薄浅层稠油冷采开采工艺技术研究

西北大学学报(自然科学版)

2008年4月,第38卷第2期,Ap r.,2008,Vol.38,No.2

Journal of North west University(Natural Science Editi on)

收稿日期:2007207203

基金项目:长江学者和创新团队发展计划基金资助项目(I RT0599)

作者简介:刘立平(1960—),男,吉林松原人,西北大学博士生,从事石油勘探开发方面的研究。

薄浅层稠油冷采开采工艺技术研究

刘立平1,3,任战利1,胡　光2,崔秀玉3

(1.西北大学地质学系,陕西西安　710069;2.吉林油田采油研究院,吉林松原　138000;3.吉林油田松原试采公司,吉林松原　138000)

摘要:目的　解决套保油田开发中底层水因固井不合格上窜油层,稠油开采经济效益差两大技术难题。方法　经过大量矿场试验摸索,用不钻穿隔层方式有效阻止了底水上窜。在生产实践中采用出砂冷采稠油开发方式,形成特有的钻井生成工艺技术,提高稠油开采效率。结果　解决了套保油田底水层上窜油层的问题,提高了稠油开采的经济效益。结论　研究采用的出砂冷采稠油开发方式为其他油田稠油资源的开发提供了参考模式。

关　键　词:稠油;出砂冷采;封堵底层水;射孔;完井工艺;举升采油

中图分类号:TE345 文献标识码:A 文章编号:10002274Ⅹ(2008)022*******

套保油田位于吉林省白城市套保乡境内,区域

构造位于松辽盆地南部西部斜坡区内。经过47年

的勘探历程,通过4个阶段的勘探成果认为,西斜坡

不仅存在构造圈闭还存在岩性圈闭和岩性—地层

超覆圈闭,中央拗陷区具有充足油源供给,保证了油

气在该区聚集,形成稠油油藏。二次资源评价,西部

斜坡区资源量4187×108t,三次资源评价区带可探

明资源量1141×108t,目前仅在套保地区提交探明

石油地质储量2046×104t,面积14k m2,预测石油

地质储量为1146×108t,面积26617k m2,资源探明

率为1415%。

套保油田开发前开展了两个试验区,一是热力

采油试验区,二是普通采油试验区。

热力采油采用了单井热吞吐试验,通过近一年,

21个井次的单井吞吐试验,暴露出两个制约油田开

发的难题:一是由于隔层胶结非常疏松,第二界面存

在严重固井质量问题,导致底水上窜油层,使油井暴

性水淹(16次);二是经济效益差。仅4井次没窜,

但一个生产周期不足200t原油,而注汽费用一个周

期近10万元左右。

普通采油试验了42口井,平均单井日产仅015t

左右,产量很低,且生产半年以后,有28口井在不同

时间相继暴性水淹。油井在水淹前没有含水上升过

程,出现突然水淹,由正常含水3%～5%之间突然

间上升到100%含水。经过大量找堵水工艺试验,

证实均为第二界面固井质量差,一旦生产压差过大,

底层水突破第二界面水淹油层所致。

20世纪80年代末90年代初,随着国际油价下

跌和轻重油差价的扩大,稠油注蒸汽开采等方法面

临经济上的严峻挑战。为了降低采油成本,提高稠

油开采经济效益,20世纪90年代,加拿大的一些小

石油公司率先开展了稠油出砂冷采的工艺试验。其

主要做法是不注蒸汽,也不采取防砂措施,射孔后直

接进行生产,矿场上取得了令人意想不到的效果,从

而引起了很多研究人员对其机理进行研究,“出砂

冷采”这一概念正是在这种情况下建立起来的。

“出砂冷采”这项技术在加拿大研究较早,经过

十几年,特别是近几年的攻关研究,已进入现场实施

阶段,并逐渐进行商业化开采。此外,委内瑞拉

Copven石油公司、中加公司也开展了稠油冷采试

验,取得了一定的效果。在中国,开展此项工艺技术

研究的单位很少,起步也较晚,理论研究很少,没有

专门的部门从事理论研究,其工艺技术也在探讨和

试验中。河南油田井楼区块20世纪90年代开展了

20～30口井试验,由于效果不好,后期改为注蒸汽

开发。目前,只有吉林油田一家在从事此项工艺技

术的应用研究工作。

1　储层基本地质开发特征

套保油田产油层主要为萨尔图油层,其顶面构造形态在宏观上为东倾单斜,圈闭类型主要为断鼻、短轴背斜和穹隆,属于低幅构造。萨尔图油层属于辫状河三角洲前缘沉积,储层砂体主要为辫状分流河道微相,砂岩发育,平均厚度18m左右,横向上砂体岩性变化较大。萨尔图油层为一套以细砂岩为主的沉积组合,主要为岩屑长石细砂岩,其次为粉砂质细砂岩。其矿物质成分含量为石英11%～16%,长石41%～49%,岩屑33%～40%。胶结物主要为泥质,泥质含量低,为2%～8%。

隔层成岩差且厚度薄,主要为泥质细粉砂岩和泥岩,具有一定的渗透性,渗透率(015～216)×10-3μm2。隔夹层厚度薄,一般为1～5m。由于隔层成岩差,极大地影响了固井质量。

萨尔图油层稠油属于普通稠油。据原油常规分析资料,原油密度为01925g/c m3。油层温度下脱气原油黏度3527mPa.s,含蜡量117%,含胶质2015%,含沥青质0185%,凝固点-17℃。按中国稠油分类标准,套保油田稠油在油层温度下(18℃)脱气原油黏度为3527mPa.s,属于普通稠油。通过白87井原油复配样进行高压物性分析结果表明,饱和压力与地层压力相近,为312MPa,体积系数1103,一次脱气气油比1012m3/t,地层原油黏度1851mPa.s,地层原油密度019038g/c m3。

油藏类型为岩性2构造油藏,油藏边水和底水活跃,油水界面由东向西逐渐抬高。萨尔图油层油水分布宏观上受构造控制,局部受岩性控制,油主要富集在沿断层展布的一系列局部构造高部位。纵向上,萨尔图油层为一套油水系统;平面上,由于断层的分隔,在横切物源方向,由于河道侧向岩性变化,形成了不同的油水系统,使油水界面由东向西逐渐抬高。油藏边水和底水层厚度大且活跃。

2　稠油冷采开采机理

稠油出砂冷采机理有二,一是大量出砂形成蚯蚓洞网络,二是有稳定的泡沫油流动。

稠油油藏一般埋藏浅,油层胶结疏松,而原油黏度高,携砂能力强,使砂随原油一道产出。随着大量砂子的产出,油层中产生蚯蚓洞网络,使油层孔隙度和渗透率大幅度提高。据室内试验证实,孔隙度从30%提高到50%以上,渗透率可以从2μm2左右提高到数十至数百倍。加拿大ARC研究中心研究成果认为,当射孔孔眼直径大于油砂粒径的4倍时,砂粒容易在孔眼外形成砂桥,不利于出砂形成蚯蚓洞;当孔眼直径大于6倍油砂粒径时,才有利于出砂并形成蚯蚓洞。

与稀油相比,天然气在稠油中的溶解系数低,但在稠油油藏中一般含有5～20m3/m3溶解气。稠油油藏埋藏浅,地层压力低,地饱压差小,天然气在地层压力附近处于饱和状态。在含气原油从油层深处向井筒流动过程中,随着孔隙压力降低,地层原油中产生大量微气泡形成泡沫油流动,且气泡不断发生膨胀。由于稠油中胶质和沥青质含量高,包裹气泡的油膜湿度大,所以气泡不易破裂,即使在压力非常低情况下,泡沫油仍能保持长时间稳定。随着压力的降低,除了气泡本身发生膨胀外,原油、水及岩石骨架也会发生膨胀,从而为原油的流动提供了驱动能量。

套保油田出砂冷采机理由矿场试验证实主要有两个方面,一是大量出砂产生蚯蚓洞增产原油机理,初期含砂量可达30%～40%左右,大量出砂可产生大量蚯蚓洞,大大增大近井地带泄油面积,导致产油大幅度提高;二是泡沫油增加了驱油动力。如白92区块和白87区块,出砂冷采井含砂量基本一样,但白92区块出砂冷采的泡沫比为30%～40%左右,白87区块出砂冷采井的泡沫比为15%～20%左右,单井的采油强度白92区块是211m3/d・m,白87区块单井的采油强度是019m3/d・m,泡沫比白92区块是白87区块的2倍,采油强度白92区块是白87区块的213倍,因此说,泡沫油是出砂冷采主要机理之一。

3　套保稠油出砂冷采工艺技术

311　稠油资源开发难点

套保稠油区油藏地质特点为埋藏浅(一般为300m左右),油层薄(一般为3～10m),油层不胶结,隔层胶结疏松(一般为1～5m),储层属高孔高渗储层,平均孔隙度35%,渗透率3600×10-3μm2;流体类型为普通稠油,地面黏度为3850mPa.s。油藏类型主要为岩性2构造油藏,边底水活跃,油藏温度低一般为18℃,压力一般为3122MPa。具有油层薄、埋藏浅、胶结差、边底水活跃等不利地质特点,造成开采难度非常巨大。

在先导性试验区暴露出两大技术难点,一是热吞吐时串槽严重,这种现象与普通采油时90%以上

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第2期 刘立平等:薄浅层稠油冷采开采工艺技术研究