CN102758603B - 一种超稠油油藏sagd开采后期注空气开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超稠油油藏SAGD开采后期注空气开采方法。该方法包括以下步骤：在SAGD开采后期，在超稠油油藏的蒸汽腔发育较差的位置新钻一个直井作为空气注入井并在该空气注入井的上部进行射孔作业补充2-3米的射孔段，然后通过该空气注入井以20000-80000m³/天的速度连续注入空气并进行点火，进行开采；当产出的气体中氧气的体积分数达到3％，或者注入的空气体积与产出原油的体积之比达到3000m³/m³以上时，停止注入空气。采用本发明提供的方法能够有效减少SAGD后期的热损失，利用油藏内部物质反应放出的热量，维持整个系统的稳定生产。

Description

一种超稠油油藏SAGD开采后期注空气开采方法

技术领域

本发明涉及种超稠油油藏的后期开采方法，尤其涉及一种超稠油油藏SAGD开采后期注空气开采方法，属于石油开采技术领域。

背景技术

常规蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术作为超稠油开采技术，可以通过注汽井注入高干度蒸汽来实现。注汽井可以是水平井也可以是直井，位于水平生产井的正上方或侧上方。在重力作用下，注入的蒸汽向上超覆，形成蒸汽室，被加热降粘的原油和凝结水向下流动到生产井(如图1a和图1b所示)。随着原油的采出，蒸汽室逐渐扩大。国内外理论研究和现场实践表明，成功的SAGD有两个标志，一是实际采收率接近油藏条件应有的采收率，二是要实现经济指标-油汽比最大化。要实现上述指标，不仅要保证蒸汽干度大于70％，提高热效率，而且还要保证实现最大的蒸汽波及体积，同时在工艺上生产井排液速度与蒸汽室的自然泄油速度相匹配，保证蒸汽洗油效率和热效率都最高。

我国稠油油田大约占18.2％地质储量的稠油油藏属于超稠油油藏，油层温度下脱气原油粘度大于50000mPa·s，原油相对密度大于1.00，地层条件下不能流动，只有依靠注蒸汽加热降粘开采。在这种注汽方式下，一方面，高干度蒸汽的超覆作用使得蒸汽室向上部发展迅速，到达油层顶部后会加热上覆岩层，造成热量的无效浪费，尤其在SAGD后期(SAGD后期是指SAGD生产井的产量度过了高峰期，开始有明显递减趋势的阶段)，这种能量浪费更为严重；另一方面，由于油藏的非均质性，使得蒸汽室扩展不均匀，降低了油藏的动用体积，从而降低采油量。

而且，SAGD的采收率能够达到60％以上是公认的，但是，对于能否进一步提高采收率，至今没有看到公开的报道。而且，SAGD开采之后，油藏中还存有大量剩余油，如何将这部分剩余油开采出来也是本领域亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超稠油油藏的开采方法，通过在SAGD开采后期进行注空气和点火来进行开采作业，能够大幅度提高超稠油油藏的动用体积、延长开发时间，进一步降低残余油饱和度、提高经济效益，其是SAGD后期的有效接替技术。

为达到上述目的，本发明提供了一种SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法，其包括以下步骤：

在SAGD开采后期，在超稠油油藏的蒸汽腔发育较差的位置新钻一个直井作为空气注入井并在该空气注入井的上部进行射孔作业补充2-3米的射孔段，然后通过该空气注入井以20000-80000m³/天的速度连续注入空气并进行点火，并进行开采；

当产出的气体中氧气的体积分数达到3％(这里的产出气体是指从油井中产出的气体，其包括CO₂、CO、N₂、O₂等，体积分数是指氧气占所有产出气体的体积之和的百分数)，或者注入的空气体积与产出原油的体积之比达到3000m³/m³以上时，停止注入空气。

本发明所提供的方法通过在SAGD后期向油藏中注入空气并进行点火，能够接替SAGD进行超稠油油藏的开采，将SAGD开采之后的剩余油开采出来，提高采收率，实现更大的经济价值。

在本发明提供的上述方法中，SAGD开采优选通过以下方式进行：

在已有的注入井(进行SAGD开采的油藏一般在前期都进行过开发，因此会存在注入井)之间钻一水平井作为生产井，注入井和生产井的水平距离为35米，或者，在距离油层底部5米的位置钻一对垂直正对的水平井作为生产井，所述水平井之间的垂直距离为6米；

通过注入井向油藏中注入纯蒸汽，采用水平井连续生产的方式进行5-10年的开采。

根据本发明的具体实施方案，优选地，本发明提供的上述方法尤其适合于满足以下条件的超稠油油藏：油层埋深为300-600m，剩余油饱和度＞0.50，油层厚度＞10.0m，水平渗透率＞250md，垂直与水平渗透率比值＞0.1，油层孔隙度＞0.20，油层中不存在连续分布的不渗透泥和页岩夹层。油藏太深时，热损失比较大，注入蒸汽的干度会低于70％，无法形成SAGD所需要的蒸汽腔；油藏的物性太差、存在连续分布的夹层时，将会阻碍蒸汽腔的发展，无法进行SAGD操作。

在本发明提供的上述方法中，优选地，蒸汽腔发育较差的位置是指油藏中蒸汽腔的扩展高度较低的区域，即该蒸汽腔发育较差的位置是指蒸汽腔的扩展高度在油层厚度的1/3以下的区域。

在本发明提供的上述方法中，优选地，点火在油藏中剩余油饱和度较高的区域进行，即点火在油藏中剩余油饱和度在35％以上的区域进行。

根据本发明的具体实施方案，优选地，本发明提供的方法是在SAGD开采后期注入井和生产井之间的剩余油饱和度不小于35％时进行，也就是说在注入井和生产井之间的剩余油饱和度不小于35％时由SAGD开采转入注空气方式，这样可以最大限度地采出剩余油，采收率在SAGD基础上提高20-30％。在SAGD实施过程中，通过观察井与数值模拟方法能够实时跟踪蒸汽腔扩展方向、扩展速度，从而确定剩余油分布特点，这是本领域公知的手段；当蒸汽腔扩展速度降为前一周平均扩展速度的60％时，井对间剩余油饱和度不小于35％。

本发明还提供了一种超稠油油藏开采方法，其包括以下步骤：

选择满足以下条件的超稠油油藏：油层埋深为300-600m，剩余油饱和度＞0.50，油层厚度＞10.0m，水平渗透率＞250md，垂直与水平渗透率比值＞0.1，油层孔隙度＞0.20，油层中不存在连续分布的不渗透泥和页岩夹层；

在已有的注入井之间钻一水平井作为生产井，注入井和生产井的水平距离为35米，或者，在距离油层底部5米的位置钻一对垂直正对的水平井作为生产井，水平井之间的垂直距离为6米；

通过注入井向油藏中注入纯蒸汽，采用水平井连续生产的方式进行5-10年的开采；

在SAGD开采后期，当注入井和生产井之间的剩余油饱和度不小于35％时，在超稠油油藏的蒸汽腔发育较差的位置新钻一个直井作为空气注入井并在该空气注入井的上部进行射孔作业补充2-3米的射孔段，然后通过该空气注入井以20000-80000m³/天的速度连续注入空气并进行点火，进行开采；

当产出的气体中氧气的体积分数达到3％，或者注入的空气体积与产出原油的体积之比达到3000m³/m³以上时，停止注入空气。

在上述超稠油油藏开采方法中，优选地，蒸汽腔发育较差的位置也是指蒸汽腔的扩展高度在油层厚度的1/3以下的区域。

在上述超稠油油藏开采方法中，优选地，点火在油藏中剩余油饱和度也是在35％以上的区域进行。

本发明所提供的方法采用SAGD后期注入空气的方式，利用注入的空气能够就地与稠油发生高温燃烧的特点，释放出热量，从而维持SAGD过程中形成的蒸汽腔内部的高温。注入的空气与高饱和度原油接触发生高温氧化反应后，在点火区域附近形成燃烧前缘，使该区域的原油发生裂解反应，得到部分改质的原油和进一步维持燃烧的燃料——焦炭。因为在SAGD阶段已经将靠近生产井的大面积区域开采到了剩余油饱和度，因此该区域的流动阻力已经降得很低，被加热的原油和燃烧改质的原油能够顺利流动到位于底部的水平生产井中被采出，而废气可以通过位于上部的直井或水平井采出。燃烧前缘随着气体在水平井中的产出向水平井附近扩展，进一步将SAGD过程中形成的蒸汽腔波及区域的剩余油裂解并产出。燃烧前缘波及过的区域，剩余油饱和度基本降低到0.01以下。因此SAGD后期的注空气开发，一方面通过将注空气位置选择在SAGD蒸汽腔发育不好的位置，即油藏中渗透率较差，引起蒸汽腔扩展高度较低的区域，提高了SAGD开发方式的波及体积；另一方面，燃烧前缘波及到的区域残余油饱和度远远低于SAGD过程中形成的蒸汽腔的残余油饱和度。由于注空气利用的是油藏内原油与氧气的高温氧化释放的热量，因而，与从地面向油藏注入蒸汽相比，热损失会明显降低。在开采过程中，通过优化注蒸汽阶段向注空气阶段的转换时机(井对间剩余油饱和度不小于35％时进行转换)，能够达到采油速度和经济效益的最大化。图2a和图2b是SAGD后期注空气提高超稠油开采效果的机理示意图。

本发明所提供的SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法具有以下技术效果：

(1)有效减少SAGD后期的热损失，利用油藏内部物质反应放出的热量，维持整个系统的稳定生产；

(2)有利于提高超稠油油藏的波及体积，燃烧前缘波及体积比蒸汽室波及体积增加20％-30％；

(3)有利于降低残余油饱和度，燃烧区域残余油饱和度接近0，而蒸汽腔为10％-15％；

(4)延长超稠油油藏生产时间3-5年，提高采出程度10.0％-15.0％。

附图说明

图1a为水平井蒸汽辅助重力泄油的机理示意图；

图1b为垂直井与水平井蒸汽辅助重力泄油的机理示意图；

图2a为水平井SAGD后期注空气提高超稠油开采效果的机理示意图；

图2b为垂直井与水平井SAGD后期注空气提高超稠油开采效果机理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法，其中，该超稠油油藏的埋深为530m，油层有效厚度为106.0m，净总厚度比为0.92，平均孔隙度36.5％，平均水平渗透率5540md，水平渗透率与垂向渗透率的比值为0.7，油层内部无纯泥岩隔夹层，油层条件下原油粘度为23.2×10⁴cp。该超稠油油藏已采用直井蒸汽吞吐开发8年，阶段采出程度为10.7％，产量递减率为25.4％，地层压力2-3MPa。

根据油田地质特征与开发现状，进行粗筛选，该超稠油油藏满足以下条件：油层较浅为530m，剩余油饱和度＞0.50，油层厚度＞10.0m，水平渗透率＞250md，垂直与水平渗透率比值＞0.1，油层孔隙度＞0.20，油层中不存在连续分布的不渗透泥、页岩夹层，是适于SAGD的超稠油油藏。

在SAGD开采中，在已有吞吐直井(注入井)之间新钻一个水平井作为生产井(采出井)，注采井(注入井与采出井)井距为35米；然后利用新钻的水平井吞吐3周期(300天)，井间形成热连通后，首先采用注汽直井连续注入纯蒸汽，以水平井连续生产的方式进行8年的SAGD开采，此时注入井和采出井之间的剩余油饱和度不小于35％，可以进行转换，采用本实施例提供的SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法按照以下步骤进行后续开采：

在SAGD过程中形成的蒸汽腔的扩展高度在油层厚度的1/3以下的区域，新钻一个直井并在顶部20-30m范围内进行射孔，然后连续注入空气(单井注入空气速度在20000m³/d)并点火；

当水平生产井产出氧气的浓度达到3％(体积)时，或者注入空气和产出原油的体积比达到3000m³/m³时，停止注空气，水平井的产量保持在能完全将燃烧前缘驱替出的原油和燃烧产生的废气完全产出。

在蒸汽吞吐和SAGD的基础上，通过采用本实施例提供的方法，在注空气阶段可相对纯蒸汽SAGD过程提高采出程度10.3％左右，空气油比可达到2500m³/m³，加上SAGD阶段的采出程度，总采收率可达到65.5％，这说明本实施例提供的SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法是良好的SAGD后期的后续开采方法，能够大大提高采收率。

实施例2

本实施例提供了一种SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法，其中，该超稠油油藏的埋深为300m，油层有效厚度为32.0m，净总厚度比为0.82，平均孔隙度为26.0％，平均水平渗透率为1250md，水平渗透率与垂向渗透率的比值为0.60，油层内部无纯泥岩隔夹层，油层条件下原油粘度为12.0×10⁴cp。该超稠油油藏所在的油田是新开发区块，原始含油饱和度为70％，原始油藏压力为3.0MPa。

根据油田地质特征与开发现状，进行粗筛选，该超稠油油藏满足以下条件：油层较浅为300m，原始含油饱和度＞0.50，油层厚度＞10.0m，水平渗透率＞250md，垂直与水平渗透率比值＞0.1，油层孔隙度＞0.20，油层中不存在连续分布的不渗透泥、页岩夹层，是适于SAGD的超稠油油藏。

在SAGD开采中，在距离油层底部约5米的位置钻一对水平井(分别作为注入井和采出井)，注采井的垂向距离为约6米；

采用上述一对水平井同时采用井筒蒸汽循环的方式预热油层3个月，当井间形成热连通后，首先采用上部水平井连续注纯蒸汽，进行连续7年的水平井连续生产，此时注入井和采出井之间的剩余油饱和度不小于35％，可以进行转换，采用本实施例提供的SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法按照以下步骤进行后续开采：

在油藏中含油饱和度不小于35％的区域的上部钻一口注空气井并在顶部20-30m范围内进行射孔，然后进行点火操作，以80000m³/d的速度连续注入空气；注空气过程中，下部的水平井保持2MPa的井底流压连续生产；

当空气注入量和采出原油体积比达到3000m³/m³后停止注入空气。

通过采用SAGD与本实施例提供的方法相结合的开采方式，油藏总的原油采收率可以达到68.3％，累积空气油比为2800m³/m³，这说明本实施例提供的SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法是良好的SAGD后期的后续开采方法，能够大大提高采收率。

Claims (5)

1.一种SAGD开采后期注空气提高超稠油油藏采收率的方法，其包括以下步骤：

在SAGD开采后期，在超稠油油藏的蒸汽腔发育较差的位置新钻一个直井作为空气注入井并在该空气注入井的上部进行射孔作业补充2-3米的射孔段，然后通过该空气注入井以20000-80000m³/天的速度连续注入空气并进行点火，并进行开采；

当产出的气体中氧气的体积分数达到3％，或者注入的空气体积与产出原油的体积之比达到3000m³/m³以上时，停止注入空气；

其中，所述超稠油油藏为满足以下条件的超稠油油藏：

油层埋深为300-600m，剩余油饱和度>0.50，油层厚度>10.0m，水平渗透率>250md，垂直与水平渗透率比值>0.1，油层孔隙度>0.20，油层中不存在连续分布的不渗透泥和页岩夹层；

所述蒸汽腔发育较差的位置是指蒸汽腔的扩展高度在油层厚度的1/3以下的区域；

所述SAGD开采通过以下方式进行：

在已有的注入井之间钻一水平井作为生产井，注入井和生产井的水平距离为35米，或者，在距离油层底部5米的位置钻一对垂直正对的水平井作为生产井，所述水平井之间的垂直距离为6米；

通过注入井向油藏中注入纯蒸汽，采用水平井连续生产的方式进行5-10年的开采。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述点火在油藏中剩余油饱和度在35％以上的区域进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法是在SAGD开采后期注入井和生产井之间的剩余油饱和度不小于35％时进行。

4.一种超稠油油藏开采方法，其包括以下步骤：

选择满足以下条件的超稠油油藏：油层埋深为300-600m，剩余油饱和度>0.50，油层厚度>10.0m，水平渗透率>250md，垂直与水平渗透率比值>0.1，油层孔隙度>0.20，油层中不存在连续分布的不渗透泥和页岩夹层；

在已有的注入井之间钻一水平井作为生产井，注入井和生产井的水平距离为35米，或者，在距离油层底部5米的位置钻一对垂直正对的水平井作为生产井，所述水平井之间的垂直距离为6米；

通过注入井向油藏中注入纯蒸汽，采用水平井连续生产的方式进行5-10年的开采；

在SAGD开采后期，当注入井和生产井之间的剩余油饱和度不小于35％时，在超稠油油藏的蒸汽腔发育较差的位置新钻一个直井作为空气注入井并在该空气注入井的上部进行射孔作业补充2-3米的射孔段，然后通过该空气注入井以20000-80000m³/天的速度连续注入空气并进行点火，进行开采，其中，所述蒸汽腔发育较差的位置是指蒸汽腔的扩展高度在油层厚度的1/3以下的区域；

当产出的气体中氧气的体积分数达到3％，或者注入的空气体积与产出原油的体积之比达到3000m³/m³以上时，停止注入空气。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述点火在油藏中剩余油饱和度在35％以上的区域进行。