韓 竹

(東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院，黑龍江大慶 163318)

W8塊屬于深層稠油、特稠油油藏，其中東三段為W8塊主力層段之一，儲層為三角洲前緣亞相沉積物，油藏埋深1 240～1 430 m，屬中孔隙度、中高滲透率儲層，原油屬稠油，密度高，黏度大。20 ℃原油密度為0.98～0.99 g/cm3，50 ℃地面脫氣原油黏度為23.1 Pa·s，主要采用蒸汽吞吐與蒸汽驅(qū)等稠油熱采技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，隨著吞吐輪次升高，油藏剩余油飽和度下降，油藏驅(qū)動能量衰竭，地層壓力下降，平均油汽比僅0.2，注汽效率嚴(yán)重下降，繼續(xù)應(yīng)用常規(guī)蒸汽吞吐技術(shù)，無法保證區(qū)塊穩(wěn)產(chǎn)與開發(fā)效益。為緩和油藏開發(fā)矛盾，改善W8塊東三段蒸汽吞吐開發(fā)效果，我們開展注空氣輔助吞吐技術(shù)的研究，并進(jìn)行1井次現(xiàn)場試驗(yàn)，取得了良好的增油降水效果。

1 蒸汽吞吐開發(fā)存在問題

長期注蒸汽開發(fā)后，含水率平均達(dá)90.4%，注汽后穩(wěn)產(chǎn)周期縮短，油汽比顯著降低，通過對剩余油性質(zhì)，油藏壓力及油氣運(yùn)移規(guī)律等開發(fā)動態(tài)特征進(jìn)行分析，蒸汽吞吐開發(fā)存在下列問題。

1)剩余油重質(zhì)成分上升，黏度增大。目前蒸汽吞吐輪次已平均達(dá)12輪，原油輕質(zhì)成分多數(shù)被采出，剩余油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)成分增加，50℃地面脫氣原油黏度由 23.1 Pa·s上升至37.7 Pa·s，開采難度增大。

2)地層壓力下降，開發(fā)能量不足。蒸汽吞吐是一種不斷消耗地層能量的降壓開采方式［1］，W8塊已經(jīng)累計開發(fā)20 a，地層壓力由12.6 MPa下降至3.1 MPa，2014年初生產(chǎn)壓差降低至0.9 MPa，開發(fā)能量逐漸衰竭，地下原油難以驅(qū)動。

3)儲層動用不均，注汽波及系數(shù)難以擴(kuò)大。由于東三段油層厚度大，層內(nèi)層間非均質(zhì)性強(qiáng)，且反韻律油藏注汽易導(dǎo)致蒸汽超覆現(xiàn)象［2］，吸汽剖面、井溫測試資料顯示，油層上部動用程度遠(yuǎn)高于下部，由于注汽壓力低，蒸汽易沿上部高滲層推進(jìn)，造成下部剩余油難以有效受熱，注汽波及效果難以改善。

2 注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)

2.1 注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)增油機(jī)理

注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)，是在注蒸汽前注入一定量的空氣及催化劑，使注入的空氣在催化劑作用下與原油發(fā)生反應(yīng)，使原油膠質(zhì)、瀝青質(zhì)裂解為短鏈烴類，并生成二氧化碳，原油黏度降低，同時消耗氧氣，保證注空氣安全生產(chǎn)。主要增油機(jī)理包括:

1)注入的氧氣在高價金屬離子催化劑作用下，與原油發(fā)生氧化裂解反應(yīng)，引起稠環(huán)芳香烴轉(zhuǎn)化為芳香基多元酸［3］或碳鏈更短的烴類，降低原油黏度，弱化原油在儲層上的吸附作用，降低油水界面張力，提高原油滲流能力，改善后續(xù)蒸汽驅(qū)油效果。

2)氧氣與原油反應(yīng)生成的CO2及醛、酮、羧酸等極性含氧化合物，可作為天然表面活性劑，與原油、水混合后，生成水包油型混合物，降低原油黏度。

3)原油裂解后，相對分子質(zhì)量降低，相同溫度下，原油的飽和蒸氣壓升高，利于彌補(bǔ)油藏虧空，補(bǔ)充地層能量，增加生產(chǎn)壓差，有利于原油驅(qū)動。

4)空氣中大量的氮?dú)猓哂休^強(qiáng)的壓縮性，且氮?dú)饷芏鹊?，不易溶于水，可有效補(bǔ)充地層能量，氮?dú)馀c原油具有較低的表面張力［4］，能進(jìn)入水無法進(jìn)入的孔隙，部分氮?dú)馊苡谠椭行纬膳菽?，可降低原油黏度?/p>

5)氮?dú)鈱?dǎo)熱系數(shù)低，抑制蒸汽熱量傳入上下圍巖，能提高注入蒸汽的熱效率。

2.2 注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)可行性分析

開展注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)要求油藏具備一定的條件［5］，主要包括:油藏厚度、溫度、傾角及注氣壓力等，擬開展井區(qū)W8塊東三段，平均油藏厚度 13.5 m，平均孔隙度 0.25，平均滲透率1 250 ×10－3μm2，井間無氣竄，地層傾角 3°，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量33.56%，均滿足注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)要求，但油藏溫度為55℃，相對較低，但后續(xù)注入高溫蒸汽可使油藏溫度提高至100～130℃，因此，完全符合注空氣開發(fā)油藏條件。

3 注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)的研究與參數(shù)設(shè)計

3.1 注入段塞設(shè)計

注空氣輔助蒸汽吞吐試驗(yàn)設(shè)計為3個段塞，段塞種類及目的見表1。

表1 注空氣輔助蒸汽吞吐注入段塞設(shè)計

3.2 催化劑配方選擇

為篩選與W8塊原油配伍性且催化性能良好的催化劑，利用W8塊原油與3種催化劑(有機(jī)復(fù)合鎳 ONi－1、ONi－2、有機(jī)復(fù)合鋅 OZn －1)，借鑒王煥梅等［6］研究稠油注空氣催化氧化的實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行高溫原油注空氣催化氧化實(shí)驗(yàn)，催化劑加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)均為 0.4%，反應(yīng)溫度100℃，考察不同催化劑條件下原油酸值和尾氣含氧量分別與反應(yīng)時間的關(guān)系，結(jié)果見圖1和圖2。在相同時間內(nèi)，加入一定量催化劑，可提高反應(yīng)后原油酸值并降低尾氣含氧濃度，說明催化劑可明顯提高原油氧化反應(yīng)速率。結(jié)果表明，有機(jī)復(fù)合鎳催化效果優(yōu)于有機(jī)復(fù)合鋅，且ONi－2效果優(yōu)于ONi－1，選擇ONi－2型有機(jī)復(fù)合鎳催化劑作為現(xiàn)場應(yīng)用催化劑，加量以0.4%為宜。

圖1 不同催化劑下反應(yīng)后原油酸值變化曲線

圖2 不同催化劑下反應(yīng)后尾氣含氧量變化曲線

3.3 現(xiàn)場注入?yún)?shù)與關(guān)井時間控制

按每注入100 t蒸汽對應(yīng)注入空氣(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同)6 000 m3進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)設(shè)計蒸汽注入量3 000 t，設(shè)計注入空氣總量為18×104m3，注氣壓力控制在15 MPa以下;按照每10 000 m3空氣對應(yīng)0.2 t催化劑計算，設(shè)計催化劑用量為3.6 t，為保證氧氣與原油催化氧化反應(yīng)充分，注蒸汽完畢后關(guān)井72 h恢復(fù)生產(chǎn)。

4 現(xiàn)場試驗(yàn)及效果

4.1 注氣壓力的變化

將3.6 t催化劑與0.6 t減阻劑配制成180 m3混合液(催化劑加量2.0%)，通入油管注入，注入速度20 m3/h;注入空氣18×104m3，注氣速度控制在450～500 m3/h;注入蒸汽3 000 t;關(guān)井72 h恢復(fù)生產(chǎn)，W8－1井不同輪次注氣壓力的變化見圖3。蒸汽吞吐第14輪，通過注入空氣后，W8－1井注氣壓力達(dá)12.3 MPa，較上輪升高1.6 MPa，說明注入空氣較好的補(bǔ)充地層能量，能實(shí)現(xiàn)調(diào)整吸氣剖面，促進(jìn)注入蒸汽擴(kuò)大波及體積。

圖3 W8－1井不同輪次注氣壓力變化曲線

4.2 增油效果

W8－1井第14輪進(jìn)行注空氣輔助蒸汽吞吐試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。階段生產(chǎn)669 d，階段產(chǎn)油1 075 t，階段油汽比 0.33，對比上周期(第 13輪)，累計增油743 t，含水量下降3.5%，延長周期生產(chǎn)日期超過300 d，見到較好的增油降水效果。

圖4 W8－1井各周期日產(chǎn)油量變化曲線

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過實(shí)施注空氣輔助吞吐措施，預(yù)計W8－1井本周期結(jié)束產(chǎn)量可達(dá)1 200 t，油汽比0.36，創(chuàng)效29萬元，投入產(chǎn)出比1∶2.1，與第9輪前效果相當(dāng)。在W8塊與W8－1井情況類似，具有一定剩余油，但注氣輪次高，生產(chǎn)效率低的井，還有120口，亟需通過新技術(shù)的應(yīng)用，改善開發(fā)效果。因此，注空氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)，具有良好的應(yīng)用前景。

5 結(jié)論

1)W8塊經(jīng)過多輪次吞吐后，注蒸汽開發(fā)效率下降，地層虧空嚴(yán)重，注空氣輔助吞吐技術(shù)可明顯改善蒸汽吞吐開發(fā)效果，提高油藏采收率。

2)使用加量0.4%的催化劑ONi－2，能顯著提高空氣與原油的氧化裂解反應(yīng)速率，120 h后原油酸值可提高至10.03 mgKOH/g，尾氣氧含量達(dá) 8.1%。

3)現(xiàn)場試驗(yàn)井W8－1井注空氣后，注蒸汽壓力上升1.6 MPa，周期累計增油743 t，取得了良好的試驗(yàn)效果，說明注空氣輔助吞吐技術(shù)在稠油油藏開發(fā)后期具有較大的應(yīng)用空間。

4)開展低成本催化劑體系優(yōu)選與施工安全風(fēng)險控制技術(shù)研究，降低應(yīng)用成本，提高現(xiàn)場應(yīng)用安全性。

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