淺析蒸汽吞吐開發(fā)稠油機(jī)理分析研究

田宇

摘要：蒸汽吞吐是將根據(jù)方案設(shè)計(jì)的定量蒸汽通過(guò)油井注入油層，之后進(jìn)行關(guān)井，待注入蒸汽的熱量充分使原油受效，再開井，根據(jù)生產(chǎn)要求進(jìn)行采油。注入的蒸汽使原油分子熱運(yùn)動(dòng)增加，使粘度變小，提高了原油在儲(chǔ)層中的流動(dòng)能力，對(duì)于近井地帶的儲(chǔ)層滲透性起到改善作用，滿足最大化開采的目的。該采油方法在國(guó)內(nèi)外普遍使用，取得了良好的開發(fā)效果。

關(guān)鍵詞：水平井;蒸汽吞吐;增產(chǎn)機(jī)理

1引言

90年代，對(duì)于井筒存在裂縫時(shí)蒸汽吞吐情況建立了相應(yīng)的熱采模型，首先基于單井模型對(duì)影響采收率幾個(gè)因素：蒸汽注入量、注入溫度、注入干度和段塞展開研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)多井之間的井間干擾導(dǎo)致的模擬結(jié)果進(jìn)行研究。將注入蒸汽在井筒、地層及地面管線中的流動(dòng)看成一個(gè)整體化，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)展開分析，建立了單井蒸汽吞吐過(guò)程中注入系統(tǒng)的模型，基于模擬退火法對(duì)注入采出參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，建立了單井蒸汽吞吐施工過(guò)程中注采參數(shù)的優(yōu)化方法。根據(jù)新疆克拉瑪依油田稠油油藏特點(diǎn)，確定了影響蒸汽吞吐效果的6個(gè)注汽參數(shù)，利用數(shù)值模擬方法對(duì)注汽過(guò)程中的各注汽參數(shù)進(jìn)行研究，確定了適用于克拉瑪依油田注汽參數(shù)的優(yōu)化方案，優(yōu)化的方案對(duì)于新疆克拉瑪依油田進(jìn)行蒸汽吞吐開發(fā)在一定程度上具有指導(dǎo)意義。針對(duì)水平井蒸汽吞吐的經(jīng)濟(jì)界限問(wèn)題，運(yùn)用數(shù)值模擬方法和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)手段，對(duì)3種類型的稠油油藏的水平井進(jìn)行蒸汽吞吐時(shí)最佳經(jīng)濟(jì)油價(jià)、儲(chǔ)層有效厚度范圍以及地面條件下原油粘度范圍進(jìn)行了探討，建立了對(duì)應(yīng)油價(jià)下稠油油藏中對(duì)應(yīng)參數(shù)的定量關(guān)系式以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益圖版。近幾年來(lái)，根據(jù)渤海工區(qū)稠油油藏的特點(diǎn)，針對(duì)蒸汽吞吐開發(fā)周期注汽量展開研究，設(shè)計(jì)7種方案先定性分析注汽量對(duì)海上稠油開發(fā)效果影響，根據(jù)定性分析結(jié)果設(shè)計(jì)12種方案再對(duì)開發(fā)中的效果實(shí)施定量化分析，根據(jù)定量分析結(jié)果從而確定吞吐過(guò)程中各周期注汽量之間的遞增關(guān)系。

蒸汽吞吐方法又叫循環(huán)注蒸汽法或周期注汽法，現(xiàn)階段是我國(guó)開發(fā)稠油常用方法。稠油油藏原油具有粘度高、密度大的特征，因此常規(guī)方法開采的采出速度低或根本無(wú)法開采。蒸汽吞吐方法可改善開采情況，通過(guò)使原油受熱降低其粘度，提高產(chǎn)油速率。該方法在工藝上要求簡(jiǎn)單，施工操作風(fēng)險(xiǎn)性小，在經(jīng)濟(jì)效益方面，一次投資之后可獲得較長(zhǎng)時(shí)間的增產(chǎn)階段。為了獲取更好的蒸汽吞吐開采效果，一定要根據(jù)實(shí)際油藏地質(zhì)情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)各注采工藝參數(shù)，考慮各方面因素，才能有較好的開發(fā)效果。

2蒸汽吞吐采油原理

蒸汽吞吐方法是利用從地面設(shè)備將高溫高壓的一定干度的蒸汽注入稠油油層中，根據(jù)情況經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的燜井，對(duì)稠油進(jìn)行加熱減小其粘度，然后開井利用地層能量開采原油的方法。通常，注入油層的蒸汽量依照水的當(dāng)量折算，每米儲(chǔ)層注入量稱為注入強(qiáng)度，通常稠油油藏的注入強(qiáng)度為60-130t/m，注入蒸汽干度是指干飽和蒸汽占濕蒸汽的質(zhì)量比值，礦場(chǎng)要求盡量注入高干度蒸汽可保證蒸汽在進(jìn)入油層時(shí)干度可達(dá)到50%以上。

蒸汽吞吐施工流程可分為三個(gè)階段：注入蒸汽、燜井和開井回采。油井在作業(yè)過(guò)程中要下入注汽管和耐熱封隔器，將蒸汽鍋爐中的飽和蒸汽通過(guò)注汽管注向油層，根據(jù)實(shí)際油藏地質(zhì)情況和該油藏原油物性參數(shù)對(duì)蒸汽吞吐注采工藝參數(shù)（周期注入量、蒸汽干度、注汽速率、周期生產(chǎn)時(shí)間和注汽強(qiáng)度）進(jìn)行優(yōu)化。將數(shù)模優(yōu)化的蒸汽量注入地層之后，停止向油層注汽進(jìn)行關(guān)井燜井，其目的主要是使注入地層中的蒸汽所帶熱量波及范圍更廣，降粘原油量更大。在燜井后的開井回采階段，油藏壓力高時(shí)，生產(chǎn)井會(huì)產(chǎn)生自噴。燜井后的開井生產(chǎn)前幾天由于冷凝水較多，生產(chǎn)井的含水率較高，主要是近井地帶注入蒸汽之后產(chǎn)生的冷凝水，會(huì)迅速出現(xiàn)高產(chǎn)油期。

3蒸汽吞吐增產(chǎn)機(jī)理

（1）向地層注入蒸汽后原油受熱體積膨脹，分子間距離增加，粘度大大減小，滲流阻力減少，這是蒸汽區(qū)吞吐的主要礦場(chǎng)增產(chǎn)機(jī)理。

將高溫高壓蒸汽利用設(shè)備注入地層后，使井底附近的地層溫度顯著抬升，會(huì)首先使近井地帶原油受熱起到降粘作用。隨著儲(chǔ)層蒸汽的注入，雖說(shuō)蒸汽會(huì)優(yōu)先進(jìn)入高孔高滲地層，但因?yàn)樽⑷胝羝拿芏冗h(yuǎn)小于儲(chǔ)層中原油密度而造成重力分異，產(chǎn)生蒸汽超覆現(xiàn)象，使油藏儲(chǔ)層在層內(nèi)縱向上不均勻受熱，但在注入蒸汽與接觸介質(zhì)間的熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流影響下，油層的加熱范圍會(huì)隨著注入蒸汽量的增加而逐步擴(kuò)展。隨蒸汽前緣移動(dòng)，加熱范圍內(nèi)原油粘度將有很大改善，從上萬(wàn)毫達(dá)西降低到幾個(gè)毫達(dá)西，原油流動(dòng)能力得到了極大提升，因此油井產(chǎn)量得到很大提升。

（2）原始儲(chǔ)層壓力較高時(shí)，當(dāng)油層受到注入高溫高壓蒸汽加熱之后可提高地層彈性能量，提高額外的驅(qū)油能量。地層石油受熱膨脹之后，油層中原本的游離氣會(huì)溶于原油，形成溶解氣驅(qū)。注入蒸汽使油層受熱后，由于儲(chǔ)層和流體的熱膨脹導(dǎo)致生產(chǎn)壓差放大，充分利用地層能量，這對(duì)增產(chǎn)起到重要作用。

（3）底層壓實(shí)作用在蒸汽吞吐驅(qū)油過(guò)程中不可忽視。據(jù)國(guó)外實(shí)際區(qū)塊測(cè)量，在稠油油藏蒸汽吞吐開采過(guò)程中，底層壓實(shí)作用導(dǎo)致采油區(qū)塊地面會(huì)出現(xiàn)下降20-30m。壓實(shí)作用的產(chǎn)油量占總開采量的10%左右。加拿大冷湖區(qū)塊在注蒸汽過(guò)程中地面抬升大概5cm，開采過(guò)程中地層又會(huì)漸漸恢復(fù)，促使原油開采。

（4）蒸汽吞吐對(duì)近井地層的解堵作用。稠油油藏在鉆、完井過(guò)程中，鉆井液和稠油中瀝青質(zhì)會(huì)堵塞油層，造成近井地帶儲(chǔ)層滲透性受損，影響石油在儲(chǔ)層中的流動(dòng)能力。但蒸汽吞吐之后，油井產(chǎn)能會(huì)極大提升，主要由于高溫蒸汽會(huì)使近井地帶原本粘度較大的瀝青質(zhì)降粘，沖排堵塞物，使堵塞空隙恢復(fù)流動(dòng)性，同時(shí)加熱原油和冷凝水之間較大的壓差促使原油快速流入井底。

（5）改善油水相對(duì)滲透性，增加可動(dòng)油。對(duì)于親油油藏，當(dāng)向油藏中注入高溫蒸汽時(shí)，會(huì)對(duì)儲(chǔ)層巖石表面極性物質(zhì)產(chǎn)生破會(huì)，造成潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)，儲(chǔ)層表面由親油變?yōu)橛H水，這樣會(huì)使原本束縛在儲(chǔ)層表面的原油剝離，增加了儲(chǔ)層中油相相對(duì)滲透率，而儲(chǔ)層巖石中水相相對(duì)滲透率會(huì)變小，促使地下石油流動(dòng)性增強(qiáng)。

4結(jié)束語(yǔ)

蒸汽吞吐方法主要增產(chǎn)機(jī)理有：向通過(guò)地面設(shè)備向油層注入蒸汽使原油粘度大大減小，減少原油在儲(chǔ)層中的流動(dòng)阻力，提高原油在地層中流動(dòng)能力和儲(chǔ)層的流動(dòng)系數(shù);底層受熱膨脹，溶解氣分離體積膨脹，彈性能增加，提高驅(qū)油能力;近井地區(qū)解堵，增加近井地層流動(dòng)系數(shù);若油層溫度升高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)整體相對(duì)滲透率曲線右移，改善相滲曲線，降低水相流動(dòng)能力，增加油相流動(dòng)能力。

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