X油田F區(qū)塊煙道氣輔助SAGD提高超稠油開發(fā)效率研究技術(shù)

趙梓平

（中國(guó)石化華東油氣分公司泰州采油廠，江蘇泰州 225300）

1 研究區(qū)基本概況

X油田F區(qū)塊X井區(qū)于2009開展了雙水平井SAGD礦場(chǎng)試驗(yàn)[1-4]，目前，研究區(qū)面臨熱損失高、蒸汽腔發(fā)育不均衡、部分井組蒸汽腔發(fā)育程度低、生產(chǎn)效果差的問(wèn)題[5]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SAGD過(guò)程中注入一定量的非凝析氣體可以減少蒸汽注入量，改善SAGD開采效果[6-7]。煙道氣作為N2和CO2的混合非凝析氣體，既有一定的溶解降黏作用，也能起到隔熱效果，從而減少蒸汽用量，提高SAGD經(jīng)濟(jì)效益。

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地，底部構(gòu)造為向南緩傾的單斜，具有一定地層傾角（5°～7°）。油藏平均厚度為25 m，油層平均孔隙度31%，平均含油飽和度68%，平均滲透率2 000×10-3μm2，滲透率水垂比0.8，油藏原始地層壓力2.2 MPa，原始地層溫度20 ℃；50 ℃時(shí)地面脫氣油黏度為4.6×104mPa·s。

2 煙道氣在超稠油中的溶解性研究

N2和CO2是組成煙道氣的主要成分，煙道氣的性質(zhì)主要取決于N2和CO2的比例[8-9]。煙道氣在超稠油中的溶解性是影響SAGD開采的主要因素之一。為此，在不同溫度下測(cè)試了N2和CO2組成比例分別為80%和20%的煙道氣的表面張力和溶解降黏特性。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法與條件

實(shí)驗(yàn)所用原油選自X油田F區(qū)塊超稠油，油樣50 ℃時(shí)的地面脫氣油黏度為4.6×104mPa·s。實(shí)驗(yàn)所用N2和CO2組成比例分別為80%和20%的煙道氣，CO2和N2純度為99.9%，采用TRACKER界面張力儀測(cè)定煙道氣與超稠油的表面張力，以及高壓PVT儀測(cè)量煙道氣的溶解降黏特性。

2.2 表面張力測(cè)試

分別測(cè)試了60 ℃、90 ℃和120 ℃時(shí)不同壓力下的煙道氣與超稠油表面張力（表1）。由表1可以看出，隨著壓力的增加，煙道氣在超稠油中的溶解性增強(qiáng)，表面張力降低。由此可見，在一定壓力條件下，隨著溫度的升高，表面張力會(huì)降低，因此SAGD過(guò)程中較高的注汽溫度可以提高煙道氣輔助SAGD開采效果。

表1 不同溫度壓力下煙道氣與超稠油表面張力 mN/m

2.3 溶解降黏特性

分別在60 ℃、90 ℃和 120 ℃溫度下測(cè)定了不同煙道氣溶解度對(duì)應(yīng)的油氣混合物黏度，由降黏率來(lái)評(píng)價(jià)煙道氣在超稠油中的降黏特性，降黏率即加入某物質(zhì)后原油黏度降低的百分?jǐn)?shù)。由表2可知，一定溫度下，隨著煙道氣在超稠油中溶解度的增加，降黏率則會(huì)升高；溶解度一定的情況下，隨著溫度的上升，降黏率會(huì)下降。

表2 不同溫度和溶解度下煙道氣的降黏率 %

3 煙道氣輔助SAGD物理模擬

3.1 實(shí)驗(yàn)方法與條件

以X油田F區(qū)塊典型雙水平井SAGD井組為原型，根據(jù)物理模擬相似準(zhǔn)則，對(duì)比高溫高壓三維物理模擬裝置與常規(guī)SAGD和煙道氣輔助SAGD開采效果。首先對(duì)模型注汽井和生產(chǎn)井實(shí)施30 min循環(huán)預(yù)熱，然后對(duì)注汽井注汽，注汽溫度260 ℃，生產(chǎn)井開始排液。

3.2 煙道氣輔助SAGD溫度場(chǎng)

溫度場(chǎng)的變化直接影響了蒸汽腔的變化，從而影響SAGD的開采效果[20]。觀察水平注汽井中部正上方5 cm處與注汽井垂直的水平方向的溫度線，對(duì)比常規(guī)注汽SAGD與煙道氣輔助SAGD不同時(shí)刻沿溫度觀察線的溫度場(chǎng)。循環(huán)預(yù)熱結(jié)束，實(shí)施SAGD生產(chǎn)后30 min的溫度場(chǎng)，由圖1可以看出，在溫度觀察線兩端向中間靠近的同時(shí)，溫度逐漸升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)蒸汽腔后，溫度達(dá)到最高峰值，蒸汽腔內(nèi)溫度基本相同。煙道氣輔助SAGD生產(chǎn)后30 min，溫度觀察線蒸汽腔以外范圍的溫度比常規(guī)SAGD高，溫度場(chǎng)橫向擴(kuò)展較快，范圍較大。實(shí)施SAGD生產(chǎn)后80 min，溫度場(chǎng)繼續(xù)橫向擴(kuò)展，擴(kuò)展速度和范圍也大于常規(guī)SAGD。分析認(rèn)為，煙道氣的密度低于濕蒸汽而分布在蒸汽腔的上部，阻擋了蒸汽垂向熱傳遞，而煙道氣輔助SAGD熱量則更多地橫向傳遞。部分煙道氣會(huì)在蒸汽腔邊緣的油相中溶解，促進(jìn)了泄油速度和蒸汽腔發(fā)育，從而使溫度場(chǎng)擴(kuò)展更快。在注汽水平井中部取與注汽井垂直方向的溫度觀察線，對(duì)比常規(guī)注汽SAGD與煙道氣輔助SAGD不同時(shí)刻沿溫度觀察線的溫度場(chǎng)（圖2）。循環(huán)預(yù)熱結(jié)束，實(shí)施SAGD生產(chǎn)后20 min的溫度場(chǎng)，由圖2可見，隨著與模型頂部距離的增加，溫度逐漸升高，到達(dá)蒸汽腔頂部時(shí)，溫度達(dá)到最大值。蒸汽腔范圍之外，與模型頂部距離相同的地方，煙道氣輔助SAGD的溫度低于常規(guī)SAGD，煙道氣輔助SAGD蒸汽腔縱向上發(fā)育速度也低于常規(guī)SAGD。實(shí)施SAGD生產(chǎn)后50 min后，常規(guī)SAGD的蒸汽腔已經(jīng)發(fā)育到模型頂部，而煙道氣輔助SAGD蒸汽腔發(fā)育速度明顯慢于常規(guī)SAGD；這是因?yàn)榇蟛糠譄煹罋夥植加谡羝簧喜浚纬闪烁魺釋樱璧K了蒸汽的縱向擴(kuò)展，也減少了蒸汽向蓋層的熱傳遞。

圖1 SAGD橫向溫度變化

圖2 SAGD垂向溫度變化

3.3 煙道氣輔助SAGD開采特征

圖3為常規(guī)SAGD和煙道氣輔助SAGD的累計(jì)產(chǎn)油曲線。SAGD生產(chǎn)初期，煙道氣輔助SAGD的累計(jì)產(chǎn)油量和產(chǎn)油速率低于常規(guī)SAGD，但是煙道氣輔助SAGD的生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，最終累產(chǎn)油量較高。這是因?yàn)闊煹罋獾淖⑷耄鄳?yīng)減少了蒸汽的注入量，減少了蒸汽腔中的汽化潛熱，因此，雖然生產(chǎn)初期煙道氣輔助SAGD的采油速度較低，但是注入煙道氣后，煙道氣會(huì)減少蒸汽的熱損失，有助于蒸汽腔的橫向擴(kuò)展，延長(zhǎng)了SAGD生產(chǎn)時(shí)間，增加了累計(jì)產(chǎn)油量。

常規(guī)SAGD與煙道氣輔助SAGD累計(jì)油汽比如圖4所示。在生產(chǎn)初期，常規(guī)SADG蒸汽腔處于上升和橫向擴(kuò)展階段，油汽比較高。隨著蒸汽腔的進(jìn)一步擴(kuò)展，蒸汽熱損失增加，蒸汽腔擴(kuò)展速度減慢，油汽比降低，而此時(shí)煙道氣可以減少蒸汽的熱損失，促進(jìn)蒸汽腔的橫向擴(kuò)展，油汽比增加。

綜合對(duì)比常規(guī)SAGD和煙道氣輔助SAGD的溫度場(chǎng)和生產(chǎn)指標(biāo)可以看出，煙道氣輔助SAGD可以延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間，減少蒸汽注入量，提高采出程度和累計(jì)油汽比，對(duì)于改善X油田F區(qū)塊SAGD開發(fā)效果具有一定的可行性。

圖3 煙道氣輔助SAGD與常規(guī)SAGD累計(jì)產(chǎn)油量

圖4 煙道氣輔助SAGD與常規(guī)SAGD累計(jì)油汽比

4 煙道氣輔助SAGD注采參數(shù)優(yōu)化

操作條件對(duì)SAGD開發(fā)超稠油具有較大影響[2]，采用數(shù)值模擬對(duì)煙道氣輔助SAGD的注采參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。選取井區(qū)內(nèi)一個(gè)典型的SAGD井對(duì)為研究對(duì)象，從實(shí)際地質(zhì)模型中提取三維地質(zhì)子模型，采用角點(diǎn)網(wǎng)格，網(wǎng)格系統(tǒng)為90×10×50，I、J方向網(wǎng)格步長(zhǎng)為5 m，K方向網(wǎng)格步長(zhǎng)為1 m。

4.1 煙道氣注入方式

模擬研究了煙道氣隨蒸汽同時(shí)注入與段塞式交替注入兩種方式的煙道氣輔助SAGD。由表3可知，煙道氣與蒸汽交替注入15 d一個(gè)段塞情況下，SAGD的累產(chǎn)油量、平均單井產(chǎn)油量和累計(jì)油汽比值最高，因此，推薦該注入方式實(shí)施煙道氣輔助SAGD。段塞過(guò)大，會(huì)減少蒸汽注入量，降低累計(jì)產(chǎn)油量，延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間；段塞過(guò)小，達(dá)不到開發(fā)的效果。

表3 不同注入方式的煙道氣輔助SAGD開發(fā)指標(biāo)

4.2 煙道氣與蒸汽比

對(duì)比煙道氣與蒸汽比分別為0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 PV情況下煙道氣輔助SAGD開采效果。由表4看出，隨著煙道氣與蒸汽比值的增加，累計(jì)產(chǎn)油量先增加后降低，當(dāng)煙道氣與蒸汽比為0.4時(shí)，煙道氣輔助SAGD可以達(dá)到最高累計(jì)產(chǎn)油量；煙道氣與蒸汽的比值繼續(xù)增加的話，煙道氣會(huì)影響蒸汽的加熱降黏效果。同時(shí)，隨著煙道氣與蒸汽比值的增加，油汽比隨之降低（圖5）。綜合來(lái)看，煙道氣與蒸汽的最佳比值應(yīng)該為0.4，此時(shí)煙道氣既可以在蒸汽腔頂部形成較好的隔熱層，又能夠促進(jìn)蒸汽腔的橫向擴(kuò)展，提高SAGD開采效果。

4.3 煙道氣注入量

對(duì)比煙道氣注入量分別為0.05，0.08，0.10，0.15，0.20 PV情況下的煙道氣輔助SAGD開發(fā)效果。結(jié)果表明，當(dāng)煙道氣注入量為0.08 PV時(shí)，SAGD可以得到最高的累計(jì)產(chǎn)油量、平均單井產(chǎn)油量和累計(jì)油汽比（表4）。

圖5 煙道氣與蒸汽之比與累計(jì)產(chǎn)油量和油汽比的關(guān)系

煙道氣注入量過(guò)大，會(huì)影響蒸汽加熱地層原油，降低采出程度；煙道氣注入量過(guò)小，則隔熱和降黏效果降低，開發(fā)效果變差。

表4 煙道氣注入量對(duì)SAGD模擬結(jié)果

5 結(jié)論

（1）煙道氣在超稠油中的溶解特性表明，隨著壓力和溫度的升高，煙道氣與超稠油的表面張力降低；溫度一定的條件下，隨著煙道氣在超稠油中溶解度的增加，降黏率升高；溶解度一定的條件下，隨著溫度的上升，降黏率下降。

（2）高溫高壓物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，煙道氣輔助SAGD可以減少蒸汽的熱損失，促進(jìn)蒸汽腔的橫向發(fā)育，提高累計(jì)產(chǎn)油量和累計(jì)油汽比。

（3）通過(guò)數(shù)值模擬優(yōu)化了煙道氣輔助SAGD的注采參數(shù)，煙道氣注入段塞、煙道氣與蒸汽比值、煙道氣注入量存在最優(yōu)值。優(yōu)化注采參數(shù)條件下，煙道氣既可以在蒸汽腔形成隔熱層，又可以降低原油黏度，提高SAGD開發(fā)效果。