（石油与天然气工程专业论文）杜229块超稠油蒸汽吞吐井间汽窜的影响及对策.pdf

杜2 2 9 块超稠油蒸汽吞吐井问汽窜的影响及对策 陈刚( 石油与天然气工程) 指导老师：李淑霞 摘要 本文从杜2 2 9 断块油藏储层特征、原油物性、蒸汽热力学物理特 征等方面论述了超稠油油藏蒸汽吞吐阶段井问汽窜机理。通过对该块 七年开发历程的跟踪及开发数据的分析，对油藏的汽窜规律给出了初 步认识，列举了汽窜的危害和油井处在不同吞吐时期汽窜对油井生产 的不同影响，并结合生产实际逐一提出了预防措施，这些措旌在现场 实施后都取得了较好的效果。同时在开发过程中也发现，油井到中、 高轮以后，汽窜带来的影响并不完全是负面的，部分油井有不同程度 的增油现象，针对这一现象，应用蒸汽辅助重力泄油理论( s a g d ) 理 论，创新的提出并试验了利用汽窜改善油井吞吐效果及以井组为单元 中心井注汽周围井采油的“一注多采”措施，初步讨论利用井问汽窜 实施。一注多采”的机理，措施取得了较好效果，为杜2 2 9 块超稠油 开发方式转换，实现区块二次开发，探索了新的途径。 关键词：超稠油，汽窜，防窜措施，组合式吞吐，一注多采 t h ei n f l u e n c ea n dc o u n t e r m e a s u r e so fs t e a m c h a n n e l i n gb e t w e e no i lw e l l so fu l t r ah e a v y o i ls t e a ms o a ki nd u2 2 9b l o c k c h e n g a n g ( p e t r o l e u ma n dn a t u r a lg a se n g i n e e r i n g ) d i s s c r t a t i o nu l t r a v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rl is h t t x i a a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h es t e a mc h a n n e l i n gm e c h a n i s mo fu l t r ah e a v yo i lw a s e x p a t i a t e db r i e f l y b ym e a n so ft h et r a c k i n go fd u2 2 9b l o c k s7y e a r s e x p l o i t a t i o nc o u r s e ，t h es t e a mc h a n n e l i n go r d e r l i n e s so fp e t r o l e u md e p o s i t w e r eg i v e np r i m a r i l y , t h ev a r i e t yh u r to fs t e a mc h a n n e l i n gw e r ec i t e d t h e a n t i - s t e a mc h a n n e l i n gm e t h o dw a sg i v e na s s o c i a t ew i 也t h ep r o d u c t i o n s i t u a t i o n a n dt h er e s u nt h a tt h em e a s u r ec a r r i e so u to nl o c a t i o nw a sg i v e n t o o d u r i n gt h ee x p l o i t a t i o np r o c e d u r e ，i tw a sf o u n dt h a tw h e nt h eo i lw e l l s e n t e ri n t ot h em i d d l i n ga n da l t i t u d et i m e so fr o t a t i o np h a s e ，t h ee f f e c tt h a t w a sc o m ei n t ob e i n gb ys t e a mc h a n n e l i n gi sn o ta l lb a d , s o m eo i lw e l l s o u t p u tw e r ei n c r e a s e di nd i f f e r e n td e g r e e a i ma tt h i sp h e n o m e n o n , t h e “o n e - w e l l 画e c t i o na n dm u l t i - w e up r o d u c t i o n t e c h n i q u ew e r e 口a o p t e d , a n dt h er e l e v a n tm e c h a n i s mw e r ep u ti np r a c t i c ea c c o r d i n gt ot h et h e o r yo f s t e a mc h a n n e l i n gb e t w e e no i lw e l l s ，t h eb e t t e rr e s u l tw e r eo b t a i n e du s i n g t h em e a s u r 它t h a te x c e e d e dt h es t e p o ft h e q u e s t , c o n v e r t e d t h e d e v e l o p m e n tm e t h o df o rt h ed u2 2 9b l o c ko f u l t r ah e a v y o i l k e y w o r d s ：u l t r ah e a v yo i l - s t e a mc h a n n e l i n g , a n t i s t e a mc h a n n e l i n g , o n e - w e l li n j c c t i o na n dm u l t i - w e l lp r o d u c t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 l , 1 ) j n 以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 签名：口7 年岁月2 2e t 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 r 保密论 学生签名： 导师签名： 此规定) 矽矿7 年f 月谚日 刁年多月形日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第一章前言 第一章前言 按照我国对稠油的分类标准，原油在油层条件下，其粘度在 5 0 一1 0 0 0 0 m p a s 称为普通稠油：粘度在1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 m p a s 称为特稠油； 粘度 5 0 0 0 0 d p a s 称为超稠油。在油层条件下，普通稠油可以流动， 特稠油流动较困难，超稠油基本不能流动。辽河油田曙光油区兴隆台 超稠油油藏埋藏深( 油层中深9 5 0 ) 、原油粘度高、油藏压力高，在 5 0 下、地面脱气粘度高达5 4 - 2 0 x1 0 m p a s ( 油藏平均温度4 5 ) ， 远远高于国外同类油藏卜2 x1 0 4m p a s 的数值。2 0 时的密度平均大 于1 o g c m 。目前这种性质的油藏初期只能以蒸汽吞吐开发为主，由 于油品性质以及采收率的问题，开发井网的井距较小，一般在5 0 - 1 0 0 m 之间，开发过程中汽窜频繁发生，这成为影响开发效果的重要因素之 一a 1 1 研究的目的和意义 目前世界常规石油储量仅有1 万亿桶可供开采，而稠油与沥青的 资源总量却超过5 万亿桶。近年来，稠油技术开发研究已经取得了巨 大进步，在目前常规石油供应紧张、油价走高的情况下，投资稠油技 术将有很大的潜在利润空间。 由于油层物性，原油物性及井距等原因，稠油热采开发，在蒸汽 吞吐阶段井间汽窜是不可避免的发生。它是制约采出程度的主要矛盾 之一。汽窜与油层动用不均是相辅相成的，并且它能加大动用不均的 程度，降低开发效果，制约采出程度提高，并且给油井实际生产带来 一系列的问题。因此，展开超稠油井井间汽窜的研究，分析原理、撑 握其规律，找到有效解决的办法，以便趋利避害改善油井吞吐效果、 中国石油大学( 华东) 硕士论文第一章前言 提高开发水平，追求利益最大化。 1 2 国内外研究现状及评述 同等埋深和粘度的稠油，国外还未进行工业开采，稠油大国加拿 大，开发的大多也只是卜2x1 0 4 m p a s ，再高的也仅仅是接近5 1 0 4 t d p a s 的特稠油，且埋深在7 0 0 以内。目前国外较为先进的稠油开 采技术是“蒸汽辅助重力泄油”，这项技术早在1 9 7 8 年由罗杰巴特勒 博士提出的，最初的概念是基于注水采盐的原理，后来将这一原理用 于注蒸汽热采过程中就产生了重力泄油的概念。重力泄油三个条件之 一就是有热连通，类似于蒸汽吞吐过程中产生的汽窜通道。1 。 国内同等条件的油藏，形成较大规模的也仅有辽河油田的曙光油 区。 1 9 9 6 年凌建军等在蒸汽吞吐阶段的“汽窜”现象实质研究中 提出汽窜的实质是热水窜，井口见蒸汽只是热水“闪蒸”造成的假象。 2 0 0 2 年，张勇等人在杜8 4 断块超稠油蒸汽吞吐汽窜机理分析 及防窜措施初探中提出超稠油油藏汽窜的机理，主要是储层物性和 开发因素决定，但没有提到原油物性和蒸汽特性。文中也给出了预防 汽窜的措施，分、选注，高温调剖，多井整体吞吐等，但只是笼统的 给出，没有分析措施的针对性。 2 0 0 2 年，杨德清等人在曙一区超稠油蒸汽吞吐油层纵向动用程 度分析中提出超稠油油藏纵向上动用程度受蒸汽重力分异作用影响 大。并给出大量实测吸汽剖面以及井温剖面的实例证明。 2 0 0 4 年，孙旭东等人在p 一注多采”技术在辽河油田超稠油油 藏中的应用提出高轮低效井可以采用。一注多采”方式改善吞吐效 果，并在杜8 4 断块超稠油油藏试验三个井组的“一注多采”，初步取 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第一章前言 得成功。 1 3 研究内容与方法 因为超稠油开发还是近些年的事，由国内外研究状况可知，对于 超稠油汽窜的研究还是笼统的、片面的，并没有一分为二的看问题， 即便是机理上，认识也是初步的。基于以上所述，本论文的研究内容 包括以下两个部分： l 、汽窜机理与规律研究：本文主要从总结杜2 2 9 块地质特征认识 入手，通过对比杜2 2 9 块七年开发历程的跟踪，探讨认识超稠油汽窜 机理，总结认识汽窜规律。 2 、汽窜危害及防治措施：从汽窜表现特征入手，详细总结汽窜对 吞吐效果及生产管理的影响，进而提出减缓汽窜、治理汽窜及利用汽 窜改善开发效果的具体措施和做法，探讨注汽方式，为下一步开发方 式转换提供依据。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第二章区块概况 第二章区块概况 2 1 地质概况 杜2 2 9 断块位于辽宁省盘锦市西约3 0 公里处的躇一油区，构造上 位于辽河断陷西部凹陷西斜坡中段。开发目的层为兴隆台油层组的超 稠油油层。 图2 - 1 杜2 2 9 断块兴隆台油层兴组底构造图 杜2 2 9 断块兴隆台油层总体上表现为一轴向东西，向东倾伏的断 鼻构造，四周为断层所围限，地层倾角3 。1 0 4 ，见图2 - i 。该块兴 隆台油层自上而下划分为兴i 六个油层组，其中兴i 组为水层。 兴隆台油层主要分为浊流沉积和扇三角洲沉积两大体系。 兴v i 组沉积时期，受强烈沉积地质背景的控制，水体较深，同时 由于地处湖盆边缘，物源近而充足，沉积了一套水下浊积扇辫状沟道 为主的厚层块状粗碎屑浊积砂体。水下浊积扇一般划分为三个驻相七 个微相，本层组只发育两个亚相和五个微相，即：辫状沟道、沟道侧 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第二章区块概况 缘、辫状沟道间、沟问洼地、深湖泥。 兴i v 组沉积时期，受构造影响，北部的杜3 2 同生断层强烈活 动，水体扩大，沉积了一套以扇三角洲前缘分流河道砂为主的中厚层 块状砂体，内部可划分为扇三角洲水下分流河道微相、分流间浅滩微 相、分流间薄层砂微相、分流问洼地微相及河口坝微相。 受杜8 4 和杜3 2 两大水系影响，物源来自北西方向，骨架砂体顺 沉积方向呈指状分布，总体为由北西向南东展布的扇形体。该储层岩 石碎屑颗粒较粗，兴v i 组最粗。粒度中值为0 5 1 m ，兴i v 组最细， 粒度中值为0 2 m m ，其他油层组在0 2 7 m 0 3 8 r a m 之间。分选程度兴 v i 组最差，分选系数2 2 4 ，其他层组分选系数在1 6 8 1 8 4 之间。 储层岩性较租，分选中等，有效孔隙度2 8 2 9 6 3 3 1 7 ，渗透率9 8 8 5 4 2 1 3 3 1 0 。l im 2 ，属大孔、高渗储层。 纵向上储层是由多个不同时间单元的砂体迭加而成，各个不同岩 性砂体抗压程度不同，沉积相带不同及泥质含量的差异等因素的影响， 致使该储层物性在纵向上存在差异。基本上是随着埋深的增加储层物 性逐渐变差。储层物性在平面上的变化与砂体的几何形态及沉积相带 的平面展布相吻合，总体上由北西向南东物性逐渐变差。北西部位砂 体厚度大，物性好，渗透率i 0 0 0 2 0 0 0 x 1 0 4 ”m 2 ，孔隙度2 5 一3 0 。而 在砂体发育较差的南东部位物性相对较差，渗透率5 0 0 1 0 0 0 1 0 4 p m 2 ，孔隙度1 5 _ 2 5 。 各油层组的渗透率在平面上均以高渗区为主，占断块区总面积的 7 0 8 5 ，平面上集中连片。其次为中低渗透区，占断块区总面积的5 2 5 ，主要呈条带状分布在南东部位的零星小断块。分布面积最小的特 高渗区在全区呈土豆状零散分布。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第二章区块概况 根据原油全分析结果统计，杜2 2 9 块兴隆台油层原油具有“四高 一低”的特点。密度大，2 0 1 2 时的密度平均大于1 o g c m 3 , 原油粘度 高，5 0 时的粘度平均7 3 9 1 0 4 m p a s ；胶质+ 沥青质含量高，平均在 5 5 以上；凝固点偏高，凝固点平均在2 0 c 2 5 c ；含蜡量低，平均在 2 。按稠油分类标准，属于超稠油油藏。纵向上各油组的原油性质 没有明显差别。 原油族组份分析结果表明，该原油饱和烃含量在2 6 左右，菲烃 含量高达2 6 3 3 。该原油粘度对温度敏感性较强，随温度升高原油 枯度下降快，其拐点温度在6 0 。c 7 0 。 据实测资料分析杜2 2 9 块兴隆台油层地温梯度为4 3 1 1 0 0m ， 折算油层中深9 4 5 m 时，折算地层温度为4 5 2 ；实测压力系数为 1 0 1 2 折算油层中深9 4 5 m 时，压力为9 5 6 m p a 。 总体上杜2 2 9 块兴隆台储层具有近物源、快速沉积、胶结松散的 沉积特点。属大孔、高渗油藏。原油在油层条件下不具备流动能力。 2 2 开发概况 杜2 2 9 块自1 9 9 8 年3 月投入试采，2 0 0 0 年进入全面开发，杜2 2 9 块的新井投产主要集中在1 9 9 8 年2 0 0 0 年，分为三批投产，总计投产 油井总数2 9 6 口。根据油层发育状况，在油层比较发育( 有效厚度6 0 m 以上) 的地区采用二套开发层系l o o m 井距正方形井网部署，其它地区 一套层系开发，7 0m 井距正方形井网部署。随着新井陆续投产，生产 规模逐步扩大，年产油量由t 9 9 8 年的8 6 1 0 4 t ，上升到2 0 0 1 年的8 3 2 x l o t ，超稠油开发具有上产快、稳产时间短、递减快的特点，到2 0 0 2 年，分三批投产的油井全部进入产量大幅度递减阶段，开发效果逐步 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第二章区块概况 变差，年产降至6 5 l o * t ，2 0 0 5 年只有3 5 1 0 4 t 。 截至2 0 0 5 年底，累计吞吐3 7 0 3 井次，累注汽7 7 3 5 3 x1 0 4 t ，累 产油3 8 5 9 1x 0 4 t ，累产液9 9 4 8 7 xl o t ，累油汽比0 。5 0 ，累回采水 率7 8 7 ，累采注比1 2 9 。地质储量采出程度1 8 7 2 乡6 ，可采储量的 采出程度7 9 9 ，地质储量采油速度1 4 8 。区块进入中后期开发。 ( 1 ) 周期阅吞吐规律 由于比普通稠油原油粘度更高，流动性能更差，其开采规律及生 产特点均有别于普通稠油，总体上呈现“两短，两低、一高”的特点， 即生产周期短、稳产期短，周期产油量低、油汽比低，回采水率高。 扶图2 - 2 油并吞畦规律上可以看出：i - 3 轮为油并的增产阶段，局羯生 产天数也仅有2 0 - 5 0 d ，3 - 7 轮为油井的稳产阶段，周期生产天数延长 到7 0 9 0 d ，7 轮以后为油井的递减阶段，周期生产天数可达1 2 0 1 5 0 d ， 周期产涵、油汽比下降叭1 。 2 3t5 7 0ml l1 2珏 轮赢 臣2 2杜2 2 9 块油井周期吞吐规律 周期平均累积回采水率为8 2 ，平均单井地下存水达3 3 2 4 m 3 。 回采承率高于辽河油田其它稠油区块近l o 个百分点这主要是因为超 穰油粘度高，可流动湿度高，注入油层的蒸汽主要用来加热近并地带 7 晰晰栅拼蛳晰晰褂狮。 一1 ) 暑k 耳一 中国石油大学( 华东) 硕士论文第二章区块概况 油层，蒸汽波及体积有限，使蒸汽大部分在近井周围的油层中凝结成 水，当油井生产时加热的原油和部分蒸汽冷凝水一起被采出，使超稠 油的回采水率较高。 从图上也能看出，8 1 2 轮，周期产油量降低幅度并不大，基本保 持平稳。这是因为高轮后为了弥补递减加大了蒸汽注入量和措施投入， 措旌增油量增加。2 0 0 1 年措施增油量占总产量的1 5 2 ，2 0 0 2 年占 2 5 8 ，2 0 0 3 年占2 5 8 ，2 0 0 4 年占2 7 8 ，2 0 0 5 年占3 0 。1 2 轮以后周期产油量和油汽比均迅速下降。措施投入大，也进一步导致 高轮后吨油成本增加。 ( 2 ) 周期内吞吐规律 周期内日产油曲线呈抛物线型。蒸汽吞吐开采初期排水期短 3 - 7 d ，日产油量较高，一般在2 0 3 0 t d ，最高可达6 0 t d ，但高峰产 油期短，日产油递减快，一至五周期日产油高峰期仅为2 0 3 0 d ，五周 期以后，随着近井地带含水饱和度的升高，排水期可延长至3 0 - 4 0 d ， 油层能量的衰竭，日产油峰值降低，一般在1 5 2 0 t d ，高峰期延迟， 到达高峰期的生产时间由前五周期的l o d 左右延至5 0 d 左右。 ( 3 ) 主要开发矛盾 到2 0 0 5 年底，油井已平均吞吐1 2 5 轮，暴露的开发矛盾主要有 以下个方面： 油井进入高轮递减阶段，吞吐效果变差。 油井出砂严重。 井下技术状况复杂。 汽窜频繁且关系复杂。 主要表现在：1 ) 目前单井平均汽窜次数已达4 5 次，并且有过汽 s 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第二章区块概况 窜历史的油井占到了总油并数的9 1 6 ；2 ) 汽窜方向由单向转化为多 向，一口井汽窜方向最多可达8 个，而且井间互窜也较严重，最高可 达1 0 次。 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第三章超稠油汽窜机理及规律 第三章超稠油汽窜机理及规律 3 1 超稠油汽窜的表现 对于“汽窜”，到目前为止，还没有人正式定义过它的概念，但 目前一般是这样理解的，稠油油藏蒸汽吞吐开发阶段，油井在注蒸汽 以及焖井过程中注入的流体对相邻同层位油井产生的干扰现象。从油 井生产现场来看，发生“汽窜”通常可以通过以下几方面现象来判断： 相邻并注汽时，生产井产液量增加，井口温度上升，动液面上 升 汽窜严重时，相邻井注汽，生产井产水量急剧增加，含水接近 1 0 0 ，并伴有一定蒸汽。 注汽井注汽压力突然下降 汽窜对于生产井来说是有外来能量补充，且它的载体是水，液量 增加、液面上升、含水上升是很正常和容易理解的，这里需要特殊说 明的是井口温度变化，油井发生汽窜的初期，井口温度并不都是上升 的：邻井注汽时，生产井产液量、动液面及含水均上升，明显为汽窜 显示，但有部分井的井口温度却先下降，这是因为超稠油生产的特殊 性，井间有前几轮甚至第一轮注汽时残留未能回采的冷凝水，温度要 低于近井带的流体，邻井注汽汽窜时，若先沟通这部分井间水，并推 动使之流入井筒，这时井口产出液的温度要下降，当汽窜进一步加剧， 蒸汽或热水前缘达到生产井，产出液温度才会急剧上升。 实际生产中只从温度上判断油井是否被汽窜是很难的，因为井口 产出液温度受产液量影响很大，当油井改变生产制度、控制套管气压 力、碰泵甚至蹩泵都会引起产液量变化，一般来讲其它条件不变，油 中国石油大学( 华东) 硕士论文第三章超稠油汽窜机理及规律 井产液量上升时，井口湿度也会随之升。另外还发现，有部分油井在 周期生产末期，含水会突然上升，甚至达到1 0 0 ，但没有其它汽窜显 示，周围更没有井注汽，这是因为一个吞吐周期内地层和其中的流体 是一个缓慢的降温过程，末期时，两者温度降到7 0 c 以下，原油逐渐 失去流动能力，但生产压差还存在，此时水相就会在压差的作用下与 油相产生“滑脱”现象，继续向井简运移，也就出现了油井末期产水 的现象，但这一般发生在中低轮次，轮次升高后，地层温度即使在末 期也会在1 4 0 - 1 5 0 甚至1 8 0 以上( 有井温测试资料) ，这种现象就 基本消失。 现场上往往采用低速注汽的方法来减缓汽窜，采用提前关并的方 法来制止汽窜，采用封堵技术来抑制汽窜。实际上，要治理汽窜以致 与利用汽窜服务生产，这就有必要研究蒸汽吞吐阶段汽窜现象的实质。 为此，先要了解饱和蒸汽的特性。 3 2 饱和蒸汽的特性 3 2 1 温度压力特征 现场锅炉产出的蒸汽均是具有一定干度的饱和湿蒸汽，进入地层 之后或从生产井产出时，只要有蒸汽存在的地方总是有相同温度的热 水与之共存，也就是说在蒸汽吞吐过程中所提到的蒸汽都是饱和蒸汽 ( 有时叫湿蒸汽) 。饱和蒸汽的压力p a 与温度t a 有一一对应关系“1 。 表3 - 1t a 与p a 的对应关系 t a 1 0 0 01 1 0 01 2 0 01 4 0 01 9 0 02 6 0 0 p a m p a0 1 0 0 00 1 4 3 30 1 9 8 5o 3 6 1 41 2 2 5 34 6 9 4 0 3 2 2 潜热特征和闪蒸现象 中国石油大学( 华东) 硕士论文第三章超稠油汽窜机理及规律 水之所以被选作热载体的主要原因是水蒸汽具有很高的潜热值， 并且潜热和显热在定条件下可以相互转换。为了提高注汽井井口蒸 汽干度，现场通过采用节流装置提高锅炉的工作压力，使锅炉出口形 成一定干度的高温高压饱和蒸汽，节流降压之后，饱和温度也随之降 低，部分显热能量转换为蒸汽的潜热，从而达到提高干度的目的( 在 此过程中发生了显热向潜热的转换) 。高压反应釜内的水加热到1 2 0 ， 如果釜内绝对压力大于0 2 m p a ，此时呈现水态；如果釜内压力突然放 空，则有蒸汽闪蒸出来，残留在釜内的水温迅速降到1 0 0 ( 2 。在蒸汽吞 吐过程中经常出现以下情况：一种是在生产井井底附近发生，这是 由于井底附近的流动阻力大，压力迅速降低，一旦热水的温度高于该 压力对应的饱和蒸汽温度时，便会在井筒边出现蒸汽闪蒸；由于流 动阻力和液柱的作用，井筒压力自下而上迅速降低，一旦热水的温度 高于该压力对应的饱和蒸汽温度时，便会在井筒边出现蒸汽闪蒸“。 3 3 超稠油汽窜的实质 在认识到饱和蒸汽的特征后，从实质上分析。汽窜是由以下三种 形式构成的： 蒸汽窜。由于油井井距较小，油井投产时间不一，其地下亏空 和地层压力出现差异，井间的高渗层在较大压差作用下容易形成蒸汽 汽窜通道，导致汽窜。 热水窜。在超稠油吞吐过程中，除个别生产井形成蒸汽指进造 成真正的汽窜外，大部分汽窜的发生都是一种假象。现场汽窜多发生 在多周期吞吐，在某个方向上的井与井之间可能形成了高含水热通道， 此时从注汽井注入的蒸汽冷凝成热水发生粘性指进，即热水很快窜到 生产井，现场示踪剂试验也证明了这一点。当热水采出后，在温度达 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第三章超稠油汽窜机理及规律 到1 0 0 以上时，则可从井口见到闪蒸出来的蒸汽。 压力传导 注汽井的蒸汽和热水没有指进到生产井，而是井间的流体被注入 的蒸汽和热水驱动达到生产井被采出，此时并不是真正意义上的汽窜， 只是注入井流体压力传导到生产井。由于邻井注汽，压力通过高渗透 层传导过来，导致本井生产压差增加，油井产液量增加，含水并不大 幅上升甚至短期内不变。这种情况下如不采取措施，接下来就可能发 生前两种情况“”。 3 4 汽窜产生的原因 杜2 2 9 兴隆台油层由于原油粘度高，流动性能差，注入蒸汽首先 在并底形成一个高压类球状体，当蒸汽继续注入时球状体压力继续 升高，高压区的蒸汽必然在地层最薄弱处形成蒸汽突进，而这个薄弱 区就是储层物性最好，渗透率最高的地层。蒸汽突破后形成条带状蒸 汽流，经过多次注汽，随着采出程度的提高，条带状蒸汽流越来越发 育，当相邻两井管流连通，就会导致汽窜发生。 3 4 1 油层物性好，易发生窜流 油层的非均质性是造成油井汽窜的根本因素之一。在地质概况中 叙述到，投入开发的兴i i 一兴v 油层组，沉积了一套以扇三角洲前缘 分流河道砂为主的中厚层块状砂体，内部可划分为扇三角洲水下分流 河道微相、分流间浅滩微相、分流间薄层砂微相、分流间洼地微相及 河口坝微相。通过对不同沉积微相储层物性的研究，发现不同微相储 层物性有一定差异，水下分流河道和河口砂坝储层物性最好，辫状沟 道次之阿。 纵向上储层是由多个不同时间单元的砂体迭加而成，各个不同岩 中国石油大学( 华东) 硕士论文第三章超稠油汽窜机理及规律 性砂体抗压程度不同，沉积相带不同及泥质含量的差异等因素的影响， 致使该储层物性在纵向上存在差异。由测井解释和岩芯分析表明，杜 2 2 9 断块兴隆台油层组基本上是随着埋深的增加储层物性逐渐变差。层 间非均质性较严重，突进系数平均2 0 1 ，变异系数平均0 7 0 ，级差为 1 7 5 ，属不均匀型。 根据渗流理论，渗透率越高注入流体越容易发生窜流，造成了油 层纵向和平面上吸汽存在差异性，从而导致油井汽窜发生几率增加。 3 4 2 原油粘度高，易发生指进现象 杜2 2 9 断块兴隆台油层原油5 0 时地面脱气粘度为 7 3 9 x 1 0 4 m p a s ，1 0 0 时也高达8 0 0 - 1 5 0 0 m p a s ，而该块原始地层温度 为4 5 ( 2 ，原油在油层条件下不具备流动能力。注入油层蒸汽和热水的 粘度要远远小于这一数值，在高压差作用下产生严重的粘性指进现象， 若指进达到生产井动用区域，即而发生汽窜。 该块北部和南部均为7 0 m 井距，5 0 c 时地面脱气粘度南部为 5 2 x 1 0 4 m p a s ，北部为1 2 4 x 1 0 4 m p a s ，据统计结果，北部油井汽窜比 率比南部高1 5 个百分点。 3 4 3 蒸汽吞吐生产特点诱发汽窜的发生 开发井距小 杜2 2 9 块兴隆台油层中间主体部位部署1 0 0 米井距、两套层系开 发，其余为1 0 0 米和7 0 米合采区，井距较小。在断块北部统计1 9 9 8 2 0 0 1 年的3 4 1 次汽窜中，7 0 米井距互窜井次最多，有1 5 1 井次，见表3 一l 。 若按井数比例统计，7 0 米井距井汽窜比率高达1 1 5 。特别是随着吞吐 轮次的增高，油井动用半径变大，增加了油井汽窜机率。 表3 1杜2 2 9 断块汽窜井井距统计表 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第三章超稠油汽窜机理及规律 井距m汽窜井故备注 7 0 i5 i i。， 1 0 01 2 6 弋夕钐j 1 4 04 ll m 1 5 81 3， 2 0 0l 口 0 0 0 0 台计 3 4 i 超破裂压力注汽是油井早期汽窜的关键因素 超破裂压力注汽是指注入流体压力大于地层所能承受的压力，使 油层破裂产生微裂缝。注蒸汽时，蒸汽注入微裂缝，在注入量充足的 情况下蒸汽沿微裂缝被推至邻井，造成汽窜。根据地层破裂压力公式 可计算兴隆台油层的破裂压力“1 。 p _ - - - - 0 0 2 2 3 x a x a + ( 1 0 3 一a ) p 式中：h 一油层埋深，兴隆台取值9 4 5 m ( 油层中深) ； a 一油层压裂系数，取值0 4 4 3 5 ； p 。一原始地层压力。兴隆台取值7 6 m p a 。 计算结果：杜2 2 9 块兴隆台油层破裂压力为1 3 8 m p a 。虽然兴隆 台油层在投产初期采用了低排量注汽( 小锅炉5 - 7 t h ) ，但由于油品性 质的关系，油层开发初期吸汽能力较差，l 、2 轮平均注汽压力在1 5 m p a 以上，均高于破裂压力，有的甚至达到1 7 m p a ，虽不会形成稳定的长裂 缝，也会在近井带、在一定时间内形成微小裂缝甚至中长裂缝，若这 些裂缝再与高渗通道相互沟通，将大大增加汽窜的机会。 投产批次、采出程度高影响 在杜2 2 9 断块北部，1 9 9 7 年部署了兴组油井4 9 口，井距1 0 0 i n ， 1 9 9 9 年又在井间布加密井2 8 口，使兴组井距变成7 0 m ，而此时，原 中国石油大学( 华东) 硕士论文第三章超稠油汽窜机理及规律 4 9 口井平均吞吐6 轮、单井累产油8 5 0 0 t ，油井注汽压力已由首轮的 1 6 m p a 降至i o m p a 。加密井投产后，首轮注汽压力1 1 5 1 3 m p a ，因加 密井为高压区，与原1 9 9 7 年井汽窜严重，出现注汽时一窜2 甚至一窜 4 的现象，这部分井的汽窜比率高达2 1 0 ，由此导致吞吐效果极差， 周期产油量仅有9 7 年井的4 0 。分析认为投产时间较早的区域，采出 程度高，地下亏空大，注采严重不平衡，井底压力低，与周围后期投 产邻井的井底压力差较大，邻井注汽，蒸汽易由高压区向低压区突进， 造成汽窜。 蒸汽上浮 由于湿蒸汽的上浮现象，造成射孔井段上部的油层易被加热，吸 汽好于中部和底部油层，从而上部油层吸汽强度要远远大于全井的平 均值，易发生汽窜。从高温四参数测试( 吸汽剖面) 资料统计来看，大 部分油井是上面1 3 油层动用好、中间1 3 动用中等，下面的油层动 用最差。即使是单一的油层，蒸汽也会沿油层顶部吸入。下面是受蒸 汽上浮影响并实测的吸汽剖面，如图3 - 1 。 图3 - 1杜3 2 - 4 5 - 4 5 井1 、4 、5 轮吸汽剖面 图3 - 1 显示的是杜3 2 - 4 5 4 5 的实测吸汽剖面，可以看出随着轮 1 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第三章超稠油汽窜机理及规律 次的增加，位于顶部渗透率并不高的1 5 号小层每米吸汽量由l 轮的 0 1 7 t h m 分别升到了4 轮时的0 5 1 t h m 和5 轮时的0 7 9 t h m ，相 反，位于底部的1 8 和2 1 号小层，渗透率均高于1 5 号层，但每米吸汽 量却却随轮次的增高逐渐下降。充分展示了蒸汽超覆对油井纵向动用 程度的影响。由此也说明，油井一旦出现动用不均的现象应及时治理， 否则后果只能是越来越严重。 3 5 超稠油汽窜规律及认识 杜2 2 9 断块兴隆台油层1 9 9 7 年正式开发，区块主体部位按1 0 0 米井距部署了上下两套井网，边部为7 0 米合采区。至2 0 0 4 年1 2 月， 投产油井2 9 9 口，累注汽3 3 1 4 井次，发生汽窜1 3 9 5 井次，占注汽总 井次的4 2 ，在2 0 0 1 - 0 2 年，这一比率甚至高达6 4 。 井距小易发生汽窜 前文在汽窜原因中已经提到，7 0 m 井距井汽窜比率最高，以下依 次是l o o m 、1 4 0 m 、1 5 8 m 、2 0 0 m 。从汽窜时注汽井的注汽天数和注汽量 也反应了类似的结果：7 0 m 井互窜时，注汽并平均注汽4 8 天、注汽量 1 1 1 6 t ；l o o m 井互窜时，注汽井平均注汽5 6 天、注汽量1 3 3 5 t ；1 4 0 m 井互窜时，注汽井平均注汽6 4 天、注汽量1 4 8 8 t 采出程度低的井易窜采出程度高井 采出程度低的井，井底附近油层压力要远比采出程度高的井高， 注入能量自然会往低压区扩散。在前文汽窜原因中也有提到，1 9 9 7 年 投产5 - - 6 轮的l o o m 井距井，加密成7 0 m 后，加密井对于老井是处在 采出程度较低的区域，换而言之油层压力较高，与老井汽窜比率高达 2 1 0 而老井注汽时，基本不窜加密后的新井1 。 汽窜半径随着吞吐周期的增加不断扩大 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第三章超稠油汽窜机理及规律 由于井距小，且油层为高孔高渗，开发初期就有汽窜发生，并随 着轮次的升高，油井动用半径增大，局部或某个方向两口井的动用半 径彼此沟通几率增加，相互问汽窜几率也随之上升，见图3 - 2 。 1 0 0 30 x 。6 0 苎4 0 婴2 0 0 一 嘏 7 2 竹 善 7 l 一 8 2酗 善 匿震 ；函酉国国 蓁 囊圈 i j ； 萋 爹 l 鬈 雾 蓦 魏鬟蘸 l234567891 0 轮次 图3 - 2杜2 2 9 断块汽窜井比率随轮次变化 随轮次的升高汽窜井口特征表现减轻 随着吞吐次的升高，油井采出程度增高、近井带亏空较大，地层 印 。4 0 蓑2 0 o i 5 6弱 5 l j ， 目审届高界丌向1 且抛 囵囵函圈函函函函函函茜 i23456789l ol l 轮次 图3 - 3杜2 2 9 断块汽窜井汽窜后井口含水随轮次变化图 温度升高，地下流体的含水升高、粘度下降，此时被窜后，粘性 指进现象变弱，压力传导增强，被窜井井口含水变化减小。见图3 3 。 被窜井有增产现象，且被窜井在低部位的效果略好 在可对比的井次中，有5 7 是低部位井窜高部位井，被窜井产油 量与不汽窜时基本持平，有4 3 是高部位井窜低部位井，被窜井产油量 比不汽窜时增加1 7 8 t 。 1 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第三章超稠油汽窜机理及规律 生产井处在不同生产时期，被窜后差别较大 在油井实际生产中人为的将每周期分成三个阶段；刚下泵生产、 高产液( q 3 5 t ) 、高含水( f w 7 0 9 5 ) 阶段称为生产初期，接近周期末、 低产液( q 1 5 t ) 、低含水( 佃 4 0 ) 阶段称为生产末期，这两个阶段 之间称为生产中期。 在生产中发现，在不同生产时期油井被汽窜，对油并吞吐效果影 响差别很大。见表3 2 。生产初期被汽窜，生产井效果最差，末期被汽 窜，生产井效果最好 衰争2 油井不同时期被汽窜后对产液量影响 不同时期被窜可对比井次被窜井多产水t被窜井多产油t 生产初期 7 93 7 1- 2 2 1 生产中期 6 94 9 9屹l 生产末期8 58 3 73 7 2 油井在生产初期，近井带( 油井动用半径之内) 是相对高压区， 且井简周围以水相为主，油井处于排水期，此时油井被窜，相当于这 个周期加大了部分注汽量，而生产事实证明，注汽参数包括注汽量是 有一定界限的，一味加大注汽量，不会对油井生产效果有所改善，相 反会增加油井排期。 油井在生产末期，近井带( 油井动用半径之内) 是低压区，生产 压差极小，井口产油量在废弃产量左右浮动，基本相当于本周期已经 结束；此时油井被窜后，得到外来能量补充。相当于进行下轮吞吐， 所以会适量增加产油量。 1 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第四章汽窜的危害及防治措旖 第四章汽窜的危害及防治措施 4 1 汽窜的危害 油井发生汽窜后，主要的危害是吞吐效果变差，不仅发生在注汽 井，也发生在被窜井。另一个危害就是造成被窜井出砂，这也是诱发 油井套管变形的主要原因之一。 4 1 1 油并吞吐效果变差 统计杜2 2 9 块北部1 9 9 8 - - 2 0 0 1 可对比的3 0 5 井次中，注汽井有 1 6 0 井次明显致使油井周期产量下降，累计减产5 9 3x1 0 t ，被窜井 有1 4 3 井次，累计减产3 8 3 x1 0 t 直接经济损失高达9 6 7 1 0 万元。 油井间互相汽窜能造成这么大的危害，主要原因有以下两点： 油层纵向及平面上动用不均 油井发生汽窜后，被窜井相对于注汽井来说是低压区，由于超稠 油粘度高的特性，一旦汽窜形成，蒸汽就会沿汽窜通道推向被窜井的 低压区，注汽井控制的油层吸汽量减少或基本不吸汽，吞吐效果变差。 5 6 4 8 图4 - 1杜3 2 - 5 8 - 5 0 井汽窜示意图 杜3 2 5 8 5 0 第一轮注汽，生产正常，第二轮，注汽压力平均下 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第四章汽窜的危害及防治措施 降4 5m p a ，与老并杜3 2 - 5 6 - 4 8 ( 已吞吐7 轮) 并汽窜，见图4 1 。 周期产油量降至3 4 2 t ，油汽比也由一轮的0 6 5 降至0 1 8 。第三轮实 旌高温调剖措施治理后，与周围井没有发生汽窜关系，平均注汽压力 上升了4 9m p a ，周期产量增加2 4 4 t 、油汽比升至0 5 1 ，见图4 - 2 。 这是一口典型的平面单向汽窜井，若不及时采取措施，第三轮汽窜将 会更严重，油井吞吐效果也会更差。汽窜通道被堵塞后，平面上动用 变得均匀，对后续蒸汽吞吐起到了预防汽窜的作用。 图4 - 2杜3 2 5 8 5 0 井高温调剖前后效果对比 注入热量损失 油井发生汽窜后，因为注入的蒸汽量不变，波及体积并没有减小， 只是因为扫油面积增大，使有效加热体积减小，同时向地层散热表面 积也增大，这就造成热能利用率低，从而影响油井的吞吐效果。 4 1 2 加剧油井出砂 由于汽窜是沿离渗通道快速指进或锥进，它对油层的扰动作用是 很强的，被窜井产液量又骤增，生产压差增大，容易导致油井出砂。 统计全区的油井，共有7 9 井次出砂与汽窜有直接关系，而且汽窜砂造 成的后果，比一般出砂井要严重，往往是卡生产管柱，抽油杆不能正 常从油管中提出，有的甚至要上大修解决。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第四章汽窜的危害及防治措施 杜3 2 5 5 - 3 9 井第1 1 轮生产，先后被邻井杜3 2 5 5 4 1 、5 3 3 9 、 5 4 4 0 汽窜。除第三口井与之为7 0 m 井距外，另外两口均为l o o m ，这 3 次汽窜井口参数变化也不相同。见图4 3 ，但造成的后果是一至的， 杜3 2 - 5 5 - 3 9 井3 次卡井停产、倒扣起管杆，分别冲砂近6 0 m 。 图4 _ 3杜3 2 - 5 5 - 3 9 井被窜后出砂情沉 4 2 汽窜防治措施 从前文的分析可知，井距、油藏物性、原油物性、蒸汽物性是造 成汽窜最根本的原因，而它的内在实质，就是纵向和平面上动用不均。 在井距、油藏物性等不可改变的情况下，治理汽窜的措旆就是从改善 油层动用均质程度入手。 4 2 1 组合式吞吐技术 组合式蒸汽吞吐基本概念为在蒸汽吞吐开发单元中，多口井按优 选设计的排列组合进行有序蒸汽吞吐或单井在吞吐注汽过程中通过添 加其它辅助注剂来达到改善开发效果的方式。组合式蒸汽吞吐划分为 整体蒸汽吞吐、一注多采、三元复合吞吐以及间歇吞吐等四种方式。 目前该技术在辽河油田不同类型稠油油藏的开发中得到不同程度的应 中国石油大学( 华东) 硕士论文第四章汽窜的危害及防治措施 用，现场应用结果表明：对于适宜的油藏可延长2 4 个吞吐周期，提 高吞吐阶段采收率2 3 个百分点。 4 2 l 1 多井整体蒸汽吞吐 油井进入高轮生产后( 大于7 轮) ，汽窜相关井增多、汽窜关系 复杂，对于某单井采取措施已不能解决实际问题，措施效果较差、经 济上不适用。为此，我们借鉴稀油面积注水，派生了井组整体注汽技 术。 多井整体吞吐，就是集中多台注汽锅炉，对同一区域生产同层位 有汽窜关系的多口油井同时注汽，利用注汽压力互相抑制汽窜，这种 注汽方式能集中建立井组的温场和压力场，提高蒸汽加热油层的有效 体积，减少了热能散失量，从而提高蒸汽吞吐的开发效果。 整体蒸汽吞吐技术实施之前，首先进行了数模研究。根据汽窜分 布状况及其特点，建立了一个汽窜井组模型嘲。在吞吐4 个周期后， 分别模拟了采取常规注汽方式和面积组合注汽方式对后续周期蒸汽吞 吐效果的影响( 图4 - 4 、4 - 5 ) 。模拟结果表明，采取常规注汽方式， 平均单井泄油范围仅0 2 7 h a ，5 - 7 周期泄油范围仅增加0 1 3 h a ，熟损 失率达4 1 5 ；采取整体蒸汽吞吐注汽方式后，泄油范围增加到 0 3 8 h a ，5 - 7 周期增加了0 2 4 h a ，热损失下降到3 1 4 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文 第四章汽窜的危害及防治措施 图4 - 4 常规注汽方式平均吞吐7 周期含油饱和度分布图 i - - e 膏 市丑遗， j - - - m 无 ， 图4 - 5 常规注汽方式平均吞吐7 周期含油饱和度分布图 分析整体蒸汽吞吐技术防窜