复合吞吐技术改善F油田超稠油SAGD生产研究

2018-05-23蒋永平

石油地质与工程 2018年2期

蒋永平

F油田超稠油油藏具有埋藏浅、黏度高、储层非均值性强等特点，油藏中50℃原油黏度大于2×104m Pa·s的资源量约2.3×108t，其中适合蒸汽辅助重力泄油（SAGD）开发的地质储量1.8×108t。目前F油田超稠油SAGD开发过程中主要存在SAGD蒸汽腔发育不均衡、水平段动用程度低（50%～60%）等问题[1–2]。由于热连通程度与井组产量成正相关，提高SAGD井水平段连通程度是改善SAGD开发效果的关键因素。在前期技术调研的基础上，提出了高温分散溶剂 + 氮气 + 蒸汽复合吞吐技术[3]。利用相似准则，采用高温高压双水平井双管柱SAGD 三维比例物理模型，开展高温分散溶剂 + 氮气 + 蒸汽复合吞吐技术改善SAGD开发效果可行性研究，并结合数值模拟对复合吞吐注采参数进行优化。

1 实验条件和方法

复合吞吐技术涉及到传统油藏中的油汽水渗流，溶剂的溶解、扩散，热的传导和对流，需要开展室内实验研究。复合吞吐技术的三维实验主要原理是利用相似准则，将实际油藏模型等比例缩小到室内实验规模上，通过观察室内实验装置的现象，再利用相似准则放大到实际油藏中[4]。实验装置主要由注入系统、模型系统、数据采集与控制系统、采出系统等部分组成。模型本体置于密闭的高压舱内，高压舱与模型本体之间填充高压氮气，用以模拟实际地层压力。数据采集与控制系统用以实时显示实验过程中的温度场和压力场等，记录和存储实验数据，对实验过程进行自动控制。采出系统主要用来收集和计量采出液[5]。根据相似准则，模型内尺寸为1.0 m×0.2 m×0.35 m（长×宽×高），模型采用0.02 m 厚不锈钢焊接而成，实验过程中模型壁可与岩石、流体同步收缩膨胀；模型内安装有热电偶，以描述蒸汽腔的发育情况，注采井间设置热电偶监测井间热联通状态[6–8]。注气井（I井）与生产井（P井）水平段之间距离为10 m（图1）。

实验流程如下：

（1）模型准备：清理模型本体，检查气密性。

（2）填砂：向模型中填入配制好的实验用砂。填砂过程中仔细敲打压实，尤其注意模型壁面处，应均匀压实。

（3）封闭模型：盖好模型本体的密封盖，再次检查气密性。

（4）模型饱和水：向模型中通入10 PV氮气，从多个注入孔均匀地注入配制好的地层水直至压力达到2 MPa为止；保持模型压力为2 MPa，继续注入地层水5 PV。

（5）建立束缚水：利用同样的方法向模型中均匀注入目标区块的油样直至不再出水为止。

（6）模型预热：将模型温度升至油藏温度，保持12小时以上，以便模型温度达到均衡。

（7）注入蒸汽循环：根据预定的注汽量和注汽速度向水平井中注入蒸汽循环。

（8）注入氮气或者高温分散剂和蒸汽：向水平井中注入预定设计浓度的溶剂和蒸汽。

（10）焖井：保持井筒中的压力不变，焖井一定时间。

（11）回采：按照设定的操作流程逐次回采，并记录做好相关记录，取好采出液的样品。需要记录的参数包括生产井底流压、产液速度、含水率、产液量。模型温度场图通过实验装置自动计量。

（12）实验结果分析：根据实验结果进行分析，利用相似准则推理实验结论。

2 实验结果分析

2.1 高温分散溶剂性能测试

高温分散剂是一种特殊结构的强亲油弱亲水活性复合大分子溶剂，其中强亲油基团与稠油具有相似相容特性（混溶作用），弱亲水基团吸附在稠油颗粒表面，形成具有一定负电性的亲水界面膜，使稠油颗粒间具有一定的排斥力（分散作用）。高温分散剂作为一种活性大分子能够围绕稠油颗粒表面形成吸附膜，使界面附着力下降。

（1）室内实验检测高温分散剂的稳定性。在300℃高温条件下，分散剂均匀分散时间大于20 d，体系黏度小于400 mPa·s，满足F油田现场的要求。

（2）高温分散剂的混溶作用能够扩大蒸汽的热波及范围。模拟 SAGD双水平井注入实验，I井注280℃蒸汽，3小时后测试温度大于150℃的点（热连通形成），以距离I井位置9 cm测试结果为例，添加5%分散剂情况下，热波及效率从25%提高到85%（表1）。

表1 注280℃蒸汽3小时后温度大于150℃测试点统计

（3）高温分散剂的均匀分散作用能提高I、P井间热连通程度。实验结果表明：纯蒸汽可以有效动用 60%的水平井段，加入0.05%质量分数的高温分散剂能够将水平段动用程度提高到75%左右，加入0.1%质量分数的高温分散剂则可将水平段动用程度提高到80%以上（图2）。

图2 不同质量分数的分散剂对水平井段动用程度的影响

（4）高温分散剂的降低界面张力作用能够提高稠油在蒸汽腔内的流动性。三维物理模拟实验表明（表2），添加0.2%质量分数的高温分散剂后，残余油饱和度明显降低。

表2 室内实验参数及结果对比

2.2 复合吞吐改善SAGD开发效果实验

矿场试验表明，蒸汽吞吐能够在一定程度上提高SAGD水平井间的连通程度，如果蒸汽腔发育较大，蒸汽吞吐单轮次真正注入到未形成热连通区域的热量十分有限，绝大部分的蒸汽热焓都被注入到蒸汽腔中，能量有效利用率过低。若蒸汽腔发育较小，蒸汽吞吐可以起到一定的解堵作用，降黏效果和对油层的加热效果较差，因此提出了氮气 + 高温分散剂 + 蒸汽复合吞吐改善SAGD开发效果技术。

三维高温高压复合吞吐改善SAGD实验结果如图3。说明蒸汽、分散剂、氮气三者之间的协同效应发挥着1+1+1大于3的效果。SAGD井组注入氮气后，氮气在蒸汽腔顶部起到保温保压作用，同时促使已有蒸汽腔横向扩展加快，提高蒸汽热效率。高温分散剂能够改善SAGD水平井热连通程度，加速原油流动性，提高原油产量。

图3 不同介质吞吐改善SAGD开发效果对比

3 复合吞吐改善SAGD注采参数优化

复合吞吐过程中注采参数是否合理对于有效改善SAGD开发效果非常重要。由于物理化学性质不同，氮气和高温分散剂分布于蒸汽腔的不同位置，氮气主要分布在蒸汽腔的顶部，起到隔热保温作用；高温分散剂主要分布在双水平井周边，起到提高热连通程度和加速泄油作用。氮气用量与蒸汽腔体积有关，高温分散剂用量与水平井长度相关。运用数值模拟注入参数研究，采用商业软件CMG中STARS模块，根据现场典型油藏地质特征建立典型双水平井SAGD热采模型，模拟不同注入量、注入方式等参数复合吞吐改善SAGD开发效果。模型XYZ方向尺寸分别为5 m、1 m、0.25 m。

3.1 氮气注入用量

一般情况下，SAGD井组累产油越多，蒸汽腔体积越大。应用典型数模模型，分别设计不同蒸汽腔体积容量，考察注入不同量氮气后产油量和油汽比变化情况。优化结果说明，当累产油和氮气之间的关系式为y = 0.314 4x + 955.8时，增油量最大，油汽比最高（图4）。

图4 累油产量与氮气用量关系

3.2 氮气注入方式

一般情况下，数模结果（表3）表明，氮气最佳注入方式是 I井与蒸汽同时注入，或在注蒸汽前单独注入氮气。氮气在注入蒸汽前单独注入的优势是防止蒸汽快速上升，从而提高水平井段周围蒸汽吞吐效率。

表3 SAGD井不同注入方式下氮气回采情况

3.3 分散剂注入量

模拟不同分散剂质量分数条件下复合吞吐改善SAGD开发效果，数模结果（图5）表明：随着高温分散剂的质量分数增加，累计产油量不断上升，达到0.2%时，累计产油量达到最大的拐点，推荐高温分散剂注入质量分数 0.20%。为了发挥高温分散剂效果，现场用脱油热水充分搅拌混合，采用I/P井同注的方式，然后静置1 d，随着后续氮气和蒸汽吞吐的依次注入，高温分散剂的作用范围会进一步增大。

4 现场应用情况

2015年针对连通程度低、动用效果差，日产油水平低、其它措施难以治理见效的生产井组，在F油田作业区Z32、Z37、Z18等区块开展了19对SAGD双水平井组多轮次的复合吞吐措施，现场施工后平均单井增产原油4.60 t/d，油汽比提高0.06，热连通程度提高14%，有效期大于180 d，累增油1.347 ×104t，取得了较好的开发效果。