注蒸汽開發后期稠油藏火驅高溫燃燒特征

程宏杰 顧鴻君 刁長軍 汪良毅 王波生

（1.中國石油 新疆油田公司 勘探開發研究院，新疆 克拉瑪依834000；2.中國石油 新疆油田公司 采油一廠，新疆 克拉瑪依834000）

1 油藏簡況

在精細油藏地質研究的基礎上，根據油藏工程研究、物理模擬研究的結果［1－5］，將試驗區選擇在儲集層物性條件較好且剩余儲量豐度較大的一個區域（圖1）。

圖1 新疆油田火驅試驗區井網部署示意Fig.1 Well pattern chart of the fire drive experiment zone in Xinjiang oil field

試驗區油藏埋深580m，縱向上自上而下分為4個砂層組，其中第4砂層組為本試驗目的層。該層巖性主要為砂礫巖，巖石顆粒分選差，膠結類型以接觸式、接觸－孔隙式為主，膠結程度中等－疏松，孔隙組合類型以原生粒間孔－剩余粒間孔－粒內溶孔為主。

目的層平均砂層厚度11.4m，平均油層厚度9.6m，孔隙度25.4%，滲透率760×10－3μm2；原始地層壓力6.41MPa，原始油層溫度23.9℃，原始含油飽和度67%，原油密度0.938g／cm3，50℃脫氣原油黏度1Pa·s。

試驗區1991年蒸汽吞吐開發，1997年開展蒸汽驅，2008年整體上返，實施火驅試驗前采出程度28.9%，含水（質量分數）96.8%，油氣比（質量比）為0.15，剩余油飽和度為58%。

2 燃燒階段劃分

根據注蒸汽開發后期稠油藏火驅開發特點，可分為煙道氣驅、產量上升、高溫穩產、氧氣突破4個階段［6］。

煙道氣驅階段：油層燃燒面積小，溫度場和油墻離生產井較遠，生產井附近原油黏度較高，以燃燒后的煙道氣剝離孔隙殘余油為主，油井尚未受到熱效影響，產量、井底溫度無變化，惟有油層壓力隨著注氣量的增加而上升，生產井產出液含水（質量分數）在95%以上，產出氣中CO2體積分數保持在10%以上，說明油層已建立穩定燃燒帶，并向四周生產井推進。

產量上升階段：燃燒面積不斷擴大，此階段生產井普遍見效，產油量增加2～5倍，原油輕質餾分增加，密度、黏度下降，井底溫度緩慢上升，油井含水下降。

高產穩產階段：高溫溫度場和油墻靠近生產井，生產井附近溫度較高，原油改質特征明顯，生產井含水（質量分數）穩定在40%左右，是產油高峰期。此時，游離水中SO2－4、Cl－、Fe2＋含量增加，pH值下降。

氧氣突破階段：氧氣到達生產井附近，氧氣體積分數超過警戒線（5%），需要關閉生產井。

3 高溫燃燒特征

試驗區經歷煙道氣驅、產量上升2個階段，2010年6進入高溫穩產階段。該階段是火驅主力產油階段（表1），燃燒特征明顯。下面重點對該階段燃燒特征進行闡述。

表1 試驗區不同階段生產參數Table 1 Production parameters of different stages in the experiment zone

3.1 溫度變化特征

試驗區P2井既是一口生產井，也是一口生產監測井，用于監測火驅前緣燃燒溫度。該井距離I2注氣井70m。監測結果表明，試驗區初期處于低溫燃燒階段，火驅前緣溫度較低；隨著火驅燃燒半徑逐漸擴大，火驅前緣溫度逐漸升高，達到高溫燃燒后保持在400℃以上（圖2）。

3.2 火驅前緣變化特征

現場跟蹤調整過程中，需要密切關注火驅前緣變化情況［7］，及時根據油井生產變化情況和注氣井注氣壓力情況采取調控措施，保證火驅前緣盡量向四周均勻推進。

根據試驗區油藏特征和火驅特點制定了生產井調控依據：（1）單井產氣量超過5 000m3／d且產液量＜5t／d的井；（2）單純產氣的一線井；（3）產液溫度變化劇烈的生產井。

圖2 P2井監測溫度曲線Fig.2 Monitored temperature curve of Well P2

結合室內物理模擬實驗和現場生產數據及數字模擬手段建立了“一調、二控、三監測、四結合”的火線前緣調控技術。現場通過綜合調控，保證了火驅前緣盡量向四周穩定推進，同時也起到了穩定注氣井注氣壓力的作用。

目前，試驗區平均燃燒半徑（r）為45.7m，燃燒速度（v）為4.1cm／d（表2）。受油層非均質性影響，火驅前緣平面、縱向推進速度差異明顯。如I2井組火驅前緣平面沿P2和P7方向推進速度快（圖3），呈指狀推進。目前這2口井溫度達到400℃以上，產出高溫霧狀液體，含水（質量分數）95%以上；縱向上，高滲層推進速度快，低滲層推進速度很慢甚至未動用；如何啟動低滲層，擴大波及體積，是今后跟蹤調整的一項重要任務。

表2 試驗區火驅燃燒參數Table 2 Combustion parameters of fire drive in the experiment zone

3.3 原油改質特征

通過原油全烴氣相色譜和紅外色譜檢測，由于高溫裂解作用，試驗區原油改質作用強，輕質組分含量上升，黏度明顯下降。飽和烴質量分數由62.6%上升到69.5%，芳香烴質量分數由19.9%下降到15.5%，膠質的質量分數由15.0%下降到11.5%，瀝青質的質量分數由2.4%下降到2.2%（圖4）；20℃時原油黏度由16 500mPa·s下降到3 381mPa·s，降黏率79.5%（表3）。

圖3 試驗區I2井組火驅前緣縱向分布Fig.3 Longitudinal distribution of fire drive front of Well I2in the experiment zone

表3 試驗區火驅試驗前后原油物性變化Table 3 Contrast of parameters of crude oil after fire driving in the experiment zone

圖4 試驗區火驅試驗前后原油組分質量分數對比圖Fig.4 Contrast of crude oil components after fire driving in the experiment zone

3.4 高溫燃燒指標變化特征

監測結果表明，試驗區產出氣體CO2體積分數保持在13.0%以上（高溫燃燒一般10%以上），CO體積分數維持在0.1%左右（圖5）；氧氣利用率在93%以上，視氫碳原子比為1.37（高溫燃燒視氫碳原子比＜2.0，圖6）：總體反應試驗區生產穩定，燃燒狀態良好。

圖5 試驗區產出氣體組分體積分數變化曲線Fig.5 Time－dependent curves of volume fraction of gas components in the experiment zone

圖6 試驗區燃燒指標變化曲線Fig.6 Time－dependent curves of combustion parameters in the experiment zone

4 結論

a.國內首次實現注蒸汽開發后期稠油藏火驅高溫燃燒，成功進入高溫穩產階段，預計提高采收率30%以上。

b.受油層非均質性影響，火驅前緣平面、縱向推進速度差異明顯，高滲層推進速度快，低滲層推進速度很慢甚至未動用。

c.試驗區高溫燃燒特征明顯，原油改質作用明顯，原油物性“一升四降”。

［1］關文龍，馬德勝，梁金中，等.火驅儲層區帶特征實驗研究［J］.石油學報，2010，31（1）：100－104.

［2］關文龍，席長豐，陳亞平，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.

［3］關文龍，吳淑紅，梁金中，等.從室內實驗看火驅輔助重力泄油技術風險［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2009，31（4）：67－72.

［4］馬德勝，關文龍，張霞林，等.用熱失重分析法計算火驅實驗油層飽和度［J］.新疆石油地質，2009，30（6）：714－716.

［5］王艷輝，陳亞平，李少池.火燒驅油特征的實驗研究［J］.石油勘探與開發，2000，27（1）：69－71.

［6］王彌康，張毅，黃善波，等.火燒油層熱力采油［M］.東營：石油大學出版社，1998：245－280.

［7］關文龍，梁金中，吳淑紅，等.礦場火驅過程中火線預測與調整方法［J］.西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（5）：157－161.