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火烧驱油技术因其具有注剂(空气)成本低、适用油藏范围广、原油采收率高等优势而受到广泛重视。特别是在能源需求日益强劲的情况下,火驱技术是一种具有战略意义的稠油开发接替技术。本论文以胜利油田郑408块火驱先导试验井组为原型,开展了水敏性稠油油藏火烧驱油机理研究,并将研究成果应用于矿场动态评价和油藏管理。
利用研制的新型一维火驱物理模型,开展了系列室内实验。首先,系统研究了水敏性稠油火驱前后岩石矿物组分和原油组分及物性的变化规律。指出火驱后地层岩石中具有较强水敏性的粘土矿物含量下降,岩石矿物有重量损失,这会使孔隙空间加大,有利于地层渗流;然后,通过平行实验,证明注气强度是火驱过程中的核心控制变量,注气强度决定了火驱前缘的推进速度、燃烧带的平均峰值温度以及燃烧充分程度;最后通过对一维火驱过程中区带热力学特征的研究,将火驱地层从注气井到生产井依次划分为己燃区、火墙、气垫、油墙、原始含油区五个区带。火驱过程可以认为是火墙通过气垫推动油墙的过程,油墙是地层中压降的集中消耗带。
在火驱相似理论研究基础上,研发了新型三维火驱物理模型系统。应用该系统,针对郑408块火驱先导试验井组,开展了室内跟踪模拟实验。研究表明,在常规直井井网面积火驱条件下,火驱前缘在地层中存在较明显的重力超覆;通过注气井和生产井的选择性射孔,可以在一定程度上减少和遏制重力超覆现象;通过生产井的产出流体流量的控制和调整,可以改变火驱前缘在平面上的展布方向和范围;在油层底部引入水平生产井后,可以实现火驱辅助重力泄油,并有效克服油墙的不利影响。
综合应用物理模拟、数值模拟和动态监测成果对郑408块火驱先导试验井组进行跟踪分析和评价,认为目前地层燃烧状态基本正常,但注气速度偏小、燃烧带前缘推进速度较慢。地层的驱油机理是烟道气驱,高饱和度地层水被就地蒸发形成的蒸汽驱在目前只起辅助作用。地层存在高含油饱和度的油墙,注气压力难以逾越油墙传递到生产井,致使产量较低。随着火驱前缘的进一步推进,单井产量有望获得提升。
本论文的研究成果,不仅对水敏性油藏的火驱开发具有理论意义,同时也可以为地下原油粘度较高的稠油油藏火驱开发提供借鉴。