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轻质油藏蒸汽驱提高采收率技术现状及趋势

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油藏 蒸汽 提高 收率 技术 现状 趋势
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2012年2月 第31卷第1期 大庆石油地质与开发 2012 o.1 0.3969/J.000—3754.2012.01.029 轻质油藏蒸汽驱提高采收率技术现状及趋势 刘 新 (大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712) 摘要:研究了轻质油藏蒸汽驱提高采收率技术的发展历程,分析室内实验情况,介绍了主要驱油机理和适合条 件,总结了典型的成功实例和失败实例。室内实验和矿场试验表明:对于水驱后低渗透轻质油藏,采用蒸汽驱 技术为主的热力采油技术能够取得良好的技术经济效果;蒸汽蒸馏作用是轻质油藏热力采油最主要的驱油机理; 轻质油藏热采技术先导试验和项目包括各种油质和油藏类型;蒸汽驱提高采收率的幅度比普通水驱高,但受经 济效益、地层条件和设备要求等限制,蒸汽驱热采技术没有在轻质油藏得到广泛应用。随着技术发展和对原油 采收率的要求,轻质油藏蒸汽驱采油技术的研究和重视度会逐渐加大,将成为挖潜轻质油藏剩余油的有效驱替 技术。 关键词:蒸汽驱;轻质油藏;热力采油技术;驱油机理;采收率 中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1000—3754(2012)01_I)1384)7 63712,he of is he be of by is of of of OR is of ut by O on,by is in of on be n it be of in 稿日期:204 改回日期:2011—11金项目:国家科技重大专项基金(200904)资助。 作者简介:刘新,女,1976年生,高级工程师,从事油田勘探开发技术调研与分析。 E—31卷第1期 刘新:轻质油藏蒸汽驱提高采收率技术现状及趋势 ‘139· 质油藏是指原油密度小于0.93 g/油层 温度下脱气原油黏度小于100 以蒸汽驱为主的热力采油技术具有成本较低、驱油 效率高、采油速度快、工艺成熟等优势,一定条件 下能够有效驱替轻质油藏的剩余油。 1技术发展概况 轻质油藏应用蒸汽驱热采技术经历了一个从初 步认识到逐渐成熟的过程。1960年,荷兰¨ ;1963年,壳牌石油公司在美国加利福尼亚 度0.91 g/的现场试验表明, 蒸汽驱能够降低该油田的原油饱和度 。从20世 纪70年代开始,在一些石油研究机构和研究院所 的支持下(如o., 探开发研究院、胜利、吉林以及大庆油田采油院 所等),研究人员通过物理模拟和计算机模拟分 析,对该技术的驱油过程、采油机理和影响因素都 进行了分析,结果表明:蒸汽吞吐、蒸汽驱替在轻 质油藏是可行的,采油效果高于热水驱;蒸汽蒸馏 是主要采油机理,可以降低残余油饱和度。美国是 世界上轻质油藏热采技术研究和应用最早、试验次 数最多的国家。2国能源部组织 专家学者开展轻质油藏蒸汽驱经济可行性分析和岩 心驱替实验,研究蒸汽驱替中的原油蒸馏作用,利 用蒸汽驱替提高轻质油藏的采收率,总结美国蒸汽 驱替轻质油藏发展现状。在美国能源部支持下,美 国石油公司开展了小规模现场试验。20世纪9_21世纪初期,中国新疆克拉玛依浅层高黏常 规水驱油田(六中区克下组)、大庆油田高含水高 黏常规水驱油田(葡北油田、萨北过渡带)、聚驱 后油田(喇嘛甸油田)和高含蜡低渗透油田(朝 阳沟油田)以及吉林浅薄层低渗透油油田(扶余 油田)、胜利孤东、大港羊三木等地区相继开展了 蒸汽吞吐和蒸汽驱数值模拟和物理模拟实验,进行 了小规模驱油试验。结果表明:蒸汽吞吐、蒸汽驱 是水驱油藏的有效补充,通过增加可采储量,可以 实现蒸汽驱和水驱的优势互补,提高油田采收率, 对地质条件有利的轻质油藏实施蒸汽驱在技术上是 可行的 。 根据现场试验数量和研究文献统计 发现轻质 油藏蒸汽驱热采技术在全球的研究和应用主要经历 了3个时期:20世纪60年代属于起步期,20世纪 70—80年代进入黄金期,20世纪90年代后走向衰 退期。20世纪90年代后,无论是现场试验还是文 献研究的数量都大量减少,分析与国际油价下跌、 其他提高采收率技术的发展以及技术经济、技术制 约有直接的联系。 2室内实验 2.1驱油机理 20世纪70年代,国外研究机构开展模拟研究, 讨论不同机理作用,即蒸汽蒸馏裂解、降低黏度、蒸 汽液驱动、气体驱动、提高相对渗透率、重力分异作 用以及改善近井地带储集层的渗透性机理。汽蒸馏机理是 轻质油藏热采过程最主要的采油机理,油层中形成 的蒸汽带使热凝结带后面的剩余油在高温下部分汽 化,原油中蒸馏出部分轻质组分,可采出5%~19% 原始地质储量 。,蒸汽蒸馏物和原油性质(密度、黏度、组分)相 关,与多孔介质、初始含油饱和度和注入速度无关, 蒸馏量越多,驱油效果越明显 J。 渗透轻质油 藏蒸汽驱的室内实验以及大庆油田研究人员现场试 验认为 :蒸汽驱早期,当烃类注入孔隙体积达 到0.4 油热膨胀作用是主要驱油机理; 油井见水后,蒸汽蒸馏作用和降黏作用是驱油主要 机理;当烃类注入孔隙体积达到0.8 能 传递到蒸汽未波及区,降黏作用贡献最大。由于轻 质油藏本身黏度很低,因此降幅不大;当烃类注入 孔隙体积达到1.3 馏作用占主导地位; 当蒸馏带前移到生产井时,蒸汽蒸馏作用逐渐增 大,经历较长时间后成为主要驱油机理。 轻质油藏和稠油油藏的蒸汽驱替过程和机理基 本相同,但机理作用差异很大。蒸汽驱替稠油油藏 主要是降低原油黏度、剩余油饱和度和束缚水饱和 度,蒸馏作用相对较少,通常可忽略不计。轻质油 藏注蒸汽热采主要是减少残余油饱和度,蒸馏作用 和热膨胀是最重要的驱油机理(图1) J。原油密 度越小,轻质组分含量越高,蒸馏作用越显著。蒸 ·140· 大庆石油地质与开发 2012在 汽驱替时。可加速溶解气驱,促使被加热但未驱替 层的残余油加速减少,使剩余油饱和度大幅降低。 对于地下原油黏度在50—100 和黏度小于50 水后利用蒸 汽热力技术提高开发效果有很大的应用潜力。 瓣 嵌 超 原油密度 图1蒸汽驱采油机理(据文献[8]) of by 究,认为原油相对密度不小于0.876 2,厚度大 于8 m,孔隙度不小于30%,水驱残余油饱和度不 小于40%,渗透率不小于0.2 埋深小于1 400 义堂认为进 入中高含水开发阶段的常规轻质油藏,在三次采油 聚合物驱或二次注水后均可转为蒸汽驱,一些低渗 透、裂缝油藏、水力压裂、高含蜡等油藏也可用蒸 汽驱替技术采油李秀峦、沈德煌、张义堂、 王霞等应用油藏数值模拟等室内实验方法,研究注 水后期转注蒸汽开采油藏条件,总结了剩余油饱和 度、油层厚度、净总厚度比、油层非均质性、原油 黏度等主要油藏参数对水驱后油藏转注蒸汽开发效 果的影响 。吴淑红等对比了稠油和轻质油藏 蒸汽驱的主要适用参数(表1) 16]。 2.2.2油藏类型 (1)碳酸盐岩油藏或裂缝发育的低渗透油藏。 主要机理是利用蒸汽作为热介质,加热裂缝内 原油。蒸汽蒸馏和热降黏作用降低残余油饱和度, 2.2适用条件 提高基质驱油效率和采收率。如法国.2.1油层特征 藏碳酸盐岩油藏 " 、美蒂波特山油田香农 通过轻质油藏热采技术的数值模拟和室内实验 砂岩油藏Ⅲ]。 表1蒸汽驱轻质油藏筛选标准 of 2)带气顶的厚层状油藏。 注入蒸汽热采时,向油藏气顶注入天然气、扩 大气顶体积,导致气顶膨胀,加速重力泄油,从而 提高采收率。如美国阿肯色州斯马科弗岩油藏 。 (3)具有利地质特征的砂岩油藏。 在原油相对轻质、埋藏浅、存在地层倾角的砂 岩油藏进行蒸汽驱替可取得较好开发效果。如荷兰 、美国、中国扶余 油田E 2o]。 2.2.3工作制度 轻质油藏热采技术中,蒸汽驱替是主要采油方 式。 、二维填砂模型以及亲水填砂模型和亲油二维填 砂模型模拟了轻质油藏蒸汽驱,表明蒸汽驱可采出 大部分残余油,蒸汽驱经济采收率可达55%~ 65%,亲油轻质油藏蒸汽驱技术具有经济吸引 力_2 。1 度为0.801 7 g/原油后蒸汽驱效果,发现 蒸汽驱的残余油饱和度与蒸汽注入速度和热损失有 很大关系,与原油含油饱和度无关;在高含蜡油田 蒸汽驱替前注入0.1 取得较好 效果 ; 距、注入速度、油层渗透率、油藏埋深等参数对轻 质油藏蒸汽驱替经济性的影响 。式蒸汽驱油藏模拟装置预测蒸汽注入前剩余油饱 和度不均匀的水驱后轻质油藏,分析了水驱后水油 比、油藏厚度、原油蒸馏组分数对蒸汽驱替的影 第31卷第1期 刘新:轻质油藏蒸汽驱提高采收率技术现状及趋势 ’141· 响 ]。藏是否适合蒸汽驱,提出适用参数、作业设计原 则和影响蒸汽驱效果的重要因素 。 国内各油田、院所等相关研究人员提出注汽干 度、注汽速度、注汽压力是影响蒸汽驱替轻质油藏 的重要因素。实验表明,注汽干度越高,蒸汽驱开 发效果越好,蒸汽干度的临界值为40%;注汽速 度也有一个合理值,研究表明注汽速度低,热损失 大,当注汽速度小于100 t/ 100 汽干度将达不到50%,但是注汽速度过高时也 可能出现蒸汽指进现象 ,因此现场作业应采取 最佳注汽速度,注汽速度应不小于50 t/d,低渗透 在相同的隔热条件和注汽速度下,注汽压力越高, 锅炉出口的蒸汽温度越高,注汽过程中的热损失就 大。建议油藏压力降低到6 口注汽压 力在15 大庆葡北油田 j、朝阳沟油 田萨北过渡带 0_等轻质油藏从试验区地质特 点出发,对驱替中采出水性质变化、油层岩心、原 油及蒸汽驱开发方案的开发指标进行模拟预测,为 本地区的轻质油藏蒸汽驱作业提供了理论指导。 步总结出 最佳的现场工作制度(表2) 。 2.3轻质油藏热采技术室内模拟模型 轻质油藏热采驱替剩余油模型的种类较多,包 油藏可提高为70 t/d 。根据真空隔热油管试验, 括一维地质模型、二维填砂模型、单管模型、三维 表2最佳工作制度 相数值模拟器、数值模拟模型、半解析多元模拟 模型以及商业化模型的模拟功 能不断增多,从最初无法预测蒸汽蒸馏的作用及驱 替机理,到可模拟一种以上可蒸馏组分、三相多组 分流的数值模拟模型和半解析模拟模型。1977年, 形状;1979年,体模拟;1983年,方法,反映实验室条件下非平衡态,提出新的计 算方法用于4 个组分的模型,用蒸馏系数分析 不同蒸馏条件下的蒸馏物,并根据蒸馏实验数据建 立了模拟条件下的蒸汽蒸馏模型 。1987年, 价适用油藏类型。现有的商业化 拟功能更加完善。鉴于油藏地质条件具有很大不确 定因素,仅仅依靠油藏模拟,难以准确描述油藏和 模拟最佳的驱替过程。 3矿场试验 轻质油藏热采技术先导试验包括各种油质和油 藏类型。很多矿场试验取得了技术上的成功和较好 的经济效益,证实了轻质油藏在一次或二次采油后 可利用蒸汽吞吐、蒸汽或热水驱替部分剩余油。表 3统计了世界上成功的轻质油热采现场试验睛况。 美国怀俄明州蒂波特山油田香农砂岩 轻质油藏在水驱后选择了热采技术提高原油采收 率。美国境内拥有数量众多类似香农砂岩油田的轻 质低渗透油藏,即油藏致密、固结、存在裂缝、埋 藏浅、压力衰竭,因此香农砂岩油藏蒸汽 驱经验对此类油藏的蒸汽热采前景评估有很大的参 考价值。香农砂岩轻质油藏于1922年产油, 1976年全面投产,原始地质储量2 016×10 t,一 次采油采出原油地质储量约5%。1980年开展了提 高采收率技术研究,初步筛选和设计火烧油层和注 聚等最后选择蒸汽驱替技术。1985 年2个40.47× 10 汽驱试验区使用1个热流量为14.65 MW/用反九点和反五点井网,增 产效果明显;1987年工业化生产,驱替面积 607.05×10 1985年以来,项目累计注入274.4 x 10 增产27.44×10 t 对于存在蒸汽上窜或高渗透层的轻质油藏 (美国宾州特莱姆弗油田、堪那斯州艾尔多拉多油 ·142· 大庆石油地质与开发 表3部分成功的轻质油藏蒸汽吞吐、蒸汽驱现场试验 1,3,31] of )、或对油藏认识不清、对油藏含油饱和度标定 偏高(美国比尤纳维斯塔山脉油田)以及存在碳 酸盐沉淀和蚀等问题的油藏(美国加州克 恩县埃尔克希尔斯油田油藏),现场试验多 以失败告终。 中国已动用的石油地质储量绝大部分是轻质油 藏,在水驱开发以及聚合物驱等三次采油工艺提高 采收率措施后,仍有近40%的剩余油 。蒸汽可 以大幅降低原油黏度、进入液体不可及孔道、显著 提高原油采收率和采油速度,在水驱、聚合物驱无 法进一步增加稀油油藏可采储量、延长老油田开采 期的情况下发挥作用。国内轻质油藏蒸汽吞吐的油 第31卷第1期 刘新:轻质油藏蒸汽驱提高采收率技术现状及趋势 ·143· 藏多为低渗透、高黏度、含蜡及胶质,埋藏浅、产 层薄、物性差等低产储集单元,蒸汽驱研究主要涉 及水驱或聚驱后高含水常规轻质油藏。大庆油田研 究人员在喇嘛甸油田、萨尔图油田、葡萄花油田聚 驱后转蒸汽驱做了很多研究工作,从室内实验到现 场试验针对聚驱后转蒸汽吞吐、注蒸汽的可行性、 影响因素及适用条件、现场试验效果评价和配套工 艺展开攻关 ¨ 。目前,实现规模性蒸汽驱油试 验区是大庆长垣萨北过渡带地区。萨北过渡带面积 51.6 油层渗透率低、原油物性差、黏度较高 (地面原油黏度32.5~98.9 s,地下原油黏 度14.1 ),地质储量占大庆长垣过渡带总 储量的1/4。与纯油区相比,过渡带采油速度低、 油田产量递减快、综合含水上升速度快,开发效果 较差。2005年年初,大庆油田第三采油厂在萨北 油田进行了过渡带蒸汽吞吐、小井距蒸汽驱先导性 试验。2006年6月1日,试验井中1口井日增油 16 t,综合含水率下降20%,累计增油960 t,取 得了较好效果。2009年,扩大萨北油田北部过渡 带的试验规模,蒸汽驱试验区块包括注入井和采出 井共51口井 。试验证明,在蒸汽驱开发过程 中,利用蒸汽在井筒中和地层中向上超覆的特征, 在采取耐高温泡沫调剖的前提下,充分发挥蒸汽对 原油的蒸馏、降黏等作用,降低水驱、聚合物驱后 油层底部形成的大孔道和次生水体对注入蒸汽的不 良影响,改善了油井附近的流通性及原油品质,有 效动用了分布在厚油层顶部和薄差层中的剩余油, 从而进一步提高水驱、聚合物驱后油藏的采收率。 4前景展望 轻质油藏蒸汽驱替技术的研究超过了40 a,取 得了一些成功的现场试验,然而始终没有广泛用于 常规油藏。研究分析认为,在标定的水驱采收率条 件下,常规油藏注水成本低、风险小,效果好,而 热采技术与之相比成本较高;轻质油油藏深度与物 性、原油组分与物性,开发状况等性质与稠油油藏 有很大差异,需要考虑经济成本问题,降低蒸汽成 本是扩大注蒸汽热采应用范围和规模的关键;轻质 油藏注蒸汽更易发生窜流,形成早期突破,影响最 终采收率。 轻质油藏蒸汽驱热采技术成为一项能够广泛应 用的技术,必须克服技术和经济约束,解决蒸汽超 覆、过早突破,全面监控蒸汽驱替变化、油藏模 拟、减少蒸汽损耗等问题。国外提出热电联供、以 煤代油、以气代油、井下蒸汽发生器降低蒸汽成 本、设计隔热油藏(绝缘管)减少蒸汽损耗等思 路和方法。国内提出利用泡沫封堵调剖技术解决蒸 汽窜流和超覆问题,大庆喇嘛甸油田北东块喇9- 浅12稠油区块蒸汽 驱、杏北油田南部杏73井水驱挖潜剩余油的3 个现场试验取得了较好的应用效果 。 5结束语 (1)室内实验和矿场试验表明,对于水驱后 低渗透轻质油藏,采用蒸汽吞吐、蒸汽驱技术为主 的热力采油技术能够取得良好的技术经济效果。 (2)轻质油藏热力采油原理中蒸汽蒸馏作用 是最主要的驱油机理,稠油油藏中原油降黏是主要 机理。 (3)轻质油藏适用蒸汽驱替的参数为:油层 深度小于1 400 1油饱和度大于40%,油层厚 度大于8.0 m,油层净总比大于30%,油层孔隙度 大于30%,渗透率变异系数小于0.8,原油黏度大 于5 s,孔隙度 与含油饱和度S 乘积大于 0.09,流动系数大于8.0×10一m/(s)。 (4)轻质油藏热采技术先导试验和项目包括 各种油质和油藏类型,非均质、低渗透、水力压裂 和高孔隙储层油藏都可利用注蒸汽技术提高采收 率。国内外现场试验表明,地质条件对水驱后轻质 油藏应用蒸汽驱技术影响较大。成功的现场试验区 块多为浅层高黏油藏,如果油藏多层、有高渗窜流 通道、碳酸盐沉淀、蚀,或对油藏认识不 清、油藏含油饱和度过低,都会影响项目的可行 性。 (5)注蒸汽热采技术是轻质油油藏进一步提 高采收率的重要储备技术,提高采收率的幅度比普 通水驱高。受经济效益、地层条件和设备要求等限 制,注蒸汽热采技术发展还不是很成熟,没有在轻 质油藏广泛应用,必须克服蒸汽超覆和过早突破问 题、实现蒸汽驱替变化全面监控、完善油藏模拟以 及降低注入蒸汽成本,可利用煤或核能生产蒸汽、 采用水汽交注、蒸汽泡沫、优选注人蒸汽参数等, 以最大限度的提高采收率。 参考文献: [1] J.as an OR ].981. ·144· 大庆石油地质与开发 2012拄 [2] W, A.].972. 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