火驅空氣流向監(jiān)測方法的研究

火驅空氣流向監(jiān)測方法的研究

汾河油區(qū)的du66塊是斷鼻結構的最高點。埋深1.116m158m，原始層壓力10.82mpa，油藏溫度42.3。原油黏度1360mPa·s,原油密度0.968g/cm3。1985年之前利用自然能量采油,1987年進入全面蒸汽吞吐熱采,截至2005年平均吞吐周期8.7周期,井組采出程度15.25%。2005年首次在Du66北塊進行了火燒油層先導試驗,先后實施了16個井組的先導試驗,取得了明顯的增油效果。從試驗現(xiàn)場的生產數(shù)據(jù)來看,一線井在大量排放廢氣(火驅產生的殘余氣體,主要含有N2、CO2、CO和少量O2)的同時,遠處的二線井和三線井也有大量廢氣排出。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),火驅階段氣竄嚴重的生產井大多可以追溯出蒸汽汽竄的井史。蒸汽吞吐后造成氣體優(yōu)勢通道在火驅過程中氣竄規(guī)律更為復雜,如此復雜的連通關系勢必會對火線均勻推進產生負面效應。另外,蒸汽吞吐階段的殘余熱可能會對火驅產生正向影響,但是沒有相關觀測數(shù)據(jù),示蹤劑是最為經濟有效的監(jiān)測氣體走向方法。火驅是一項蒸汽吞吐后提高稠油油藏采收率重要措施。在我國的遼河、勝利、新疆和吉林等油田都在進行廣泛的現(xiàn)場試驗,已經形成了實驗分析、數(shù)值模擬、效果預測和動態(tài)分析等系列技術。氣竄是火驅過程中面臨的主要問題,正確判斷氣竄方向和燃燒前緣位置是掌握火驅動態(tài)調整火驅政策的重要依據(jù)。準確客觀地掌握氣竄及地下燃燒狀態(tài)需要根據(jù)火驅特點借助油藏監(jiān)測方法取得地下信息,王史文等在勝利油田火驅試驗中嘗試應用示蹤劑監(jiān)測氣竄,闡述了示蹤劑的篩選和施工辦法,但是缺少監(jiān)測數(shù)據(jù)結合火驅動態(tài)的綜合分析與深入挖掘。筆者研究發(fā)現(xiàn),全井組便宜簡便的示蹤劑監(jiān)測可以確切得知地下氣體竄進方向并能結合生產動態(tài)數(shù)據(jù)準確計算火驅前緣位置。1非燃燒氣體試樣的篩選因為氣體可以隨注入空氣分配到各生產井,氣體是最佳候選示蹤劑種類?；痱屖聚檮┖Y選應該結合火燒油層的特點,要求該氣體示蹤劑不參與火驅前緣的反應,檢測方便,無毒,無腐蝕性、吸附量低的非燃燒氣體。經過篩選后選用了一種在500℃下化學性質穩(wěn)定氣體,其最低檢測濃度可達10—12mg/L,不溶于水。由于火驅高溫特性,氣體示蹤計的要求要著重評價其穩(wěn)定性和地層吸附性。1.1氣體示蹤劑穩(wěn)定性測試為了考查該氣體示蹤計的穩(wěn)定性,在火驅溫度(300℃)對其進行穩(wěn)定性測試,測試時間持續(xù)10d,在不同時間點用氣相色譜儀通過檢測氣體積分數(shù)來考察其穩(wěn)定性,結果顯示300℃下10d內仍有98%性質穩(wěn)定(圖2),適合做氣體示蹤劑。1.2氣體示蹤劑吸附性能用石英砂與火驅試驗區(qū)含油污泥配置成典型砂巖樣品,將砂巖樣品填入高壓氣瓶,設置油浴溫度為200℃并將氣瓶置于油浴內,通氣體示蹤劑100mL后充分振蕩,靜置1h后測試其回收率為98.5%。氣瓶中僅填充石英砂以考查其對示蹤劑吸附性能,同樣實驗條件下測試示蹤劑回收率為98.5%。從吸附實驗結果看,該氣體示蹤劑在火驅典型砂巖樣品中吸附較少,可以看成是不參加反應、不吸附的惰性氣體。示蹤劑穩(wěn)定性和吸附性實驗表明,該氣體示蹤劑在高溫狀態(tài)性質穩(wěn)定,地層吸附量低,是理想的火驅示蹤劑,基于以上分析,Du66火驅試驗區(qū)采用此氣體進行火驅注氣的監(jiān)測。2監(jiān)控器監(jiān)測火災擠出試驗的應用2.1氣體樣的取樣由于氣體的流度較大,故氣體在油藏中的運移速度比液體要快得多,突破時間很短,因此氣體示蹤劑的取樣頻率比水溶性示蹤劑要高,注入后要立即在對應監(jiān)測井取樣,每天2~3個樣。取樣周期為1~3個月,峰值過后,應繼續(xù)取樣一段時間后再停止。2.2標準工作曲線方程的建立和檢驗在現(xiàn)場監(jiān)測樣品中示蹤劑濃度大致為10-9~10-10g/L,對已知標準物質用色譜儀器檢測,根據(jù)檢測到的積分數(shù)據(jù)與標準物質含量繪制出標準工作曲線,并回歸出標準工作曲線方程。在檢測實際樣品時,根據(jù)檢測到峰面積積分數(shù)據(jù)在工作曲線上查出示蹤劑在樣品中含量或根據(jù)回歸出標準工作曲線方程計算出示蹤劑在樣品中含量。參考火驅試驗區(qū)典型的反9點井網和100m井距計算,最后確定單井每次注入氣體示蹤劑200kg。2.3火炬驅油氣竄方向監(jiān)測分析火驅試驗區(qū)位于油藏的西北部油層發(fā)育高部位,儲層呈現(xiàn)典型的薄互層特點,火驅層位是上層系的下部,先期六個井組成功實施點火。為了檢驗氣體示蹤劑的性能,在試驗區(qū)內某A井組進行了現(xiàn)場試驗,由注氣井A注入氣體示蹤劑,示蹤劑產出時間與峰值的差異指示了地下連通情況的不同。經分析,A試驗井組46—40至46—041和47—041方向地下竄通程度較高,為燃燒前緣主推進方向;47—038方向地下連通性較好,沒有形成直接的氣竄通道,燃燒前緣為正常推進;47—38和47—39井方向,驅替程度差,燃燒前緣推進緩慢。圖2中從注氣井A到各生產井的連線反映了他們之間的連通關系。在試驗井組的施工和解釋結果表明,該氣體示蹤劑可以應用于火驅氣竄方向監(jiān)測并指示出各生產井的分配比例,此結論是在單井組施工的情況下得出的。目前該試驗區(qū)有注氣井6口,理論上每口生產井都有可能和任何一口注氣井有連通關系,那么就需要對每口注氣井都進行示蹤劑監(jiān)測才能清除掌握氣體地下竄進方向和比例。3指示劑與氣體分析方法的綜合評價燃燒前的位置3.1多井組同時注氣生產對于火驅而言,燃燒前緣的位置是一個重要參數(shù),只有掌握了燃燒前緣位置才能準確掌握火驅動態(tài)并做出相應的調整。傳統(tǒng)的物質平衡方法通過計算生產井產出廢氣的量計算注氣井到生產井之間的火驅前緣位置,油層燃燒后,某一油井方向上的火線前緣位置,按照燃燒反應的物質平衡關系推導,某一油井方向的火線位置可用式(1)表示。R=√360VπαΗ=√360Q分YπαΗAs(1)R=360VπαH????√=360Q分YπαHAs?????√(1)式(1)中:R為各油井方向的火線前緣位置,m;V為各油井方向的燃燒體積,m3;Q分為各油井方向的分配產出氣量,m3;H為各井方向上的油層燃燒厚度,m;Y為各油井方向的氧氣利用率,%;α為各油井方向的分配角度,As為燃燒率,由物理實驗提供,m3/m3。式(1)中Q分是各油井方向的分配產出氣量,如果是單井組的話,Q分就是該井的產氣量。如果是多井組同時注氣生產則需要對不同注氣井方向的來氣量進行劈分才能計算。但是由于沒有有效的辦法判斷多井組共同生產時生產井氣體的來向,所以只能采用平均分配的辦法進行近似計算。首先要統(tǒng)計出燃燒不同階段的井組注氣量(∑Q注)和井組的產出氣量(∑Q產)。然后,根據(jù)不同階段不同方向產氣量(Q產)與井組產氣量之比值,即外流氣量的分配系數(shù)(K),求出各油井外流氣量(Q外),最后求得各油井不同方向的分配氣量(Q分)。其表達式如下:Q分=Q產+(∑Q注-∑Q產)K(2)式(2)中:K為井組外流氣量的分配系數(shù),無量綱。為了準確地求的井組外流氣量的分配系數(shù)K,應定期測量不同方向外圍井的氣量和氣體組分的含量,及時掌握氣流波及范圍,以便對外流量的分配系數(shù)進行校對。計算結果見圖3。觀察圖3,發(fā)現(xiàn)火線發(fā)現(xiàn)方向比較均勻,尤其是中部的生產井,因為對于多向受效井采取了平均分割的方法,所以不能反映該井的真實來氣方向。例如46X38井,對于46—039方向火線已經發(fā)展到距離生產井較近的位置,但是估算方法沒有體現(xiàn)出該現(xiàn)象。示蹤劑測試反應其主要來氣方向是46—037井,而進行平均劈分估算后,不能反映46—037井對46—036井的貢獻。利用該試驗井組的生產數(shù)據(jù)結合物質平衡方法(式1)分析火線位置,多向受效的生產井產氣量按照受效方向進行平均劈分,不能反映該井的真實來氣方向?；谝陨戏治?考慮結合示蹤劑、油藏地質等方面的資料綜合分析氣體的來向,對火線位置進行綜合判斷、綜合計算。3.2輔助分析火驅前端測試基于以上分析,考慮結合示蹤劑、油藏地質等方面的資料綜合分析氣體的來向,對火線位置進行綜合判斷、綜合計算。定義示蹤劑分配率為:β=αin∑i=1αi×100%(3)式(3)中:β為井組內示蹤劑分配率,%;αi為某一測試井的示蹤劑總量;n為井組內測試井總數(shù)。則單井分配氣量Q分可表示為:Q分=(1-γ)Qβ(4)式(4)中:γ為油藏存氣率,%;Q為注氣井總的注氣量,m3。設計示蹤劑輔助分析火驅前緣步驟如下:①確定示蹤劑在井組內的分配率以及受效方向,按照分配率劈分注氣井的注入氣量;②結合儲層沉積相性質分析分析各生產井的排氣狀況驗證示蹤劑的分析結果;③根據(jù)排氣情況核算該井來氣量和來氣方向;④確定生產井來氣方向和氣量計算燃燒距離;⑤畫出井組內燃燒前緣的位置等值圖。計算結果見表1(A井組的部分井結果)。按照示蹤劑監(jiān)測結果繪制火線位置圖(見圖3),分析結果和圖3有很大不同。觀察圖3的火驅前緣位置圖發(fā)現(xiàn),火驅前緣單向或兩向發(fā)展較多,較少呈現(xiàn)多向均勻受效現(xiàn)象,下一步調整的重點應該放在幾口明顯出現(xiàn)火線突進的注氣井調堵上,人為控制火線均勻發(fā)展,固體顆粒和空氣泡沫是較為理想的調堵劑。3.3正常注氣階段可以肯定,火線發(fā)展方向不均勻是地質和工程因素共同作用的結果,地質因素主要是注氣井和生產井附近儲層非均質性,而工程因素主要是點火和注氣時受熱不均和注氣速度不協(xié)調?；痱屧囼瀰^(qū)內注氣井都是采用注蒸汽預熱方式進行點火,在注蒸汽階段很容易出現(xiàn)蒸汽沿舊有的汽竄通道單方向汽竄過多的問題,導致這一側熱量積累過多,其他方向沒有足夠的熱量點燃油層,進入正常注氣階段后,很容易形成火線的單側推進;另外,注氣速度設計的過大也會導致火線推進速度過快;而且氣體超覆現(xiàn)象嚴重。蒸汽吞吐后期,地下的情況比較復雜,把儲層沉積相圖和火驅前緣發(fā)展方向結合起來觀察發(fā)現(xiàn),火線的推進在很大程度上受控于儲層沉積相。圖4中標識出了6口注氣井與該層沉積相的相對位置,分析發(fā)現(xiàn):E井處于分流河口壩微相內,周圍一線井各方向上沒有巖性明顯變化,所以在注氣受效井呈現(xiàn)多向受效方式;B井處于分流河口壩微相內,在東北方向上有心灘分布,所以注氣受到阻擋;示蹤劑測試顯示在東北方向上沒有示蹤劑分配。D井位于分流河口壩的前端,因為這口井沒有做示蹤劑測試,從井組排氣情況來看,和沉積相展布的方向是吻合的,東南方向上受阻。A井位于分流河口壩的前端,井的西部和南部被邊灘包圍,導致示蹤劑測試時這兩個方向受效微弱,注入氣體主要向西部、北部發(fā)展。F井處于分流河口壩微相內,周圍一線井各方向上沒有巖性明顯變化,而排氣量顯示該井排氣量穩(wěn)定而且氣量很大。可見火驅前緣發(fā)展方向和儲層沉積相有很強的相關性,沉積相的類型和展布情況決定了氣體的大致運動方向,這也間接地驗證了示蹤劑輔助分析結果的正確性。4蹤劑輔助拔分是確定火驅前端位置的有效依