稠油油藏尿素辅助蒸汽驱特征研究

2014-10-17牛保伦林伟民邓瑞健杨昌华

特种油气藏 2014年3期

牛保伦，林伟民，邓瑞健，张章，杨昌华

(1.中石化中原油田分公司，河南濮阳 457001;2.中石化中原石油工程公司，河南濮阳 457001)

引言

BQ区块油层埋深为230.0～360.6 m，地层倾角为12°，有效厚度为 6.2～14.4 m，孔隙度为20.6% ～39.1%，渗透率为 0.464 ～7.707 μm2，原始含油饱和度为50.0% ～88.5%，油层温度下脱气原油黏度为54000 mPa·s，为浅薄层超稠油油藏。自1989年投入开发以来，采用蒸汽吞吐方式，平均单井吞吐8.1周期，面临地层压力低(平均压力为1.0～1.5 MPa)、地下存水率高的难题，蒸汽吞吐已达到经济极限。但目前采出程度为22%，井间存在大量剩余油，为进一步提高井间动用程度，拟采取气体辅助蒸汽驱方式以提高油藏压力、扩大波及范围。室内研究表明，气体辅助蒸汽驱已成为稠油油藏提高采收率有效手段［1－4］，但受气源及空气安全性等限制，气体辅助蒸汽驱并未大规模推广，而通过化学剂间接生成气体，可有效解决气源问题，并可通过化学反应控制气体的生成速率，进一步提高蒸汽驱开发效果。

尿素辅助蒸汽驱［5－8］是通过尿素在地层中分解产生CO2和NH3，间接实现气体辅助蒸汽驱油。理论分析其驱油机理为CO2及NH3对稠油溶解乳化降黏作用，同时气体增加蒸汽的波及范围。以BQ区块油藏物性为基础，利用建立的尿素辅助蒸汽驱模型［9］，分析了其驱油特征，揭示了其提高采收率机理，对于尿素辅助蒸汽驱技术的推广具有重要意义。

1 油藏开发概况

依据BQ区块油藏参数，建立了4个反九点井网，其中注入井4口，生产井21口，井距为70 m×100 m。建立精细地质模型后，网格粗化为45×55×9，步长为10 m。在21 a蒸汽吞吐开发历史拟合基础上，模拟了蒸汽驱与尿素辅助蒸汽驱开发效果，其中尿素辅助蒸汽驱注入方式为:蒸汽预热段塞、尿素段塞、蒸汽段塞，并依此循环。通过数值模拟方法，分析尿素辅助蒸汽驱的开发特征及采收率构成。

2 尿素辅助蒸汽驱油特征

2.1 蒸汽预热阶段

尿素的临界分解温度为150℃，针对尿素辅助蒸汽驱技术，对近井周围油藏加热，可提高尿素的分解程度，同时降低近井周围稠油的堵塞，使后续注入的尿素更均匀推进。通过数值模拟计算，以80 m3/d的注汽速度，注入温度为200℃、井底干度为0.5的蒸汽4 d后，近井周围3～4 m内温度可升至150℃以上，有助于尿素的快速分解。

2.2 尿素注入阶段

模拟了单周期注入30 t尿素(约11200 m3CO2和22400 m3NH3)后，注入井周围黏度的变化情况(表1)。数值模拟计算表明，在注入30 t尿素后，注入井周围30 m以内降黏率达到30%以上。其中注入井周围10 m内CO2在稠油中溶解摩尔分数可达50%以上，稠油降黏率达到85%以上，这对后续蒸汽驱非常有利，可有效降低蒸汽驱的启动压力，同时加快蒸汽的运移速度，有利于扩大蒸汽在油藏深部加热降黏范围，提高蒸汽的热利用率。

表1 尿素注入后注采井间黏度变化

2.3 蒸汽驱阶段

根据油藏内温度差异，将注采井之间划分为5个区域，包括高温蒸汽区、高温水区、低温水区、冷水区和未波及区，如图1所示。结合注采井间油中CO2摩尔分数分布(图2)及温度场(图3、4)情况，对尿素辅助蒸汽驱的5个区域进行了分析:

图1 尿素辅助蒸汽驱过程

(1)高温蒸汽区。此区域位于注入井周围，温度可达200℃以上，同时压力最高。由图1、2可知，此区域存在未饱和CO2的区域，这是由于CO2在稠油中溶解度随温度升高而降低，同时随着蒸汽的注入，已分解产生的CO2逐渐被蒸汽驱替进入油藏深部，注入井周围CO2含量降低。

对比图3、4可知，由于尿素分解气能提高油藏压力，可提高水的蒸汽压，因此相对于蒸汽驱，尿素辅助蒸汽驱注入井周围温度较高，可达到260℃左右。

高温蒸汽区内油藏温度最高，稠油黏度最低，同时受蒸汽及尿素分解气的驱替作用，剩余油最少。

(2)高温水区。注入的蒸汽逐渐转变为热水驱，在注入井略远区域存在一个温度仍较高的高温水区。由图2、4可知，该区域温度略有降低，但CO2含量仍较高，该区域稠油基本处于饱和CO2状态，同时NH3·H2O能降低油水界面张力，该区域稠油流动性较好，剩余油量较少。

图2 尿素辅助蒸汽驱第1周期注采井间稠油中CO2摩尔分数分布

图3 蒸汽驱第1周期不同阶段注采井间温度场

图4 尿素辅助蒸汽驱第1周期不同阶段注采井间温度场

(3)低温水区。随着蒸汽驱的不断前移，热水的温度逐渐降低，形成温度较低而CO2富集的低温水区。由于温度的降低，热作用降黏率降低，此区域CO2溶解能力高于高温水区，低温水区是CO2溶解降黏的主要区域，同时在该区域尿素辅助蒸汽驱的开发效果明显高于蒸汽驱。

(4)冷水区。该区域水驱温度已经很低，接近于油藏温度。由于CO2流动性强于水，在蒸汽驱前缘以CO2溶解降黏为主，热降黏效果很弱，剩余油较多。

(5)未波及到区域。在蒸汽突破前，生产井底周围温度较低，稠油流动困难。大部分蒸汽驱井网都经过蒸汽吞吐阶段，该区域温度高于油藏原始温度，剩余油也较少。对于一些生产井井底温度过低，稠油黏度高而导致无产液量的井，建议采用蒸汽吞吐引效的方式，即在尿素辅助蒸汽驱的同时，生产井采用蒸汽吞吐的开发方式，引导蒸汽驱前缘的前移，提高生产井的产量。

3 尿素辅助蒸汽驱提高采收率的构成

为分析CO2、NH3各自对采收率的贡献，在模型中选用直接注入尿素分解后的气体，即CO2与NH3的注入比例为1∶2，等效尿素量为1 t，单周期尿素注入量为30 t;为分析CO2降黏机理与增压机理各自的贡献值，选取了稠油中溶解度较小的N2作为对比。同时考虑现场试验中需要注入预热段塞，注入方式为:预热段塞3～5 d，尿素及 CO2、NH3、N2段塞1 ～2 d，后续蒸汽段塞23 ～26 d，单周期合计30 d，计算结果如表2所示。

模拟结果表明，尿素(CO2+NH3)辅助蒸汽驱的采收率提高了7.4%，由于NH3、CO2的辅助作用，蒸汽驱的采收率得到了进一步提高。其中蒸汽驱与NH3辅助蒸汽驱最终提高采收率幅度相近，说明NH3对采收率的贡献不大。这是由于NH3极易溶于水，对油藏无增压作用。

CO2辅助蒸汽驱较蒸汽驱采收率提高了5.62%，因此尿素辅助蒸汽驱中CO2对采收率的贡献大于NH3。其原因为:注入井周围温度较高，降低了CO2在稠油中的溶解度，加速了CO2向深部区域扩散，有利于蒸汽波及范围的扩大;同时，受重力差异的影响，蒸汽对油藏底部加热效果较好，而携带热量的CO2可以加热顶部油藏，进一步扩大蒸汽的纵向波及范围。

N2辅助蒸汽驱以增压机理为主，可提高采收率4.3%，而CO2辅助蒸汽驱具有溶解降黏和增压双重机理，相对于N2辅助蒸汽驱提高了1.32%，但提高幅度不大，说明在难以混相的稠油油藏中，CO2增加油藏压力是提高采收率的重要途径。