李敬松,楊 兵,張賢松，鄭 偉,馮 祥,張 偉

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300450；2.中海油研究總院，北京 100027）

我國渤海稠油儲量豐富，約占總儲量的70%。其中，相對密度大于0.92的稠油約占80%左右，相對密度大于0.96、黏度大于150 mPa·s的稠油約占40%左右[1]。目前主要采取冷采模式進(jìn)行開發(fā)，但開發(fā)效果不夠理想，主要表現(xiàn)為油井產(chǎn)量低，采油速度低，采出程度低。以N油田為例，投產(chǎn)5年，采出程度僅為1.2%。注蒸汽是提高稠油油田開發(fā)效果的有效手段[2]，但受海上平臺空間、載重、經(jīng)濟(jì)因素等限制，常規(guī)注蒸汽開發(fā)實(shí)施難度大[3]。為有效提高海上稠油采油速度，增加稠油產(chǎn)量，借助小型化熱采設(shè)備，開展了水平井復(fù)合吞吐開采技術(shù)研究，對水平井、蒸汽、N2及CO2的提高采收率機(jī)理進(jìn)行了分析，并通過數(shù)值模擬對氣汽比、CO2含量、注汽強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)場應(yīng)用取得了顯著的增產(chǎn)效果，為海上稠油油藏?zé)岵砷_發(fā)提供了技術(shù)范例。

1 水平井復(fù)合吞吐工藝綜述

水平井復(fù)合吞吐開采技術(shù)是利用火箭發(fā)動機(jī)的燃燒噴射原理生成由蒸汽、N2、CO2組成的混合流體并由井口注入水平生產(chǎn)井內(nèi)，以提高稠油油藏水平井開發(fā)效果。該工藝綜合利用蒸汽和氣體的能量及驅(qū)油作用，結(jié)合水平井開采技術(shù)，發(fā)揮熱量和氣體在油層中的混合傳質(zhì)作用，降低稠油黏度，提高流動性，擴(kuò)大蒸汽波及體積，增加驅(qū)油動力，降低殘余油飽和度，最終達(dá)到提高油井產(chǎn)量、改善開發(fā)效果的目的。

水平井復(fù)合吞吐的主要工藝流程為：

1）下注熱管柱：下入隔熱油管，安裝熱采井口，為注熱做好準(zhǔn)備。

2）注熱：連接地面注熱管線，按設(shè)計(jì)參數(shù)通過水平井井口向井筒內(nèi)注入混合流體，注入過程中注意觀察井口油套壓變化及井口滲漏情況，以便及時(shí)調(diào)整注熱參數(shù)。

3）燜井：當(dāng)注入達(dá)到設(shè)計(jì)量時(shí)，停止注熱，井口安裝耐溫壓力表，開始燜井。燜井時(shí)間一般取方案設(shè)計(jì)時(shí)間。燜井過程中應(yīng)注意觀察井口壓力變化對燜井進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4）放噴：采用油嘴進(jìn)行放噴。放噴初期應(yīng)適當(dāng)控制油嘴大小以防止出砂，并每隔8小時(shí)進(jìn)行一次含砂測量，進(jìn)而確定合理的油嘴大小。

5）下泵轉(zhuǎn)抽：當(dāng)油井停噴且井口無壓力時(shí)，進(jìn)行壓井作業(yè)，拆熱采井口，起注熱管柱，下入生產(chǎn)管柱，進(jìn)入機(jī)采階段。

2 水平井復(fù)合吞吐開采技術(shù)機(jī)理研究

2.1 水平井開采機(jī)理

與直井相比，水平井與油層接觸面積大，吞吐開發(fā)時(shí)，可以增大注入能力與生產(chǎn)能力。渤海某稠油油田直井與水平井實(shí)際注采參數(shù)對比（表1）表明，水平井復(fù)合吞吐開發(fā)具有以下特點(diǎn)：

1）吸汽能力強(qiáng)，注入速度高，注入壓力低，注入量大。由表1數(shù)據(jù)可以看出，與直井相比，水平井由于增大了與油層的接觸面積，日注入能力大大提高，注入速度約為直井的4倍；單位井段的注入強(qiáng)度大幅降低，注入壓力低，油層壓力傳播快，周期注入量大。

2）有效期長，產(chǎn)油能力強(qiáng)。如表1所示，復(fù)合吞吐后，水平井日產(chǎn)油能力為直井的3.6倍，周期累產(chǎn)油量約為直井的20倍，水平井生產(chǎn)有效期約為一年，而直井僅40天。

表1 直井與水平井注采參數(shù)對比Table 1 Injection and production parameters comparison of vertical well and horizontal well

2.2 注蒸汽開采機(jī)理

稠油油藏注蒸汽開發(fā)，主要是利用蒸汽對稠油的加熱降黏作用、對油層的解堵作用以及對油水相對滲透率的改變，改善孔隙滲流能力，增加稠油的流動性。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究分析了溫度對稠油黏度的影響，以及蒸汽對油水相對滲透率的改變。

2.2.1 加熱降黏作用

向油層注入高溫、高壓蒸汽后，蒸汽有效加熱半徑內(nèi)地層溫度升高，將油層及原油加熱。由于稠油對溫度有較強(qiáng)的敏感性，受熱后黏度大幅降低，實(shí)驗(yàn)測定了我國渤海某稠油油田脫氣原油的黏溫曲線，如圖1所示。由圖1可以看出，隨溫度增加，原油黏度急劇降低，200℃時(shí)，原油黏度僅為9.3 mPa·s，較50℃黏度降低近137倍。

圖1 稠油黏度隨溫度變化曲線Fig.1 Variation curve of heavy oil viscosity by changing temperatures

2.2.2 蒸汽對油水相滲的改變

向油層注入高溫蒸汽后，受蒸汽高溫作用，巖石表面的膠質(zhì)瀝青極性油膜被破壞，潤濕性發(fā)生改變，油層由親油變?yōu)槠H水或弱親油。由圖2可以看出，隨溫度升高，束縛水飽和度逐漸增加；在相同含水飽和度下，隨溫度升高，油相滲透率增加，水相滲透率降低。

圖2 不同溫度下油水相對滲透率曲線Fig.2 Oil and water relative permeability curves under different temperatures

2.3 CO2提高采收率機(jī)理

CO2作為一種有效的驅(qū)油劑，其提高采收率機(jī)理主要包括：溶解降黏、膨脹驅(qū)替、降低油水界面張力、改善儲層物性、溶解氣驅(qū)等。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析了CO2提高稠油采收率的機(jī)理。

2.3.1 CO2溶解降黏

圖3 CO2溶解對稠油黏度的影響Fig.3 The influence of CO2dissolution on heavy oil viscosity

圖4 飽和CO2原油黏溫關(guān)系曲線Fig.4 Relation curves between viscosity and temperature of saturated CO2crude oil

通過實(shí)驗(yàn)測定了不同溶解氣油比及飽和CO2條件下稠油黏度的變化。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖3、圖4）可以看出，隨溶解氣油比增加，原油黏度大幅降低。溫度為56 ℃時(shí)，原油黏度由463.87 mPa·s降至78.88 mPa·s，原油黏度降幅為83%；溫度為180℃時(shí)，由于受加熱降黏影響，CO2溶解降黏幅度有所降低，降黏幅度也可達(dá)到50%左右。飽和CO2原油黏度隨溫度升高逐漸降低，與脫氣原油黏溫變化趨勢一致。低溫時(shí)，飽和CO2原油黏度較脫氣原油大幅降低；高溫時(shí)，受熱作用影響，二者差別不大。由此可見，CO2對稠油具有很好的降黏效果。稠油溶解CO2后，黏度大幅降低，減小了原油向井底流動過程中的滲流阻力，提高了油水流度比，增加了油井產(chǎn)量，改善了吞吐開發(fā)效果。

2.3.2 提高驅(qū)油效率

采用一維填砂模型進(jìn)行了“蒸汽驅(qū)”、“蒸汽+CO2驅(qū)”模擬實(shí)驗(yàn)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出（圖5），不同溫度下蒸汽+CO2驅(qū)替采收率均高于單純蒸汽驅(qū)采收率，低溫時(shí)采收率提高幅度大于高溫。這是由于CO2溶于原油，使原油體積膨脹，有利于剩余油脫離巖石表面的束縛變?yōu)榭蓜佑?，從而降低殘余油飽和度，提高?qū)油效率。

圖5 不同注入流體一維驅(qū)替最終采收率Fig.5 Uni-dimensional displacement ultimate recovery of different injected fluids

2.4 N2提高采收率機(jī)理

2.4.1 隔熱作用

由N2的物理性質(zhì)[4]可知，其導(dǎo)熱系數(shù)極低，僅為0.028 w/（m·K）。稠油注熱吞吐開發(fā)時(shí)，N2進(jìn)入地層后由于重力分異作用分布在油層上部，形成隔熱層，減少蒸汽向上覆巖層的傳熱速度，提高注入蒸汽的利用效率。

2.4.2 擴(kuò)大熱波及體積

N2由于其良好的滲透性，且膨脹系數(shù)大，與蒸汽一同注入地層后體積膨脹，可將蒸汽推至地層深處，擴(kuò)大蒸汽加熱半徑，增加蒸汽的波及體積，進(jìn)而提高吞吐效果[5]。

2.4.3 N2對稠油黏度的影響

N2在原油中溶解可以降低稠油黏度，提高流動性，其黏度降低幅度取決于N2在稠油中的溶解度。通過實(shí)驗(yàn)測定了不同溶解氣油比條件下原油黏度的變化。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖6）可以看出，隨溶解氣油比增加，原油黏度降低。與CO2相比，N2的降黏能力稍差。

圖6 N2對稠油黏度的影響Fig.6 The influence of N2on heavy oil viscosity

3 數(shù)值模擬

采用CMG數(shù)值模擬軟件STARS模擬器對我國渤海某稠油油藏水平井復(fù)合吞吐開發(fā)進(jìn)行了模擬研究。所建立模型網(wǎng)格系統(tǒng)為50×50×10，網(wǎng)格步長為10m×10m×1m，油藏參數(shù)見表3。

3.1 氣汽比

模擬研究氣汽比分別為10、50、100、200、300時(shí)水平井復(fù)合吞吐的開發(fā)效果，由模擬結(jié)果（圖7）可以看出：隨著氣汽比的增加，采出程度逐漸增加，當(dāng)氣汽比大于200時(shí)，采出程度增幅減小。

表3 渤海某稠油油藏基本參數(shù)Table 3 Basic parameters of heavy oil reservoir in Bohai Bay

圖7 氣汽比對開發(fā)效果的影響Fig.7 The influence of gas-steam ratio on development effects

3.2 氣體中CO2含量

與蒸汽相比，復(fù)合吞吐注入流體中增加了N2和CO2，其增油效果取決于N2和CO2的比例。由模擬結(jié)果（圖8）可以看出，隨著氣體中CO2含量的增加，吞吐效果逐漸變好。

圖8 氣體中CO2含量對開發(fā)效果的影響Fig.8 The influence of CO2content on development effects

3.3 注汽強(qiáng)度

在氣汽比為200的情況下，模擬研究每米水平井段注汽強(qiáng)度分別為5、10、15、20、30t/m時(shí)，水平井復(fù)合吞吐的開發(fā)效果，由模擬結(jié)果（圖9）可以看出：隨著注汽強(qiáng)度的增加，采出程度逐漸增加，當(dāng)注汽強(qiáng)度大于15t/m時(shí)，采出程度增加幅度減小。

圖9 注汽強(qiáng)度對開發(fā)效果的影響Fig.9 The influence of steam injection intensity on development effects

4 應(yīng)用效果

水平井復(fù)合吞吐開采技術(shù)在我國渤海某稠油油藏得到了成功應(yīng)用。自2010年第一口井實(shí)施作業(yè)以來，累計(jì)施工14井次，單井最高產(chǎn)量達(dá)126m3/d，為常規(guī)冷采產(chǎn)量的4倍；吞吐有效期300～500天，周期平均產(chǎn)量50～60m3/d，約為冷采產(chǎn)量2倍；累計(jì)增產(chǎn)原油約 6.5×104t，單井增油 6 000～10 000t（表4）。如圖10所示，實(shí)施水平井復(fù)合吞吐開采技術(shù)后，油田產(chǎn)量由200t/d提高到600t/d，采油速度得到大幅提高。

圖10 渤海N油田產(chǎn)量變化曲線Fig.10 Production variation curves of N oilfield in Bohai Bay

5 結(jié)論

1）水平井能夠降低注入壓力，提高注入能力，較直井具有更好的加熱效率和泄油能力，可大幅改善薄層稠油油藏吞吐開發(fā)效果。

2）CO2在稠油中有較好的溶解性，可大幅降低原油黏度，提高稠油流動能力，且能夠使稠油體積膨脹，增加巖石表面原油的可動性，降低殘余油飽和度，提高驅(qū)油效率。

3）N2具有良好的滲透性，可以擴(kuò)大蒸汽加熱半徑，提高吞吐開發(fā)效果。其良好的隔熱性，可降低薄層稠油油藏注熱過程中向頂?shù)讓拥臒釗p失，提高注入熱量的利用率。

4）水平井復(fù)合吞吐開采技術(shù)綜合了水平井開采技術(shù)、CO2非混相驅(qū)技術(shù)、N2非混相驅(qū)技術(shù)和蒸汽吞吐技術(shù)，能夠有效降低注入壓力，提高注入能力和泄油能力，增加原油產(chǎn)量，延長熱采有效期。

表4 渤海N油田部分水平井復(fù)合吞吐開采效果統(tǒng)計(jì)Table 4 Compound huff and puff recovery effect statistics of some horizontal wells in N oilfield of Bohai Bay

[1]周守為.海上油田高效開發(fā)新模式探索與實(shí)踐[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：45-52.

[2]劉文章.熱采稠油油藏開發(fā)模式[M].北京：石油工業(yè)出版社，1991：37-40.

[3]唐曉旭.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現(xiàn)場試驗(yàn)[J].中國海上油氣，2011，23（3）：185-188.

[4]歐陽波，陳書帛，劉東菊.氮?dú)飧魺嶂偶夹g(shù)在稠油開采中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2003，25（S1）：1-3.

[5]劉文章.特稠油、超稠油油藏?zé)岵砷_發(fā)模式綜述[J].特種油氣藏，1998，5（3）：1-7.