苏丹B油田氮气辅助蒸汽吞吐数值模拟研究

2011-04-10

长江大学学报(自科版) 2011年34期

（长城钻探工程有限公司地质研究院，辽宁盘锦124010）

B油田位于苏丹南部，Muglad盆地中部，是在前寒武系基底之上发育起来的中、新生代被动裂谷盆地。该区地层钻井揭露自下而上可划分为Bentiu层和Aradeiba层，含油层位为Bentiu层，其中Bentiu层为本次蒸汽吞吐实验的目的层位。Bentiu油层组的平均孔隙度为22%，渗透率范围为(800～3000）×10-3μm2，为中孔高渗储层。储层埋深1200～1400m，有效厚度大于18m，原油密度0．94g／cm3。为了提高苏丹B油田稠油开发效果，笔者利用氮气导热系数低及压力降低后体积迅速膨胀的特点，进行注蒸汽加氮气吞吐数值模拟研究，以便为提高吞吐阶段采收率、减缓稠油产量递减提供参考。

1 氮气辅助蒸汽吞吐工艺技术

氮气辅助蒸汽吞吐主要有4个方面的作用[1-3]：①隔热作用。在油管内注入蒸汽，在油套环形空间连续或段塞式向地层注入氮气。由于氮气的导热系数较低，在油套环空中起到隔热作用，降低井筒中的热损失。②补充地层能量。氮气注入地层后，局部提高地层压力，有利于保持地层弹性能量。③助排解堵作用。氮气是可压缩气体，有良好的膨胀性，油井注入氮气时，氮气体积在高压条件下被压缩存储能量，放喷时压力降低，氮气迅速膨胀，产生较大的附加能量，加速驱动地层中的原油及冷凝水迅速返排出来。④封堵作用。向多空介质中注入氮气＋起泡剂，产生贾敏效应，封堵高渗带，高速吸汽剖面。上述作用可大幅度提高油井产能，提高油汽比，改善蒸汽吞吐开采效果。

2 数值模拟研究

应用加拿大CMG软件建立单井径向模型，使用STARS模块将氮气作为独立的组分，输入气液平衡常数、气体密度、气体粘度等与油层温度、压力有关的参数，模拟氮气的相关作用[4-5]。为提高模型的精确度，采用通用全局优化算法对相对渗透率曲线进行归一化处理，得到符合实际油藏的油层平均相对渗透率曲线。

2．1 氮气隔热数值模拟研究

使用软件中SAM(Semi Analytical Model）半解析模型，综合考虑蒸汽流动过程中压力、温度、干度和热损的相互影响，模拟对比2种降低井筒热损失的有效途径：①采用高热阻的隔热管；②在油管和套管间注入氮气来降低油管和套管间环空流体的导热系数。

隔热管加封隔器隔热和环空注氮气隔热模拟结果分别如表1和表2所示。从表1可以看出，传统隔热管加封隔器的隔热方式的热损失在348J／kg左右，蒸汽干度由70%降到22．7%。从表2可以看出，环空注氮气的热损失在168J／kg左右，干度由70%降到了49．1%，因而环空注氮气隔热效果要好于隔热管加封隔器隔热的效果。由于常规注气管柱一般由隔热管、封隔器、伸缩管组成，而氮气隔热助排管柱省略了伸缩管、封隔器等，管柱相对简单，减少了作业量，从而节省作业费用。

表1 隔热管加封隔器隔热模拟结果

表2 环空注氮气隔热模拟结果

2．2 氮气／蒸汽吞吐数值模拟研究

1）氮气注入量对8种氮气与蒸汽的比例(10∶1、20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、60∶1、70∶1、80∶1）注入进行模拟计算，其结果如表3所示。从表3可以看出，当混注比例为20∶1～60∶1，即注入1t蒸汽，混注入的氮气量为22800～68400Nm3时，可使波及体积达到最大，产量大幅提高，比只注入蒸汽产油量提高10%左右，油汽比提高10%左右，回采水率增加20%左右。当注入氮气量大于68400Nm3后，增油量明显减小。因此，推荐氮气注入量为45600Nm3比较适合。

表3 氮气注入量优化表

2）氮气注入速度按照周期注入氮气量45600Nm3计算，分别以400、500，600、700、800Nm3／h的注气速度进行模拟计算，其结果如表4所示。从表4可以看出，当注氮气速度超过600Nm3／h时增油量剧减，考虑到矿场条件和油田制氮设备的限制，确定采用600Nm3／h的氮气注入速度。

表4 氮气注入速度优化表

3）氮气注入方式按照5种注入方式(氮气和蒸汽混注；先注氮气再注蒸汽；先注蒸汽再注氮气；蒸汽-氮气-蒸汽-氮气交替注入；氮气-蒸汽-氮气-蒸汽交替注入）模拟计算，其结果如表5所示(与只注入蒸汽进行比较）。计算结果表明，先注蒸汽再注氮气的大段塞效果最好，产油量最大，比只注入蒸汽产油量提高9．5%，油汽比增加幅度提高9．7%。