火驅(qū)空氣流向監(jiān)測(cè)方法的研究

火驅(qū)空氣流向監(jiān)測(cè)方法的研究

汾河油區(qū)的du66塊是斷鼻結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)。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(jìn)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(jìn)行了火燒油層先導(dǎo)試驗(yàn),先后實(shí)施了16個(gè)井組的先導(dǎo)試驗(yàn),取得了明顯的增油效果。從試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看,一線井在大量排放廢氣(火驅(qū)產(chǎn)生的殘余氣體,主要含有N2、CO2、CO和少量O2)的同時(shí),遠(yuǎn)處的二線井和三線井也有大量廢氣排出。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),火驅(qū)階段氣竄嚴(yán)重的生產(chǎn)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(shì)通道在火驅(qū)過程中氣竄規(guī)律更為復(fù)雜,如此復(fù)雜的連通關(guān)系勢(shì)必會(huì)對(duì)火線均勻推進(jìn)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。另外,蒸汽吞吐階段的殘余熱可能會(huì)對(duì)火驅(qū)產(chǎn)生正向影響,但是沒有相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù),示蹤劑是最為經(jīng)濟(jì)有效的監(jiān)測(cè)氣體走向方法?；痱?qū)是一項(xiàng)蒸汽吞吐后提高稠油油藏采收率重要措施。在我國(guó)的遼河、勝利、新疆和吉林等油田都在進(jìn)行廣泛的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),已經(jīng)形成了實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)值模擬、效果預(yù)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析等系列技術(shù)。氣竄是火驅(qū)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(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整火驅(qū)政策的重要依據(jù)。準(zhǔn)確客觀地掌握氣竄及地下燃燒狀態(tài)需要根據(jù)火驅(qū)特點(diǎn)借助油藏監(jiān)測(cè)方法取得地下信息,王史文等在勝利油田火驅(qū)試驗(yàn)中嘗試應(yīng)用示蹤劑監(jiān)測(cè)氣竄,闡述了示蹤劑的篩選和施工辦法,但是缺少監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合火驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)便的示蹤劑監(jiān)測(cè)可以確切得知地下氣體竄進(jìn)方向并能結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算火驅(qū)前緣位置。1非燃燒氣體試樣的篩選因?yàn)闅怏w可以隨注入空氣分配到各生產(chǎn)井,氣體是最佳候選示蹤劑種類?；痱?qū)示蹤劑篩選應(yīng)該結(jié)合火燒油層的特點(diǎn),要求該氣體示蹤劑不參與火驅(qū)前緣的反應(yīng),檢測(cè)方便,無毒,無腐蝕性、吸附量低的非燃燒氣體。經(jīng)過篩選后選用了一種在500℃下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定氣體,其最低檢測(cè)濃度可達(dá)10—12mg/L,不溶于水。由于火驅(qū)高溫特性,氣體示蹤計(jì)的要求要著重評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性和地層吸附性。1.1氣體示蹤劑穩(wěn)定性測(cè)試為了考查該氣體示蹤計(jì)的穩(wěn)定性,在火驅(qū)溫度(300℃)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試,測(cè)試時(shí)間持續(xù)10d,在不同時(shí)間點(diǎn)用氣相色譜儀通過檢測(cè)氣體積分?jǐn)?shù)來考察其穩(wěn)定性,結(jié)果顯示300℃下10d內(nèi)仍有98%性質(zhì)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(qū)試驗(yàn)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(shè)置油浴溫度為200℃并將氣瓶置于油浴內(nèi),通氣體示蹤劑100mL后充分振蕩,靜置1h后測(cè)試其回收率為98.5%。氣瓶中僅填充石英砂以考查其對(duì)示蹤劑吸附性能,同樣實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)試示蹤劑回收率為98.5%。從吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,該氣體示蹤劑在火驅(qū)典型砂巖樣品中吸附較少,可以看成是不參加反應(yīng)、不吸附的惰性氣體。示蹤劑穩(wěn)定性和吸附性實(shí)驗(yàn)表明,該氣體示蹤劑在高溫狀態(tài)性質(zhì)穩(wěn)定,地層吸附量低,是理想的火驅(qū)示蹤劑,基于以上分析,Du66火驅(qū)試驗(yàn)區(qū)采用此氣體進(jìn)行火驅(qū)注氣的監(jiān)測(cè)。2監(jiān)控器監(jiān)測(cè)火災(zāi)擠出試驗(yàn)的應(yīng)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(yùn)移速度比液體要快得多,突破時(shí)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(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)井取樣,每天2~3個(gè)樣。取樣周期為1~3個(gè)月,峰值過后,應(yīng)繼續(xù)取樣一段時(shí)間后再停止。2.2標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程的建立和檢驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)樣品中示蹤劑濃度大致為10-9~10-10g/L,對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用色譜儀器檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)到的積分?jǐn)?shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量繪制出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,并回歸出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程。在檢測(cè)實(shí)際樣品時(shí),根據(jù)檢測(cè)到峰面積積分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)工作曲線方程計(jì)算出示蹤劑在樣品中含量。參考火驅(qū)試驗(yàn)區(qū)典型的反9點(diǎn)井網(wǎng)和100m井距計(jì)算,最后確定單井每次注入氣體示蹤劑200kg。2.3火炬驅(qū)油氣竄方向監(jiān)測(cè)分析火驅(qū)試驗(yàn)區(qū)位于油藏的西北部油層發(fā)育高部位,儲(chǔ)層呈現(xiàn)典型的薄互層特點(diǎn),火驅(qū)層位是上層系的下部,先期六個(gè)井組成功實(shí)施點(diǎn)火。為了檢驗(yàn)氣體示蹤劑的性能,在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)某A井組進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),由注氣井A注入氣體示蹤劑,示蹤劑產(chǎn)出時(shí)間與峰值的差異指示了地下連通情況的不同。經(jīng)分析,A試驗(yàn)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(jìn)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(jìn);47—38和47—39井方向,驅(qū)替程度差,燃燒前緣推進(jìn)緩慢。圖2中從注氣井A到各生產(chǎn)井的連線反映了他們之間的連通關(guān)系。在試驗(yàn)井組的施工和解釋結(jié)果表明,該氣體示蹤劑可以應(yīng)用于火驅(qū)氣竄方向監(jiān)測(cè)并指示出各生產(chǎn)井的分配比例,此結(jié)論是在單井組施工的情況下得出的。目前該試驗(yàn)區(qū)有注氣井6口,理論上每口生產(chǎn)井都有可能和任何一口注氣井有連通關(guān)系,那么就需要對(duì)每口注氣井都進(jìn)行示蹤劑監(jiān)測(cè)才能清除掌握氣體地下竄進(jìn)方向和比例。3指示劑與氣體分析方法的綜合評(píng)價(jià)燃燒前的位置3.1多井組同時(shí)注氣生產(chǎn)對(duì)于火驅(qū)而言,燃燒前緣的位置是一個(gè)重要參數(shù),只有掌握了燃燒前緣位置才能準(zhǔn)確掌握火驅(qū)動(dòng)態(tài)并做出相應(yīng)的調(diào)整。傳統(tǒng)的物質(zhì)平衡方法通過計(jì)算生產(chǎn)井產(chǎn)出廢氣的量計(jì)算注氣井到生產(chǎn)井之間的火驅(qū)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(yīng)的物質(zhì)平衡關(guān)系推導(dǎo),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(chǎn)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(shí)驗(yàn)提供,m3/m3。式(1)中Q分是各油井方向的分配產(chǎn)出氣量,如果是單井組的話,Q分就是該井的產(chǎn)氣量。如果是多井組同時(shí)注氣生產(chǎn)則需要對(duì)不同注氣井方向的來氣量進(jìn)行劈分才能計(jì)算。但是由于沒有有效的辦法判斷多井組共同生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)井氣體的來向,所以只能采用平均分配的辦法進(jìn)行近似計(jì)算。首先要統(tǒng)計(jì)出燃燒不同階段的井組注氣量(∑Q注)和井組的產(chǎn)出氣量(∑Q產(chǎn))。然后,根據(jù)不同階段不同方向產(chǎn)氣量(Q產(chǎn))與井組產(chǎn)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(dá)式如下:Q分=Q產(chǎn)+(∑Q注-∑Q產(chǎn))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(zhǔn)確地求的井組外流氣量的分配系數(shù)K,應(yīng)定期測(cè)量不同方向外圍井的氣量和氣體組分的含量,及時(shí)掌握氣流波及范圍,以便對(duì)外流量的分配系數(shù)進(jìn)行校對(duì)。計(jì)算結(jié)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(chǎn)井,因?yàn)閷?duì)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(shí)來氣方向。例如46X38井,對(duì)于46—039方向火線已經(jīng)發(fā)展到距離生產(chǎn)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(cè)試反應(yīng)其主要來氣方向是46—037井,而進(jìn)行平均劈分估算后,不能反映46—037井對(duì)46—036井的貢獻(xiàn)。利用該試驗(yàn)井組的生產(chǎn)數(shù)據(jù)結(jié)合物質(zhì)平衡方法(式1)分析火線位置,多向受效的生產(chǎn)井產(chǎn)氣量按照受效方向進(jìn)行平均劈分,不能反映該井的真實(shí)來氣方向。基于以上分析,考慮結(jié)合示蹤劑、油藏地質(zhì)等方面的資料綜合分析氣體的來向,對(duì)火線位置進(jìn)行綜合判斷、綜合計(jì)算。3.2輔助分析火驅(qū)前端測(cè)試基于以上分析,考慮結(jié)合示蹤劑、油藏地質(zhì)等方面的資料綜合分析氣體的來向,對(duì)火線位置進(jìn)行綜合判斷、綜合計(jì)算。定義示蹤劑分配率為:β=αin∑i=1αi×100%(3)式(3)中:β為井組內(nèi)示蹤劑分配率,%;αi為某一測(cè)試井的示蹤劑總量;n為井組內(nèi)測(cè)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(shè)計(jì)示蹤劑輔助分析火驅(qū)前緣步驟如下:①確定示蹤劑在井組內(nèi)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(jié)合儲(chǔ)層沉積相性質(zhì)分析分析各生產(chǎn)井的排氣狀況驗(yàn)證示蹤劑的分析結(jié)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(chǎn)井來氣方向和氣量計(jì)算燃燒距離;⑤畫出井組內(nèi)燃燒前緣的位置等值圖。計(jì)算結(jié)果見表1(A井組的部分井結(jié)果)。按照示蹤劑監(jiān)測(cè)結(jié)果繪制火線位置圖(見圖3),分析結(jié)果和圖3有很大不同。觀察圖3的火驅(qū)前緣位置圖發(fā)現(xiàn),火驅(qū)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(diào)整的重點(diǎn)應(yīng)該放在幾口明顯出現(xiàn)火線突進(jìn)的注氣井調(diào)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(diào)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(zhì)和工程因素共同作用的結(jié)果,地質(zhì)因素主要是注氣井和生產(chǎn)井附近儲(chǔ)層非均質(zhì)性,而工程因素主要是點(diǎn)火和注氣時(shí)受熱不均和注氣速度不協(xié)調(diào)?；痱?qū)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)注氣井都是采用注蒸汽預(yù)熱方式進(jìn)行點(diǎn)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(dǎo)致這一側(cè)熱量積累過多,其他方向沒有足夠的熱量點(diǎn)燃油層,進(jìn)入正常注氣階段后,很容易形成火線的單側(cè)推進(jìn);另外,注氣速度設(shè)計(jì)的過大也會(huì)導(dǎo)致火線推進(jìn)速度過快;而且氣體超覆現(xiàn)象嚴(yán)重。蒸汽吞吐后期,地下的情況比較復(fù)雜,把儲(chǔ)層沉積相圖和火驅(qū)前緣發(fā)展方向結(jié)合起來觀察發(fā)現(xiàn),火線的推進(jìn)在很大程度上受控于儲(chǔ)層沉積相。圖4中標(biāo)識(shí)出了6口注氣井與該層沉積相的相對(duì)位置,分析發(fā)現(xiàn):E井處于分流河口壩微相內(nèi),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(nèi),在東北方向上有心灘分布,所以注氣受到阻擋;示蹤劑測(cè)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?yàn)檫@口井沒有做示蹤劑測(cè)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(dǎo)致示蹤劑測(cè)試時(shí)這兩個(gè)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(nèi),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?？梢娀痱?qū)前緣發(fā)展方向和儲(chǔ)層沉積相有很強(qiáng)的相關(guān)性,沉積相的類型和展布情況決定了氣體的大致運(yùn)動(dòng)方向,這也間接地驗(yàn)證了示蹤劑輔助分析結(jié)果的正確性。4蹤劑輔助拔分是確定火驅(qū)前端位置的有效依