中深层稠油油藏火驱提高采收率技术

正火烧油层(火驱,In-situ Combustion)是一种有效的提高采收率技术,具有驱油效率高、采收率高、热效率高、适用范围广等特点。火驱技术利用原油中重质组分为燃料,空气或富氧气体为助燃剂,采取人工点火等方法点燃油层并持续燃烧,加热油层温度至600～700℃,重质组分高温裂解,轻质组分被驱替到生产井,火驱采收率可达到 60%～70%。     

火驱电热点火器点火易控可靠

火驱采油技术因其节能环保,并可大幅度提高采收率,越来越受到重视,已成为转变稠油开发方式的一项重要技术。如何将油层成功点燃,是火驱技术的关键之一。新疆油田红浅1井区火驱先导试验项目研制了一种火驱电热点火器,经过参数测试和现场应用表明,各项技术性能指标满足浅层稠油点火要求,均一次性点火成功。     

考虑蒸汽超覆的稠油蒸汽吞吐产能预测模型

常规稠油油藏蒸汽吞吐产能预测模型假设注入蒸汽活塞式驱替原油,油层顶底加热面积相同,实际生产过程中,由于原油和蒸汽密度不同产生重力分异作用,出现蒸汽超覆现象,导致油层顶部加热面积大于底部加热面积。通过确定顶底盖层加热半径之间的关系,引入等效半径,在拟稳态产量公式基础上,建立了考虑蒸汽超覆的蒸汽吞吐产能预测模型。以孤岛油田M区块为例,分别采用本文模型、Marx模型和商业模拟器CMG计算产能。模拟结果表明,Marx模型由于未考虑蒸汽超覆现象造成热损失较小,预测产能偏高,平均相对误差为41%,而本文模型计算结果平均相对误差为12%,最小相对误差为7%,与商业软件计算结果较吻合。研究结果表明,考虑蒸汽超覆的稠油蒸汽吞吐产能预测模型具有一定可靠性,可用于稠油油藏蒸汽吞吐产能预测。      

火烧油层举升工艺技术研究与应用

火烧油层(火驱)作为提高稠油采收率的重要方法之一,利用油层自身的重质组分燃烧作为动力驱替原油,驱油效率高是其它采油技术所无法比拟的,但是其配套技术难度大、涉及面广,又是制约其效果的关键,对火烧油层效果的影响较大,尤其是深层巨厚稠油油藏其技术配套更为重要.以高升油田高3618块火烧油层试验为例,试验井组火驱后,随着火驱时间的延长,油井产气量大幅度增加,引发出一系列新问题为背景,针对火驱举升工艺上难点和出现的主要问题进行研究与分析,通过开展了相关配套技术研究与试验应用,进而提出了一套适合深层稠油火驱举升工艺的方式与方法,为下一步深层稠油火驱举升工艺技术配套提供依据.     

燃烧条件对火驱效果的影响

对火驱燃烧条件的认识与评价是火驱油藏的重要环节。针对目前火驱过程中存在的燃烧过程不清楚及燃烧条件对火驱开发效果的影响不清楚等问题,进行了一系列室内模拟研究。研究了在不同的孔隙度、点火温度、注汽压力和注气量等燃烧条件对火驱效果的影响。实验结果表明,孔隙度越大火驱前缘的推进速度越快;预热温度和火驱前缘温度呈正相关关系;提高注气压力不仅可以维持火驱前缘正常推进和提高火驱前缘温度,还可以弥补低孔隙度油砂火驱技术的限制;随着注气流量的提供,前缘温度和前缘推进速度也在稳定提高。此次模拟实验为下一步提高油层产量、降低成本、提高产出比提供了一定的理论基础和研究路线。     

火烧油层技术综述

在国内外火烧油层技术文献调研的基础上,结合辽河油田近几年火烧油层物理模拟、数值模拟、火驱跟踪效果评价及跟踪调控措施研究取得的一系列成果,对火烧油层技术进行了全面的概括和总结.火烧油层技术又称火驱,是一种能大幅度提高稠油油藏采收率的开采技术,按注入空气和燃烧前缘的移动方向分为正向燃烧和反向燃烧,随着辽河油田对火驱技术认识的加深及水平井技术的发展,将水平井与火驱技术相结合,在直井网火驱的基础上发展了稠油直井-水平井组合火驱技术,从而扩大了火驱的适用范围,为稠油油藏转换开发方式提供了有力的技术支持.     

稠油油藏注过热蒸汽加热半径计算新模型

过热蒸汽注入油层后,经历了从过热蒸汽到湿蒸汽再到热水的相态变化过程,在加热区内形成过热区、蒸汽区和热水区,因此以注普通湿蒸汽为基础的传统加热半径计算模型对其不再适用。为了准确计算注过热蒸汽的加热半径,结合注过热蒸汽过程中油层温度分布的实际情况,根据瞬时热平衡原理,构建了一个新的稠油油藏注过热蒸汽加热半径计算模型。结果表明:新模型计算结果与CMG STARS数值模拟计算结果吻合较好,最大相对误差为7.4%,新模型具有正确性;虽然提高井底蒸汽过热度对扩大加热区范围并无明显作用,但其能有效增大井筒附近过热区半径。     

热采井半预热固井技术

在热力采油井中,注入蒸汽加热油层套管,油层套管受热产生压应力,当压应力达到套管钢材的屈服极限后,套管开始变形。计算表明,如果用常规方法固井,在通常的注汽温度下,套管都因热应力而产生屈服变形。目前现场采用的防止热破坏方法在理论上没有得到论证。热采井半预热固井技术是在注水泥完毕后,通过井口向油层套管内下入加热器,加热油层套管到预定的温度,使水泥在加热条件下凝固,水泥终凝后取出加热器。该技术可使套管在整个开采过程中一直处于弹性状态,不发生塑性变形,从而解决了套管热破坏问题。     

重油中添加金属催化剂的火烧油层实验

针对重油在火驱过程中,燃料储集过量导致燃烧时所需的空气注入量大,使得火驱开采的经济评价结果不理想的问题,选取硝酸铁和硝酸锌两种金属催化剂进行室内火烧油层的物理模拟实验。实验结果表明:与空白实验和硝酸锌催化实验相比,硝酸铁催化实验过程中的产气成分波动小得多;硝酸铁催化实验出油时间也早于空白实验和硝酸锌催化实验的;重油中添加硝酸铁催化剂后,火烧油层模拟实验过程中的氧气利用率由空白实验的90.5%增至96.7%;烧掉重油量由43.92 kg/m3增至52.73 kg/m3,提高了20%;空气燃料比降低了19.5%,加速了火驱燃烧前缘的推进速度,残余油碳氢比、燃烧热、和残余重油量也显著变化。     

稠油蒸汽吞吐过程中加热半径与井网关系的新理论

综合评价了稠油蒸汽吞吐过程中加热半径计算的3种经典模型,并推导出了稠油蒸汽吞吐过程中最大加热半径计算公式,首次采用Buckley-Leverret方程计算了热水带的加热半径,其结果与油田开发实际符合较好.同时,首次提出了稠油蒸汽吞吐在多轮次加热过程中的一种新理论：在1～4周期蒸汽起到了扩大加热半径的作用,随着周期增多而加热前缘向外扩展作用减小,蒸汽主要起重复加热油层的作用.本文导出的新模型公式及提出的新理论,对于不同类型稠油油藏蒸汽吞吐的井距设计具有一定的借鉴意义.     

注蒸汽后油藏火驱见效初期生产特征

克拉玛依油田红浅1 井区将火驱作为稠油油藏注蒸汽(蒸汽吞吐、蒸汽驱)后的一种接替开发方式,进一步提高原油采收率。通过油藏数值模拟、物理模拟等方法,研究了该种方式下次生水体对火驱进程的影响,并给出了火驱开发过程中一线生产井的5 个生产阶段及各阶段生产特征。结合矿场试验实际生产动态,分析了生产井见效初期的3 种产状及不同产状的形成机理。这对分析类似油藏的火驱动态具有重要意义。     

稠油油藏注蒸汽开发后期转火驱技术

通过室内一维、三维物理模拟实验和油藏数值模拟,系统研究了稠油油藏注蒸汽后期转火驱开发的机理和相关油藏工程问题。研究表明:注蒸汽后期地层次生水体的存在会降低火驱燃烧带峰值温度、扩大热前缘波及范围,其干式注气过程同样具有湿式燃烧的机理,由次生水体造成的高含水饱和度对单位体积地层燃料沉积量、氧气消耗量等燃烧指标影响不大。三维物理模拟实验火驱最终采收率可以达到65%,火驱过程中有明显的气体超覆现象,油层最底部存在未发生燃烧的结焦带,但结焦带中大部分原油已被驱扫,剩余油饱和度低于20%。结合稠油油藏注蒸汽后期的储集层特征和现有井网条件,对火驱驱替模式、井网、井距和注气速度等进行了优化,并筛选了点火、举升、防腐等关键工艺技术。研究结果应用于新疆H1井区火驱矿场试验中,目前矿场试验初见成效。图10表4参20     

考虑热损失的稠油热采三区复合油藏试井模型

常规的稠油热采复合油藏试井模型分析结果与实测曲线拟合效果不佳.因此,根据注蒸汽开采地层温度的分布特点,建立了考虑热损失的三区复合油藏试井模型,推导出了其在Laplace空间的解析解,通过Stehfest数值反演获得了试井样板曲线,并讨论了主要油藏地质和工程参数对样板曲线的影响.分析表明,考虑热损失时,蒸汽区半径对典型曲线的影响很小,过渡区半径主要影响第三平台出现的时间,以及蒸汽区和过渡区半径的差值影响第二平台是否出现;蒸汽区与过渡区的导压系数比主要影响压力导数曲线第二平台之前是否出现波峰;蒸汽区与冷油区的导压系数比主要影响压力导数曲线第三平台之前是否出现波峰.基于热损失的稠油热采三区复合油藏试井分析明显改善了拟合程度,有助于稠油油藏的精细描述.     

多层油藏模型在稠油热采两区数学模型上的应用

稠油热采过程中普遍存在蒸汽超覆和蒸汽前缘倾斜现象,这对稠油油藏试井分析结果产生很大影响,使原来假设蒸汽前缘具有相同半径的热采两区模型不再适用。为了研究超覆作用对稠油油藏试井分析典型曲线的影响,引入了多层油藏模型,建立了考虑超覆的稠油热采两区模型,把稠油油藏理解成具有不同前缘半径的多层油藏,建立两区数学模型并进行求解,得到井底压力的拉氏空间解,经过数值反演得到考虑超覆的稠油热采两区模型试井典型曲线,并分析各参数对试井典型曲线的影响。此方法的好处在于避免了繁琐的数学推导过程,可以模拟蒸汽前缘为非直线时的情况,并可解决稠油油藏纵向上非均质性的问题。为解决稠油热采试井分析中超覆问题提供新思路。     

高温井下温压数据声传直读监测技术

针对稠油蒸汽驱、SAGD和火驱开发井下高温,现有电缆和高温测试仪器不能满足井下温度压力数据长期直读监测的问题,开发研制了高温井下温度压力数据声传直读监测技术,该技术将井下测试的温度压力数据经编码后,采用声传方式,通过生产管柱将信号传输至井口,井口信号采集器接收信号,经解码计算得到井下温度压力数据。现场应用5井次,结果表明,地面录取的温度压力数据与仪器存储数据一致,且对油井生产制度的调整起到了实时指导作用。该技术能够满足稠油热采井井下温压数据长期直读监测的需求,对油井生产动态分析和工作制度调整起到了重要指导作用,可有效提高油井开采效果。     

稠油油藏启动压力梯度实验

国内外对稠油油藏启动压力梯度主要进行了理论研究,实验研究很少,且多采用管流模型,较少考虑黏度对启对压力梯度的影响,这与稠油在真实岩心或油层中流动状态相差很大。根据稠油油藏渗流特点,设计了合理确定稠油启动压力梯度的实验测试方法,并利用克拉玛依油田天然岩心,研究了存在束缚水情况下稠油油藏的启动压力梯度和流速与压力梯度关系;通过对实验数据回归,得到了启动压力梯度、流速—压力梯度曲线参数与岩石气测渗透率、流体黏度关系的经验公式。实验结果表明,原油黏度对稠油油藏启动压力梯度的影响大于储集层物性的影响;将研究结果应用于稠油油藏,给出了根据启动压力梯度确定极限泄油半径和合理井距的理论计算方法,为稠油油藏的合理开发提供了较可靠的依据。     

稠油有限防砂完井技术

针对稠油流动性差.携砂能力强等特性。提出了稠油有限防砂完井技术概念、工艺和具体技术措施,并建立了有关的数学模型。其核心是:通过先排砂、后防砂、防粗砂、排细砂等工艺措施,改善油层物性。增加油井泄油半径.在防砂开采条件下,提高油井产量;其要点是:根据稠油携带砂、冲出砂粒度分布、油层砂粒度中值、油层岩心孔隙孔喉的统计平均值(压汞法).防粗砂、排细砂,使筛-套环空和近井地带稠油流道孔喉远远大于油层孔隙孔喉.增加了稠油流动通道;其关键是:选择预定油产量下的基值,并以此选择筛管缝宽,根据粗砂粒累积重量百分比、粗砂自然堆积的孔隙度等,计算单油层采油、多油层合采时沉砂口袋长度最小值。稠油有限防砂完井技术成功地应用于苏丹六区,取得了较好的效果。     

国内火驱技术发展历程与应用前景

论述了国内火驱室内研究和矿场试验的历程,阐述了目前国内在火驱机理研究、地质与油藏工程、火驱工程技术以及生产管理等方面的现状。分析了火驱技术的特点与优势,指出了火驱技术在稠油老区和难动用储量上的应用前景和潜力。     

计算稠油油藏蒸汽吞吐加热半径的新方法

介绍了一种新的油藏工程动态分析方法──流动物质平衡方法,并将该方法应用于稠油蒸汽吞吐试井分析,计算出加热半径和地层污染系数。通过实例分析表明,该方法能够综合利用生产和测试数据进行动态分析,而且计算过程简单、结果可靠。     

普通稠油油藏启动压力梯度求解方法与应用

利用微观尺度管流模型,结合普通稠油流变特征,提出了在考虑稠油流变性条件下微观启动压力梯度计算方法.对渤海渤中18块不同渗透率岩心进行室内驱替实验,通过对实验数据的回归分析,得到不同粘度普通稠油油藏启动压力梯度与地层平均渗透率关系,并绘制了启动压力梯度的图版.将研究结果应用于普通稠油油藏,给出了利用启动压力梯度确定极限泄油半径及合理井距的理论计算方法.