火驱空气流向监测方法的研究

火驱空气流向监测方法的研究

汾河油区的du66块是断鼻结构的最高点。埋深1.116m158m，原始层压力10.82mpa，油藏温度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年进入全面蒸汽吞吐热采,截至2005年平均吞吐周期8.7周期,井组采出程度15.25%。2005年首次在Du66北块进行了火烧油层先导试验,先后实施了16个井组的先导试验,取得了明显的增油效果。从试验现场的生产数据来看,一线井在大量排放废气(火驱产生的残余气体,主要含有N2、CO2、CO和少量O2)的同时,远处的二线井和三线井也有大量废气排出。统计发现,火驱阶段气窜严重的生产井大多可以追溯出蒸汽汽窜的井史。蒸汽吞吐后造成气体优势通道在火驱过程中气窜规律更为复杂,如此复杂的连通关系势必会对火线均匀推进产生负面效应。另外,蒸汽吞吐阶段的残余热可能会对火驱产生正向影响,但是没有相关观测数据,示踪剂是最为经济有效的监测气体走向方法。火驱是一项蒸汽吞吐后提高稠油油藏采收率重要措施。在我国的辽河、胜利、新疆和吉林等油田都在进行广泛的现场试验,已经形成了实验分析、数值模拟、效果预测和动态分析等系列技术。气窜是火驱过程中面临的主要问题,正确判断气窜方向和燃烧前缘位置是掌握火驱动态调整火驱政策的重要依据。准确客观地掌握气窜及地下燃烧状态需要根据火驱特点借助油藏监测方法取得地下信息,王史文等在胜利油田火驱试验中尝试应用示踪剂监测气窜,阐述了示踪剂的筛选和施工办法,但是缺少监测数据结合火驱动态的综合分析与深入挖掘。笔者研究发现,全井组便宜简便的示踪剂监测可以确切得知地下气体窜进方向并能结合生产动态数据准确计算火驱前缘位置。1非燃烧气体试样的筛选因为气体可以随注入空气分配到各生产井,气体是最佳候选示踪剂种类。火驱示踪剂筛选应该结合火烧油层的特点,要求该气体示踪剂不参与火驱前缘的反应,检测方便,无毒,无腐蚀性、吸附量低的非燃烧气体。经过筛选后选用了一种在500℃下化学性质稳定气体,其最低检测浓度可达10—12mg/L,不溶于水。由于火驱高温特性,气体示踪计的要求要着重评价其稳定性和地层吸附性。1.1气体示踪剂稳定性测试为了考查该气体示踪计的稳定性,在火驱温度(300℃)对其进行稳定性测试,测试时间持续10d,在不同时间点用气相色谱仪通过检测气体积分数来考察其稳定性,结果显示300℃下10d内仍有98%性质稳定(图2),适合做气体示踪剂。1.2气体示踪剂吸附性能用石英砂与火驱试验区含油污泥配置成典型砂岩样品,将砂岩样品填入高压气瓶,设置油浴温度为200℃并将气瓶置于油浴内,通气体示踪剂100mL后充分振荡,静置1h后测试其回收率为98.5%。气瓶中仅填充石英砂以考查其对示踪剂吸附性能,同样实验条件下测试示踪剂回收率为98.5%。从吸附实验结果看,该气体示踪剂在火驱典型砂岩样品中吸附较少,可以看成是不参加反应、不吸附的惰性气体。示踪剂稳定性和吸附性实验表明,该气体示踪剂在高温状态性质稳定,地层吸附量低,是理想的火驱示踪剂,基于以上分析,Du66火驱试验区采用此气体进行火驱注气的监测。2监控器监测火灾挤出试验的应用2.1气体样的取样由于气体的流度较大,故气体在油藏中的运移速度比液体要快得多,突破时间很短,因此气体示踪剂的取样频率比水溶性示踪剂要高,注入后要立即在对应监测井取样,每天2~3个样。取样周期为1~3个月,峰值过后,应继续取样一段时间后再停止。2.2标准工作曲线方程的建立和检验在现场监测样品中示踪剂浓度大致为10-9~10-10g/L,对已知标准物质用色谱仪器检测,根据检测到的积分数据与标准物质含量绘制出标准工作曲线,并回归出标准工作曲线方程。在检测实际样品时,根据检测到峰面积积分数据在工作曲线上查出示踪剂在样品中含量或根据回归出标准工作曲线方程计算出示踪剂在样品中含量。参考火驱试验区典型的反9点井网和100m井距计算,最后确定单井每次注入气体示踪剂200kg。2.3火炬驱油气窜方向监测分析火驱试验区位于油藏的西北部油层发育高部位,储层呈现典型的薄互层特点,火驱层位是上层系的下部,先期六个井组成功实施点火。为了检验气体示踪剂的性能,在试验区内某A井组进行了现场试验,由注气井A注入气体示踪剂,示踪剂产出时间与峰值的差异指示了地下连通情况的不同。经分析,A试验井组46—40至46—041和47—041方向地下窜通程度较高,为燃烧前缘主推进方向;47—038方向地下连通性较好,没有形成直接的气窜通道,燃烧前缘为正常推进;47—38和47—39井方向,驱替程度差,燃烧前缘推进缓慢。图2中从注气井A到各生产井的连线反映了他们之间的连通关系。在试验井组的施工和解释结果表明,该气体示踪剂可以应用于火驱气窜方向监测并指示出各生产井的分配比例,此结论是在单井组施工的情况下得出的。目前该试验区有注气井6口,理论上每口生产井都有可能和任何一口注气井有连通关系,那么就需要对每口注气井都进行示踪剂监测才能清除掌握气体地下窜进方向和比例。3指示剂与气体分析方法的综合评价燃烧前的位置3.1多井组同时注气生产对于火驱而言,燃烧前缘的位置是一个重要参数,只有掌握了燃烧前缘位置才能准确掌握火驱动态并做出相应的调整。传统的物质平衡方法通过计算生产井产出废气的量计算注气井到生产井之间的火驱前缘位置,油层燃烧后,某一油井方向上的火线前缘位置,按照燃烧反应的物质平衡关系推导,某一油井方向的火线位置可用式(1)表示。R=√360VπαΗ=√360Q分YπαΗAs(1)R=360VπαH−−−−√=360Q分YπαHAs−−−−−√(1)式(1)中:R为各油井方向的火线前缘位置,m;V为各油井方向的燃烧体积,m3;Q分为各油井方向的分配产出气量,m3;H为各井方向上的油层燃烧厚度,m;Y为各油井方向的氧气利用率,%;α为各油井方向的分配角度,As为燃烧率,由物理实验提供,m3/m3。式(1)中Q分是各油井方向的分配产出气量,如果是单井组的话,Q分就是该井的产气量。如果是多井组同时注气生产则需要对不同注气井方向的来气量进行劈分才能计算。但是由于没有有效的办法判断多井组共同生产时生产井气体的来向,所以只能采用平均分配的办法进行近似计算。首先要统计出燃烧不同阶段的井组注气量(∑Q注)和井组的产出气量(∑Q产)。然后,根据不同阶段不同方向产气量(Q产)与井组产气量之比值,即外流气量的分配系数(K),求出各油井外流气量(Q外),最后求得各油井不同方向的分配气量(Q分)。其表达式如下:Q分=Q产+(∑Q注-∑Q产)K(2)式(2)中:K为井组外流气量的分配系数,无量纲。为了准确地求的井组外流气量的分配系数K,应定期测量不同方向外围井的气量和气体组分的含量,及时掌握气流波及范围,以便对外流量的分配系数进行校对。计算结果见图3。观察图3,发现火线发现方向比较均匀,尤其是中部的生产井,因为对于多向受效井采取了平均分割的方法,所以不能反映该井的真实来气方向。例如46X38井,对于46—039方向火线已经发展到距离生产井较近的位置,但是估算方法没有体现出该现象。示踪剂测试反应其主要来气方向是46—037井,而进行平均劈分估算后,不能反映46—037井对46—036井的贡献。利用该试验井组的生产数据结合物质平衡方法(式1)分析火线位置,多向受效的生产井产气量按照受效方向进行平均劈分,不能反映该井的真实来气方向。基于以上分析,考虑结合示踪剂、油藏地质等方面的资料综合分析气体的来向,对火线位置进行综合判断、综合计算。3.2辅助分析火驱前端测试基于以上分析,考虑结合示踪剂、油藏地质等方面的资料综合分析气体的来向,对火线位置进行综合判断、综合计算。定义示踪剂分配率为:β=αin∑i=1αi×100%(3)式(3)中:β为井组内示踪剂分配率,%;αi为某一测试井的示踪剂总量;n为井组内测试井总数。则单井分配气量Q分可表示为:Q分=(1-γ)Qβ(4)式(4)中:γ为油藏存气率,%;Q为注气井总的注气量,m3。设计示踪剂辅助分析火驱前缘步骤如下:①确定示踪剂在井组内的分配率以及受效方向,按照分配率劈分注气井的注入气量;②结合储层沉积相性质分析分析各生产井的排气状况验证示踪剂的分析结果;③根据排气情况核算该井来气量和来气方向;④确定生产井来气方向和气量计算燃烧距离;⑤画出井组内燃烧前缘的位置等值图。计算结果见表1(A井组的部分井结果)。按照示踪剂监测结果绘制火线位置图(见图3),分析结果和图3有很大不同。观察图3的火驱前缘位置图发现,火驱前缘单向或两向发展较多,较少呈现多向均匀受效现象,下一步调整的重点应该放在几口明显出现火线突进的注气井调堵上,人为控制火线均匀发展,固体颗粒和空气泡沫是较为理想的调堵剂。3.3正常注气阶段可以肯定,火线发展方向不均匀是地质和工程因素共同作用的结果,地质因素主要是注气井和生产井附近储层非均质性,而工程因素主要是点火和注气时受热不均和注气速度不协调。火驱试验区内注气井都是采用注蒸汽预热方式进行点火,在注蒸汽阶段很容易出现蒸汽沿旧有的汽窜通道单方向汽窜过多的问题,导致这一侧热量积累过多,其他方向没有足够的热量点燃油层,进入正常注气阶段后,很容易形成火线的单侧推进;另外,注气速度设计的过大也会导致火线推进速度过快;而且气体超覆现象严重。蒸汽吞吐后期,地下的情况比较复杂,把储层沉积相图和火驱前缘发展方向结合起来观察发现,火线的推进在很大程度上受控于储层沉积相。图4中标识出了6口注气井与该层沉积相的相对位置,分析发现:E井处于分流河口坝微相内,周围一线井各方向上没有岩性明显变化,所以在注气受效井呈现多向受效方式;B井处于分流河口坝微相内,在东北方向上有心滩分布,所以注气受到阻挡;示踪剂测试显示在东北方向上没有示踪剂分配。D井位于分流河口坝的前端,因为这口井没有做示踪剂测试,从井组排气情况来看,和沉积相展布的方向是吻合的,东南方向上受阻。A井位于分流河口坝的前端,井的西部和南部被边滩包围,导致示踪剂测试时这两个方向受效微弱,注入气体主要向西部、北部发展。F井处于分流河口坝微相内,周围一线井各方向上没有岩性明显变化,而排气量显示该井排气量稳定而且气量很大。可见火驱前缘发展方向和储层沉积相有很强的相关性,沉积相的类型和展布情况决定了气体的大致运动方向,这也间接地验证了示踪剂辅助分析结果的正确性。4踪剂辅助拔分是确定火驱前端位置的有效依