携砂冷采稠油油田提高采收率的研究与实践_桑丹.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：桑丹，张俊，罗珊，等 携砂冷采稠油油田提高采收率的研究与实践 非常规油气，（）：，（）：携砂冷采稠油油田提高采收率的研究与实践桑丹，张俊，罗珊，黄琴，房娜（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 ；中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 ）摘要：携砂冷采稠油油藏由于原油黏度高、天然能量不足和产量递减快等因素，导致采收率低，在开采过程中形成了大量连通的“蚯蚓洞”，转蒸汽吞吐注汽时易发生汽窜，影响蒸汽吞吐效果。为提高携砂冷采稠油油藏采收率，根据实际地质油藏参数建立双水平井“蚯蚓洞”窜流数模模型，分别对冷采、蒸汽吞吐、热水吞吐和化学辅助热水降黏吞吐的产量、加热半径、动用半径及抑制窜流效果进行了研究。结果表明：）与冷采产能相比，蒸汽吞吐增产 倍，热水吞吐增产 倍，化学辅助热水降黏吞吐增产 倍，与蒸汽吞吐接近；）吞吐周期后，化学辅助热水降黏吞吐加热半径小于蒸汽吞吐，但饱和度动用半径和降黏半径分别达到了 和，高于蒸汽吞吐；）交替吞吐时，“蚯蚓洞”窜流对产量影响较为明显。相比于蒸汽吞吐，化学辅助热水降黏吞吐可有效延缓窜流发生时机，降低窜流影响。实践表明，该技术可有效提高先期携砂冷采后转热采开发的水平井产量，增产倍数为 倍，是提高携砂冷采稠油油田采收率的有效方式，为此类油藏经济高效开发提供新思路。关键词：化学辅助热水降黏吞吐；稠油；携砂冷采；采收率；数值模拟中图分类号：文献标识码：，（.，.，；.，）：，“”，（），（）收稿日期：基金项目：中海油能源发展股份有限公司重大科技专项课题“热水化学复合增效机理及体系研究”（）第一作者简介：桑丹（），女，工学硕士，从事稠油开采相关研究工作。：年月桑丹等：携砂冷采稠油油田提高采收率的研究与实践 ，“”，：），；），；），：（）；引言高温热力采油（蒸汽吞吐、蒸汽驱和 等）是开发稠油油田的有效手段。但对于已规模化开展携砂冷采的稠油油田，出砂过程中地层形成大量连通的“蚯蚓洞”，导致注蒸汽过程易发生井间汽窜，影响高温热力采油效果。国内陆地和海上稠油动用储量不断提高，此类先冷采再转热采的油田越来越多，亟需找出提高这类“蚯蚓洞”发育稠油油藏采收率的有效技术手段。化学辅助热水降黏吞吐技术在国内许多稠油油田已开展过室内研究和现场试验，但针对“蚯蚓洞”发育的稠油油藏的研究和应用相对较少，尤其缺乏该项技术对井间窜流的治理效果。因此有必要对该项技术在这类型油藏提高产量、改善驱替和动用以及抑制窜流效果等方面进行研究，为这类稠油资源的高效动用提供指导和借鉴。携砂冷采稠油油田概况及开发现状油田位于巴尔干半岛西南部，主力油层 层为潮控三角洲沉积，油层净厚大于，平均孔隙度为，渗透率为 ，属于高孔高渗储层。地层原油黏度 ，为普通稠油油藏。油田上产期采用小井距（）、直井水平井螺杆泵携砂冷采开发，高峰期日产油超过 。但因原油黏度大，天然能量不足，冷采产量递减快，采出程度不到。油田利用现有水平井展开过蒸汽吞吐先导试验。因携砂冷采时间长，示踪剂显示冷采区井间存在相 互 连 通 的“蚯 蚓 洞”，加 之 开 发 井 网 井 距 小（），即使注汽前开展邻井密封性处理，注汽后仍出现不同程度的汽窜，注汽效率降低，先导试验结果不理想。此外，冷采转蒸汽吞吐过程中，近井地带易出现稠油乳化及矿物溶解相变二次沉淀结垢等问题，冷采完井水平井转高温热采需重新改造相应的热采配套，作业成本大幅增加。为实现油田稠油经济高效地动用开发，一方面应加强高温热力采油在高温井控、管柱耐温隔热和高温防窜防砂防乳等配套技术攻关，降低成本，提高热采效率；另一方面积极探索兼顾采收率和经济性的技术，为稠油高效动用开发找到新出路。携砂冷采稠油油田提高采收率研究注热降黏是目前开采稠油最有效的手段之一。对于温度敏感性强的稠油，注热温度越高，蒸汽占比越大，携带的热量越高，热采效果越好。然而，常规生产管柱的理论耐温极限为 ，在不更换管柱的前提下开展热采，注热的温度就会被大大限制。通过计算可知，相同的注水量下，和 热水携带的热焓值分别为蒸汽（，干度为）的 和 ，注热降黏效果受限。因此需要通过多介质的协同作用，辅助降黏，调整注热剖面，改善中低温流体对稠油的开发效果。化学辅助热水降黏吞吐技术属于中低温化学非常规油气油气开发 吞吐技术的一种，是以稠油温敏和化学剂的乳化、起泡及降表等作用机理为基础，将热水及一定量的化学剂体系（降黏剂和起泡剂）以段塞或伴注的方式注入地层，利用热力和化学协同作用，既可以降低稠油黏度，改善稠油在地层中的流动能力，又通过增加高渗通道的渗流阻力，扩大热水和降黏剂波及范围，达到提高稠油油田采收率的目的 。相对于蒸汽等其他高温热介质，在一定温度范围内的热水对冷采完井管柱较为友好，不需要更换热采管柱和增加过多的设备。这项技术满足携砂冷采稠油油藏降黏、防窜和提高采收率的需求。机理模型建立为研究化学辅助热水降黏吞吐技术的化学降黏和抑制高温流体沿“蚯蚓洞”窜流的效果，根据油田地质油藏参数建立“蚯蚓洞”发育的双水平井机理模型（如图所示）。机理模型平均孔隙度为，平均渗透率为 ，边界封闭。网格步长为（），油层厚度为。在油层中上部布置口水平井，井距为 ，水平段长度为 。利用局部网格加密表征井间发育连通的“蚯蚓洞”，通过修改加密网格的孔隙度和渗透率属性实现“蚯蚓洞”的特征刻画。图机理模型表征 方案设计基础方案为冷采。为研究“蚯蚓洞”窜流对开发效果的影响，设计同步吞吐（口井同注同采）和交替吞吐（口井不同步注采）套方案。同步吞吐方案中，在相同周期注水量的前提下，模拟蒸汽吞吐、热水吞吐和相同温度的化学辅助热水降黏吞吐种热采方式开发；在交替吞吐方案中，在相同周期注水量的前提下，模拟蒸汽吞吐和化学辅助热水降黏吞吐种热采方式开发。研究水平井产量、加热半径、饱和度动用半径、降黏半径变化以及“蚯蚓洞”窜流对生产的影响，所有热采方式均吞吐个周期。结合相似油田矿场经验，优化注采参数，各方案推荐注热参数见表。表热采方案设计及参数 方案开发方式注水速度（）注气速度（）总注水量总注汽量（）井底注入温度井底注入干度（小数）累计注入热焓（）化学剂注入方式化学剂用量降黏剂起泡剂基础方案冷采同步吞吐蒸汽吞吐 热水吞吐 化学辅助热水降黏吞吐 前置段塞 交替吞吐蒸汽吞吐 化学辅助热水降黏吞吐 前置段塞 开发效果对比 同步吞吐方案效果对比）产油量对比冷采与不同热采方式平均单井周期产油量和累产油曲线如图所示。蒸汽吞吐周期产油量及累产油最高，其次分别为化学辅助热水降黏吞吐和热水吞吐，冷采产量最低，表明注热开发可显著提高稠油油藏产量。第 周期峰值产量、平均产量及 年月桑丹等：携砂冷采稠油油田提高采收率的研究与实践周期累产油指标以及各指标相对于冷采的增产倍数见表。由表可知，蒸汽吞吐增产 倍，热水吞吐增产 倍，化学辅助热水降黏吞吐增产 倍，化学辅助热水降黏吞吐产量与蒸汽吞吐产量接近。由于热水携带的温度和热焓值低于蒸汽吞吐，热能降黏效果有限，因而热水吞吐产量低；但是化学剂的乳化降黏性能将稠油分散成黏度更低的水包油型乳状液，与热水协同作用，一定程度上弥补了热量缺失而损失的降黏效果，增加了稠油流动性，提高了油井产量。因此化学辅助热水降黏吞吐产量远高于热水吞吐，接近于蒸汽吞吐产量。图同步吞吐不同热采方式周期产油量和累产油对比图 表同步吞吐不同热采方式指标及增产倍数（与冷采对比）（）开发方式第周期周期峰值产量（）峰值产量增产倍数周期平均产量（）周期平均产量增产倍数累产油累产油增产倍数冷采 蒸汽吞吐 热水吞吐 化学辅助热水降黏吞吐 ）加热半径、动用半径及降黏半径对比冷采与不同热采方式饱和度场和黏度场如图和图所示，加热半径、动用半径及降黏半径对比结果见表。图同步吞吐不同热采方式饱和度场对比 图同步吞吐不同热采方式降黏半径对比 非常规油气油气开发 表同步吞吐加热半径、动用半径及降黏半径对比 ，开发方式加热半径饱和度动用半径降黏半径冷采 蒸汽吞吐 热水吞吐 化学辅助热水降黏吞吐 由表可以看出，吞吐周期后，蒸汽吞吐在近井地带的饱和度和黏度最低，加热半径最大（），但化学辅助热水降黏吞吐的饱和度动用半径和降黏半径最大，分别为 和。这是因为高温降黏和化学剂乳化降黏的机理不同，导致了不同热采方式下加热半径、动用半径及降黏半径存在差异。蒸汽吞吐的效果主要受注入温度和干度影响，近井地带温度和干度高，降黏效果好，洗油效率高，因而投产初期峰值产量高；但随着蒸汽注入地层后前缘的温度和干度会持续降低，地层中深部的原油降黏效果较差，蒸汽开发动用半径有限，表现为产量下降快，末期产量低。化学剂在地层中虽然有一定的吸附损耗，因采用前置段塞的注入方式，大部分化学剂均被热水推向了地层中深部，降低原油黏度的同时持续溶解地层中深部的胶质沥青质；随着吞吐周期的增加，化学降黏前缘不断向前推进，热采动用范围和降黏范围相对于蒸汽吞吐更大，表现为投产初期峰值产量相对于蒸汽吞吐略低，但产量递减速度慢，末期仍具有一定的产能。交替吞吐方案效果对比同步吞吐和交替吞吐平均单井产油曲线如图所示。相较于同步吞吐，交替吞吐时邻井生产制度的变化对产量形成扰动。这是由于同步吞吐形成同步的升压、憋压和释压过程，井间“蚯蚓洞”窜流步调一致，同步抵消，对油井生产影响较小。但是实际生产过程中，很难实现多口相邻井同步吞吐，而交替吞吐过程中局部压力的不平衡，注入的蒸汽和热水在压差的驱使下容易沿着高孔高渗通道窜流。对比同步吞吐和交替吞吐的生产曲线可以看出，窜流导致该井注入热量损失，峰值产量降低。邻井注汽对该井窜流的影响具有两面性：吞吐初期可以推动一定的井间剩余油，形成蒸汽驱或热水驱效果，窜流带来正向刺激，产量提高；但由于“蚯蚓洞”孔隙尺寸大（孔隙直径约为 ），随着吞吐周期的增加，窜流效果逐渐超过驱替作用，邻井注汽注水的同时，该井受到反向干扰，含水增加，产量出现大幅下降扰动。交替吞吐方案中，蒸汽吞吐从第周期起生产曲线向下波动幅度逐渐增大，而热水降黏吞吐从第周期开始才出现向下波动。这是因为蒸汽前缘汽液界面处不断发生相变，上游和下游的流动速度不同，高温流体沿“蚯蚓洞”窜流的情况更为复杂，因而蒸汽吞吐井间窜流更早也更严重；而化学辅助热水降黏吞吐中化学剂的起泡性能在注入气体的作用下，增加了“蚯蚓洞”等高渗通道的渗流阻力，阻挡高温流体向高渗通道窜流，延缓窜流发生时机，降低窜流影响。图同步吞吐和交替吞吐不同热采方式周期产油量对比图 综上所述，化学辅助热水降黏吞吐在单井降黏范围、储量动用程度以及注热防窜方面的效果均有明显优势，且多周期吞吐产量与蒸汽吞吐相近。化学辅助热水降黏吞吐中注入热水的温度相对于蒸汽吞吐较低，与降黏剂协同作用，对于近井地带的稠油乳化可以起到一定的预防和治理效果。因此，对于“蚯蚓洞”发育、完井工艺受限且有原油乳化风险的稠油油田来讲，化学辅助热水降黏吞吐技术是提高稠油产量的有效方式。现场实施效果油田选取构造高部位且远离边底水区域的口携砂冷采水平井开展了化学辅助热水降黏吞吐 年月桑丹等：携砂冷采稠油油田提高采收率的研究与实践先导试验。试验前，这口携砂冷采水平试验井井况良好，且有一定的生产历史，可与措施后进行对比。第周期平均单井注水量为 ，注入温度为 ，化学剂用量为 。高排量热水携带降黏驱油剂段塞从油套环空注入。焖井后，开井快速返排，油井见油后逐渐降频生产，并根据含水率、动液面及扭矩等参数变化，进一步优化生产参数。这口携砂冷采水平试验井措施前平均单井产 油 量 为 ，措 施 后 高 峰 产 量 提 高 至 ，措施平均有效期为 天，有效期内平均产油量为 。由于措施前地层亏空严重，产量低，而措施后的增产倍数达到 倍，高于设计增产倍数，有效期内的平均单井增油 。详细生产指标见表。表油田化学辅助热水降黏吞吐先导试验井效果对比 井号措施前措施后状态地层能量产液量（）产油量（）累产油高峰产液量（）高峰产油量（）措施有效期有效期内平均产油量（）平均产油量增产倍数（小数）累计增油量关井极低 关井极低 在产极低 平均 措施后，因原油黏度高、段塞流及出砂而出现的扭矩过高以及能耗增加等情况得到明显改善。以井为例，措施后泵沉没度由 增加到 ，扭矩由 下降至 ，泵效由 提升至 ，如图所示。表明措施后原油黏度降低，流入井筒的流体流动性增强，泵效提高，不仅节省了电能，还提高了螺杆泵工作的稳定性，延长了油井稳定生产周期。图井作业前后沉没度、扭矩及泵效变化曲线 ，结论）携砂冷采的稠油油田地层内有大量连通“蚯蚓洞”，转蒸汽吞吐开发易发生井间汽窜，加之近井地带稠油乳化和矿物溶解相变二次沉淀结垢等问题，影响了高温热采效果。化学辅助热水降黏吞吐利用热力和化学协同作用，在降低稠油黏度、改善稠油流动性以及扩大热水和降黏剂波及范围方面有一定优势，满足携砂冷采稠油油藏降黏、防窜和提高采收率的需求。）数值模拟研究结果表明，同步吞吐时，对比冷采产能，蒸汽吞吐增产 倍，热水吞吐增产 倍，化学辅助热水降黏吞吐增产 倍，化学辅助热水降黏吞吐产量与蒸汽吞吐产量接近。吞吐周期后，蒸汽吞吐在近井地带的饱和度和黏度最低，加热半径最大（），但化学辅助热水降黏吞吐的饱和度动用半径和降黏半径最大，分别为 和。）交替吞吐时，高温流体沿“蚯蚓洞”窜流对产量的影响较为明显。相比于蒸汽吞吐，化学辅助热水降黏吞吐方案的窜流反向干扰发生时机推迟近个周期，且对产量影响相对较低，表明该项技术可有效延缓窜流发生时机，降低窜流影响；化学辅助热水降黏吞吐对近井地带的原油乳化起到一定的预防和治理效果。对于“蚯蚓洞”发育、完井工艺受限且有原油乳化风险的稠油油田来说，化学辅助热水降黏吞吐技术是提高采收率的有效方式。）油田开展的化学辅助热水降黏吞吐先导试验，口试验井措施后高峰产量为 ，措施平均有效期为 天，有效期内平均日产油量 ，增产倍数为 倍，高于设计值，有效期内的平均单井增油 ；措施后扭矩过高以及能耗增加等情况得到明显改善。化学辅助热水降黏吞吐技术可有效提高先期携砂冷采然后转热采开发的水平井产量。非常规油气油气开发 参考文献：汪绪刚，邹洪岚，李国诚，等 苏丹区稠油有限携砂冷采数值模拟及采油工艺技术 辽宁工程技术大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：汪绪刚苏丹区稠油油藏有限携砂冷采机理研究中国科学院研究生院（渗流流体力学研究所），贺新敬，王书林，张初阳稠油出砂冷采乳化降黏试验研究河南石油，（）：，（）：孙建平 疏松砂岩稠油油藏出砂冷采机理研究 成都：西南石油大学，：，王玉根，张贵才，裴海华，等胜利油田稠油冷采化学吞吐体系研究青岛：油气田勘探与开发国际会议论文集（中册），：，：，：王若浩，赵进，张清军，等河南油田浅薄层稠油化学蒸汽吞吐技术石油地质与工程，（）：，（）：尚思贤，赵芳茹，徐多悟，等克拉玛依浅层稠油油藏化学降黏辅助吞吐技术的应用 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