厚層塊狀稠油油藏平面火驅技術研究與實踐

龔姚進

(中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010)

厚層塊狀稠油油藏平面火驅技術研究與實踐

龔姚進

(中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010)

遼河油田G塊為特深層、厚層塊狀普通稠油油藏，歷經23a的蒸汽吞吐開發，已經進入開發后期，迫切需要轉變開發方式提高油藏采收率。前期研究結果表明，火驅是該塊最佳的開發方式。針對該塊油層巨厚、地層傾角大、存水率高的特點，對火驅井網選擇、燃燒方式、注采配置關系及操作參數進行了優化設計，并對開展的火驅先導試驗進行綜合評價，認識目前火驅燃燒狀態、燃燒前緣推進規律以及油井受效特點，并分析了厚層油藏火驅存在的主要問題以及下步的攻關方向。該研究可為厚層塊狀稠油油藏火驅開發提供一定的技術借鑒。

火燒油層;火驅;油藏設計;動態跟蹤;火線超覆;普通稠油油藏

引言

遼河油田G塊經過多年蒸汽吞吐開發，可采儲量采出程度達到80%，油藏壓力降至原始壓力的20%～30%，油汽比降至0.25，繼續蒸汽吞吐開發潛力小。由于該塊油藏埋藏較深，已成形的中深層稠油蒸汽驅、SAGD技術存在井底注入蒸汽干度低、采注比低、蒸汽波及體積小、開發效果差等問題，亟待尋找新的、更有效的接替方式。火驅技術是稠油油藏蒸汽吞吐后大幅度提高采收率技術之一，具備適用范圍廣、驅油效率高、成本低的優勢。成功的火驅采收率一般可達50%～80%，國外已經在淺層油藏開展了工業化應用，并取得了較好的開發效果。與國外油藏對比，該塊油藏埋藏更深、油層厚度大，特別是經歷長期蒸汽吞吐開采，儲層的非均質性進一步加劇，使得火驅過程中開采機理更加復雜，火驅設計調控難度更大，已成形的淺層火驅油藏工程設計技術無法直接應用，需對該類油藏火驅技術開展研究與攻關。

1 油藏基本概況

G塊油藏埋深為1 540～1 890 m，地層傾角為15～20°，儲層孔隙度為20.6%，滲透率為1 014.1 ×10－3μm2，為中—高孔、高滲儲層。油層平均有效厚度為103.8 m，50℃地面脫氣原油黏度為3 100～4 000 mPa·s，為特深厚層塊狀普通稠油油藏。該塊于1986年采用210 m井距正方形井網投入蒸汽吞吐開發，經過2次加密調整，形成105 m井距正方形井網。截至轉火驅前，區塊采出程度為12.35%，平均采油速度為0.65%，單井日產油由投產初期的24 t/d降至目前的2 t/d，亟待開發方式轉換。

2 火驅開發可行性研究

按照火驅篩選標準，通過室內燃燒管實驗、經驗公式、數值模擬等多種手段研究G塊火驅開發的可行性。

(1)與國外火驅篩選標準對比，該塊除油層厚度較大外，其他參數均符合篩選標準(表1)。從現場已經實施的火驅實例看，油層厚度一般為3～30 m。油層厚度越大，火線超覆更加嚴重。因此，厚層塊狀油藏開展火驅試驗，必須對注氣井及生產井的射孔位置及射孔厚度進行精細設計，減緩火線超覆造成的不利影響［1］。

(2)物理模擬研究結果表明，火驅驅油效率高達85.1%，與蒸汽驅驅油效率對比提高21.6個百分點(表2)。從燃燒前后巖心照片(圖1)可以看出，燃燒區域的巖心顏色明顯變淺，幾乎不含油。

表2 長管實驗結果

圖1 燃燒前后巖心照片

(3)G塊屬于中—強水敏儲層，以水(蒸汽)為驅替介質進行開發對儲層傷害較大，且油藏埋深大，蒸汽吞吐開發階段回采水率較低(25.75%)，平均單井地層存水4.8×104t，注蒸汽和熱水開發熱損失大，熱利用率低［2］。而火驅是在油層內部燃燒產生熱量，熱利用率較注熱水(蒸汽)高。

(4)根據Satman干式火驅采收率經驗公式計算，該塊采取火驅方式可以獲得較高的采收率，階段采出程度為30.1%～33.5%。

(5)數值模擬研究結果表明，采用火驅開發可獲得較高采收率。利用數值模型分別計算了火驅、蒸汽驅、蒸汽吞吐3種開發方式，結果表明，火驅開發效果要好于蒸汽驅及蒸汽吞吐，采收率可達到45.78%(表3)。

表3 火驅開發數值模擬結果

通過以上研究分析，G塊進行火驅開發總體上是可行的，應充分利用地層傾角等有利因素，克服油層厚度大等不利因素，對厚層火驅油藏工程進行優化設計。

3 平面火驅油藏工程設計

3.1 井網設計

G塊地層傾角為15～20°，設計采用行列井網開發，構造高部位井注氣，低部位井采油，注氣井井距為105 m，排距為210 m，油井井距為105 m［3］。與面積井網火驅對比，線性驅可充分利用重力作用，避免油井多次過火損壞油管，且空氣需求量較小，已燃區原油重新飽和的可能性小，更便于跟蹤評價，易于控制［4］。

3.2 燃燒方式

數模研究結果表明，由于該塊地下存水量大，采用濕式燃燒階段采出程度較干式燃燒低4.82% (表4)，推薦采用正向干燒的方式進行開發［5］。

表4 燃燒方式優選數模結果對比

3.3 注采參數

在一定燃燒速度下，空氣注入速度與火線距離成正比，而油層燃燒過程中，火線距離是不斷擴大的，因此，設計采用變速注氣方式來維持穩定正常的燃燒［6］。設計初期，單井注氣速度為5 000～7 000 m3/d，月增加注氣速度3 000～4 000 m3/d，火線推進距離至注采井距之半時，注氣速度不再增加 (圖2)。從火線燃燒前緣推進速度分析，速度保證為4～6 cm/d時保持正常燃燒。

圖2 G塊注氣井射孔厚度與注氣速度關系曲線

圖3 注氣井射孔位置與產量關系

3.4 射孔方式

對于厚層塊狀油藏，如果采用籠統注氣，火線超覆更加嚴重，縱向火驅動用程度更低。數模研究表明，利用油層內部不穩定夾層作為遮擋，采用縱向分層，層內分段式火燒來擴大火線波及體積［7］，注氣井射開目的層下部1/2(圖3)，生產井射開目的層下部2/3(圖4)。

圖4 油井射孔位置與產量關系

4 平面火驅技術實踐

4.1 試驗實施過程

G塊于2008年5～6月采用電點火方式點燃3口火井，同年10～12月采用化學點火方式點燃3口井，2010年繼續開展擴大試驗，形成10口井火燒規模。

4.2 火驅開發效果評價

4.2.1 試驗總體開發效果

轉火驅3 a來，試驗區日產油由轉驅前的47.1 t/d上升至103.2 t/d，平均單井日產油為3.4 t/d，瞬時空氣油比為1 523 m3/t，采油速度為0.67%。按照受效特點將火驅試驗劃分為2個階段:

(1)2008年5月至2009年4月為熱連通階段，注采井熱連通建立，油藏壓力上升，井組產氣量迅速上升，油井逐步見效，井組產量保持穩定，在40 t/d左右。

(2)2009年5月至目前為火驅見效階段，油層穩定燃燒，火線前緣穩定推進，井組產氣量繼續上升，油井全面見效，井組產量上升，目前在90 t/d 左右(圖5)。

圖5 一線井日產油曲線

4.2.2 火驅動用程度分析

4.2.2.1 火驅平面動用分析

(1)數模研究及監測資料顯示，燃燒前緣的優勢方向以構造低部位為主。跟蹤數模溫度場顯示，注氣井下傾方向溫度高于上傾方向。構造下傾部位油層溫度上升較快，最高溫度達到315℃，上傾部位油層溫度上升較慢，在70℃左右，表明燃燒過程中火線下傾方向推進較快，優勢方向以構造低部位為主。

(2)火驅平面波及距離差異較大。由于油層的非均質性，造成平面火線波及程度差異較大，按燃燒反應的物質平衡關系推導出某一油井方向的火線位置方程。計算結果表明，平面火線波及極不均勻，火線波及距離為10.3～85.0 m。

4.2.2.2 縱向上動用不均衡，存在單層竄進現象

井溫監測資料反映出垂向燃燒率較低，為0.10～0.35。據現有監測資料及跟蹤數模結果分析，目前縱向上火線向上超覆。如6－0173井，2009年11月5日測溫曲線顯示，該井生產井段長達90 m，僅有上部34 m長的生產井段溫度較高，達到315℃，說明縱向超覆仍較為嚴重。

4.2.3 火驅燃燒狀態分析

稠油火驅過程中，保持高溫氧化燃燒狀態［8］是火驅成功實施的主要標志。依據國內外資料和自身特點建立了稠油油藏高溫氧化燃燒狀態綜合判斷標準(表5)。G塊實際監測參數與判別標準相比，產出氣體組分均在高溫氧化燃燒判斷標準范圍之內;觀察井監測最高溫度為315℃，較高溫氧化有效燃燒的最低溫度343℃略低;檢測到硫酸鹽;燃燒前緣推進速度為0.034 m/d，符合高溫氧化燃燒判斷標準(表5)。

表5 高溫氧化燃燒判斷對比

4.2.4 厚層火驅存在的問題及攻關方向

G塊火驅雖然見到增油效果，但受油層巨厚因素的影響，縱向火線超覆現象明顯，平面燃燒前緣推進方向以儲層物性好、虧空大、構造低部位為主，呈舌狀推進，差異較大。

針對厚層油藏火驅存在的主要問題，開展直井、水平井組合火驅的初步研究。研究結果表明，水平井作為生產井可向下牽引火線，能有效提高火驅波及程度。初步計算，直井、水平井組合火驅可在直井網火驅的基礎上提高采收率5.7個百分點。

5 結論及建議

(1)特深厚層塊狀稠油油藏蒸汽吞吐開發后期轉火驅開采可大幅度提高油藏采收率，是蒸汽吞吐后主體接替技術之一，可使油藏采收率達到47.38%。

(2)厚層塊狀油藏采用行列火驅、正向干式燃燒、分段注氣、分段采油的方式可以取得較好的開發效果，但仍存在火線平面波及不均及縱向超覆的問題。

(3)直井、水平井組合火驅技術能進一步提高火驅波及體積，提高油藏采收率，為下步研究和攻關的主要方向。

［1］王彌康，張毅.火驅熱采的篩選標準和經濟指標［J］.油氣采收率技術，1999，6(1):8－10.

［2］張銳，等.稠油熱采技術［M］.北京:石油工業出版社，1999:421－423.

［3］岳清山，王艷輝，譯.火驅采油方法的應用［M］.北京:石油工業出版社，2000:117－120.

［4］關文龍，等.稠油油藏注蒸汽開發后期轉火驅技術［J］.石油勘探與開發，2011，38(4):452－461.

［5］張毅.火驅濕式燃燒的室內研究［J］.西安石油學院學報:自然科學版，2000，15(5):34－36.

［6］孫永杰.火驅輔助重力泄油合理燃燒方式研究［M］.東營:中國石油大學出版社，2011:5－40.

［7］邢景奎，苗崇良.高3－6－18塊火驅采油數值模擬研究［J］.特種油氣藏，2009，16(3):63－64.

［8］張敬華，楊雙虎，王慶林.火驅采油［M］.北京:石油工業出版社，2000:41－43.

Technical research and practice of areal fire flooding for thick－massive heavy oil reservoirs

GONG Yao－jin
(Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin，Liaoning124010，China)

The G block in Liaohe oilfield hosts ultra deep，thick－massive conventional heavy oil reservoirs which have entered the late development stage after 23 years of cyclic steam stimulation.It is in urgent need to convert development scheme and improve recovery factor.Previous research has shown that fire flooding is the best development method for this block.Fire flooding well pattern，combustion mode，injection－production relationship and operation parameters are optimized according to the characteristics of the block，such as huge thick reservoir，big stratigraphic dip and high water storage rate.This paper evaluates previous pilot test of fire flooding，understands present combustion state，combustion front propagation and oil well response feature，and analyzes the main problems of fire flooding for thick reservoirs and next step research direction.This research provides certain technical reference for fire flooding in thick－massive heavy oil reservoirs.

in situ combustion;fire flooding;reservoir engineering design;dynamic tracking;combustion front overlap;conventional heavy oil reservoir

TE345

A

1006－6535(2012)03－0058－05

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.014

20120108;改回日期:20120316

國家科技重大專項“渤海灣盆地遼河坳陷中深層稠油開發技術示范工程”(2011ZX05053)

龔姚進(1962－)，男，教授級高級工程師，《特種油氣藏》第八屆編委，1983年畢業于華東石油學院石油地質專業，現從事油氣田開發方面的科研工作。

編輯姜 嶺