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开采底水稠油油藏的新方法 第六图书馆 稠油 油藏 注气 石油开采 注水油气田开发工程译丛Isla.,MR 韩耀萍不详1991第六图书馆 第六图书馆 油气 田开 发工 程 译丛 开采底水稠油油藏 的新方法 M．R．I s l a m等著 韩耀萍译 摘要本文提 出了一种开 采底水桐 油油藏 的新方法， 它 包括生产 _井电磁加 热和重 力稳定 的注 气或注水， 生产 井和 注入井均 为水平 井。 文 中介龆 了用观察模型和比例模型连 行试验 的结 果， 发现 在水油层厚度比 高遗1 1 的情 1兄下， 可使原油 采牧 串高逮7 7 ％。 许多稠 油油藏有 底水。在生产 的早期 生产 水 油比就很 高。因此，认为这些油藏投有开采 价值。 到 目前为止，‘ 已经有好几个研究 中心提 出了底 水稠 油油藏的开发 问题 。[ s l a m 等探讨 了利用各 种添加 剂如聚合物、 乳化 液、 泡沫 ，硅 胶等提高底 水油藏 水驱 效果 的可能性。其 中某 些添加剂对轻质 油藏是 很有效 的，但用于稠 油 油藏就有 问题 了。 稠 油油藏 的流度比非常不利 ， 稠油 的流度 本身就是 一个有待解 决 的 问 题。 P r o c t o r 等人提供 了底 水稠 油油藏 一系列 蒸 汽 驱实验的结果。虽然大家都知道底水对驱替剂 的驱扫系数是不利的，但P r o c t o r 等人发现， 对 粘度很 高的原 油来说，把薄的底水作为蒸汽 传 输通道 实际上 可以改善采收率 。据S u g i a n t o 等 报遘 ，试 验表 明在底水稠油油藏 中利用蒸汽辅 助 的重力 泄油，水平井 以上 的原油采收率可 以 高达4 8 西。但该 系统可能十分 昂贵，并且在原 油 牯度很 高 的情 况下 由于 在初 期难以沟通流体 而 无法使用 。沟通流体 的一种 比较便宜 的方法 是 对生产井 进行 电磁加热 。这 种选 择性加热 的 办 法可 以降低井 眼附近原 油的粘度 ，使井 眼附 近的流度 比油藏其 它地 方高几百倍。进行 电磁 加热 比较 简单 ，并且 费用较 低。电磁加 热与注 气或 注水方法相结台 ，是开发底 水稠 油油藏 一 项颇 具吸引力的技术 。注气法是一种较老 的采 油技术，最近比较广泛地用于稠油开采。现场 结果和 实验 室研 究均表 明，低 压注气可以达到 高 的采 收率。然而 ，到 目前为 止，还 没有有关 把 注惰 性气用于底水油藏 的报 道。 本文研究应用 电磁加热与注 气相 结合 提高 底 水稠油 油藏产 量 的可 能性 。 一 、试验 装置 和 方法 试验 中使用 两套 岩心夹持 器。一些试验在 观察容器 中进行 ，而 其它试 验在 比例物理模型 中进行 。 观 察容器 为 1 2 1 2 X 0 ． 2 5 的长方 形 试验箱 ，是 典型 的多孔介质二维模型。试验箱 前 面是 厚玻璃，后面是有 机玻 璃，这些 材料 有 助于 减少通 过边壁 的热损失 。图 l是观察容器 示意 图。容器 顶都和底部都有水平井 。直径 为 1 ／ 8 的加 热器 沿着底都水平 井 的一边放置 。容 器装满未固结砂，抽成真空后，用水饱和，然 ＼ _ 莹 圈 8 R W- 2 E高压注蒸汽工程的实 际 的和横 拟 的采油 曲线 动态 短期变化 。此外，通过历史 拟台工程的采 油动态史 图8 ， 建立了一系 列的注蒸汽工程 地带的模拟模型。应用这些模型 来改善工程的 短／ 中期经营管理，据目前预 测，R W一 2 E高 妻压注蒸汽工程的最终增产油／蒸 汽 比将超 过 主0 7 m ／ t 。 译 自 { Re v u e d e L i n s t i t u t Fr a n c a i s d u P ； e t r o l e 1 9 9 0 ，V0 I ． 4 5 ， №1 8 9 9 7 一 ／ 一 量 ／ 丽 油 油 ／ 一 量量 采 采 ／ 一 ．、 一 际拟际拟 、／ 实攥实楗 ／ 面 一 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第7 期 开采底水稠油油赫的新方珐 后通过顶部水平井进行 油驱 。水通过底部 水平 井放 出，建立 孔晾内的束缚水饱和度 。至 此就 做好 了进行试验 的准备 工作。启动加 热器 ，使 生产井保持恒温。通过词节 器把顶部 水平井与 空气压力连通。打开生产井时，空气不断进入 顶部 的孔隙内，产生一个压 力梯度 ，使产 量达 到 最高。为了形成底水层 ，用砂充 填成 一个线 性 岩心 ，然后 按照所要求 的底 水厚度置 入试验 箱 。 围 1 现 察模 型示意 围 设计 的比侧模 型代 表 Ab e r f e l d y稠 油 油 藏 ，有 效厚度 1 0 m，底水厚度是可变 的，油藏 温 度为2 2 C时 ，死油粘度是 7 5 0 tuF a‘ s 。生产 水平井井距为6 0 m。比例模型是 高压 热采模型 ， 使用Ki mb e r 等人提 出的比例准则。 下面是 适用 于此准则的无 因次方 程组 W k。 B D。 h㈣P D h h。 f’ _ _ 意 ’ ’ ’ h R “。 t k ’ r， ’ n ’ -R K 。 H ,oBk w B ，监 ， ， ， ， ， ， B K a H P p- B h i s R S i l P P⋯ H W ． A ⋯ 一 ’ 一’ ’ k ’ 3 0 0 m长水平 井仅对其S O re按比例缩小。试 验结果表明 ，这种对称性近似是合理的。 因此 ， 把 所得 结果 按3 0 O re水平 井外推 。 囤2表示 比例 物理模型 示意图。表1 为模型 和油藏 的特性。 模型 的上覆压力为 4 2 0 0 k P a 。注入井布置 在模型 的顶角 除 一个水驱试验 外 。 选择这种 布井方式是 因为可 以通 过注入井 保持沿垂线 的 对称性。生产井和 电加 热器 位于 油层 底部和底 表 1 油藏和模型特性 汕臧 l 模型 王 广 开 开 j B 注人， 生产井井距 总 厚度 渗建率 5 lA D 1 5 u m’ 洒藏谎体 7 0 石油 7 0 岩油 舯 菇气 舯 岩气 1 0 水 1 o 岩盘 9 0 岩油 9 0 岩油 1 0 水 1 0 岩盘 生 产脏力 2 1 0 k P a 2 1 o k P a { 山藏温 度 2 2 C 2 2 ‘ C 注气压力 2 3 o k P a 2 3 O k P a 时间 6 ． 2 小时 油井 直径 2 0 c m ． 2 c m 原 油 粘度 7 5 O mPa - s 7 5 0 mP a s 5 0 D n mPa- s 5 OO mPa s 注 口 围2 比例 模 型示意 田 水顶部。应该 注意 ，使用 电加热器使 生产 井温 度保持恒 温。这种定位加热 通过 电磁 加热很容 易实现。本文所述 的电加 热，实 际上 是模拟 电 磁传 导型加 热。 模型用未 固结 油藏砂充 填。 井用 带槽的不 锈钢 作成 ，生产 井仅在 顶部一边有槽 。这 样做 是为 了减 少底 水层 的出水。这是对顶部射 孔水 平井 的合理模 拟。 为了 防止砂堵或泥堵， 注入 井和生产井都缠有细眼筛同。为了模拟没有质 量 流即 能量流的边界状态 ，把侧面 边界 隔离 起 来 。为了模拟盖 层和底层 的热容量 和导热性， 顶 边和底 边用 沥青和牯 土充填 。 注入／ 生产系 统 如 图3 所示 。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 油气田开发工程译丛 囝 5 试 验 装置 示意 囝 二 、结 果和 讨 论 1 ．观察 窖署 试验研 究 用观察容器进行 了大量试验 。用 这种二维 模型能够揭示这一方法 的机理 ，从而 决定 用 比 例模型进行试验 的类型 。本 文仅有选择地介绍 少数观察模型试验 。 生产 井温 度的影响本 文提 出的最重要 的 最新 的东西是 对生产井加 热。 因为没有 明显 的 流体运动或流体驱替 ，对井 眼附近只 能采用传 导加热的办法。因此了解生产过程中温度所起 的作用是很 重要的。为了观 察温度在 一定 注入 压力下对 前缘 推进 速 度 的 影 响 ，在 油 层 厚 2 2 c m，底 水厚8 c m的观察容 器中进行 了一系列 试验 。在所有试验 中，保持 注入 压力恒定 ，即 为2 5 k P a 。图4 表示前缘推进 速度随生产井温度 升高 的变 化情 况。随着温度 的升 高， 气／ 油前缘 田 4 前缘推进遘度与生产井量度的蚤囊关系 的推进速度迅速增加 。这里 的推进 速度 是指见 气前整个试验时 间的平均 速度 。从 图 4可 以看 出， 当把温度增加 到 1 4 C 1 。 C 时 ， 前缘 推进 速度 提 高一倍 。 注意 ， 通 过传 导加 热 和轻微 的对流加 热 ， 只 能降 低井 眼附近的粘度 。因此 ，即使 急 剧降低井 眼附近 的牯 度，也不 会把 前缘 推进 速 度增加 到相 同的程度 。然而， 当和 注气联 合使 用时，这一方 法的效果 却足极好 的。 注 八压 力梯 度的影响注入压 力梯度 的作 用在本文提 出的方法 中是 极其 重要 的。为了观 察随压力梯度上升 的一些变化 趋势，进行 了一 系列实验 图 5表示平均产 出水油 比与 注入 压 力 的函数关系 。所有这些试 验都是在 1 2 o 。 C 的 恒温 下进行 的，底 水厚8 c m，油层 厚2 2 c m。应 该指 出的是， 即使没有 从顶 部施加 的压力梯度 ， 水油 比也 比这 一油藏预计 的要低，这是 因为 从 其底 郭加 热，降低了井眼 附近原油 的粘度 ，从 而提 高了油的流度 的关系。在生产井水平井段 顶部射 孔进 一步改善了这种开采方法。然而 ， 虽然通 过加 热控制了永油 比，但总产量仍然很 低，这是 因为油井生产主要是靠重力泄油。通 过注气可急剧 降低水油 比。注 意，注入压 力 的 实际值是非常低 的。但 由 于 油 层 厚 度 只 有 2 2 c m，因此 AP ／ L还是很高 的 注入压 力 仅 1 5 k Pa ，就使 水油比 明显降 低 这样大 的注入 压力相 当于6 8 k P a ／ m的压 力梯度 注入压力超 过某 一值 在这种情况 为2 5 k Pa 后，水油 比 对注入压力不再敏感 。实 际上 ，超过 水油 比稳 定 的AP ／ L的最小值是不合 适的，更 高的△ P会 引起粘度 的不稳定性 。在 注气情况 下，重力 的 作用有利于前缘 的稳定性 ，并 且即使流度 比非 常不 利 ，气油前 缘也很可 能是 稳定 的。但是 ， 如果 使用过高 的注入压 力，使前缘 的推进速度 过大，尽管有利于重 力作用 ，将会导致粘度 的 不稳定性． 2 ．比倒模型试验研 究 在此项研究 中用 比例模型 进 行 了 七 次 试 验 。这 些试验 的特点 列在表 2中。 试验 1 是 用 11的 油水层厚度一 渗透 率乘 积 比 进 行 的， 模型 中无原始 气体饱和度 。试 验结果如 图 6所 力 铺 激 冀 一 气 ～ 口 d 亡泵 皂 ＼ E 封 精 粒 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 圉 5 注入压力对生产水油比的影响 寰 2 不 同试 验 的特点 稿 油油 藏 的新 方 法 9 能达到这样的产量还是令人满意的。在出现气 甓 雾 善 ，跑 襄 嫠 加 热‘ 生 产 井 E 无 。 。 景 嚣 鋈 需 热 ‘ 生 井 顶部注气． 底部加热 生产井．无j 2 原始气体饱 和 度 原 油 粘 度 5 0 Q O I 5 9 lmP a s l r 一 一一 ．1顶部注气 底部加热 生产井．无 B l原始气体饱和度 ．b k b ／ b k 。 一0 ． 3 3 I r一 一 s 1要 嚣 蠢 罨 { 霭 鎏 嚣 ‘生／ h产k o井 3 ． 1 。 ● 。 ’ 一 e l要 蒙 瓣 雾 l -一 一 部注水．顶部加热 生产井， l 1 l无原始气体饱和度 l ～ 瞳 6 试 验1 得 到 的结 果 示。注 意，采收率和产量 值是 对3 0 O m长、 泄油 面积为I 8 0 O O m 的一 口水平井 按比例得 出的。 如图6 所示，初期原油产量大约为 l o re。 ／ d ，考 虑到该油藏有一厚底水层 ， 一次 采油产量 极小 ， 窜 以前大约四年 的时问 内产 量一直相 当高。气 窜 时， 注气体积 占孔隙体积 的6 0 哆多 。 出现气窜 晚表 明，气油前缘在整个注 气过 程中的确是稳 定 的。只 要出现牯度指进，就 会 过 早 发 生 气 窜。气 窜后 原油产量迅速下 降，生 产 气 油 比 GOR迅 速增加。但是 ， 即使气窜后 还是 采 出了大量原 油，这 证明气窜后不应该马上停 止 注 气。生产 7年，原 油采收率达 到原 油地质储 量的7 0 ％。 原 始气体饱和度的影响进行试 验 2是 为 了研究原始气休饱和度 的影响。油藏模 型 的特 性和 操作情况与试验1 相同， 唯 一的差别是模 型 的原始 饱和度是7 0 嘶油 ，2 0 ％气，1 0 ％水。图 7 表 示试 验 的采 收率、原油产量和生产水油 比。 初期 原油产量没有试 验1 高， 是 因为原始 气体 饱 和度 高于 临界点，因而出气 的关系。然 而由于 气体 的存在，发生气窜的时间至少 比试验 1晚 了6 4 “ 月 。 因此， 这 次试验 的累计 采收率很高 。 另 外 ，生产 气油比的增加也不象试验1 那 样快。 尽 管试验2 的初期 原油产 量较 低， 但 由于整个试验 过程 中原油产 量稳定 ， 其 最终 采收率仍然较高 。 存 在原始 气体饱和度 ，有助于 注入 气在 油层 顶 部的扩散 ，从而使驱替 前缘更接近于垂直 。这 样的注气前缘 可推 迟气窜 时 间。另外 ，原始 气 体饱和度通过 气体溶 锵和 胀有 助于 稳定产油 量 ，提 高采 收率。 ＼ 考* 鲁 罨 篓* 蜡。 ■ ‘ 圈 1试验 2 壬 - 到 的结 果 原油粘度的影响进行试验 3 是为了 研 究 更高原油粘度的影响。踪原 油粘度外，这次试 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 油气田开发工程译眈 验基 本上 是重 复试 验1 。 这 次试验 的原 油粘度是 5 0 0 0 mP a s ，而试 验1 为7 5 0 mP a s 。 图8 是 这次 试验 得到 的结果 。这 次试验 的初期原油产量很 低 。但在 整个试验 过程 中， 在 出现 气窜 以前 ， 原 油产量 一直是 增加 的。由于生 产井是靠传导加 热，粘度降低范 围比较 有限，并且流量是随加 热带 的扩大缓慢增加的。 这次试验在2 年后出现 气窜 ， 这时 的注气体 积大约 占孔隙体 积的3 O ％。 如果 注气前缘在整 个驱替试 验过程 中 是 稳 定 的，气窜时 间应 与试验1 观 察到 的相 近。 由于这 次试验 的流度 比很 高 由于原油粘度更高 ， 尽 管有 利于 重力作用 ，但驱 替前缘是不 稳定 的。 开采年数 田 8 试验 5 得辫 的结 果 这次试 验的生产气 油比略 低于试验 1 。 这 有 助于提 高气 窜后 的累计原油采收率。另外 ，气 窜 后，原油产量的下降也投有试验1 那样快。 试 验3 的最终采 收率较低， 占原 始 地 质 储 量 的 6 0％。 底搽厚度 的影 响试验4 和 5 的水 油层 厚度 比分别为0 ． 3 和3 ， 底 水层的渗透 率与油层相 同。 试 验l 的水油层厚度 比为l 1 。 这 三次试验 结果 的对 比见 图9 。 由图可见 ，虽 然试 验1 的水 油层 厚度 比比较 大，但试验l 和4 的生产 曲线只有很 小 的差 别。试 验4 接近于 没有底水的情况， 底 水 作为热容器的优点明显减小。然而，薄底水有 水量 小的优点，可降低生产水油比 。 试 验5 的效 果 最差 。在这种情况下，尽管采取 了底部加热 和注气措施 ， 也 无法 控制大量底水的流入。 但 即 使这 一次试验 ， 最终原油 采收 率也 超过了3 0 ％。 底部加 热顶部注啦和顶部加 热底部注 啦 试验6 和7 研究注水结台定位加热的效果。这两 开发年数 田g 不 同水油 层 厚度 比 的试 验结 果 比较 次试 验 的注水量保 持不 变 ，为 1 2 m ／ d 。试验 6 是顶 部注 水，试验 结果 如图l 0 所 示。这次试验 口_ 0 鬟 昔 诺 鞋 瞄 囝 1 0 试暄6 得到的结果 的初期原油产量很高 ，主要是 由于 注水量 高。 由于水 的密度 比油略 高，顶部 注水导致 粘滞的 不稳定性 ，因而很 早发生 水窜 此时 注水量 大 约 占孔隙体 积的1 5 ％ ， 导致 晟终 采收率很低。 为了利用 水比油的密度 高，促使推进前缘 的稳 定性 ，试 验7 从底部 水平井 注水，加 热在 顶 部 水平井进行 。试验 结果 如 图1 l 所示。这 次试 验 开发年教 田 1 1 试验7 得辫的培果 的初期 原油产 量与试验 6相 同。然而 由于是重 力稳定流，水窜时间明显推迟，因而原油采牧 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第7 期 开采底水稿油油藏的新方法 率 明显 高于试验6 ，达6 0 ％ 以上 占地质储 量 ， 但仍 比注气试验 试 验1 低 。 三 、结 论 本 文提 出了一种开采底 水稠 油油藏 的新方 法 ，它 包括生产井 的电磁加热和重力稳定 的注 气或注 水。观察模型试 验研究表 阻，利用 注入 压力梯度和 生产 井加 热降低水油 比是有效 的。 比例模型试 验研 究表明，即使底 水与油层 一样 厚，采收率仍可高达7 7 ％ 占地质储量 。 研究 了底 水厚度 和原 油牯度的影响。结果发现 ，原 油 采收率对 水油层厚度比高达 1 t 1 并 不 太 敏 感 。存在原始气体饱 和度可改善底部加热 注气 的效果 。 符号说明 A⋯一注八井或生产井的流动面积- F-- 地 层 电阻率； 一 重力加速度； H--模型厚度 h k 。 一油层厚度 与渗透率乘积 h k 一底水层厚度与渗透率乘积 h l i 相 的热培； h ， 一 j 相 的热传 导率 k -- 绝对 渗透 率； k t i 相 的有 效 渗透 率； L一油藏或模型长度 P- 一 i 相的压力j S- 一 i 相的 饱 和窟 T一 温度 t 一 时间 W一模型或 油藏宽度， W - 一 i 相 的注 八 量 ； 一 孔 隙麈； D t i 相的密度； “‘ 一， 相的粘 麈 下 标 t c 一 盖 层 E 一气相； m一 模 型； o 一 油 相； R一参 考量值 p r o d 一生产井的； r 一 油藏 岩 石 w一 水 相． 译 自S P E／ DOE z o 2 s s 通过注热水和空气 在地层内生成蒸汽 M． T． A6 a c o B 等 著 申中辉译 擅要通过低 温液 相氧化反应，可 以把 注入地 层 的热水转 变为蒸汽，从 而提 高地层 的原油 采 收率 。本文介 绍的室内试验 ，论 证 7这一方 法 的可行性 及其工业特性指 标。这一方法正在 苏 联 的一 个 油 田 上进 行现 扬试 验 。 随着提高油层采收 率的热采方法的使用规 模不 断扩大 ，有必要对 这些方法加 以完善，使 之能 够在更广 泛的地质一 物理 条件 下应用 。 由于 一系 列的原因，注蒸汽 的方法 仅限于 在5 0 0 7 0 0 米的深度使用 而 层内燃烧法的使 用深 度要 深2 3 倍。这两种热 采方 法各 有其优 缺 点。如能把注蒸汽的方法与层 内燃烧方法配 合使 用，通过往地层 中注入热 水直 接在地层内 转变成蒸汽，就能克服 限制这 两种方法使用 范 围的许多缺点。为使热 水转变 成蒸汽，必须补 充热量，这样 的热量应类 似于 层内燃烧用 空气 中的氧气氧化地层内的原 油来 产生 。这样 的过 程既可 以通过 同时往地 层中注热水和 空气并在 地层中建立热段塞，然后 注入 水气混合物来 实 现，也可以通过从地面 注入 蒸汽来 实现 。水气 混合物可以与热水配成也可 以与冷 水配成。依 靠地 层内低温 液相氧化反应把热 水转变 成蒸 汽 的过程，认为是在地层 内直接 建立蒸汽段塞与 燃烧源，随后形成一种层 内燃 烧的 一种有前途 的方 法。 目前这种方 法正 在卡 拉让 巴斯 油田进 行试 验 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆