新疆油田浅层超稠油SAGD高效低碳开发技术研究与展望

针对“双碳”目标背景下超稠油开发高能耗与油田高质量发展矛盾日益加剧的问题,新疆油田通过SAGD机理研究与现场实践,在维持蒸汽腔高效扩展,突破储层渗流屏障遮挡,提高浅薄层驱泄复合效率,实现水平井长水平段高效均衡产液等方面持续攻关,取得显著效果。采用气体辅助技术,实现蒸汽腔隔热保压增能,油汽比可提高20%;利用立体井网及储层升级扩容技术,改善Ⅲ类超稠油油藏渗流特征,泄油速度可增大20%~40%;采用全密闭生产方式,VHSD产液温度由100℃上升至150℃,采油速度提高50%;深化热采流量控制器(FCD)机理研究,完善油藏-井筒耦合优化设计方法,水平井水平段动用程度可提高20%。“十四五”期间,新疆油田将深化溶剂辅助SAGD、无水SAGD和控温水热裂解等技术研究,逐步完善浅层超稠油低碳高效开发技术系列,该研究可为稠油油藏开发提供借鉴。

稠油热采井射孔孔眼应力分析及影响因素

针对稠油热采井生产过程中,射孔井段套管频繁出现损伤断裂的问题,基于弹塑性和热力学理论,采用有限元方法建立注汽—焖井—生产过程射孔套管有限元热力学耦合模型,对各阶段射孔套管应力分布特征进行研究,并开展不同射孔参数下射孔套管强度影响规律分析。研究表明:生产过程中射孔孔眼位置出现明显应力集中现象,在温差及内外压差等共同作用下,注采前期套管应力最大可达498.16 MPa,并逐渐产生塑性失效现象,当注采作业完成时,套管塑性失效现象最严重;随着射孔相位角增大,射孔密度对Mises应力值的影响逐渐减小,而套管孔眼最大应力与射孔相位角成反比关系。该研究对延长稠油热采井射孔套管使用年限和保障正常生产作业具有十分重要的意义。

气水两相下降流中泡状流与段塞流转换边界研究

针对塔河油田气水混注驱替“阁楼油”过程中泡状流与段塞流转换边界不清的问题,利用数值模拟方法对气水两相下降流中泡状流与段塞流进行了模拟分析。结果表明:在气相表观流速为0.01~1.00 m/s、液相表观流速为0.03~2.00 m/s、管径为76 mm的模拟条件下,管道中主要为泡状流和段塞流;与模拟结果相比,Barnea、Kokal、薛玉卿模型预测的转换边界偏小,Bhagwat和Yijun模型预测的转换边界偏大;随着气相表观流速增加,泡状流向段塞流转换时所需液量逐渐增大;在低液量条件下,越靠近管道中心,气泡数量越多,空隙率越大;随液量增加,单个小气泡体积减小,气泡在整个管道横截面上分布越均匀。基于漂移模型,考虑气泡群滑脱速度,建立了新的泡状流与段塞流转换边界模型,216组文献数据验证结果显示,新模型准确率为95.37%,准确度较高。建立的泡状流—段塞流转换边界模型,不仅可提高井筒压力、温度模型的计算精度,同时对塔河油田现场注入井井口参数优化、注入设备优选和提高“阁楼油”驱替效率有很好的理论指导意义。

稠油油藏蒸汽-空气复合火驱特征分析及参数优化

针对常规火驱存在热利用率低和高黏油启动慢的问题,以新疆红浅1井区稠油油藏为例,利用数值模拟模型对比了常规火驱和蒸汽-空气复合火驱的驱油特性和燃烧特性,通过对复合火驱各区带的温度、含油饱和度等参数进行分析,探究了蒸汽-空气复合火驱协同增效作用,并对蒸汽-空气复合火驱的注入参数进行了优化。结果表明:提产增效的主要机理是湿蒸汽吸收已燃区中滞留的热量变为过热蒸汽,并被高速流动的空气携带穿过燃烧前缘,使冷油区原油黏度大幅度降低,在提高驱油效率的同时增大了蒸汽冷凝带的宽度、燃烧波及体积和火线推进速度;注入参数的优化能提高复合火驱的开发效果,水气比越大,产能越高,而采用段塞注入会降低产能,为满足经济效益开发,最佳水气比应为3.0×10^(-3)m^(3)/m^(3)左右,最佳注汽段塞间隔应为90~120 d。该研究成果对火驱油藏提高开发效果具有借鉴意义。

微波强化煤层气井压裂开采的物性规律

为探究微波加热对煤岩性能的影响,通过室内实验及数值模拟方法对微波作用下煤岩的升温及致裂规律进行研究。研究表明:煤岩含水率对微波加热效果有直接影响,且岩体内温度的升高速度具有各向异性,导致煤岩各部位受热不均,从而产生热应力;微波功率越大,煤岩破碎越严重,微波作用于压裂后的煤岩,可使人工裂缝进一步扩展;压裂液中的添加剂也具有改善煤岩介电性能的功效,滑溜水压裂液增产效果显著,有望代替KCl活性水对煤层进行高效增产技术改造。在施工初期采用水力压裂技术,使压裂液尽可能充填到裂缝深处,可增强煤层介电性能;在施工后期选用微波加热技术,可强化煤层气开采效果。该研究对煤层气的重复压裂工艺具有重要的参考价值。

一种基于“四区”的低渗透油藏CO_(2)埋存量计算方法及应用

CO_(2)驱油和埋存能有效减少温室气体排放量达到碳中和目标,已有的CO_(2)埋存量计算方法主要针对CO_(2)的静态埋存量进行粗略计算,未考虑实际生产过程中CO_(2)埋存量的变化。针对上述问题,运用CO_(2)溶解、CO_(2)波及体积和驱油机理,将CO_(2)驱油与埋存过程分为气相区、两相或近混相区、扩散区和油相区,并基于“四区法”计算CO_(2)埋存量,得到了不同烃类的注入孔隙体积倍数、注入压力、注气速度下的CO_(2)动态埋存量的变化规律。将研究成果应用于W油田低渗储层,结果表明:注入烃类孔隙体积倍数、压力、注气速度与总埋存量呈正相关性,当压力由12 MPa升至30 MPa,CO_(2)埋存总量增加15.53×10^(4)t;当注气速度由5 t/d增加至30 t/d,峰值CO_(2)埋存总量由3.51×10^(4)t提高至12.62×10^(4)t。研究成果可为同类油藏开展CO_(2)驱油与埋存项目提供新的思路。

低黏原油辅助气体吞吐稠油开采技术室内实验和技术界限

稠油蒸汽吞吐后期及蒸汽驱的油汽比仅为0.1~0.2,能耗大、碳排量高等问题突出,针对该问题,可利用低黏原油辅助气体吞吐的开采方法来改善开发效果。通过室内模拟实验和油藏数值模拟,开展低黏原油辅助气体吞吐开采稠油的机理及油藏适应性研究,制订低黏原油辅助气体吞吐的技术界限。研究表明:低黏原油辅助气体吞吐开采机理主要为稀释降黏、溶解增压、扩大波及范围和乳化相变等作用,带油率(采出稠油与注入低黏原油的体积比)可达到1.00~3.00以上,且能耗低、产水少;低黏原油辅助气体吞吐适合开采普通稠油油藏和特稠油油藏,尤其适合深层、薄互层和小断块稠油油藏。该研究对稠油转换低黏原油辅助气体吞吐开发油藏筛选和工程设计具有指导意义。

松辽盆地北部基岩储层有效性评价技术

针对松辽盆地北部基岩岩性复杂、储层致密、裂缝发育以及储层参数计算精度低、储层有效性评价难等问题,提出“原岩+成分+结构”的三维岩性识别新方法;利用声波-密度交会图计算斜率M,利用中子-密度交会图计算斜率N,建立了基于M、N的变骨架密度有效孔隙度模型;通过研究基岩导电机理,校正裂缝附加导电性,建立了含裂缝储层含气饱和度模型;综合考虑有效孔隙度、次生孔隙度及裂缝发育程度,确定了基岩储层有效厚度标准及有效储层分类标准。应用结果表明:该套技术岩性解释符合率可达87.5%,气层识别符合率达88.5%,孔隙度、饱和度计算精度满足储量规范要求。研究结果可为松辽盆地北部基岩储层地质勘探及储量评价提供技术保障。

基于岩心分析的稠油火驱过程中组分转化路径

针对火驱现场原油组分转化不明确的问题,以新疆油田红浅1井区稠油油藏为例,运用红外光谱和GC-MS方法,结合岩心分析结果与稠油反应机理,认为稠油组分反应变化分为烃类分子氧化、稠油组分化学键断裂和芳环自由基缩合生焦变化。将研究成果应用于稠油组分转化路径的分析,结果表明:低温阶段,稠油组分反应最集中,以缩聚和热裂解反应为主;燃烧阶段,芳环自由基聚合生焦,C-H键断裂加氧形成OH、CHO、CO等官能团;高温氧化阶段,为焦炭和重质组分(胶质、沥青质)的燃烧。研究内容验证了火驱过程中焦炭燃烧使稠油升温降黏、稠油组分转化为焦炭启动燃烧的结论,加深认识火驱过程中燃料形成和转化的意义。

纳米颗粒改变碳酸盐岩凝析气藏储层润湿性评价

为了改变凝析气藏近井储层润湿性,有效解除凝析气反凝析伤害,采用X射线衍射、低温N 2吸附和扫描电子显微镜观测等方法,对氟化SiO 2纳米颗粒结构特征进行了研究,评价了不同矿物含量碳酸盐岩岩心对氟化SiO 2纳米颗粒的吸附程度;通过开展接触角测定、自发渗吸、岩心驱替单相和两相渗流实验,研究了纳米颗粒吸附前后岩石润湿性、自发渗吸效率、单相渗流压差、油气两相相对渗透率曲线以及凝析油采收率的变化。结果显示:氟化SiO 2纳米颗粒形状近似均匀球体,平均颗粒粒径为30.34 nm,平均孔径为20.00 nm;氟化SiO 2纳米颗粒在碳酸盐岩表面的吸附量随孔隙度的增大而增加,但在低渗透岩心中,吸附量和润湿接触角的变化幅度还随方解石含量的增加而增大;纳米颗粒吸附后岩石的油气两相共渗区变宽,等渗点向左上方移动,最大油气相对渗透率均大幅增加,束缚水饱和度和残余油饱和度明显降低;氟化SiO 2纳米颗粒能在约10 min内吸附在岩石表面,将强亲油、强亲水的液体润湿型岩石转变为中间(气体)润湿型,降低孔隙中毛管压力和凝析油渗流阻力,提高气、油两相的相对渗透率,达到解堵提产增效的效果。该研究结果具有极大的现场应用推广价值。

超稠油油藏热化学驱油水渗流特征

针对超稠油油藏热化学驱开发过程中不同温度区域内的油水渗流特征不明的问题,利用微观可视化实验和一维物理模拟实验,定量研究了不同温度下热水和驱油剂对驱油效率的影响及相对渗透率的变化规律,分析了热水和驱油剂驱油的致效机理和交互作用。实验结果表明:温度为70℃时,高温驱油剂驱的油相相对渗透率增大,水相相对渗透率变化较小;温度为150℃时,热水和驱油剂的协同增效作用更显著,热水驱转高温驱油剂驱和直接高温驱油剂驱的油相、水相相对渗透率均明显增大;温度超过200℃后,驱油剂在高温限制下驱油作用减弱,热水对驱油效率的提升大幅增加。研究表明:不同温度下,热水驱和高温驱油剂驱均可提高驱油效率;随着温度升高,热水对提高驱油效率的作用不断增大,驱油剂对驱油效率的贡献先增大后减小;热化学驱通过热水、驱油剂在不同温度区域的接替驱油和协同作用,能够实现超稠油油藏效益开发。该研究可为热化学驱提高超稠油油藏采收率提供参考。

压力对稠油拟组分氧化的影响

为进一步明确稠油火驱过程中的反应动力学行为和产出原油组分变化规律,通过实沸点蒸馏法将新疆红浅1井区稠油划分为不同沸程的拟组分,研究了体系压力对沸程高于350℃的稠油拟组分氧化行为的影响,并在线性升温条件下进行燃烧池实验,研究体系压力对稠油各拟组分与空气反应时的产气体积分数、温度和放热量的变化规律。结果表明:体系压力对低温氧化阶段的加氧反应和脱羧反应有显著影响,且对低沸程拟组分的影响更加明显;沸程为350~420℃的拟组分在体系压力为3.0 MPa时的CO+CO_(2)生成量是其在1.0 MPa时的10倍;高沸程拟组分虽然受体系压力影响较小,但沸程大于500℃的拟组分的放热量可高达12.26 kJ/g;稠油火驱的改质效果取决于重质组分的消耗量和裂解反应。研究结果为火驱过程中稠油组分的缺失情况和油藏温度的合理分析及预测提供了借鉴。

普通稠油降黏复合驱技术研究与矿场试验

针对普通稠油油藏水驱采收率低且热采成本高、碳排放量大的问题,基于春光油田低温高盐储层的流体性质,优选了阴离子型降黏剂和耐盐聚合物,通过室内物理模拟实验,明确了热水驱、单一降黏剂驱、复合驱的降水增油机理;建立了降黏复合驱反应动力学方程,在CMG-STARS软件中开发了降黏复合驱数值模拟方法,并优化了春2单元普通稠油降黏复合驱井网、井距及注采方案。研究结果表明:降黏复合驱可以充分发挥驱替相增黏、被驱替相降黏的加和效应,具有体系用量少、碳排放低、提高采收率幅度大等优势;降黏复合驱适合五点法井网,注采井距应小于200 m,在增稠剂质量分数为0.25%、降黏剂质量分数为0.20%的条件下,最佳注入段塞量为0.5倍孔隙体积,注采比为1.05。矿场实践表明,特高含水后期(含水率96.0%)的油井实施降黏复合驱,含水率降幅达30%以上,日增油5 t/d。研究证实了该项技术矿场应用的可行性,可为改善普通稠油开发效果、实现工业减排提供借鉴。

稠油井内衬保温油管热损失分析及开采参数优化

针对塔河油田稠油开采过程中原油热量损失大、资源浪费的问题,开展内衬保温油管开采技术研究。基于井筒稳态热传递与地层非稳态热传递理论,建立了稠油井井筒热传递数学模型,评价了不同内衬材料油管的保温性能,揭示了含水率、日产液量及内衬保温油管下深对井筒温度的影响规律。研究表明:内衬聚酮防腐层与气凝胶保温层的保温油管保温性能最佳,日产液量和保温油管下深对井口温度影响较大,含水率对井口温度的影响较小;日产液量大于72 t/d且保温油管下深大于3 500 m时,可满足稠油开采的温度要求。该研究明确了内衬保温油管保温的可行性,可为油田保温油管内衬的选材、稠油开采工艺参数的制订提供技术依据。

塔河油田下寒武统烃源岩生排烃史差异演化及成藏效应

针对塔河奥陶系油藏多相态油气富集主控因素认识不清的问题,采用盆地模拟技术再现了塔河油田下寒武统烃源岩热演化史、生烃史及典型剖面油气运聚过程。研究表明:塔河地区下寒武统烃源岩从加里东早期进入成熟阶段,目前处于高成熟—湿气阶段,发育断续埋藏、持续埋藏和长期浅埋藏3种热演化模式,分别对应油气并举双峰型、油强气弱型、单峰型3种生烃模式。烃源岩热演化差异致使奥陶系油气发育多期充注、垂向疏导、侧向调整改造的演化历史,油气相态呈现轻质油藏—中质油藏—重质油藏的有序分布格局。塔河地区不同构造带下寒武统烃源岩热演化具有由北西向南东递增的趋势,与油气相态差异呈现明显的正相关性,体现出“源控”特征,喜山期控制了现今油气藏分布。研究发现,塔河油田盐下、托甫台生烃强度高,喜山期生烃总量相对较大,可作为下一步勘探开发的有利区。研究结果对塔河油田深层油气资源和目标评价有一定指导意义。

川中中台山地区致密砂岩储层层序特征及有利区优选

川中中台山地区须三下亚段(须三下)层序构成差异性明显、河流相砂体横向变化较快,层序地层划分较为困难,进而影响优质储层的识别与刻画。为此,基于测井、录井和地震资料,分析中台山地区须三下层序特征,圈定不同朵页体的分布范围,对储层有利区进行优选。结果表明:川中中台山地区须三下地层沉积继承了须二上亚段的地层特征,为东南高西北低、洼中隆的缓坡古构造背景,共识别出3期层序界面和2期湖泛面;致密砂岩储层矿物组分主要为岩屑和长石,孔隙类型以溶蚀孔隙、微裂缝为主;岩性组合主要有厚层砂岩组合、厚层砂夹薄层泥岩组合和厚层泥夹薄层砂岩组合三大类;结合高产井具有断裂、裂缝、储层发育,位于构造相对高部位的特征,将研究区储层划分为3类有利区。研究成果可为后续的勘探开发提供重要参考和理论支撑。

页岩无机孔和有机孔的渗透率计算方法

针对页岩储层无机孔隙和有机孔隙共存的问题,运用双重连续介质方法,结合油相和水相在页岩无机孔隙和有机孔隙中的润湿性和渗流特征,得到油相和水相在页岩中的渗流数学模型。基于该模型拟合页岩油水自吸实验结果,分别得到了页岩的无机孔渗透率和有机孔渗透率,实现了对页岩储层含油量的准确计算,研究了页岩渗流过程的动态特征和影响规律。结果表明:无机孔渗透率为10^(-8)~10^(-5)D,有机孔渗透率为10^(-10)~10^(-7)D;随无机孔渗透率、有机孔渗透率的增加,页岩自吸速率加快;当有机孔渗透率与无机孔渗透率比值小于10^(-3)时,有机孔渗透率对自吸速率的影响不显著。研究成果对页岩储层渗透率和储量的精细评价具有重要指导意义。

倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率实验及预测方法

准确预测持液率可为井筒中的流型判断和压降预测提供重要依据,段塞流为稠油井筒中最常见流型,井筒高黏流体将加重气液两相滑脱,导致现有持液率模型应用于高黏流体的预测精度变差。为此,基于多相管流实验平台,在内径为60 mm的测试管段内开展段塞流持液率实验,获取了不同黏度、不同倾角段塞流流型及持液率数据,研究了黏度对持液率和流型转变的影响规律,并结合实验现象和理论推导,提出了倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率新模型。研究结果表明:液相黏度的增加,会增加液相与管壁之间的黏滞力,导致持液率增加;黏度对持液率的影响会改变段塞流与其他流型的转变界限。以Kora液塞区持液率关系式为基础,建立了用混相黏度代替液相黏度的倾斜管气液两相段塞流持液率新模型,并利用实验数据和文献数据进行了验证,证实新模型具有更高的精度。该研究可为预测稠油井井筒压降提供技术支持。

地震正演在深水沉积地层研究中的应用

为提升深水沉积地层的地震解释精度和地震数据信息提取能力,通过对带有峡谷的陆坡沉积进行地震正演,分析了浊流和块体搬运主控的沟谷、水道、峡谷的地震反射特征,并在此基础上对水道天然堤复合体进行精细正演。综合分析认为:块体搬运主控沟谷宽深比小且为对称充填状,内部主要为杂乱弱振幅反射;而浊流主控峡谷宽深比大,内部为波状强振幅反射;地层顶底界面夹角越小,真实尖灭点与地震反射尖灭点间的误差越大;水道天然堤复合体厚度变小使得地震反射频率降低,振幅增强;水道饱含水时的振幅强于饱含气时的振幅。由此进一步明确了不同形态属性特征下多类型深水沉积体的地震响应特征,可以有效提高深水沉积地层地震资料综合解释精度。

改进的砂泥岩地层中断裂封闭性评价SGR法及应用

SGR法评价断裂在砂泥岩地层中侧向封闭性时,通常采用统计得到的常数作为下限值,导致评价结果与勘探实践存在着较大的偏差。针对上述问题,采用断裂倾角、断层岩压实成岩时间、目的储层泥质含量和压实成岩时间,确定断裂在砂泥岩地层中侧向封闭所需的最小断层岩泥质含量。研究表明:最小断层泥质含量是基于封闭机理所求的一个变值,解决了SGR法统计采用常数值存在偏差的问题,有效提高了侧向封闭性评价的准确性。将该方法应用于海拉尔盆地贝尔凹陷西部呼和诺尔构造带F3断裂在南二段砂泥岩储层的侧向封闭性评价,获得了测点5、7、8和12—15处F3断裂在南二段砂岩储层内侧向封闭,而其余测点处侧向不封闭的重要认识。该认识与油气主要分布在测点7、8、12、14处的情况吻合。研究成果对含油气盆地砂泥岩地层断层型油气藏分布特征及指明油气勘探方向具有重要借鉴意义。