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辽河中深层稠油蒸汽驱技术研究与应用

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辽河 深层 蒸汽 技术研究 应用
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第31卷增刊1 2009年6月 石 油 钻 采 工 艺 1 009 文章编号:1000—7393(2009)5 辽河中深层稠油蒸汽驱技术研究与应用 赵洪岩 (辽河油田公司勘探开发研究院,辽宁盘锦 124010) 摘要:为提高辽河中深层稠油油藏最终采收率,在齐4用油藏工程方法、地面模 拟实验和软件计算方法对中深层稠油油藏蒸汽驱的井网井距、注采工艺参数等关键环节进行了优化设计。并通过先导试验 的验证与完善,形成了一整套适合于中深层稠油油藏特点的蒸汽驱开发技术,包括油藏工程设计技术、高温注汽隔热技术、高 温举升技术、动态调控技术等。目前蒸汽驱技术已在齐4到了较好效果,预计该区块最终采收率可 达56 ,比目前蒸汽吞吐方式下采收率提高近一倍。 关键词:稠油;蒸汽驱;研究;应用;中深层 中图分类号:献标识码:A of in 024010,of i 40 in to of ey as of by of of of i as as ic t in i 40.it a be as 6 ,as by 河油田是全国最大的稠油生产基地,探明稠 油地质储量和稠油年产量分别占全国稠油的50% 和52 ,年产量占辽河油田年产量的2/3,对辽河油 田的可持续发展具有重要的稳定作用。自“六五”以 来,一直采用蒸汽吞吐方式开采,目前已处于吞吐后 期。由于吞吐方式只动用井筒附近的油层,井间大 量的剩余油则无法得到有效动用,造成吞吐采收率 低,仅2O ~3O 。而蒸汽驱方式则可有效动用井 间剩余油,同时可获得较高采收率(50 左右)。 国外蒸汽驱已开展多年,是一项成熟技术,但其 油藏埋藏深度都在500 于浅层。辽河油 田稠油油藏埋藏深度在1000 对国外稠 油属于中深层范畴。因此,国外的蒸汽驱技术无法 直接应用于辽河稠油。辽河油田先后开展过6个蒸 汽驱先导试验,一直在探索.中深层稠油油藏蒸汽驱 的油藏工程设计、井筒隔热、高温举升等关键性技 术。经过二十几年艰苦的探索与实践,通过突破核 心技术、攻关关键技术、完善配套技术,在齐40块实 现了工业化转驱,为油田实现可持续发展发挥了重 要作用。 作者简介:赵洪岩,1965年生。1987年毕业于华东石油学院采油工程专业,现从事稠油开发研究工作.高级工程师。电话:0427 780688知赵洪岩:辽河中深层稠油蒸汽驱技术研究与应用 1 蒸汽驱机理及油藏适应条件 of .1蒸汽驱开采机理 of 汽驱方法是按照一定的井网形式,从注入井 中连续注入蒸汽,把油驱向周围的生产井,并在这一 过程中将油加热,降低其黏度。蒸汽驱开发是一项 极其复杂的系统工程,已成为世界范围内的开采稠 油的主要技术之一 当注入的蒸汽从注入井向生产井运动时,形成 几个不同温度和不同流体饱和度的区带。它们分别 是蒸汽带、热凝析液带、冷凝析液带和油藏流体带。 热凝析液带还可细分为溶剂墙和热水墙。从注汽井 的蒸汽温度,到生产井的油藏温度,是一个渐变过 程,在每个地带中有不同的驱油机理。因此,从注入 井到生产井,油的饱和度也是不同的。在蒸汽带中, 由于油受到最高温度的作用,其饱和度降到最低。 最后一个带是油藏流体带,该带中的温度和饱和度 状况接近初始状况。 整个蒸汽驱过程是以高温降黏、蒸馏、热膨胀、 混相驱、溶解气驱以及水驱等综合作用提高采收率。 最终采收率一般可达50 ~60 。 1.2蒸汽驱适应条件 合国内外蒸汽驱研究成果,确定出适合辽河 中深层稠油油藏蒸汽驱筛选标准,见表1。 表1 蒸汽驱油藏筛选标准 藏参数 入选条件 油层深度/m 油层有效厚度/m 净总厚度比/小数 孔隙度/小数 渗透率/m 渗透率变异系数/小数 初始含油饱和度/小数 地层温度下脱气油黏度/ 边底水体积与油体积比 2 中深层稠油油藏蒸汽驱技术研究与应用 of in 齐40块为例,介绍中深层稠油油藏蒸汽驱技 术研究与应用的成果。 2.1齐40块地质概况 40块构造上位于辽河断陷盆地西部凹陷西 斜坡上台阶中段。开发目的层为莲花油层。油藏埋 深625~1050 块内地层总体上由北西向南东 倾没。北部地层较陡,地层倾角为10~25。;南部逐 渐趋缓,地层倾角4~12。。沉积环境为扇三角洲前 缘相沉积,主要发育有水下分流河道、河口砂坝、分 流间及前缘薄层砂4种微相类型。 莲花油层岩心分析孔隙度平均31.5 ,渗透率 平均2.062 属于高孔、高渗储层。油层较发 育,平均有效厚度37.7 总厚度比为0.51。原 始地层压力8.5 层温度36.8℃。油层温度 下脱气原油黏度为7140 。探明含油面积 7.9 探明石油地质储量3774×10 t。齐40块 为中深层、中厚互层状普通稠油油藏。 2.2齐40块开发历程 i 40 齐40块自1987年采用蒸汽吞吐方式、正方形 井网开采至今,其间经历了3次大的井网加密调整, 井距由开发初期的200 00 0 发历程分为3个阶段:200 141 1上产阶段(1987—1993年),0段(1994年至目前)、蒸汽驱试验与工业化推广阶 段(1998年至目前)。 截至2006年12月底,断块投产总井数816口, 开井611口,断块日产油1329 t/d,平均单井日产油 2.18 t/d,累产油1192.6×10 t,采油速度1.3 , 采出程度31.6O 。累计吞吐8422井次,平均吞吐 11个周期,累计油汽比0.57,年吞吐油汽比0.30。 2.3蒸汽驱油藏工程优化设计 of .3.1 开发层系确定 经研究论证齐4驱设计在主体部位分莲I、莲Ⅱ油层2套层系开 发,而边部仍采用莲花油层1套层系合采。依据是: ㈣ ∞ ∞ 卜 < 112 石油钻采工艺 2009年6月(第31卷)增刊1 (1)各开发层系的油层厚度较为适合。莲一般有效厚度15~23 m,平均18.5 m,莲Ⅱ油层 一般有效厚度25~45 m,平均36.3 m,合采区莲花 油层一般有效厚度2O~40 m,平均28.0 m。 (2)各开发层系内的油层发育且集中,油层连通 性较好(莲,莲Ⅱ油层0.88,合 采区0.7),能保证蒸汽驱达到较高波及体积。 (3)层系问具有较好的隔层条件,能有效减少蒸 汽驱时各开发层系问的热量损失。 2.3.2井网井距确定 利用蒸汽驱优化设计方法 和数值模拟、经济效益对比法对蒸汽驱井网井距进 行了确定。蒸汽驱优化设计方法 是以同时满足4 个汽驱操作界限值为前提而提出的:注汽速率不小 于1.6 t/(d·m·采注比不小于1.2;井底蒸汽 干度大于40 ;油藏压力小于5 式如下。 五点井网: 反七点井网: 反九点井网: 。( ) 。 q 一10 Q ( ) q 一2.6×10 Q。hd d=86.6( ) 式中,rn;In;q 为平均单井最大产液能力,d;q 为单井注 汽速度,t/d;R 为采注比(其值范围在1.2~1.3。 对油层较浅、净总厚度比较大的油藏可取1.3,对油 层较深、净总厚度比较小的油藏可取1.2);Q。为井 组的单位油藏体积的注汽速率(其值范围在1.6~ 1.8。对油层较浅、净总厚度比较大的油藏可取1.6 ~,对油层较深、净总厚度比较小的油藏可取 1.7~1.8),t/(d·ha·m)。 根据油藏条件,按照上述方法并结合数值模拟、 经济评价结果,确定莲注采井网进行蒸汽驱,莲Ⅱ油层和合采区莲花油 层有效厚度大于25 用7O 注采井网进行蒸汽驱。 2.3.3 注采参数确定 根据国内外成功蒸汽驱的 经验、蒸汽驱操作参数界限值以及先导试验的实际 情况,推荐汽驱时注汽速率为1.6~1.8 t/(d·m)。对于齐40块100 汽速度为100~140 t/d;70 理注汽速度为90~13O t/d,平均为110 t/d。 考虑到从锅炉到井底的热量损失以及目前工艺 水平,确定井底的蒸汽干度应大于5O 。采注比则 根据蒸汽驱的不同阶段生产动态来分别确定。在热 连通阶段,加强汽驱初期排液及吞吐引效,争取半年 时问采注比达到0.8;在汽驱驱替阶段采注比要提 高并控制在1.1以上。齐4速度对应的平均单井产液量为35t/d。 2.4蒸汽驱钻采技术研究 on of .4.1钻完井技术针对齐40块油层比较疏松的 特点,同时为了保证井眼轨迹的规则,钻井设计把表 层套管深下到250 m,油层套管采用高强度的 时采取预应力完井。 同时考虑到转驱时油层压力已由原始压力8.5 防止油层污 染,使用优质钻井液,钻井液侵入深度由40 15 大减轻了钻井液对油层的污染。 2.4.2 注汽工艺 地面注汽管线保温材料采用微 孔硅酸钙,并考虑到保温层捆扎后厚度减少,设计保 温层厚度为50 汽管柱主要由真空隔热管、 隔热型接箍、压力补偿式隔热型蒸汽驱伸缩管、 温单流阀、多级长 效汽驱密封器等工具组成。注汽管柱的隔热方式, 经过数值模拟软件计算,设计采用:真空隔热管+封 隔器隔热或环空注氮隔热的方式。管柱耐温360 ℃,耐压17 用寿命达到3年。 齐4避免由于地 层的非均质性而导致的各层动用程度不均衡性,设 计了分层汽驱工艺。通过地面模拟实验和软件计 算,确定所分各层段的配汽量及相应层段的配汽孔 径,优化设计配汽阀的投捞以实现配汽量的调整,确 保分层汽驱实施的有效性。 2.4.3举升工艺 针对蒸汽驱过程中不同阶段具 有不同的产液温度的特点,研发了非金属、金属、陶 瓷3大类蒸汽驱系列举升技术,包括耐高温浮环泵、 柔性金属泵、汽驱井高温陶瓷泵,满足了蒸汽驱提液 需要,适应蒸汽驱井高温、出砂、腐蚀、高含气等复杂 井况(表2)。 2.4.4蒸汽驱高温不压井作业 蒸汽驱高温不压 井作业工艺技术研究,能够解决井内介质为高温蒸 汽的条件下,不采取任何压井措施的高温作业问题。 ) )、,\ \ 、 1 2 3 4 5 6 , , , / / / 赵洪岩:辽河中深层稠油蒸汽驱技术研究与应用 113 作业系统通径0~180 温260 压21 应环境温度一40~50。C;整个系统配备自 动、手动控制,配合现场操作,满足作业施工及系统 对各种管柱强行起下的控制要求。 2.5 齐40块蒸汽驱试验跟踪研究与效果评价 up of i 40 on .5.1 先导试验试验区由4个70 组构成,位于齐40块中部8一验目 的层为莲Ⅱ油层组。试验区含油面积0.129 原始地质储量86×10 t。转驱前(1997年底),试验 区共有9口生产井,采用141井距正方形井网、蒸汽 吞吐方式开采,平均吞吐7.7轮次,采出程度24 , 油层压力下降到3~4 (1)生产特点分析。先导试验基本上经历了热 连通、驱替、突破3个阶段。其动态生产特点表现 为,热连通阶段——转驱后的前半年,产液量上升, 产油量下降。驱替阶段——转驱后的前3年,产液 量和产油量持续上升(分别由受效前的210 0 t/m。/t/d),并保持基本稳 定,瞬时油汽比在0.22左右。突破阶段——转驱后 的第4年,产液量和产油量开始下降。符合国外成 功蒸汽驱的生产特征。 油藏温度和压力的变化也符合蒸汽驱规律。距 注汽井9 1 驱后油层温度不断上升。转驱5个月后观察井油层 段温度上升到132℃,其中100℃以上的油层厚度 占总厚度的51 ,且集中于油层中部。到2001年 的驱替阶段,油层段温度已经达到220℃,100℃以 上油层厚度占总厚度的67 ,即中上部油层均被加 热,且加热厚度增大。井口产液温度普遍呈上升趋 势,由转驱时的3O℃左右上升到2001年的65~ 100 C,估算井底温度应在140~180℃左右。测压 资料表明,转驱前测压4.1 后逐渐降至3.5 于蒸汽驱较理想的压力范围。 (2)跟踪调整研究。在热连通阶段,注汽井井筒 热损失大,井底干度初期未达到方案要求。为了减 少热损失,对环空进行定期补氮,减少热损提高井底 蒸汽干度。先导试验注汽井在1998年12月连续进 行3次补氮,井底蒸汽干度从33.0 提高到50 以 上。同时,针对该阶段油藏热连通程度低、油层供液 不足的问题,开展了6口井吞吐引效。吞吐引效后, 井组产液量继续上升,油量回升,由转驱初期29 t/d 上升至70 t/d。 在驱替阶段,围绕提高产液量和提高平面波及 的均匀程度这两大主要方面,根据跟踪数值模拟和 监测资料分析结果,有针对性地采取了各种调整措 施,包括加深泵挂、调参、检泵、补孑解堵 剂、助排剂、换大泵,使生产井具有较大的生产压差, 油井液量逐步提高,井组采注比由初期的0.8提高 到1.1左右,使蒸汽的波及范围在井组内得到不断 扩大。 在突破阶段,蒸汽驱后期井口温度急剧上升,产 液量和产油量出现锐减,为此开展了生产井高温调 剖封窜技术、大通径封堵技术,从一定程度上缓解了 汽窜问题。同时通过跟踪数值模拟的优化分析,采 取了降低注汽量的做法,有效地抑制了蒸汽窜进,提 高了井组油汽比。2001年12月、2002年5月,对井 组注汽速度进行了2次调整,井组油汽比保持在 0.14。2003年11月,对试验井组进行了第3次调 整,停注2口注汽井,井组日注汽量由原来的540 t/ t/d,产油量并未出现较大的下降,基 本保持在50 t/汽比0.20左右。 (3)效果评价。先导试验取得了较好的开发效 果[4]。从1998年1月至2008年6月试验区累注汽 152.7×10 t,累产油量27.4×10 t,阶段油汽比 0.18,阶段采出程度31.9 ,吞吐+汽驱采收率 55.9 ,超过方案设计采收率(48.5 )。试验仍在 进行中,目前的采油速度仍处于1.8 的水平,预计 最终采收率可达到63 。 114 石油钻采工艺 2009年6月(第31卷)增刊1 2.5.2 扩大试验扩大试验区与先导试验区相邻, 油藏条件总体上相近,但油层厚度略小。试验区由 7个70 验目的层为莲 Ⅱ油层组。试验区含油面积0.208 原始地质 储量128.06×10 t。 扩大试验于2003年7月开始。转驱前吞吐开 采,采出程度29 ,起始含油饱和度53 ,油层压力 2 验经历了热连通阶段,目前处于蒸 汽驱替阶段。 截至2008年6月底,扩大试验已经进行了5 年,汽驱采出程度 。与方案设计指标对比, 方案实际注汽量和设计指标基本保持一致,但产油 量、产液量、油汽比、采注比等指标与设计指标存在 一定的差异,这主要由于先导试验外溢影响、转驱前 采出程度高等因素造成的。 2.5.3 工业化推广 在先导试验和扩大试验取得 预期效果的基础上,开始了全块整体转蒸汽驱的方 案编制。2006年投入实施,2008年3月全块150个 井组全面转入蒸汽驱。至此,齐40块蒸汽驱进入到 工业化实施阶段。 首批规模转驱的65个井组目前开发状况较好, 产油量由转驱前(2006年11月)的571 t/008年6月的1176 t/d,产液量由2030 7005 d。蒸汽带也逐渐形成,油层平均温度 由转驱前的4O℃升高到80℃,符合4个先导试验 井组汽驱初期的生产规律。预计全块最终采收率可 达56 。 3认识及结论 1)齐40块蒸汽驱取得了较理想的效果,说明 中深层稠油油藏蒸汽吞吐后进行蒸汽驱开发可以大 幅度提高采收率。 (2)根据蒸汽驱操作参数技术界限所优化的油 藏工程设计是合理的,其开发动态符合蒸汽驱开采 机理。 (3)高效的隔热注汽技术和高温举升技术保证 了试验的成功。 (4)形成的蒸汽驱系列配套技术为辽河中深层 稠油油藏蒸汽驱工业化推广提供了技术保障。 参考文献: [1] 洪K 汽驱油藏管理[M].岳清山译.北京: 石油工业出版社,1996:15 C.]. n— 996:15—19. [2]张方礼,赵洪岩,冯玉.热采稠油多元化转换开采方式 适应性研究[A].第一届全国特种油气藏技术研讨会 论文集[c].北京:石油工业出版社,2004:288—293. u.of of of ].c].n— 004:288—293. [3] 岳清山.稠油油藏注蒸汽开发技术[M].北京:石油工 业出版社,1998:21—23. in ].n— 998:21—23。 斌.齐40断块蒸汽驱试验效果评价方法研究 特种油气藏,2005,12(1):35—37. he on of ].005,12(1):35—37. (修改稿收到日期 2009—04—27) [编辑薛改珍]
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