龔姚進(jìn)

(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(qū)技術(shù)研究與實踐

龔姚進(jìn)

(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(jīng)23a的蒸汽吞吐開發(fā)，已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)后期，迫切需要轉(zhuǎn)變開發(fā)方式提高油藏采收率。前期研究結(jié)果表明，火驅(qū)是該塊最佳的開發(fā)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(qū)井網(wǎng)選擇、燃燒方式、注采配置關(guān)系及操作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，并對開展的火驅(qū)先導(dǎo)試驗進(jìn)行綜合評價，認(rèn)識目前火驅(qū)燃燒狀態(tài)、燃燒前緣推進(jìn)規(guī)律以及油井受效特點，并分析了厚層油藏火驅(qū)存在的主要問題以及下步的攻關(guān)方向。該研究可為厚層塊狀稠油油藏火驅(qū)開發(fā)提供一定的技術(shù)借鑒。

火燒油層;火驅(qū);油藏設(shè)計;動態(tài)跟蹤;火線超覆;普通稠油油藏

引言

遼河油田G塊經(jīng)過多年蒸汽吞吐開發(fā)，可采儲量采出程度達(dá)到80%，油藏壓力降至原始壓力的20%～30%，油汽比降至0.25，繼續(xù)蒸汽吞吐開發(fā)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(qū)、SAGD技術(shù)存在井底注入蒸汽干度低、采注比低、蒸汽波及體積小、開發(fā)效果差等問題，亟待尋找新的、更有效的接替方式?；痱?qū)技術(shù)是稠油油藏蒸汽吞吐后大幅度提高采收率技術(shù)之一，具備適用范圍廣、驅(qū)油效率高、成本低的優(yōu)勢。成功的火驅(qū)采收率一般可達(dá)50%～80%，國外已經(jīng)在淺層油藏開展了工業(yè)化應(yīng)用，并取得了較好的開發(fā)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(jīng)歷長期蒸汽吞吐開采，儲層的非均質(zhì)性進(jìn)一步加劇，使得火驅(qū)過程中開采機(jī)理更加復(fù)雜，火驅(qū)設(shè)計調(diào)控難度更大，已成形的淺層火驅(qū)油藏工程設(shè)計技術(shù)無法直接應(yīng)用，需對該類油藏火驅(qū)技術(shù)開展研究與攻關(guān)。

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(wǎng)投入蒸汽吞吐開發(fā)，經(jīng)過2次加密調(diào)整，形成105 m井距正方形井網(wǎng)。截至轉(zhuǎn)火驅(qū)前，區(qū)塊采出程度為12.35%，平均采油速度為0.65%，單井日產(chǎn)油由投產(chǎn)初期的24 t/d降至目前的2 t/d，亟待開發(fā)方式轉(zhuǎn)換。

2 火驅(qū)開發(fā)可行性研究

按照火驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)，通過室內(nèi)燃燒管實驗、經(jīng)驗公式、數(shù)值模擬等多種手段研究G塊火驅(qū)開發(fā)的可行性。

(1)與國外火驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)對比，該塊除油層厚度較大外，其他參數(shù)均符合篩選標(biāo)準(zhǔn)(表1)。從現(xiàn)場已經(jīng)實施的火驅(qū)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(yán)重。因此，厚層塊狀油藏開展火驅(qū)試驗，必須對注氣井及生產(chǎn)井的射孔位置及射孔厚度進(jìn)行精細(xì)設(shè)計，減緩火線超覆造成的不利影響［1］。

(2)物理模擬研究結(jié)果表明，火驅(qū)驅(qū)油效率高達(dá)85.1%，與蒸汽驅(qū)驅(qū)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(qū)域的巖心顏色明顯變淺，幾乎不含油。

表2 長管實驗結(jié)果

圖1 燃燒前后巖心照片

(3)G塊屬于中—強(qiáng)水敏儲層，以水(蒸汽)為驅(qū)替介質(zhì)進(jìn)行開發(fā)對儲層傷害較大，且油藏埋深大，蒸汽吞吐開發(fā)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(fā)熱損失大，熱利用率低［2］。而火驅(qū)是在油層內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱量，熱利用率較注熱水(蒸汽)高。

(4)根據(jù)Satman干式火驅(qū)采收率經(jīng)驗公式計算，該塊采取火驅(qū)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(shù)值模擬研究結(jié)果表明，采用火驅(qū)開發(fā)可獲得較高采收率。利用數(shù)值模型分別計算了火驅(qū)、蒸汽驅(qū)、蒸汽吞吐3種開發(fā)方式，結(jié)果表明，火驅(qū)開發(fā)效果要好于蒸汽驅(qū)及蒸汽吞吐，采收率可達(dá)到45.78%(表3)。

表3 火驅(qū)開發(fā)數(shù)值模擬結(jié)果

通過以上研究分析，G塊進(jìn)行火驅(qū)開發(fā)總體上是可行的，應(yīng)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(qū)油藏工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3 平面火驅(qū)油藏工程設(shè)計

3.1 井網(wǎng)設(shè)計

G塊地層傾角為15～20°，設(shè)計采用行列井網(wǎng)開發(fā)，構(gòu)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(wǎng)火驅(qū)對比，線性驅(qū)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(qū)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(shù)模研究結(jié)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(jìn)行開發(fā)［5］。

表4 燃燒方式優(yōu)選數(shù)模結(jié)果對比

3.3 注采參數(shù)

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(kuò)大的，因此，設(shè)計采用變速注氣方式來維持穩(wěn)定正常的燃燒［6］。設(shè)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(jìn)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(jìn)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(guān)系曲線

圖3 注氣井射孔位置與產(chǎn)量關(guān)系

3.4 射孔方式

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

圖4 油井射孔位置與產(chǎn)量關(guān)系

4 平面火驅(qū)技術(shù)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(xué)點火方式點燃3口井，2010年繼續(xù)開展擴(kuò)大試驗，形成10口井火燒規(guī)模。

4.2 火驅(qū)開發(fā)效果評價

4.2.1 試驗總體開發(fā)效果

轉(zhuǎn)火驅(qū)3 a來，試驗區(qū)日產(chǎn)油由轉(zhuǎn)驅(qū)前的47.1 t/d上升至103.2 t/d，平均單井日產(chǎn)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(qū)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(chǎn)氣量迅速上升，油井逐步見效，井組產(chǎn)量保持穩(wěn)定，在40 t/d左右。

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

圖5 一線井日產(chǎn)油曲線

4.2.2 火驅(qū)動用程度分析

4.2.2.1 火驅(qū)平面動用分析

(1)數(shù)模研究及監(jiān)測資料顯示，燃燒前緣的優(yōu)勢方向以構(gòu)造低部位為主。跟蹤數(shù)模溫度場顯示，注氣井下傾方向溫度高于上傾方向。構(gòu)造下傾部位油層溫度上升較快，最高溫度達(dá)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(jìn)較快，優(yōu)勢方向以構(gòu)造低部位為主。

(2)火驅(qū)平面波及距離差異較大。由于油層的非均質(zhì)性，造成平面火線波及程度差異較大，按燃燒反應(yīng)的物質(zhì)平衡關(guān)系推導(dǎo)出某一油井方向的火線位置方程。計算結(jié)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(jìn)現(xiàn)象

井溫監(jiān)測資料反映出垂向燃燒率較低，為0.10～0.35。據(jù)現(xiàn)有監(jiān)測資料及跟蹤數(shù)模結(jié)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(chǎn)井段長達(dá)90 m，僅有上部34 m長的生產(chǎn)井段溫度較高，達(dá)到315℃，說明縱向超覆仍較為嚴(yán)重。

4.2.3 火驅(qū)燃燒狀態(tài)分析

稠油火驅(qū)過程中，保持高溫氧化燃燒狀態(tài)［8］是火驅(qū)成功實施的主要標(biāo)志。依據(jù)國內(nèi)外資料和自身特點建立了稠油油藏高溫氧化燃燒狀態(tài)綜合判斷標(biāo)準(zhǔn)(表5)。G塊實際監(jiān)測參數(shù)與判別標(biāo)準(zhǔn)相比，產(chǎn)出氣體組分均在高溫氧化燃燒判斷標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi);觀察井監(jiān)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(jìn)速度為0.034 m/d，符合高溫氧化燃燒判斷標(biāo)準(zhǔn)(表5)。

表5 高溫氧化燃燒判斷對比

4.2.4 厚層火驅(qū)存在的問題及攻關(guān)方向

G塊火驅(qū)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(xiàn)象明顯，平面燃燒前緣推進(jìn)方向以儲層物性好、虧空大、構(gòu)造低部位為主，呈舌狀推進(jìn)，差異較大。

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

5 結(jié)論及建議

(1)特深厚層塊狀稠油油藏蒸汽吞吐開發(fā)后期轉(zhuǎn)火驅(qū)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(shù)之一，可使油藏采收率達(dá)到47.38%。

(2)厚層塊狀油藏采用行列火驅(qū)、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(fā)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(qū)技術(shù)能進(jìn)一步提高火驅(qū)波及體積，提高油藏采收率，為下步研究和攻關(guān)的主要方向。

［1］王彌康，張毅.火驅(qū)熱采的篩選標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)［J］.油氣采收率技術(shù)，1999，6(1):8－10.

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

［3］岳清山，王艷輝，譯.火驅(qū)采油方法的應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2000:117－120.

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

［7］邢景奎，苗崇良.高3－6－18塊火驅(qū)采油數(shù)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(qū)采油［M］.北京:石油工業(yè)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(fā)技術(shù)示范工程”(2011ZX05053)

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

編輯姜 嶺