多层砂岩油田热采油藏管理提高采收率.pdf
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1、 第45卷 第1期 新 疆 石 油 地 质Vol.45,No.1 2024年2月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYFeb.2024 文章编号:1001-3873(2024)01-065-07 DOI:10.7657/XJPG20240109引用:吕晓光,李伟.多层砂岩油田热采油藏管理提高采收率 J.新疆石油地质,2024,45(1):65-71.LYU Xiaoguang,LI Wei.Thermally Recovered Reservoir Management and EOR for a MultiLayered Sandstone Oilfield J.Xinjia
2、ng Petroleum Geology,2024,45(1):65-71.多层砂岩油田热采油藏管理提高采收率吕晓光1,李伟2(1.C&C Reservoirs,北京 100102;2.中国石油 大庆油田分公司 开发事业部,黑龙江 大庆 163712)摘 要:概述了美国科恩河油田多层砂岩稠油油藏的特征和开发历史,重点讨论了强化热采油藏管理提高采收率的实践。科恩河油田为水动力圈闭的单斜油藏,蒸汽驱开采后期,碳氧比能谱测井、四维时移热采动态及注采井动态监测结果,孤立单河道砂体识别、追踪,全油田三维地质建模及数值模拟研究为识别剩余油和提高采收率提供了依据。人工智能、蒸汽泡沫驱、双油管完井分层注蒸汽等
3、措施扩大了蒸汽驱波及体积。加密井、水平井钻井及浅部油藏侧钻水平井可大幅度增加可采储量,水平井产量达到相邻直井的3倍以上。为开采油藏下倾部位油水界面附近未动用的“冷油藏”,在下倾部位水层钻产水井泄压,使蒸汽驱得以有效波及到该部位剩余油。关键词:科恩河油田;稠油;多层砂岩油藏;蒸汽驱;提高采收率;热采油藏管理;水平井;人工智能中图分类号:TE345 文献标识码:AThermally Recovered Reservoir Management and EOR for a MultiLayered Sandstone OilfieldLYU Xiaoguang1,LI Wei2(1.C&C Rese
4、rvoirs,Beijing 100102,China;2.Oilfield Development Division,Daqing Oilfield Company Ltd.,PetroChina,Daqing,Heilongjiang 163712,China)Abstract:This paper presents the characteristics and development history of the multilayered sandstone heavy oil reservoirs in the Kern River field,USA,and specificall
5、y discusses the practices of thermally recovered reservoir management and enhanced oil recovery(EOR).The Kern River field is a monocline reservoir of hydrodynamic trap.In the late stage of steam flooding,the practices such as C/O spectral logging,4D timelapse dynamic surveillance during thermal reco
6、very,injectorproducer performance monitoring,isolated singlechannel sandbody identification and tracking,and fullfield 3D geological modeling and numerical simulation lay a basis for identifying remaining oil and enhancing oil recovery.Artificial intelligence,steamfoam flooding,and layered steam inj
7、ection through dualtubing completion are proved technologies for expanding the swept volume of steam flooding.Infill drilling,horizontal well drilling,and horizontal sidetracking in shallow oil reservoirs provide additional opportunities for significantly increasing the recoverable reserves.These te
8、chnologies enable the production of horizontal well to be more than three times that of adjacent vertical wells.To exploit“cold reservoirs”near the oilwater contact in the downdip zone of the reservoir,water producers are drilled in the downdip aquifer zone to release reservoir pressure,allowing the
9、 remaining oil in this zone to be effectively swept by steam.Keywords:Kern River field;heavy oil;multilayered sandstone reservoir;steam flooding;EOR;thermally recovered reservoir management;horizontal well;artificial intelligence始于20世纪50年代的蒸汽驱技术经历了20世纪60年代和70年代的发展,20世纪80年代和90年代的大规模应用,现已成为稠油油藏蒸汽吞吐后最主
10、要的热采强化采油接替技术。中国新疆克拉玛依油田九区浅层稠油、风城超稠油,辽河中深层稠油蒸汽驱或蒸汽辅助重力驱都取得了较好的开发效果1-8。辽河欢喜岭油田齐40区块应用蒸汽驱预计将采收率由蒸汽吞吐时的32%提高至60%9-10。印度尼西亚杜里油田自1985年实施了蒸汽驱强化采油,提高采收率50%以上,预计最终采收率为60%11。美国科恩河油田稠油油藏热采开发是最为成功的蒸汽驱项目之一,该油田自 1900 年投入开采,开发历史已有120多年,其天然能量采收率只有10%。近 67 年的热采历史使该油田成为热采开发实践和油藏管理的实验室。前人先后研究了井底部加热、热水驱、热蒸汽吞吐、蒸汽驱等热采技术,
11、最终在该油田应用蒸汽驱强化采油,大幅度提高采收率12-13。本文重点讨论20世纪80年代后期以来,该油田富有成效的油藏表征、热采油藏管理及提高采收率技术。这些技术的应用缓解了热采强化采油的产量递减,2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期:2023-04-06 修订日期:2023-05-22第一作者:吕晓光(1966-),男,黑龙江嫩江人,高级工程师,博士,石油地质,(Tel)010-84782928(Email)2024年新
12、疆 石 油 地 质并实现二次上产,使油田保持了近 16年的高产、稳产,并进一步提高了蒸汽驱的最终采收率,预计全油田最终采收率可达66%,部分油层最终采收率可超过75%14-15。1 油藏特征及开发历史1.1 油藏特征科恩河油田为水动力圈闭、西南倾向的单斜油藏,地层倾角为34,含油面积为43.5 km2。油藏埋藏深度为 30305 m,产油层段地层厚度为 244 m,平均净毛比为0.76。不同流动单元油水界面海拔为31152 m。含油层位为中新统上新统的科恩河组,储集层形成于辫状河三角洲平原沉积环境,由众多未固结的叠置辫状河道砂岩沉积物组成。单一河道砂体厚度为1.510.0 m,叠置的河道砂体厚
13、度达15.030.0 m16。垂向上细分为9个流动单元,其中,下部的6个流动单元为主要产油层,流动单元之间被泛滥盆地或溢岸沉积的粉砂岩或泥岩分隔。科恩河组砂岩储集层孔隙度为29%33%,平均为31%。渗透率为1 000 8 000 mD,流动单元间渗透率级差达到8,层间非均质性中等。油田地质储量为6.4108 m3。原油密度为0.971.00 g/cm3,平均为0.98 g/cm3。平均地下原油黏度为4 000 mPas,最大达到 10 000 mPas。原始含油饱和度为 60%,原油地层体积系数为1.01,气油比为1.0 m3/m3。原始地层压力为0.345 MPa,油藏温度为29。主要原始
14、驱动机制为重力驱和边水驱,采用天然能量开采的一次采收率只有10%左右。蒸汽驱主要具有3个方面的挑战:一是流动单元间的渗透率差异易于产生注入蒸汽超覆,注入剖面不均衡;二是局部非连续的隔层导致不同流动单元流体和注入蒸汽的相互串通;三是西南下倾靠近水层部位的油层由于压力偏高,蒸汽难以注入,形成蒸汽难以波及到的“冷油藏”剩余油。1.2 开发历史科恩河油田于1900年投入开发,至1904年已钻井600多口,日产油量达到7 588 m3的一次采油高峰,地质储量和可采储量的年采油速度分别为0.44%和0.66%。自此油田产量开始递减,1955年日产油量为1 419 m3(图1)。1900年1955年,利用天
15、然能量开采,采出程度为9.5%,通过热采预期全油田采收率可DocuDocmDoceDoDDDoDnDoDtDoucDouPDourDouoDoPuDoPmDoPeDonDDonnDontDomcDomPDomrDomoDoruDormDoreDotDDotnDottDoecDoePDoerDoeoDoouDoomDooeuccDuccnucctucDcucDPucDrucDor ccco cccDu cccDm cccDe cccuD cccun cccut cccP cccocessCPlrcDeooucuuDoeull:Doem CyamtnDooclnYwBek?Dotcl:lDotD?
16、a?mDnucctl?a?aDornll:Doroo?Dorul?DorDlw?ucmc?l?a?Cw?wBnYBe?Be达到66%(图2)。20世纪50年代中期到60年代初,科恩河油田引入热采技术。初期采用井底加热器,1961年1964年开展了热水驱现场试验,5点法中心井的日产油量由小于1.6 m3增加到16.0 m3。该试验因注入热水窜流而终止,但大幅度增加了产量,因此又开展了蒸汽吞吐试验。蒸汽驱的应用始于1964年,1964年1969年在全油田共实施了9个蒸汽驱现场试验项目。蒸汽驱的广泛应用使产量大幅上升,到1971年已应用于514个井组,日产油量增至11 117 m3,汽油比由初期的
17、0.53 降低至 0.30,全油田已有生产井 5 400 多口。1985 年,日产油量达到热采强化产油的峰值,为图1 科恩河油田开发历史Fig.1.Production history of the Kern River field66第45卷 第1期吕晓光,等:多层砂岩油田热采油藏管理提高采收率22 509 m3,汽油比为0.18。1983年1998年,热采持续高产、稳产,稳产期地质储量和可采储量平均采油速度分别为1.18%和1.78%,稳产期末地质储量和可采储量的采出程度分别为42.9%和65.1%。该时期,产量出现了递减,日产油量由1985年的22 509 m3减少到1990年的19 2
18、00 m3。热采油藏管理和进一步提高采收率技术的创新应用逆转了递减趋势,并实现了蒸汽驱热采强化采油的再次上产,1996年日产油量达到开发历史上第二高的21 566 m3。1999年,油田进入二次递减阶段,到2019年底,地质储量和可采储量采出程度已分别达到 58.7%和 89.2%,2020 年日产油量为5 342 m3,综合含水率为93.6%。2 改善蒸汽驱热采油藏管理及提高采收率技术科恩河油田蒸汽驱是稠油热采提高采收率较为成功的案例。20世纪90年代以来,油藏监测、表征、数值模拟研究及人工智能技术的成功应用是强化热采油藏管理、进一步提高采收率的关键(图3)。以扩大蒸汽波及体积为目标改善注入
19、产出剖面,提高热效率的各类措施,加密钻井、水平井钻井及边部“冷油藏”泄压开采技术的应用,使热采强化采油提高采收图2 科恩河油田含水率与采出程度的关系Fig.2.Water cut vs.recovery efficiency in the Kern River field图3 科恩河油田改善热采开发效果关键技术及应用流程Fig.3.Key technologies for improving thermal recovery performance and application processes in the Kern River field率达56%。2.1 关键技术应用(1)单砂体识别
20、及三维建模 蒸汽驱应用早期和中期的主要对象是厚度为1530 m的厚层复合河道砂体。河流相发育大量孤立的单一河道细粒砂体,这类砂体在同一流动单元和不同流动单元均有分布。在开发早期和蒸汽驱应用初期,物性相对较差的薄层、窄河道砂体通常被忽略,或认为射开这类砂体效果较差而未射孔。利用已开发井的小井距测井信息揭示了这类孤立河道砂体的地下分布,典型单砂体宽度为230 m,厚度为29 m,在油田范围延伸展布,最大可跨越17个蒸汽驱井组。对孤立河道砂体的识别和平面追踪不仅为挖潜高含油饱和度剩余油提供了依据,同时为优化射孔提供了基础。研究结果表明,射开薄层孤立河道砂体的最佳时机是利用邻近层位蒸汽驱的热能量得到充
21、分?/%?/%1002040608001002030405060708090010?109080706050403020100?/%DocumentPrseCul:BaDock?eneC?eC?rsul?B?DotPeC?:?:?Do?e?、?,59?en?n?、?、?、?、?n?:n?,?e?、e?e?、?e?、?k?eC?s?ul672024年新 疆 石 油 地 质的预热以后,原油黏度降低而增加了流动性。位于比蒸汽注入井更深位置的生产井,因重力的影响,更有利于增加产量。29口单独射开孤立河道砂体的生产井,单井平均射孔厚度为 7.6 m,单井平均日增油量为 2.3 m3。29 口井补孔增加可
22、采储量 40 000 m3,单井增加可采储量1 380 m317-18。应用12 000多口井的测井资料并结合碳氧比能谱测井的饱和度信息建立了全油田三维油藏模型。油藏模型由1.55108个网格单元组成,单个网格单元为15.0 m 15.0 m 0.6 m。该油藏模型已应用于新开发项目和油藏管理措施的评价,定量表征蒸汽未波及到或未完全波及到部位的剩余油,为加密井和水平井井位设计提供依据。若判别出某区域具有提高蒸汽驱采收率的潜力,将基于三维油藏模型对更细网格描述的目标进一步开展研究,提出相应的提高采收率措施建议。(2)油藏数值模拟 基于三维油藏模型的数值模拟应用包括3个方面:一是广泛应用于加密井、
23、水平井和产水井的开发效果预测,优化井网类型;二是评价油藏管理措施效果;三是探讨新的改善热采开发效果思路,为决策提供依据。应用改进的数值模拟技术研究了油田抑制地层水突进策略,并预测了油藏边部泄压产水效果。结果表明,通过优化地层水产水井的位置和产量,可以进一步缓解地层水的影响,减少边水和底水造成的注入蒸汽热量损失,提高热采效率,提高采油速度和最终采收率19。据此研究结果,边部油藏降低压力开采成为科恩河油田的一项主要措施。应用数值模拟研究了蒸汽驱后进一步热水驱的可行性,结论为热水驱只能在小范围传导热量,对蒸汽驱后稠油油藏进一步提高采收率无效;相反,采用注入井关井而保持生产井持续开采的方式要优于热水驱
24、。随流体采出和压力下降,后者有助于蒸汽腔进一步扩展到油藏20。为了有效开采科恩河油田极浅层(埋藏深度大约为30 m)稠油,提出了“毯式”加热的概念,即在砂体底部设置直径为58 cm的水平钢制导流管道,热蒸汽由上述管道注入,通过其导热作用加热周围砂岩中的稠油并在油井采出。利用数值模拟研究了该设想的效果和主要参数的敏感性,认为“毯式”加热是开采极浅层稠油的可行方式,5年期采出程度达到40%以上21。(3)热采动态监测 热采动态监测包括部署大量观察井开展油藏时移温度监测、新井取心饱和度分析、套后碳氧比能谱剩余油饱和度测井、油藏压力监测和注采井动态监测共5个方面。油田部署了650多口网格化观察井,观察
25、井温度监测每月1次,中子测井每3个月1次。上述动态监测结果为剩余油识别以及改善开发效果措施应用提供了可靠依据。(4)人工智能技术应用 人工智能方法在科恩河油田的应用一是确定关停或低产井再上产的措施,二是优化水平井和侧钻水平井轨迹。为实现上述应用,首先通过数据质量控制、系统分类及标准化处理建立了应用数据库。实施措施井识别的输入数据包括流动单元、完井和产量3方面共22项参数。具体应用包含3个步骤:一是聚类分析数据挖掘识别潜在增加产量的机遇,二是利用神经网络模型预测措施井可能增加的产量,三是模糊逻辑分析对措施对象井排序,确定具体措施的优先顺序22-24。在优化水平井和侧钻水平井轨迹的过程中利用了模糊
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