors of converting to steam flooding in the late period of cyclic steam stimulation for continental deposit reservoirs, generalizes the peculiarity of steam flooding in respects of driving , phase change of media, energy exchange and conversion, reservoir heterogeneity and producing heterogeneity, and the ti me and space of energy conversion, presents specific measures for steam flooding reservoirmanagement, and may guide steam flooding program designing and per2 ance adjust ment . Key words heavy oil reservoir; steam flooding; production characteristics; peculiarity; driving A mathematical of flow pattern recogn ition for horizontal wells ZHANG Rong - jun1, CHEN Jun - bin1, REN Yue - ling 2 1.Xi’an Shiyou University, Xi’an, Shanxi710065, China; 2.Huabei O ilfield Com pany, PetroChina, Renqiu, Hebei062550, China Abstract The change and recognition of flow pattern are discussed through experimental and mathematicalswith the guid2 ance ofmechanis m study to predict the behavior ofmultiphase flow of oil - gas - watermixture in horizontalwellbore and pipeline. Partial recognition criterion of flow pattern change for gas - liquid two - phase flow in horizontal pipe has been obtained based on a laminar flow model .The study shows thatwith certain limit, this criterion is very good for recognizing flow pattern and can be used