水平井、氮气及降黏剂辅助蒸汽吞吐技术——以准噶尔盆地春风油田浅薄层超稠油为例

中图分类号：TE357.4
文献标识码：A
Horizontal well, nitrogen and viscosity reducer assisted steam huff and puff technology: Taking super heavy oil in shallow and thin beds, Chunfeng Oilfield, Junggar Basin,
综上，春风油田稠油开发面临众多不利条件：① 地层温度下原油黏度高，不能渗流；②储集层埋藏浅、 生产压差小、举升难度大；③油层厚度薄且单一、地 层能量低；④直井控制储量少（500 t）且产能低；⑤ 蒸汽在油层上部“超覆”，波及体积非常小；⑥油层 热损失接近 45%。但该油田储集层构造平缓、发育稳 定，含油面积大，原油热敏性好，且储集层高孔、高 渗，由于埋藏浅钻井成本较低，井筒热损失相对于深 井较低，有利于综合利用水平井和蒸汽吞吐技术规模 开发。
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石油勘探与开发·油气田开发
Vol. 40 No.1
度低（22～28 ℃），储集层以灰色岩屑长石砂岩为主， 胶结疏松、易出砂，平均油层厚度只有 3.5 m，但展布 范围比较大。 1.2 原油性质
春风油田油层温度下原油黏度高（50 000～90 000 mPa·s）。在油藏成藏后经历了强烈的生物降解作用， 导致轻质组分缺失[11-12]，稠油中沥青质相对分子质量 大（14 860），是滨南油田典型超稠油的 4 倍，这是稠 油黏度高的主要原因。原油中饱和烃+芳香烃含量大于 等于 80%，而胶质+沥青质含量小于等于 20%，有利于 热采；原油中 C+H 含量达到 98%，加热时烃类裂解需 要的能量较低，更容易降黏；原油在油藏条件下可转 变为牛顿流体的临界温度为 60 ℃，屈服值降低为 0， 此时流动性能大为改善。原油表现出较好的热敏性，如 排 601 平 1 井地层温度下的原油黏度为 76 400 mPa·s， 加热到 50 ℃时为 5 165 mPa·s。 1.3 试采特征
近年来，胜利油田、河南油田、辽河油田和新疆 油田成功开展了氮气辅助蒸汽吞吐开发试验，证实注 氮气可增加地层能量并提高回采水率，同时抑制边底 水入侵。膜分离制氮技术的应用降低了矿场注氮成本， 提高了现场注氮能力。室内研究和矿场实践证实，注氮 气隔热保温是解决春风油田浅薄层超稠油开发难题的 技术关键。 2.2.1 井筒隔热作用
氮气、蒸汽、原油、水、沥青、水泥环、岩石和 套管的导热系数分别为 0.023、0.024、0.140、0.340、 0.690、0.810、1.920、43.200 W/（m·K）。氮气的导 热系数很低，仅为岩石的 1%、套管的 0.05%，是理想 的隔热材料，有利于降低井筒热损失。
0 引言
春风油田位于准噶尔盆地西缘车排子斜坡带北 部，属于浅薄层超稠油构造-岩性油藏，已上报探明石 油地质储量 8 200×104 t。
通过稠油冷采、蒸汽辅助重力泄油、水平井/二氧 化碳/降黏剂/蒸汽吞吐（HDCS）、火烧油层、蒸汽驱等 技术可开发油层厚度在 15 m 以上的超稠油[1-9]，而厚 度在 5 m 以下的薄层超稠油由于热损失严重开发难度 很大，提高热利用率非常关键。春风油田超稠油藏厚
2013 年 2 月
王学忠 等：水平井、氮气及降黏剂辅助蒸汽吞吐技术——以准噶尔盆地春风油田浅薄层超稠油为例
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提高了水平井近井区域的渗流能力。 ②先注氮气后注入蒸汽，被原油捕集的压缩氮气
受热膨胀、聚集，连续的油相被小的氮气段塞分隔为 段塞式油，原油连续性被打破，流动形态发生改变， 相互之间的作用力减小，原油流动性增加。尽管氮气 在水和油中的溶解度低，但在地层中能够形成微气泡， 推动蒸汽向前运移，增强导热作用，提高蒸汽携热能 力，辅助降黏。氮气使注汽前缘变得相对均匀，扩大 了蒸汽波及体积。氮气进入油层后，将优先占据多孔 介质中的油通道，使原来呈束缚状态的原油成为可动 油，降低残余油饱和度，提高驱油效率。
2005 年 6 月 3 日钻探的排 6 井沙湾组测井解释油 层 1 层 2.1 m（429.7～431.8 m）。同年 6 月 21 日注汽 求产，日产油 0.5 m3，结论为低产油层。排 601 井油
层厚度 2.7 m，注汽量 545 t。2007 年 11 月 8 日投产， 峰值日产油 12.5 t，生产 10 d 后，日产油降到 1 t，周 期累计产油 89 t，油汽比 0.16。
Abstract: Chunfeng Oilfield in the Junggar Basin has shallow burial depth (400–570 m), low formation temperature (22–28 ℃), thin reservoirs (2–6 m, averaging 3.5 m), high underground crude oil viscosity (50 000–90 000 mPa·s), but high sensitivity to heat, it is suitable for thermal recovery. In view of these features, a development method for this oilfield combining horizontal well, viscosity reducer, nitrogen and steam flooding (HDNS) was put forward, and pilot test was carried out in Northern Pai 601 sand body. The results show: injecting nitrogen through annulus can insulate thermal, high expansibility of nitrogen works to compensate formation energy, and nitrogen overlapping in reservoir has insulation effect. The combination effect of all parts of HDNS significantly increased steam sweep volume, oil displacement efficiency and crude oil flow ability, and reduced oil viscosity. Thanks to this technique, Chunfeng Oilfield has built up a production capacity of 40×104 t, with an oil recovery rate of 3%, marking the successful high-speed and high-efficiency development of low-grade shallow thin super heavy oil. Key words: shallow and thin bed; super heavy oil; enhanced thermal recovery; horizontal well; steam huff and puff; nitrogen; oil-soluble viscosity reducer
基金项目：国家科技重大专项（2011ZX05002-002）；胜利油田科技项目“浅层超稠油油藏 HDNS 开发技术研究”（YKY1107）
摘要：针对准噶尔盆地春风油田埋藏浅（400～570 m）、地层温度低（22～28 ℃）、储集层薄（2～6 m，平均 3.5 m）、 地下原油黏度高（50 000～90 000 mPa·s）但热敏性好、适合热采的特点，提出了综合水平井、降黏剂、氮气、蒸 汽的复合开发稠油方式（HDNS），并在排 601 砂体北部实施了 HDNS 开发先导试验。结果表明：油套环空注氮气， 可起到隔热作用；利用氮气膨胀性高的特点，补充地层能量；地层内氮气向上超覆，对地层有保温作用。HDNS 各 要素的综合作用显著提高了蒸汽波及体积、驱油效率和原油流动能力，降低了原油黏度。春风油田应用 HDNS 技术 已经建成产能 40×104 t，采油速度 3.0%，实现了低品位浅薄层超稠油的高速高效开发。图 2 表 6 参 19 关键词：浅薄层；超稠油；强化热采；水平井；蒸汽吞吐；氮气；油溶性降黏剂
③油溶性降黏剂、蒸汽和氮气协同作用降低岩石 的表面张力和界面张力，改善岩石的润湿性，堵塞大 孔道并产生贾敏效应，降低水的相对渗透率。单纯蒸 汽吞吐的驱油效率为 48.3%，应用 HDNS 技术的驱油 效率为 71.3%，提高了 23%。
数值模拟发现，在单纯注入蒸汽和注入蒸汽+氮 气、蒸汽+降黏剂、蒸汽+降黏剂+氮气 4 种情况下，注 汽焖井阶段，油藏温度大于 40 ℃的区域分别为 2 590、 2 892、2 951、3 406 m2，油藏压力大于 9 MPa 的区域 分别为 7 640、9 787、8 342、10 215 m2，由此可见 HDNS 效果明显。表明氮气能显著增加蒸汽的波及范围，扩 大蒸汽的加热半径，并且有效遏制蒸汽的超覆。 2.2 氮气的作用
2 HDNS 开发技术研究wenku.baidu.com
依据春风油田现场测试和物理模拟、数值模拟研 究结果，对 HDNS 开发技术进行了探讨（见图 1）。前 人在单项技术应用方面积累了经验[13-14]，氮气制备成 本的降低为推广 HDNS 技术创造了有利条件。本文着 重介绍 HDNS 各要素的综合作用和氮气的作用。
图 1 浅层超稠油 HDNS 采油技术研究技术攻关路线
模型 油藏原型 物理模型
表 1 HDNS 开发实验物理模拟参数
水平井 井距/m
水平井 排距/m
水平段 长度/m
油层 厚度/m
100
100
200
4.0
0.25
0.25
0.5
0.2
注汽速度/ （t·d−1）
200
0.4
物理模拟结果如下。 ①HDNS 综合利用油溶性降黏剂、氮气和蒸汽的 复合降黏作用及在油层横向及垂向的混合传质作用，
度小（油层厚度 2～6 m），单纯蒸汽吞吐仅见到低产油 流，为改善其开发效果，针对油藏特点，提出水平井、 降黏剂、氮气、蒸汽强化热采技术（HDNS），并在春 风油田进行了规模应用。
1 春风油田油藏概况
1.1 石油地质特点 春风油田储集层为东南向西北抬升的单斜地层，
倾角 1°～2° [10]，构造平缓；含油层系单一，仅钻遇沙 湾组 1 个薄油层，油藏埋藏浅（400～570 m）、油层温
2013 年 2 月
石油勘探与开发 PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT
Vol.40 No.1 97
文章编号：1000-0747(2013)01-0097-06
水平井、氮气及降黏剂辅助蒸汽吞吐技术
——以准噶尔盆地春风油田浅薄层超稠油为例
王学忠，王金铸，乔明全
（中国石化胜利油田分公司新春采油厂）
2.1 HDNS 各要素的综合作用 依据春风油田排 601 平 36 井油藏特征建立物理模
型。含油饱和度为 60%，孔隙度为 30%，渗透率为 446×10−3 μm2，原油黏度为 70 000 mPa·s，油层温度 为 26 ℃，生产压差为 2.0 MPa，其他参数见表 1。排 601 平 36 井注蒸汽 1 800 t（物理模型为 8 kg），注油溶 性降黏剂 20 t（物理模型为 50 g），注氮气 4×104 m3（物 理模型为 0.1 m3）。
NW China, as an example
Wang Xuezhong , Wang Jinzhu, Qiao Mingquan
(Xinchun Oil Production Company, Shengli Oilfield Company, Sinopec, Dongying 257000, China)