超稠油区块汽窜研究及对策

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  摘要:对于克拉玛依油田九5区齐古组J3q3超稠油油藏,汽窜是制约生产、影响油藏采出程度的主要矛盾。油藏储层为大孔高渗储层。一旦油井发生汽窜,就会出现油藏受热不均的现象。纵向上表现为单层吸汽,平面上单向或者沿某些方向突进,从而导致蒸汽波及系数减小,驱油效率降低。蒸汽在对油藏加热时在剖面和平面上推进不均,使得热采效果变差,严重时造成油井停抽,影响正常生产。
  关键词:超稠油油藏,汽窜,集团注汽
  中图分类号:G353文献标识码: A
  九5区侏罗系齐古组J3q3超稠油油藏位于克拉玛依市东北约45km处,北与九3、九4区接壤,西南与九1-2区为邻,是九区齐古组稠油开发区的一个分区,构造面积约1.6 km2,在2010年进入加密开发后,由于受油藏物性、井网井距以及注采参数等因素的影响,生产中出现的井间汽窜干扰现象严重,制约了油田的正常生产,本文针对区域内产生的汽窜干扰现象、造成的影响及采取的防治方法进行总结,为同类油藏的开发提供借鉴。
  1、汽窜特点
  1.1汽窜井数逐渐增加
  九5区齐古组J3q3超稠油自2010年加密开发以来,汽窜干扰现象
  伴随着开发的进行呈逐年上升趋势,从2010年8月至2014年8月,九5区J3q3层累计注汽552井次,发生汽窜 246井次,占注汽总井次的44.5%,影响年产量0.22×104t。特别是当油井进入新一轮蒸汽吞吐时。由于汽窜干扰通道已经形成,所以注入蒸汽无法加热油层,而只能沿汽窜通道突进至汽窜井口,严重时导致油井因汽大、温高停抽,而当油井进入中高轮次周期后,相邻油井因物性差异、地层亏空而在注汽时会出现整体胡窜,制约了油田的开发水平。
  1.2汽窜干扰具有低周期、远距离、方向多的特点
  九5区超稠油汽窜在蒸汽吞吐第一周期就出现了,汽窜距离最远达到140米(2个井距),当吞吐油井邻井发生汽窜干扰现象时,汽窜井井口汽窜特征明显,井口压力达到2.5MPa,井口温度达到130℃,汽窜方向最多可达到4个。
  1.3随着汽窜现象的严重,加剧了油藏动用不均的矛盾
   因汽窜出现的热采轮次偏低,平均为2.4轮,油藏动用程度低,吞吐阶段,蒸汽在油藏高渗层内形成汽窜通道后,使油层动用不均矛盾加剧,不利于油田开发效果改善、吞吐阶段采出程度的提高。
  2、汽窜原因分析
  造成生产中频繁出现汽窜的因素包括:油藏的沉积特征、储层的岩性及发育状况;开发时井网、井距、注采参数、吞吐轮次等。
  2.1油藏因素
  2.1.1储层物性,易发生汽窜
  九5区齐古组J3q3层是齐古组内第一个次一级沉积旋回的沉积物。储层受沉积环境及后期成岩作用的影响,储层物性条件最好。
  巖性以浅灰色砂砾岩、中细砂岩及泥质粉砂岩为主。根据岩心铸体薄片资料,储集空间主要为原生粒间孔,主要的孔隙组合类型——粒间孔—粒间溶蚀孔—粒内溶孔主要分布于胶结疏松~中等的中细砂岩、粗砂岩中,砂砾岩厚度占沉积厚度59%,属大容量、高渗透储集层(表1)。当蒸汽吞吐时,是先“吞”后“吐”,液流双向反复,导致砂砾岩结构易被破坏,客观上为汽窜创造了条件。
  表1 九5区J3q3层超稠油油藏物性参数
  层位 沉积厚度
  (m) 砂砾岩厚度
  (m) 砂砾岩比
  (%) 有效厚度
  (m) 平均
  粒径
  (mm) 孔隙度
  (%) 渗透率
  (10-3μm2) 含油面积百分数
  (%)
  J3q2-2-3 14.7 11.3 57 0 2.56 27.7 1137 0
  J3q3-1 14.8 8.6 41 6.39 3.32 29.5 1816 29.7
  J3q3-2 22.2 18.8 77 4.94 1.86 28.0 1319 28.1
  J3q3 36.4 25.9 59 6.12 2.59 28.6 1562 53.6
  2.1.2 储层非均质性强,高渗层易出现单层突进
  储层的渗透率变异系数(Vk)、突进系数(Sk)、级差(Jk)是评价储层非均质性的主要参数。
  渗透率变异系数是指一定井段内各单砂层渗透率的标准偏差与平均值之比,该值越大,非均质性越强;渗透率突进系数指一定井段内渗透率极大值(kmax)与平均值之比,是评价层内非均质的重要参数,变化范围为≥1,数值越小,说明纵向上渗透率变化越小;渗透率级差指一定井段内渗透率最大值与最小值之比,是反映渗透率变化幅度的参数,其变化范围为≥1。数值越大,非均质性越强。根据九5区齐古组J3q3测井解释物性资料统计,目的层平面上的渗透率差异较小,纵向上渗透率差异较大,渗透率在(176.8~3447.7)×10-3μm2,渗透率级差10.8~19.5倍,变异系数0.56~0.63,非均质性较强。(见表2)。由于J3q3层辫状河的沉积特点,平面上河道与心滩、漫滩相的变化导致了各砂体所处的沉积相带不同,决定了层间和层内存在着非渗透的泥岩、砂砾岩隔夹层。对油层起阻流作用且连片分布的有效隔层主要为J3q3-1层与J3q2-2-3层、J3q3-2层与J3q3-1层之间的泥岩隔层,因其无渗透性或渗透性很低,对流体垂向上的流动直接起着阻挡作用,从而降低驱油的波及体积。这些隔夹层的存在加剧了层内层间岩性、物性的非均质性。
  表2 九5区J3q3层超稠油非均质性参数
  层位 φmax(%) φmin(%) φ平均(%) Kmax
  (10-3m2) Kmin
  (10-3m2) K平均
  (10-3m2) 渗透率级差 渗透率变异系数
  J3q2-2-3 34.7 22.5 27.8 3447.7 181.7 1430.3 18.9 0.69
  J3q3-1 34.7 24.0 30.0 3447.7 319.7 2307.0 10.8 0.56
  J3q3-2 34.7 22.5 28.8 3447.7 176.8 1668.0 19.5 0.63
  
  根据同一区域油井吸汽剖面监测资料显示,九5区齐古组J3q3-2小层蒸汽单层突进现象严重,其中个别小层吸汽百分比达到40%以上,根据统计结果,油藏纵向动用程度为42.9%
  2.1开发因素
  2.2.1井网、井距的影响
  九5区齐古组J3q3层超稠油井距设计为70×100m,由于是在原先J3q2层井网基础上部署的,将原先部分合采的油井J3q3层封堵,而且很多新井采用定向井技术,造成很多井网、井距不规范,同时,齐古组井距最小只有23m,增加了层间窜扰的几率。
  2.2.2注汽轮次的影响
  随着吞吐轮次的增加,采出程度逐渐提高,油井动用的半径逐渐扩大,同时增加了汽窜可能性,在几轮过后,由于注入蒸汽使得在生产井附近有大量的存水,地层的存水率升高。而当邻井注汽时,若形成高渗汽窜通道,当蒸汽到达生产井时,蒸汽所携带的原油驱动是生产井井筒附近的可动水,根据相渗曲线,此时很快就会达到束缚水饱和度,初期表现为生产井含水上升快。当进入高轮次后,邻井注汽,蒸汽会沿着汽窜通道直接窜入生产井内,造成井口温度升高,压力升高而无产量的现象。
  2.2.3注汽参数的影响
  由于九5区齐古组J3q3层,油层破裂压力在5.9~7.3MPa,初期注汽速度过快或者注汽强度过高,容易导致油层憋压,油井注汽首轮平均注汽压力为7.4MPa,最高达到10.28MPa,超过了油层破裂压力,加快了汽窜的发生。热利用率逐渐下降。
  注汽速度过快易导致汽窜的发生,在吞吐初期,受油层各小层吸汽能力的限制,若注汽速度过高,不但起不到充分加热油层的作用,反而会使得与射孔层段对应的吸汽能低的油层憋压严重,导致油层出现裂缝,形成汽窜。前两轮的注汽速度达到200t/d,注汽强度达到33t/d·ha。
  3 针对汽窜采取的措施
  3.1选层注汽
  九5区齐古组J3q3层间非均质性强,渗透率极差最高可达到48倍,导致油层在纵向上吸汽状况极不均衡,个别的高渗层段易发生汽窜,因此在注汽时,对比射孔层段所对应油层的渗透率和纵向上渗透率极差范围,来选择两用泵注汽时管脚位置,避免高渗层段和其它层段在同时被射开时进行同注,尽量减少小层间的渗透率极差。
  3.2优化注汽参数
  注采参数对超稠油蒸汽吞吐的影响主要是注汽强度和注汽速度,吞吐阶段随注汽强度和注汽速度的增加单井周期产量增加,但增加到一定程度后,产量增幅减少甚至降低,表明蒸汽进入油层后,注汽强度和注汽速度高,将影响到井底注入蒸汽的质量即井底蒸汽干度,注汽速度越高,井筒热损失越小,井底蒸汽质量越高。从现场实际研究结果看,超稠油吞吐的不同阶段具有不同的最佳的注汽效果,该区第一轮注汽强度以120t/m为佳,一轮注汽以后注汽速度应该提高以配合加热半径的扩大,第二轮至第六轮注汽强度以120t/m、130 t/m、140 t/m、150 t/m、160 t/m、160 t/m为宜,但注汽速度受注汽压力、油藏压力和油层性质的限制,一般而言,蒸汽吞吐的注汽压力应当控制在破裂压力以内。超高压力注汽将导致油层压裂,形成蒸汽窜流和指进,在吞吐过程中,窜流到井间的蒸汽热量将散热到隔夹层和顶底盖层,降低吞吐阶段的热能利用率,影响热采效果,亦或造成蒸汽沿高渗透带突破,发生频繁汽窜,影响效果,当注汽速度大于180t/d后,累积产油量不再增加。九5区齐古组J3q3层现场实际注汽速度在115t/d~240t/d之间,虽然提高注汽速度可以减少热损失,提高热利用率,但注汽速度过大,地层容易破裂造成汽窜。综合考虑该区J3q3层直井注汽速度以160t/d~180t/d为宜。
  3.3组合式吞吐
  组合式蒸汽吞吐是指在蒸汽吞吐阶段,一定区域内,多口井按照设计的排列组合进行蒸汽吞吐来改善热采开发效果的方式,九5区齐古组J3q3层超稠油实施组合式吞吐的方式主要有:同注同、采一炉多挂、集团注汽等,这些方法的原理就是通过协调炉线进行相对集中的注汽,改善平面油藏温度场、压力场、剩余油饱和度场的分布,通过平衡地层的压力来达到抑制汽窜的目的,同时提高油层注入蒸汽的利用率,改善油井的生产效果。
  如九5区齐古组J3q3层东部, 2013年投产有12口井,主要以吞吐注汽生产,在新井投产第一轮便出现井间汽窜干扰,被迫关井,影响了新井开井时率和产量,对汽窜严重的油井实施组合式注汽、集团注汽后,变“防治汽窜为利用汽窜”的有效手段,汽窜影响明显减弱。单井周期产油量较上一轮上升了62.2吨。(图1)考虑稠油递减影响,递减率为-18.8%,周期产油量达到2000吨左右。
  
  
  
  
  
  
  
  集團式注汽主要是针对同一开发层位、吞吐周期、采出程度
  图1九5区东部组合式吞吐效果柱状图
  相同或相近,汽窜较为严重的油井,同时注汽利用形成的汽窜通道来加热油层,提高油层平面动用程度。吞吐周期产油量对比上轮明显增加,油汽比上升,主要应用于多向汽窜的油井,由于根据汽窜情况配注汽量缺乏依据,加上区域油井粘度高,汽窜方向和程度也不确定,故采取组合式注汽会出现个别单井不受效或汽窜后个别井高含水,当地层存水升高,吞吐效果逐渐变差。
  3.4调剖封窜
  对转驱后的超稠油区域采取化学高温封堵技术,是通过注入封窜剂,形成蒸汽泡沫相,降低蒸汽的流度,来封堵已经形成蒸汽汽窜通道的高渗透层,提高蒸汽波及体积,调整吸汽剖面,同时封堵剂作为一种表面活性剂,能降低油水界面张力,提高洗油效率,对九5区超稠油区域2010年10月先后转驱的6个井组在转驱后间注调控阶段于2014年7月底实施调剖封窜,3口井注汽压力升高,增油185.5吨。
  3.5辅助注CO2技术
  辅助注CO2技术是对油井进入中高轮次生产后,向地层注入蒸汽辅以CO2,依靠CO2的相似相融原理,在油层内形成段塞流,改变了油水流度比,更好的起到助排、调剖,补充地层能量的作用,在九5区实施一井次,对比实施前含水下降,周期生产天数延长,生产效果得以改善,对比上轮自喷天数增加了2.2天,自喷液量增加了19吨,排液量有所提高。后期可以考虑对汽窜密集区域采取组合式吞吐注CO2实验,在降低注汽速度、注汽压力的同时增加焖井天数,使得油层充分加热,更多CO2的溶于原油中。
  3.6现场管理
  在注汽井注汽时,密切关注附近生产井的动态变化,若有异常现象,将邻井的套管放空闸门关严,若有异常现象,及时分析原因,一旦发现有汽窜迹象,立即停生产井,等注汽井停注并焖开生产后4-5天,观察压力、温度的变化,再复开生产井,这样做的目的是使得注汽热量能够回流,减少热损失。
  D956165出现汽窜迹象时,立即停井6天,复开后,液量、含水仍然很高,又改为停抽喷、间抽,待 D956166启抽后2天,D956165温度降为30℃,含水由90%降为60%。
  4结论
  4.1九5区齐古组J3q3层非均质性强,地层胶结疏松,主要与沉积相有关、原油粘度高,以及注采参数不合理、井网井距不规则,是造成汽窜的主要原因。
  4.2汽窜可以通过优化射孔层段,在转轮注汽时采用封隔器座封高渗层段;进一步的探索组合式吞吐的组合模式,对区域内相邻发生过汽窜的油井依据射孔层位、原油物性和进行组合,同时对高渗层、汽窜层位进行封堵。
  4.3在吞吐阶段,由于初期汽窜严重,随着开发时间的延长,汽窜现象日趋严重,吞吐效果变差,寻找合适的转驱时机进行转汽驱生产也是改善汽窜的途径之一。
  4.4对超稠油提高采收率技术进行研究和探索,摸索出更多超稠油良性的开发途径。
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