海上稠油油田热水复合增效适应性初步探索.pdf

Preliminary exploration on adaptability of hot water floodingcombined flooding in offshore heavy oilfieldsYUAN Yufeng1，2，RONG Kaixuan1，2，LI Tianliang1，2，WEI Peng1，2，ZHANG Ying1，2，GAO Jie1，2，ZHAO Xinru1，2（1.Production Optimization R 驭 D Institute，China Oilfield Services Limited，Tianjin 300450，China；2.Laboratory of Testing and Analysis of State KeyLaboratory of Ocean Efficient Development，Tianjin 300450，China）Abstract The Bohai oilfield is rich in heavy oil resources,and the conventional heavy oilreservoirs with viscosity lower than 350 mPa s are usually developed by conventional waterflooding.However,due to the obvious difference in oil-water viscosity and fluidity,it is easyto produce pointing phenomenon in the process of water flooding,which leads to the rapidrise of water cut and seriously affects the development effect.Simple hot water carries limit原ed heat and has a low utilization rate of heat energy.Combining chemical agents and auxil原iary gases on the basis of hot water can further improve the oil displacement efficiency,ex原pand the sweep volume and effectively improve the development effect of water flooding.Therefore,it is of great significance to carry out the adaptability research of hot water com原海上稠油油田热水复合增效适应性初步探索袁玉凤1，2，戎凯旋1，2，李田靓1，2，魏鹏1，2，张颖1，2，高杰1，2，赵心茹1，2（1.中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津300450；2.海洋高效开发国家重点实验室试验与分析室，天津300450）摘要 渤海油田稠油资源丰富，黏度低于 350 mPa s 的普通稠油油藏，通常采用常规水驱开发，但由于油水黏度差异明显，流度差异大，水驱过程中易产生指进现象，导致含水率上升快，严重影响开发效果；单纯的热水携带热量有限，热能利用率低，在热水的基础上复合化学剂、辅助气体，进一步提高驱油效率，扩大波及体积，有效改善水驱开发效果，因此，开展热水复合驱适应性研究，对海上稠油油田的高效开发具有重要的意义，本文通过室内实验的手段，开展热水复合驱增产机理研究，在此基础上，开展油藏参数、注采参数等适应性分析，初步提出适用热水复合驱开发的油藏参数界限，同时开展注采参数优化，为后续海上稠油油田的高效开发提供有利借鉴。关键词 稠油油田；热水复合驱；室内实验；增效机理；适应性分析中图分类号 TE357.46文献标识码 A文章编号 1673-5285（2023）09-0061-06DOI:10.3969/j.issn.1673-5285.20圆3.09.012*收稿日期：圆园23原04-17作者简介：袁玉凤（1987），女，硕士研究生，油藏工程师，2014 年毕业于西南石油大学油气田开发专业，主要从事海上稠油热采开发方案编制工作。E-mail：石油化工应用PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATION第 42 卷第 9 期2023 年 9 月Vol.42 No.9Sept.2023目前热水复合驱矿场应用少，仍处于先导实验阶段，尚未实现工业化推广，多为室内实验药剂性能评价与数值模拟研究。（1）热水驱研究现状：2005 年薄芳等1、2011 年王其伟等2开展孤岛油田渤 21 块蒸汽吞吐转热水驱开采研究，采收率提高 4.00%；2013 年曲瑛新等3开展江桥杜 66 块蒸汽（驱）吞吐转热水驱研究，采收率提高6.03%；2015 年，KIRK 等4开展加拿大 Pelican Lake 油田水/聚驱转热水驱，采收率提升明显。此外，辽河欢喜岭油田锦 99 块5，新疆昌吉油田吉 7 井区6，吉林长春岭油田长 109 区块7，深圳分公司恩平 18-1 油田8已开展热水驱室内实验研究及数值模拟研究，采收率提高幅度明显。（2）热水复合化学剂驱研究现状：2004 年石晓渠等9、2005 年张润芳等10、2007 年李胜彪等11开展河南油田 B125 断块蒸汽吞吐转热水（表面活性剂）驱，采收率提高 7.50%；2004 年袁士义等12开展锦 90 块蒸汽吞吐转热水+氮气泡沫驱，采收率提高 5.50%。胜利尚南油田尚 10-49 块13、渤海南堡 35-2 油田14、滨南稠油郑364 块15、辽河油田海 26 块16开展热水复合表面活性剂室内实验研究，驱油效率提高 8.0%30.0%。孤岛油田渤 21-7-19 井区、15 井区17、河南井楼油田 L3086井18开展热水复合泡沫室内实验研究，驱油效率提高30.0%以上。乐安油田草四断块开展热水复合泡沫数值模拟研究19，采收率提高 6.00%左右。（3）热水复合气体研究现状：新疆油田九 6 区20，埋深 200 m，油层厚度 440 m，孔隙度 0.3，平均渗透率2 077 mD，开展热水复合 CO2室内实验研究，驱油效率提高 36.8%。结合广大学者的研究成果，初步认为：热水驱较冷水驱可提高采收率 5.00%左右，热水复合驱可在热水驱基础上进一步提高采收率约 5.00%。为了更加深入的探索热水复合驱的适用条件，本文通过开展热水复合增油的主要增产机理、地质油藏参数适应性、注采参数优化等研究，初步探索热水复合驱的适用性，为海上热水复合驱的现场推广应用奠定基础，为渤海稠油油田的高效开发提供有效借鉴。员热水复合驱增产机理热水复合采油技术主要以热水携带热量为基础，加入辅助化学剂/气体，充分利用化学剂/气体对原油或油藏理化性能的改变，提高驱油效率和波及体积，增强热采开发效果。员援员热水驱增产机理（1）降低原油黏度（图 1），改善流度比；增大油相相对渗透率、提高水驱油效率；降低残余油饱和度，减缓含水率上升。图 1X 油田原油黏温曲线取海上X 油田 3 口井油样开展室内实验研究，研究表明：随温度的升高，油、水两相渗流区变宽，束缚水饱和度上升，残余油饱和度减小；在 70200 益，等渗点均跃50%，地层岩石亲水；随温度的升高，等渗点右移，posite flooding for the efficient development of offshore heavy oil reservoirs.The stimulationmechanism of hot water composite flooding was studied.On this basis,the adaptability anal原ysis of reservoir parameters and injection-production parameters was carried out,and thelimit of reservoir parameters applicable to hot water composite flooding development waspreliminarily proposed.Meanwhile,the injection-production parameters were optimized,which provided a favorable reference for the efficient development of the subsequent offshoreheavy oil reservoir.Key words heavy oil field；hot water composite flooding；laboratory experiment；mechanismof synergism；adaptability analysis100000100001000100101050100150200250300350温度/益X1X2X3石油化工应用2023 年第 42 卷62由 64.4%上升至 76.1%，岩石亲水性变强，在水驱油过程中表现为驱油效率的提高，见图 2。图 2不同温度油水相渗曲线（X 油田 X2 井）（2）加热降界面张力机理：随着温度升高油水界面张力降低，界面膜强度减弱，更容易形成乳状液，随着含水率的增大，平均液滴个数增多，平均液滴直径增大，从而增加渗流阻力，在一定程度上堵塞高含水率的优势通道，迫使热水转向，降低热水指进，提高采收率。以 X油田 X4 井为例，见图3，当温度从 50 益升高至 110 益时，油水界面张力降幅约 14%。图 3界面张力随温度的变化曲线（X 油田 X4 井）（3）热膨胀机理：岩石的热膨胀系数为 7.8伊10-6/益，远小于原油的热膨胀系数。以 X 油田的 X2 井为例，温度从 50 益上升至 110 益时，等质量原油体积增加4.026 0%、岩石体积增加 0.046 8%，原油、岩石的热膨胀作用可提高地层能量，从而提高原油采收率。图 4X 油田 X2 井稠油启动压力梯度-温度关系（4）加热降低启动压力梯度机理：稠油油田水驱开发时，原油的流动不仅与黏度和渗透率有关，还需要考虑启动压力梯度的影响。只有当注入压力能够克服启动压力梯度时，原油才能流动。以 X 油田 X2 井为例（图 源），确定目标区域的拐点温度大约为 80 益，当注热温度为 110 益时，可以大幅降低乃至消除启动压力梯度，能够有效地提高原油在地层中的流动性。1.2热水复合化学剂增产机理（1）复合驱油剂：驱油剂可以降低表面张力，驱油剂与热水协同作用，可以协同改变油水相渗，降低残余油饱和度，从而提高整体驱油效率，改善开发效果，见图 5、图 6。图 5界面张力与驱油剂浓度的关系曲线图 6残余油饱和度与驱油剂浓度的关系曲线（2）复合泡沫：“堵水不堵油、堵高不堵低”，封堵大通道，扩大波及系数；泡沫剂降低油水界面张力，改善岩石表面润湿性，见图 7、图 8。1.3热水复合气体增产机理热水复合气体后，由于气体在原油中的溶解能有效降低原油黏度，降低表面张力，提高驱油效率；研究表明，CO2与 N2相比：CO2在原油中的溶解度明显高于N2，原油溶解 CO2后体积膨胀能力更强，黏度的降幅更大，降低表面张力作用更强，增油效果更显著，烟道气增油效果介于两者之间，见图 9耀图 11。2热水复合驱适应性分析2.1模型选取采用 CMG 商业软件，选取旅 A 油田 1 号块典型1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.102030405060708090100Sw/%200 益Kro200 益Krw70 益Kro70 益Krw90 益Kro90 益Krw110 益Kro110 益Krw120 益Kro120 益Krw150 益Kro150 益Krw猿缘猿园圆缘圆园员缘员园缘园050100150200250300350温度/益3.53.02.52.01.51.00.5060708090100110120130140150160温度/益8 000 mD6 000 mD4 000 mD3 000 mD1 000 mD500 mD1201008060402000246810121416182022时间/min1.0%驱油剂溶液0.5%驱油剂溶液0.4%驱油剂溶液0.2%驱油剂溶液50454035302520151050热水热水+0.5%驱油剂 热水+1.0%驱油剂100 益170 益240 益袁玉凤等海上稠油油田热水复合增效适应性初步探索第 9 期63井组为研究对象，构建机理模型，模型参数取值见表1。表 1数值模型参数取值表通过文献调研，热水复合驱应用案例主要关键影响参数范围：渗透率 6005 000 mD、厚度 321 m、孔隙度 21%37%、黏度 955 000 mPa s；结合文献调研与海上油田热水驱潜力区块地质油藏参数范围，本次参数适应性研究关键参数取值范围：渗透率 1 0006 500 mD、厚度 650 m、孔隙度 25%35%、黏度 100460 mPa s，在此基础上开展注采参数优化研究。图 12热水复合驱-黏度与采收率的关系曲线圆.2关键油藏参数适应性研究-黏度随黏度增大，热水复合驱采收率增幅呈先增后降的趋势，黏度在 1501 000 mPa s 采收率增幅 4.26%8.76%；黏度太小，冷采效果较好，热水增效不明显；黏数值模型参数取值网格数71伊71伊19网格尺寸/m10伊10伊1孔隙度/%35渗透率/mD上部 3 000、下部 7 800原油黏度/（mPa s）300井网行列井网井距/m350伊350井数6 注 3 采热物性参数借鉴 X 油田706050403020100010203040506070含油饱和度/%图 11不同气体开发效果图 7含油饱和度与阻力因子关系曲线图 8复合泡沫驱-双管实验1008060402000123456789驱替倍数/PV低渗管-含水率低渗管-驱油效率高渗管-含水率高渗管-驱油效率图 9不同温度下气体降黏效果图 10不同压力下气体溶解度5040302010060708090100110温度/益N2CO205101520压力/MPa100806040200N2CO230252015105001234567压力/MPa蒸汽吞吐烟道气辅助蒸汽吞吐N2辅助蒸汽吞吐CO2辅助蒸汽吞吐4035302520151050108642015020030040050070010002000黏度/（mPa s）冷热增幅6.747.728.668.767.995.894.262.90石油化工应用2023 年第 42 卷64度太大，热水因携热量小增效能力有限，需采用注蒸汽开发；初步认为黏度在 1501 000 mPa s 适合热水驱开发，见图 12。2.3关键油藏参数适应性研究-储层厚度储层厚度 340 m，单井累产油增幅（0.137.90）伊104m3；采收率增幅 1.00%6.90%；初步探索认为储层厚度大于 5 m 适合热水驱开发，见图 13、图 14。图 13储层厚度与单井累产油的关系曲线图 14储层厚度与采收率的关系曲线圆援源关键油藏参数适应性研究-渗透率渗透率过低，波及范围小，热作用有限，增幅相对较小；热水驱采收率增幅与渗透率呈正相关，1 0007 000 mD 热水驱增油效果差异不明显。初步探索认为渗透率大于 1 000 mD 适合热水驱开发，见图 15。图 15渗透率与采收率的关系曲线圆援缘注入参数优化-注入温度注热水温度，满足工程要求的条件下，温度越高越好（图 16）；注热温度应结合目标油品性质、经济性、现场条件等综合考虑。图 16注入温度优化圆援远注入参数优化-注入时机注入时机研究：越早注热水越好（图 17），这是因为注入的热量加热地层中存水的损失增大，热利用率降低。随着注入时机的延后，采收率逐渐降低，60%含水率以后，下降的更快，单位热焓利用率对应的采出程度更低。图 17注入时机优化圆援苑注入参数优化-注入介质采用热水复合增效技术可在冷水的基础上提高采收率 5.00%10.00%，由于 X 油田长期水驱开采，优势通道发育，在注热前辅助凝胶前置段塞，封堵大孔道，增大波及范围与热能利用率，开采效果明显提高，数值模拟研究表明：热水+凝胶+多元气体+泡沫采收率较冷水的基础上提高 10.10%，较热水提高 5.10%，大幅度改善了开发效果，认为是最佳注入介质，见表 2。3结语（1）热水复合驱研究现状调研表明：热水驱较冷水驱可提高采收率 5.00%左右，热水复合驱采收率可在热水驱基础上进一步提高约 5.00%；（2）数值模拟研究初步认为：黏度 1501 000 mPa s、储层厚度大于 5 m、渗透率大于 1 000 mD 的油田适合热水驱开发；（3）在满足工程要求的条件下，注入温度越高越好，源园猿园圆园员园园1000200030004000500060007000渗透率/mD1086420冷热增幅403020100141210864206580110150180注入温度/益采收率增幅403632282420020406080100含水率/%353025201510508765432103510203040储层厚度/m冷热增幅4540353025201510503510203040储层厚度/m9876543210冷热增幅袁玉凤等海上稠油油田热水复合增效适应性初步探索第 9 期65注入介质采收率/%采收率增加/%累计产油量/（104t）冷水基础上累计增油量/（104t）热水基础上累计增油量/（104t）单井均增油/（104t）常规水驱17.8-114-热水22.85.0014632-2.91热水+N223.45.601503643.28热水+多元气体24.76.9015844124.03热水+驱油剂24.97.1015945134.09热水+N2+泡沫25.47.6016349174.41热水+多元气体+泡沫26.08.2016753214.78热水+凝胶+N2+泡沫26.48.6016955235.00热水+凝胶+多元气体+泡沫27.910.1017965335.91热水+凝胶+调控剂26.99.1017258265.27表 2注入介质优选注入时机越早越好；热水+凝胶+多元气体+泡沫采收率较冷水的基础上提高 10.10%，较热水提高 5.10%，为最优注入介质。参考文献：1 薄芳，高小鹏，胡龙胜，等.应用热水驱技术提高孤岛油田渤 21 断块采收率 J.国外油田工程，2005，21（1）：43-44.2 王其伟，郭平，盛强，等.孤岛油田稠油热化学驱性能研究J.石油天然气学报，2011，33（5）：119-122.3 曲瑛新，严小锋.江桥杜 66 区块浅薄层稠油油藏热水驱注采参数优化 J.石油钻探技术，2013，41（6）：90-94.4 K陨砸运 D，D哉月耘砸栽 G，D陨晕韵 P，et al援Successful 葬pplication of澡ot-憎ater 糟irculation in the 责elican 造ake 枣ield：Results and葬nalyses of the E29 澡ot-憎ater-injection 责ilotJ.Journal ofCanadian Petroleum Technology，2015，缘源（远）：猿远员原猿苑员援5 刘颖.锦 99 块稠油地热水驱提高采收率实验研究 D.大庆：大庆石油学院，2009.6 刘艳红，万文胜，罗鸿成，等.吉 7 井区稠油油藏油水自乳化作用及水驱特征 J.新疆石油地质，2021，42（6）：696-701.7 刘立平，王云龙，刘福林，等.长春岭油田表面活性剂驱可行性 J.大庆石油学院学报，2010，34（4）：82-84，93.8 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