1. 引言
国内外针对不同的浅层稠油油藏使用不同的开发方式和适合于不同的采油工艺技术。而对于哥伦比亚圣湖能源浅层稠油油藏所具有的特殊性:该油田埋藏浅,地层非均质性较强,蒸汽吞吐过程中,气窜比较严重。油藏的特点注定了油田开发的难度,为提高该油田的产量而进行了各种提高采收率工艺的研究和现场应用,取得了较好的效果。主要针对GIRSOAL和JAZMIN油田两相泡沫提高产量进行了研究和现场应用,取得了该油田提高产量和采收率的工艺技术 [1] [2] 。
2. 油田基本情况
1) 油田开发基本情况
GIRSOAL油田油藏埋深垂深500~900 m,孔隙度22%~30%,渗透率500~2000 md,含水饱和度30%~35%,泥质含量8%~15%,油层厚度18~35 m,净总比0.1~0.5,油层温度40.6℃~50℃,油藏压力4.5~6 MPa (564 m),45℃原油粘度3500~5000 mPa.s,原油酸值:6.0~7.0。该区块主要的特点是埋藏浅、渗透率低、单层油层厚度小、净总比低、非均质性强,供液差,地层能量低,井位布置基本为台子井,蒸汽吞吐过程极易发生气窜。
GIRSOAL油田采用长水平井(水平段长600米)进行开发。该油田于2008年开始投入开发,油井初期产量基本在100桶/天左右,生产方式为先冷采8~12个月,然后进行蒸汽吞吐,冷采期间产量基本稳定,但随着油田开发进入中、后期,蒸汽吞吐过程中出现气窜现象较严重,产量不稳定,该油田生产井133口,该油田2013年1~9月产量变化统计如图1所示 [3] [4] 。
通过图1分析,2013年产量波动较大,该油田从2012年10月份开始进行氮气、泡沫调剖工艺实施,但是由于该工艺方案设计和现场施工均存在一定问题,所以虽然实施了提高产量的采油工艺技术措施,但是取得的成效甚微,于是进行了两相泡沫的分析研究,于2013年6月开始进行两相泡沫优化工艺,取得了明显成效,该油田完成施工的两相泡沫优化井于2013年7月开始生产,从2013年的产量统计图分析,该油田从8月初产量开始上升,该技术对于提高该油田的产量和采收率具有较大的意义。
JAZMIN油田采用合采方式进行油田开发,井型为直井或定向井,共有油井近300口,由于该油田采用合采方式,地层非均质性较强,导致油田进入开发后含水上升快,蒸汽吞吐周期短的问题,根据一些室内试验及类似油田的经验,该油田部分井较适合氮气、泡沫工艺。
2) 原因分析
油田生产数据。
Figure 1. Production curve of 2013 in GIRSOAL oilfield
图1. GIRSOAL油田2013年产量曲线
① 该油田地层非均质性较强,油层间联通性较差,油层净总比低,水平段较长,吸气不均匀,导致了抑制递减困难,产量提高难度很大。并且在蒸汽吞吐过程中由于井间距较短,容易发生层间窜槽,影响了该油田蒸汽吞吐的效果;
② 该油田地层能力较低,由于未及时补足采油所需的能力,导致蒸汽吞吐周期较短,一般吞吐周期为6个月左右,完井管柱未优化,导致作业频繁;
③ 由于泡沫注入工艺存在问题,注入方式及注入参数未优化,导致整个油田产量无明显提升,具有较好效果的井较少,产量无大幅提升;
④ 经过两相泡沫的施工工艺优化,效果明显,从7月底以后产量明显上升,该工艺在圣湖能源GIRSOAL油田具有推广意义,为该油田提高产量和提高采收率具有实际意义和深远的影响 [5] 。
3. 两相泡沫工艺优化研究
1) 流动性研究
首先通过对GIRSOAL和JAZMIN油田的稠油进行了一些室内试验,建立了该油田的稠油开采理论,根据该稠油油田的特点,进行理论的完善。该油田稠油满足稠油非达西渗流理论,该油田稠油具有最低流动启动压力。满足下图2所示的流动理论。
通过室内试验,稠油和稀油具有不同的流动启动压力,特别是针对稠油开发,必须克服稠油的启动压力,方能进行稠油的开采和进行进一步的提高产量和采收率的一系列工作,在冷采或蒸汽吞吐过程中才能采用各种采油工艺进行采收率提高的研究和现场实施工作。
要进行该油田提高产量和采收率的一系列攻关技术研究和应用,针对该油田的具体特点进行了该油田原油的启动压力梯度与流度关系曲线的室内试验,得到该油田的启动压力梯度与流度的曲线关系如图3所示。
该稠油油田启动压力与流度关系曲线通过回归满足下列公式:
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x10_hanspub.png)
Figure 2. Characteristic curve of crude oil flow
图2. 原油渗流特征曲线
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x11_hanspub.png)
Figure 3. Relation curve of starting pressure gradient and mobility
图3. 启动压力梯度与流度关系曲线
[6]
2) 气、水窜研究
由于该稠油油田在蒸汽吞吐过程中存在气水窜现象,影响吞吐井产量提高和抑制油田递减,进行了该油田的水窜、水淹室内评价实验,通过注汽和室内模拟实验,得出该油田水、气窜模拟图如图4所示。
通过一些室内实验的研究分析,该油田存在严重的注汽发生窜槽的现象发,所以在生产过程中存在某些油井原油产量突然下将为0的现象,这样严重影响了该油田的原油产量上升和稳产的需要,要提高该油田的产量必须进行必要的调整吸气剖面和封堵水道的工作,以提高蒸汽吞吐过程中水平段的吸气效率,以达到均匀吸气的效果。
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x13_hanspub.png)
Figure 4. Gas and water channel in oil formation
图4. 油层发生气、水窜示意图
井间稠油受非达西渗流控制,形成“整体富集”;低启动压力条带形成“条带水淹”。通过岩心分析,GIRSOAL在GIR-PH5-HZ1-A9井水淹区油井,平均剩余油饱和度高达62%,只有局部低启动压力条带含水饱和度降至45%以下。该油田提高采收率和产量的潜力较大。
通过合理的工艺措施,进行有效的封堵大孔道,防止蒸汽吞吐过程中发生的井间气窜现象,可以大幅度的提高单井产量和采收率。
3) 泡沫优化研究
① 现场使用泡沫存在问题
通过中石化工程院现场技术专家组到现场进行泡沫质量的检验,发现现场泡沫存在质量问题,通过一些现场实验,发现该油田原来使用的泡沫不耐高温,在高温200度左右发生碳化,所以在注入泡沫过程中,泡沫在环空或油管内就已经碳化,无法起到调整吸气剖面的作用,封堵大孔道也无法实现。使用泡沫的现场检验见图5所示;
② 泡沫优选
根据现场实施应用的泡沫存在的问题,进行了一系列的泡沫优化和室内工作,优化、优选出了适合现场使用和应用的泡沫类型。
通过对泡沫的五项性能的检验、检测,优化、优选出适合GIRSOAL油田使用的泡沫剂类型。主要是通过检验泡沫的耐温性,半衰期,阻力因子,表面张力,PH值的检测,确实满足了该油田所需高温泡沫的性能 [5] [6] 。优选泡沫驱替及气液比如图6和图7所示。
③ 注入工艺优化
之前实施的泡沫井注入工艺存在很多问题,于是针对出现的问题进行了注入工艺和方式的优化。之前实施注入工艺采用环空注入,目前改为油管注入;注入工艺进行了优化之前采用联系注入,目前优化为注入泡沫段塞,基本分为前三天注入三段段塞,在不同蒸汽注入阶段泡沫在地层不同位置进行水道封堵,使蒸汽有效进入油层,不进入大孔道,防止了蒸汽进入大孔道,在采油阶段以水的方式排出来。具体进行了注气速度、注气量、注氮体积、注氮速度、注氮方式进行了优化 [6] [7] 。
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x14_hanspub.png)
Figure 5. Foam carbide behave in wellsite
图5. 现场使用泡沫涂抹井口发生碳化现象
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x15_hanspub.png)
Figure 6. Variation of pressure difference on displacement
图6. 驱替过程中压差的变化规律
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x16_hanspub.png)
Figure 7. Effects of different gas-liquid ratio on displacement efficiency
图7. 不同气液比对驱替效率的影响
4. 现场施工工艺优化
第一天进行注入氮气(环空),主要作用:隔热,提高注入蒸汽干度,防止套管损坏;第二天注入3吨泡沫段塞,第三天注入4吨泡沫段塞;第四天注入3吨泡沫段塞,具体的泡沫量根据井型确定,一般直井泡沫总用量一般为6~8吨,水平井泡沫用量一般为10~12吨左右不等,具体根据上周起生产情况和油藏具体情况确定用量。
现场施工根据压力变化进行及时调整,如果注入一天注入压力开始升高,如果出现异常情况及时进行调整泡沫注入量大小和注汽参数的调整,注入泡沫从油管与蒸汽同时注入。注蒸汽采用单井单注,防止注入蒸汽量计算不准和防止注入蒸汽干度过低,无法保证注入井底蒸汽的干度,影响注汽治理,降低吸气效率。现场优化前后注入流程方式如图8和图9所示。
5. 现场施工效果分析
通过泡沫一系列的室内研究,评价和现场施工设计优化和现场注入工艺及注入量的一系列优化,目前已经在圣湖能源GIRSOAL油田实施了7口井,成果显著,共实现增油24,513桶,日增油达到245.73桶/天。具体效果分析如下:
1) GIRSOAL油田产量递减规律
GIRSOAL油田生产递减规律如图10所示。
经过GIRSOAL油田油井平均生产效果,分析了该油田自投产以来7个吞吐周期的产量进行了统计分析,该油田的递减率为19%~30%,以该油田递减率较低的井来分析对比,递减相对较低的为19%来计算优化后增加产量,下面进行施工完成井提高产量的统计分析两相泡沫在该油田施工实施的效果进行对比分析 [7] [8] 。
2) GIRSOAL油田现场施工效果分析
A03井施工效果对比分析如图11所示。
从图11分析,A03井在上一周期从开井生产151天,总产量为5215.46桶,按照GIRSOAL油田最小递减率19%来计算,上周期生产相同时间理论应该生产原油为4224.52桶;A03井经过优化之后从开井至2013年11月18日,累积生产原油12,170桶,同期生产原油增加7945.5桶,产量同期增加288%。2013年11月原油价格为96美元/天,创效益为7945.5 × 96 × 6.2 = 4,729,163 (元),创产值472万元。
H02井实施效果对比分析如图12所示。
从图12分析,A03井在上一周期从开井生产131天,总产量为3825.71桶,按照GIRSOAL油田最小递减率19%来计算,上周期生产相同时间理论应该生产原油为3099桶,H02井经过优化之后从开井至2013年11月18日,累积生产原油10,167桶,同期生产原油增加7068桶,产量同期增加328%。2013年11月原油价格为96美元/天,创效益为7068 × 96 × 6.2 = 4,206,873 (元),创产值421万元。
AG-HZ02井实施效果对比分析如图13所示。
从图13分析,该井在开井生产前期采油参数偏低,从7~23天供液量较足,但是冲次较低,导致日产量较低,从第24天经过参数调整,产量突然上升,所以生产前期参数不合理,稠油开采吞吐生产新周期开始,要根据动液面及时调整参数,否则会影响整个新周期的总产量和日产量。
从AG-HZ02井在上一周期从开井生产88天,总产量为6209桶,按照GIRSOAL油田最小递减率19%来计算,上周期生产相同时间理论应该生产原油为5029桶,该井经过优化之后从开井至2013年11月18日,累积生产原油12,430桶,同期生产原油增加7401桶,产量同期增加247%。2013年11月原油价格为96美元/桶,创效益:7401 × 96 × 6.2 = 4,405,075 (元),创产值441万元。
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x17_hanspub.png)
Figure 8. Pre-optimization injection flow chart
图8. 优化前注入流程图
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x18_hanspub.png)
Figure 9. Optimized injection flow chart
图9. 优化后注入流程图
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x19_hanspub.png)
Figure 10. Law of production decline of oil field in GIRSOAL
图10. GIRSOAL油田产量递减规律
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x20_hanspub.png)
Figure 11. Comparison of production curve before and after optimization of GIR-A03 well
图11. GIR-A03井优化前后生产曲线对比
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x21_hanspub.png)
Figure 12. Comparison of production curve before and after optimization of H02 well
图12. H02井优化前后生产曲线对比
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x22_hanspub.png)
Figure 13. Comparison of production curve before and after optimization of AG-HZ02 well
图13. AG-HZ02井优化前后生产曲线对比
以上三口井累积原油增产22,414桶,创效益1335万元,两相泡沫工艺在GIRSOAL油田具有很大的潜力,对于该油田提高采收率和提高单井以及整个油田的产量具有很大的工艺技术价值。
3) Jazmin油田现场应用效果分析
氮气、泡沫调剖优化研究之后在现场进行了应用两口井,效果较好,产量为优化之前的5~12倍,产生直接经济效益12,800,000万元。在JAZMIN油田两口井应用效果对比见图14与图15所示。
根据图15-D004井优化前后生产曲线对比分析,优化使用氮气、泡沫调剖之后峰值产油达到170桶/田,为采用调剖之前峰值产油为10桶/田,日产油提高1600%,累计平均日产油80桶/田,产量提高700%;图16-T02井优化前后生产曲线对比,优化应用氮气、泡沫调剖之后峰值日产油达到142桶/天,平均日产油达到100桶,提高700%~500%。两口井累计周期增油达到16,000桶,创效益10,000,000万元。可见两项泡沫工艺在该油田具有广阔的应用前景。
从优化后两相泡沫工艺现场应用至今已经增产超过100万桶,对于哥伦比亚稠油油田的增产稳产提供了可靠的技术支撑和保障。
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x23_hanspub.png)
Figure 14. Comparison of the production curve before and after the profile adjust in Jazmin-D004
图14. JAZMIN-D004井调剖前后生产曲线对比
![](//html.hanspub.org/file/1-2190052x24_hanspub.png)
Figure 15. Comparison of the production curve before and after the profile adjust in Jazmin-T02
图15. JAZMIN-T02调剖前后生产曲线对比
6. 结论
1) 两相泡沫工艺技术在GIRSOAL和JAZMIN油田取得了较好效果,不仅提高了单井产量,而且延长了蒸汽吞吐有效周期,某些井产量甚至超过了投产初期峰值产量,AG-HZ02井本周期峰值产量为344桶/天,而该井生产历史上峰值产量最高为280桶,两相泡沫工艺在GIRSOAL和JAZMIN油田具有很大的应用和推广价值;
2) 同样的氮气、泡沫工艺经过全面的技术优化改进后,都可以提高油田产量和效益,要不断探索和引进各种适合各个油田的先进技术,提高采收率和效益,在稠油开发领域走在技术的前列;
3) 两相氮气、泡沫工艺技术目前适合GIRSOAL油田的大部分井和JAZMIN油田部分井,在少部分井注汽过程中出现了气窜现象,需要引进新的工艺技术防止气窜的发生,进一步大力提高产量和采收率;
4) 一些长期封堵大孔道的工艺技术,如活性凝胶和凝胶颗粒可以适当的引进使用,对可能发生气窜的井进行长期封堵,防止井间窜槽,影响产量和油田效益;
5) 该油田的递减率在30%左右,需要进行加密井的开发方式以弥补产量的自然递减,稠油的递减是很难控制的,所以在浅层稠油开发领域需要不断的进行新技术的开发采取工艺措施弥补稠油的自然递减,用加密井的方式进行油田产量的不断提高都是可行和必要的。