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高升油田火烧油层过程控制技术研究

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高升 油田 火烧 油层 过程 控制 技术研究
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第35卷第6期 5 钻 采 工 艺 41· 高升油田火烧油层过程控制技术研究 金兆勋 (中油辽河油田公司) 金兆勋.高升油田火烧油层过程控制技术研究.钻采工艺,2012,35(6):41—44 摘要:高升油田为典型的中深厚层块状普通稠油油藏,针对其进入蒸汽吞吐开发末期开发效果差的情况, 先后在高3618块和高3块开展火烧油层现场试验,并逐步扩大至目前39个井组规模。火烧油层现场实施过程中, 严格把握点火注气、动态分析、跟踪调控、动态监测等关键环节,并不断改进完善,实现了火烧井全部一次点火成 功,典型井组处于高温氧化燃烧状态,日产油上升2.8倍。火烧油层过程控制技术可为其他同类型油藏开发提供 借鉴。 关键词:火烧油层;稠油油藏;中深厚层;过程控制;高升油田 中图分类号:57 文献标识码:A 0.3969/J.006—768X.2012.06.14 火烧油层是一种提高原油采收率的热采方法, 具有成本低、地面能耗少、驱油效率高、油藏适应性 广、前景广阔等优点,且能够实现原油改质,因此一 直受到国内外学者的广泛关注。但是,其驱油机理 极其复杂,包括蒸汽驱、热水驱、冷水驱、气驱、混相 驱等多种方式,且实施过程中调控难度极大,导致现 场实施成功率较低,国内外一直未得到广泛推广。 高升油田自2008年5月开始坚持开展火烧油层技 术攻关及现场试验,初步形成了比较成熟的点火注 气、动态分析、跟踪调控、动态监测配套技术,成功实 现了中深厚层块状稠油油藏常规火驱开发。 一、油藏概况 高升油田为中深厚层块状普通稠油油藏,开发 目的层为下第三系沙河街组三段莲花油层,油层埋 深为1 450~1 890 m,平均有效厚度为67.7 平均 孔隙度为20%~26%,平均空气渗透率为1.3~2.3 50℃地面脱气原油黏度为2 000~4 000 S。该油田1977年投入开发,1984年转蒸汽吞吐开 发,阶段末可采储量采出程度达95%。2008年5 月,高3618块率先开展先导性火驱试验,采取行列 式井网、105 式正向燃烧、火烧井顶部注 气、油井全井段采油方式。2010年6月,高3块转 火驱开发,采取105 烧井底部注气方 式 J。截至2011年12月,已转火烧井39口,日注 气为36.4×10 m ,注气压力为0.9~9.8 计注气2.5×10 m 。一线油井开井108口,日产油 为228 t,较火烧前上升74 t/d。0 m ,阶段产油14×10 t,瞬时空气油比为1 596 m / t,瞬时注采比为1.7 m /m ,阶段空气油比为1 785 m /t,阶段注采比为1.8 m /m 。 二、火烧油层点火注气技术 稠油油藏通常采取人工点火方式,点火是成功 火烧油层的第一步,也是最关键步骤。点火成功不 仅能使油层处于氧化燃烧状态,更能加快从低温氧 化向高温氧化的转变,是后期火烧油层取得较好效 果的基础。高升油田分别采取电点火及化学点火方 式成功点火39口井。 1.点火方式 1.1电点火 其主要工具包括井下点火电加热器、动力电缆、 配套特制井口及井下扶正器、可显示点火参数及调 节点火电压的微机控制系统。施工过程一般需要5 ~10 d,具体为:①注前准备,包括射孔、试注空气(3 d,每天1×10 m )、按照设计下入点火管柱及电缆、 收稿日期:2012—05—23;修回日期:2012—11—03 基金项目:中石油重大科技项目“稠油火驱新技术研究与应用”(编号2011助。 作者简介:金兆勋(1974一),高级工程师,1997年毕业于大庆石油学院石油地质勘查专业,2009年获该校石油与天然气工程硕士学位,现 从事油田开发及管理工作。地址:(124125)辽宁省盘锦市辽河油田高升采油厂对外合作项目部(招待所二楼),电话:0427—7500228, 13998789855,E—42· 钻 采 工 艺 012年11月 012 连接注气系统和供电系统;②干燥及预热,包括供气 干燥井筒至无油气,小电压供电预热油层2~3 d;③ 正常点火,包括电压升高380 至 600 V,井下温度控制在400%~450~C,使加热空气 点燃油层,一般加热1—2 点 火结束,包括停止供电并拆除供电系统,正常火驱。 1.2化学点火 其施工过程简单,一般需要15~40 d,具体为: ①预热油层,包括向井下注入干度75%蒸汽20 t/, m;②实施加药,包括停注蒸汽后,向井内投入点火 化学剂(一般300 g/口);③通气点火,包括按设计 排量向井内注空气点火。点火温度一般为210~C~ 260%,点火期间日注气量可利用经验公式,根据不 同油藏条件进行计算。 2.点火阶段注气速度设计 经验公式为 : i。=1) 式中: 一最大空气注入速率,m ; 一反映突破时间对波及系数影响的无因次 量,根据该区的面积波及效率情况选取; 一油层空气需要量,由室内实验确定,m ; 一燃烧前缘推进速率,一般为3.8~15 d; 0一注气井与生产井间的井距,一油层厚度,为防止空气注入过快形成吹扫和降温的效果, 一般在注气阶段需要保持低速注空气。理想情况 下,该速度应该是线性增加的,这在实验室是可以实 现的,或者近似实现,而对于现场而言很难实现。为 此,可以设计为分段式的注气速度模式来进行现场 操作,例如分2次提速、3次提速。一般而言,也可 以保持同一速度注入空气,这与点火方式、点火时间 有很大的关系。 3.注气能力 高升油田共投建火烧注气站3座,有各种排量、 注气压力空气压缩机39台,最大日注气能力为147 ×10 m ,最大注气压力为15 有连续、稳定、 高低压注气能力,已平稳运行3.5年,完全解决了火 烧油层过程中注空气的问题。 三、火烧油层动态分析技术 火烧油层以来,充分利用注采井生产动态、产出 气组分分析、井温剖面测试、示踪剂监测、四维微地 震监测等资料,进行室内研究分析,实现了对生产井 见效情况及火线前缘位置的基本认识。 1.生产井见效情况分析 首先,利用模糊数学理论建立火烧油层受效方 向的模糊综合评价模型。模型以注气和产气相关数 据为基础,建立见气时间、见气幅度、沿途井相似程 度和波动响应程度等评价指标,然后用层次分析原 理赋予各指标权重,实现对火烧井与生产井之间动‘ 态关系分析;其次,利用气相示踪剂监测结果,根据 油井见示踪剂含量与产气量相关性,可以判断火烧 井注入空气在不同方向的分配量。 2.火线前缘位置分析 首先利用平面上监测井温剖面,绘制平面温度 等值图,粗略显示火线推进优势及劣势方向;其次根 据示踪剂结果,计算出见效方向及分配注气量;最后 利用经验公式进行定量分析。经验公式为_3 : 一/=二三 一/ 坌 r,,、 “一 仃· ·/仃· ·日·A 式中:m; 各油井方向的燃烧体积,m ; m ; m; 各油井方向的氧气利用率,%; 一各油井方向的分配角度,(。); A 一燃烧率,由物理实验提供,m。/m 。 1一卢)·Q‘ (3) 式中: 油藏存气率,%; m ; , 一示踪剂测试分配率,%。 四、火烧油层跟踪调控技术 1.总体原则及调控目标 火烧油层过程中始终坚持“井网完善、注采对 应、均匀推进、油井增产、尾气控制”总体原则。 高升油田动态调控总体目标为:①火烧井正常 注气强度大于1 000 m。/m,井组瞬时空油比小于 2 500 m /t,瞬时注采比小于2.0 m ;②无明显 气窜井,单井最高日产气低于10 000 m ;③油井普 遍见效,见效比例大于80%,平均单井日产油达到 火烧前的3倍 J。 2.主要做法及效果 (1)火烧井组一线内非目的层生产井采取补层 方式动用。停产井实施侧钻复产,尽量增加出油井 点,完善注采系统。先后实施侧钻及调补层15口。 (2)产出气大于10 000 具有 一定供液能力(日产液大于5 t,日产油大于2 t),需 实施控制套管气生产;若供液能力差,下封窜管柱封 第35卷第6期 o.6 钻 采 工 艺 43· 气窜,同时可向对应火烧井内注水,起到调整纵向吸 气剖面的作用。气窜井封堵通常采取下 1 14.3管(带上下封隔器)机械封堵/下封堵+采油一体 化管柱挤化学药剂封堵/下52皮碗式封隔 器(上接 114.3种方 式。典型井高3—51—158井措施前 ×10 m ,无法正常生产,2011年3月措施后日产气 低于1 000 m ,日产油上升至5.3 t,累计增油757 t。 (3)转火烧后,由于油层高温、油品性质、储层 孔隙结构发生变化,衍生物易堵塞渗流通道,导致油 层渗流能力降低,油井出现产量下降现象,需采取复 合压裂解堵。典型井高3._52—162井解堵前正常 日产油为7.2 t,00 m ,2011年6月不 出油后实施解堵,解堵后日产油又恢复为7.1 t,日 产气为6 200 m 。 (4)对于火烧见效差的生产井,利用作业时机 加强井下温度监测,若地层温度上升至90℃以上, 则实施吞吐引效。典型井高3—5—0165温显示,地层温度达到125 施吞吐注汽2 000 m ,转抽后初期 t,周期油汽比为0.4, 均为上周期的2倍,效果明显。 (5)加强直井与水平井组合、小井距、 3618块在第1排火烧井井排下倾方向部署实施水 平井1口(高3一莲水平段基本与火烧井 井排平行,平面上距火烧井80~138 m,纵向上为充 分利用重力泄油,水平井段位于点火烧井段底部47 ~62 011年t,日产 油为5.1 t(是邻近直井的1.5倍),日产气为4 543 m ,一直保持稳定生产。针对105 的情况,为验证近火烧井区域受效状况,有意识将 停产井高3—5—0151井侧钻至距离火烧井30 部位。投产方案设计为射开对应点火烧井段偏下 部井温72~C~117 m(避免火线快速 突进及气窜,利用重力泄油作用生产),注汽投产 后,稳定生产且无明显气窜,2011年12月日产油为 2.6 t,58 m。。 (6)高温方向控制产液,低温方向加强提液。 (7)每周召开火烧动态碰头会,每月召开火烧 动态分析会,每季度编制下季度动态调配气方案。 五、火烧油层动态监测技术 1.监测资料录取原则 (1)火烧井。每半年测试1次高温吸气剖面, 选择重点井组、注采完善井组进行井间气相示踪剂 监测。每月对油套环空取气样,分析O 含量,若超 标则打N:将气体推人地层,消除安全隐患。 (2)温度观察井。每月监测1次井下温度剖 面。 (3)压力观察井。每月监测1次地层压力。 (4)火烧一线油井作业、火烧范围内新井、侧钻 井投产前全部进行井温剖面测试,了解地下火线推 进情况。 (5)重点火烧井组每年进行1次微地震测试, 掌握火线前缘位置。 (6)停掺稀油井,每月进行原油性质分析,捞油 井每季度进行原油性质分析,火烧见效井每月进行 水性分析。 (7)火烧见气井根据见效状况按每天、每三天、 每周分析尾气组分。 2.火烧井高温吸气剖面测试技术 该技术采取存储式测试工艺,能够实现高温注 气温度、压力、流量参数测试。其扶正式高温涡轮流 量计提高了空气流量测量精度,从而实现注气参数 及吸气剖面的精细化测试。 主要技术指标:温度测量范围为0℃~400%, 精度为±0.5℃;压力测量范围为0~60 度 为0.05%F·S;深度校正误差为0.3 m;流量测量精 度为±3%。 高升油田先后测试火烧井高温吸气剖面35井 次。结果显示,化学点火后井下温度在210~纵向吸气较均匀,油层下部温度高。 3.生产井分布式光纤井下温度剖面测试技术 高升油田普遍采取此技术进行生产井、观察井 井下温度监测。 测量原理:温度测量基于光纤本身的散射现象 来实现。在光纤中注入某一波长的激光脉冲后,激 光脉冲在光纤中传输的同时不断产生a— 对其中的现分布式温度 测量。根据光纤入射脉冲光和接收到的时间差来确定光纤(油井)测点深度;根据入射 脉冲光与接收到的点的温度值。将1条光纤分为多个等距离区域 (1、2 1并对每个区域的后向行处理,得到整条光纤按长度感应的分布式信息。 主要技术指标:温度测量范围为一35℃~350% (金属铠装);测量距离为2 000 小测点间隔为 1 压为30 ·44· 钻 采 工 艺 012年11月 012 4.井间气体示踪剂监测技术 气体示踪剂是指能随注入气体一起流动、指示 气体在多孔介质中的流动方向和渗流速度的物质, 主要包括放射性气体和化学气体示踪剂。井间气体 示踪监测技术是根据层析理论,利用气体示踪剂可 以跟踪注入气体(蒸汽、空气、二氧化碳、氮气等)的 流动状况,其产出曲线与地层的渗透率、孔隙度相 关。根据示踪剂产出状况,可以认识注采井间的连 通、注入气体的波及情况,从而有效地监测火烧采油 燃烧推进方向。 六氟化硫是理想的气体示踪剂,可以在现有的 电子捕获检测器气相色谱中检测,检测浓度级别为 11O g/L,灵敏度很高。。J。 高升油田先后实施4口井示踪剂监测,结果显 示:注入空气平面推进速度快,波及范围广,单向突 进严重。 5.微地震火线前缘监测技术 微地震监测技术的理论基础是声发射学和地震 学。利用微地震技术监测火线前缘主要是基于地下 岩石在氧化燃烧过程中被加热后产生裂缝,能量以 地震波的形式释放出来(产生微震)。由于微震产 生在储层加热区,因此确定了微震空间位置,便确定 了储层被加热区的范围。通过分析不同时间的微震 分布变化,可给出热前缘随时间变化的图像。 现场上首先通过探区地面均匀设置相对独立的 采集站群,接受探区地下微震信号(一般数据达数 百兆字节);其次,通过有效信号的拾取,结合已知 地球物理信息(如测井、常规勘探等),反复迭代反 演,求取高精度探区速度模型;利用弹性波场在地层 介质中的传播特性,应用射线追踪、叠前偏移、高覆 盖次数叠加、层析成像等技术,完成目的层三维成像 工作;充分利用采集信号的纵、横波特性、依据微震 成像,对震动量级、波形特性、极化方向、纵横波关 系、频率特性等进行综合解释,从而达到最终设计、 施工的目的。- 六、结论与建议 (1)高升油田火烧油层开发历经3.5年,初步 形成了点火注气、动态分析、跟踪调控、动态监测等 现场过程控制关键技术,解决了火烧油层过程中气 窜、受效不均、火线前缘认识难度大及跟踪调控难度 大等难点,成功实现了厚层块状稠油油藏的常规火 驱开发。 (2)高升油田油层埋藏深,厚度大,目前火烧油 层开发仍处于边研究边实践阶段,对火驱机理、开采 规律、开发阶段划分及效果评价标准等应进一步深 入研究。 (3)对于厚层油藏而言,井网井距井型、纵向上 点火烧井段位置、点火厚度、注采关系、注采参数合 理设计等油藏工程设计是成功火烧油层的前提,应 在未来现场实践中不断总结完善;同时,目前掺稀油 举升工艺导致产气大情况下油井生产不正常,现场 无法大幅度提高注气量,同时无法取油样分析火烧 后油品性质的变化规律,因此应重点加强停掺稀油、 防气、耐高温、耐腐蚀等举升工艺技术的攻关。 参考文献 [1]柴利文,金兆勋.中深层厚层稠油油藏火烧油层试验研 究[J].特种油气藏,2010,17(3):67—69. 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