CN106640003A - 一种使用碳酸铵改善sagd开发效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法。该方法包括：a、部署双水平井井对或者直井‑水平井井组：在双水平井井对中注汽井位于生产井的上方；在直井‑水平井井组中，垂直井为注汽井，水平井为生产井；b、在生产井连续生产阶段，以持续注入方式或分段注入方式向注汽井中注入碳酸铵溶液，直至瞬时油汽比降至0.1‑0.2，停止注入碳酸铵溶液，结束生产。本发明提供的技术方案能够有效提高深层稠油油藏的动用程度，提高热能利用率和开发效率，提高油藏的采收率和开发效果。

Description

一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法

技术领域

本发明涉及一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法，属于油田采油技术领域。

背景技术

稠油油藏是指在油层温度下脱气原油粘度大于100mPa·s的油藏，目前国内稠油油田开发中广泛应用热采技术，目前广泛应用的开发方式包括：蒸汽辅助重力泄油，蒸汽吞吐，蒸汽驱等技术。

蒸汽辅助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage，SAGD)技术由Butler博士1978发明。经过30多年不断发展和改进，目前已经形成成熟的商业化开采的应用技术。在加拿大油砂开发，我国辽河油田和新疆油田等地区的超稠油油藏开发中都得到成功应用。其生产方式是在油藏的底界部署一对平行的水平井，在上部水平井中注入大量高干度蒸汽，蒸汽和原油之间的密度差迫使蒸汽向上超覆，并和上部的冷的原油接触放热，冷凝的水和加热的原油受重力作用流动到下部水平井附近被产出。随着蒸汽不断注入，在注入井上部形成不断扩展的蒸汽腔，蒸汽腔不断波及到油藏的上部和侧部，逐渐将整个油藏加热并采出其中的储量。

ZL200810113261.9公开了一种气体辅助SAGD开采超稠油技术的方法，在该方法中应用非凝析气体(N₂，甲烷，CO₂等)注入到已发育的蒸汽腔中。利用气体导热系数小并且为非凝析气体的性质，形成隔热层，减小蒸汽向上覆岩层的传热速度，降低热损失，提高热效率；同时分布在蒸汽腔上部的非凝析气体能够维持系统压力，不仅对原油起到向下的推动作用，还缓解了蒸汽向上的超覆速度，加强了蒸汽腔的侧向扩展能力，增大蒸汽横向波及体积；但是该方法在应用中存在注入的非凝析气体影响蒸汽注入能力的问题，操作中发现同时注入非凝析气体时，由于明显提高了蒸汽腔压力，蒸汽注入量降低在30％左右。其次注入的气体仅仅有隔热和降粘的作用，因此只能提高采油速度，而在提高驱油效率方面效果并不明显。

因此提供一种改善SAGD开发效果的方法称为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法，该方法能够有效提高深层稠油油藏的动用程度，提高热能利用率和开发效率，提高油藏的采收率和开发效果。

为达到上述目的，本发明提供了一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法，其包括以下步骤：

a、部署双水平井井对或者直井-水平井井组：在双水平井井对中注汽井位于生产井的上方；在直井-水平井井组中，垂直井为注汽井，水平井为生产井；

b、在生产井连续生产阶段，以持续注入方式或分段注入方式向注汽井中注入碳酸铵溶液，直至瞬时油汽比降至0.1-0.2，停止注入碳酸铵溶液，结束生产。

本发明提供的技术方案能够将碳酸铵分解后的产物对原油的作用与注蒸汽辅助重力泄油相结合，提高稠油的驱油效率，从而改善油藏的开发效果：所使用的碳酸铵其分子式为NH₄-CO₃-NH₄，即(NH₄)₂CO₃。在热采开发过程中，地下热量可以使碳酸铵在160℃的条件下分解，产生CO₂和NH₃，其反应方程式为

由碳酸铵分解产生的CO₂在SAGD开发中起到以下作用：①其溶于稠油和水，能够有效降低稠油的粘度，增加原油的流动能力，减少渗流阻力(毛管阻力、摩擦力)；②CO₂溶于水后中呈酸性，能够溶解油藏中的部分酸溶性堵塞；③CO₂溶解于水相和油相后能够有效降低油水界面张力，从而降低残余油饱和度，改善油、水相对渗透关系；④CO₂气体的膨胀能够增加弹性驱动能量，降低蒸汽分压，提高注入热量的潜热利用率；

由碳酸铵分解产生的NH₃对于改善驱油效率具有明显效果，其在SAGD开发中起到以下作用：①氨气存在于蒸汽腔内部，其可以与水蒸汽结合形成氨水使汽腔内的冷凝水变成碱性，在向生产井泄流的同时降低蒸汽腔内的残余油饱和度，使相渗曲线整体向右移动，提高氨气波及区域的驱油效率；②氨水电离出和OH^-，OH^-能够和原油中的酸性物质反应形成原位表面活性剂，起到降低油水界面张力的作用，同时乳化稠油，起到降低原油粘度的作用；

此外，和CO₂可起到示踪剂的作用，据此可判定载热体和及CO₂段塞的运移方向和速度。

在上述方法中，优选地，所述持续注入方式是指将碳酸铵溶液与蒸汽混合后连续注入注汽井中；所述分段注入方式是指将碳酸铵溶液与蒸汽交替注入注汽井中；更优选地，所述碳酸铵溶液与所述蒸汽的质量之比为(3％-20％):1。

本发明提供的技术方案在蒸汽过程中同时注入相应比例的碳酸铵溶液，改善了蒸汽腔内的蒸汽利用率，提高了汽腔的驱油效率，有效提高了注蒸汽开发过程中的热效率和油汽比，改善了SAGD的开发效果，实现了经济有效开发稠油油藏的目的。

在上述方法中，优选地，所述注汽井的注汽速度为100-500t/d，所述生产井的排液速度控制为所述注汽井的注汽速度的1.1-1.2倍；更优选地，所述注汽井的注汽速度为300-400t/d，所述生产井的排液速度为400-540t/d。

在上述方法中，优选地，在步骤b中，向注汽井中注入碳酸铵溶液时，碳酸溶液的注入时机为油藏蒸汽腔发育至油藏顶部，所述油藏蒸汽腔发育至油藏顶部是通过温度观察井使用光线连续测温进行确认的。早于这一时机注入碳酸铵，会对蒸汽腔的扩展造成一定的影响，晚于这一时机，则改善效果不能充分发挥。

在上述方法中，优选地，在步骤a开始前，该方法还包括根据油藏的地质特征与开发现状对部署双水平井井对或者直井-水平井井组的油藏位置进行筛选的步骤，所筛选的油藏位置满足以下条件：油藏埋深为100-1000m，剩余油饱和度>0.5，油层厚度>10.0m，水平渗透率>250md，垂向渗透率与水平渗透率的比值>0.1，油层孔隙度>0.2，油层中不存在连续分布的不渗透泥和/或页岩夹层。

在上述方法中，优选地，在双水平井井对或者直井-水平井井组中，生产井至油藏底界的距离为3-5m；所述油藏底界指的是油层的底部，如果油藏中存在底水，则避射底水的距离应大于10m。

在上述方法中，优选地，在所述双水平井井对中，注汽井和生产井的垂向距离为3-5m，水平距离为0-10m，优选地，所述水平距离为0-5m；更优选地，所述注汽井和所述生产井的长度均大于400m；进一步优选地，所述注汽井和所述生产井均采用割缝筛管完井；更进一步优选地，所述割缝筛管完井的参数包括：所述注汽井在井筒上侧90°范围内以30°相位割缝，所述生产井在井筒下侧90°范围内以30°相位割缝；注汽井井筒和生产井井筒上割缝的长度均为5-15m/个。本发明提供的技术方案对相邻割缝之间的位置关系没有特别限定，采用本领域常规设置即可。

在上述方法中，优选地，在所述直井-水平井井组中，直井与水平井的垂向距离为3-10m，优选地，所述垂向距离为3-5m，水平距离不大于50m；更优选地，水平井的长度大于400m；进一步优选地，直井采用射孔完井，水平井采用割缝筛管完井；更进一步优选地，所述射孔完井的参数包括：射孔密度为3-7个/米，孔径为3-10mm，射孔方向在朝向水平井的90°范围内；所述割缝筛管完井的参数包括：所述水平井在井筒下侧90°范围内以30°相位割缝；水平井井筒上割缝的长度为5-15m/个。

在上述方法中，优选地，该方法还包括在步骤a结束后，步骤b开始前对注汽井和生产井分别进行预热并形成热连通的步骤。预热时可以采用长管注汽、环空排液的方式进行循环预热，当注汽井和生产井形成热连通后，继续向注汽井注入蒸汽；预热时，注汽井的注汽速度为50-120t/d，预热时间为150-210天。

在上述方法中，优选地，在步骤b中，停止注入碳酸铵溶液后，该方法还包括向注汽井注入混合气体至油藏的油汽比降至0.1-0.2的步骤；所述混合气体包括烟道气和蒸汽，或者空气和蒸汽；更优选地，以质量百分比计，在混合气体中，所述蒸汽的含量为25％。

在上述方法中，优选地，在步骤b中，向注汽井注入碳酸铵后，该方法还包括通过加压降温对生产井产生出的液体和CO₂气体进行收集的，再注入注汽井中进行循环利用的步骤。

在本发明中SAGD指的是蒸汽辅助重力泄油，其是一种利用双水平井或者垂直—水平井组合的布井方式，通过注汽井连续注入蒸汽加热地层原油，利用原油和蒸汽腔中流体的密度差，使原油在重力作用下流入到底部生产井产出的稠油油藏开发方式。

本发明的有益效果：

1)在本发明提供的技术方案中，碳酸铵在高温下可以分解为氨气和CO₂，氨气溶解可以起到碱驱作用，显著降低汽腔波及区域的残余油饱和度，提高油藏采收率；此外，CO₂也起到非凝析气体的作用，可以维持汽腔压力、减少向盖层的热损失，同时减少蒸汽的使用量；

2)与溶剂和其他非凝析气体相比，碳酸铵具有复合作用优势大，容易得到和可以循环使用的特点，大大降低了稠油油藏SAGD的开发成本；

3)采用本发明提供的技术方案可以改善蒸汽腔的波及体积，在SAGD的基础上，采用本发明提供的技术方案可以继续提高采收率14％左右，加上SAGD的采出程度，总体采收率可以达到68％左右。

附图说明

图1为实施例2中蒸汽腔内部的CO₂饱和度分布图；

图2为实施例2中蒸汽腔内部的氨离子浓度分布图；

图3为实施例2中碳酸铵辅助SAGD过程的残余油饱和度分布图。

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使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法(本实施例将该方法应用于油田1中)。

油田1的油藏性质介绍：

油藏埋深为530m，油层的有效厚度为106.0m，净总厚度比为0.92，平均孔隙度为36.5％，平均水平渗透率为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；油田已采用直井蒸汽吞吐开发5年，阶段采出程度为10.7％，产量递减率为23.4％，地层压力为2-3MPa。

使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法进行生产的过程包括以下步骤：

1)根据油田的地质特征与开发现状，进行粗筛选：

粗筛油藏满足以下条件：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，垂直与水平渗透率的比值>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；

2)在已有吞吐直井间新钻水平井作为生产井(该水平井采用割缝筛管完井)，形成直井-水平井注采井组，注采井的水平距离可为35米，垂向上的射孔距离为5-10m；

3)新钻水平井吞吐3周期，井间形成热连通后，进入生产井连续生产阶段，首先采用直井(注汽井)连续注纯蒸汽，注汽速度为120t/d，水平井(生产井)的排液速度500t/d连续生产的方式；3年后，转换为注汽直井连续注入碳酸铵溶液和蒸汽的方式(注入过程中，碳酸铵溶液与蒸汽的质量比为3％)，直至瞬时油汽比降至0.2，停止注入碳酸铵溶液，所注入碳酸铵溶液的质量分数为50％-80％；

4)可以继续向水平井内注入空气和蒸汽，直至油汽比降至0.1，停止操作，生产结束。

本实施例提供的方法在SAGD的基础上，采出程度提高了14.5％，油汽比可达到0.347，加上吞吐阶段的采出程度，总采收率达到69.0％。

实施例2

本实施例提供了一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法(本实施例将该方法应用于油田2中)。

油田2的油藏性质介绍：

油藏埋深为300m，油层的有效厚度为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；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。

使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法进行生产的过程包括以下步骤：

1)根据油田的地质特征与开发现状，进行粗筛选：

粗筛油藏满足以下条件：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，垂直与水平渗透率的比值>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；

2)在靠近油层底部钻一对水平井，注采井垂向距离4m，水平距离可为0-10m，注采井均采用割缝筛管完井；

3)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，进入生产井连续生产阶段，首先采用上部水平井(注汽井)连续注入蒸汽，下部水平井(生产井)连续生产的方式4年后，转换为注汽井连续注碳酸铵和蒸汽的方式，注入过程中，碳酸铵溶液与蒸汽(冷水当量)的质量比为5％，直至瞬时油汽比降至0.2，停止注入碳酸铵；

4)以质量百分比计，继续向注汽井内注入75％烟道气和25％蒸汽，直至油汽比降至0.1，停止操作，生产结束。

单井组的注汽速度为400t/d，井底蒸汽干度为70％，采注比保持在1.2以上。

图1为实施例2中蒸汽腔内部的CO₂饱和度分布图，从图中可以看出，二氧化碳的浓度主要集中于汽腔的边缘处。

图2为实施例2中蒸汽腔内部的氨离子浓度分布图，从图中可以看出，铵离子主要集中在汽腔的中心部位。

图3为实施例2中碳酸铵辅助SAGD过程的残余油饱和度图，从图中可以看出，在铵离子和蒸汽的共同作用下，残余油的饱和度降低至0.12；而CO₂浓度高的部位，残余油的饱和度在0.3左右。

由图1和图3可见，本实施例的方法由于使用了碳酸铵，明显将汽腔中的残余油饱和度降低到0.12左右，而常规蒸汽辅助重力泄油过程的残余油饱和度为0.3因此，本发明提供的技术方案具有更高的驱油效率。

该开发方式下原油采收率为65.7％，油汽比0.366。相对于SAGD采收率提高9.7％，油汽比提高0.10。

综上所述，本发明提供的一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法和常规的SAGD的操作效果相比，大大改善了SAGD的生产效果，提高了蒸汽的利用率，节约了蒸汽的使用量，提高了油藏的最终采收率；与溶剂辅助SAGD方法相比，该方法具有操作简单，成本低廉，易于回收等优势。在极端情况下，可以仅注入60％的蒸汽，只依靠碳酸铵分解产生的氨气和CO₂驱的作用进行促进生产，因此，该方法可以大大提高稠油油藏开发的经济性。

Claims (10)

1.一种使用碳酸铵改善SAGD开发效果的方法，其包括以下步骤：

a、部署双水平井井对或者直井-水平井井组：在双水平井井对中注汽井位于生产井的上方；在直井-水平井井组中，垂直井为注汽井，水平井为生产井；

b、在生产井连续生产阶段，以持续注入方式或分段注入方式向注汽井中注入碳酸铵溶液，直至瞬时油汽比降至0.1-0.2，停止注入碳酸铵溶液，结束生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述持续注入方式是指将碳酸铵溶液与蒸汽混合后连续注入注汽井中；

所述分段注入方式是指将碳酸铵溶液与蒸汽交替注入注汽井中；

优选地，所述碳酸铵溶液与所述蒸汽的质量之比为(3％-20％):1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述碳酸铵溶液的质量分数为50％-80％。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述注汽井的注汽速度为100-500t/d，所述生产井的排液速度控制为所述注汽井的注汽速度的1.1-1.2倍；

优选地，所述注汽井的注汽速度为300-400t/d，所述生产井的排液速度为400-540t/d。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b中，向注汽井中注入碳酸铵溶液时，碳酸溶液的注入时机为油藏蒸汽腔发育至油藏顶部。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a开始前，该方法还包括根据油藏的地质特征与开发现状对部署双水平井井对或者直井-水平井井组的油藏位置进行筛选的步骤，所筛选的油藏位置满足以下条件：

油藏埋深为100-1000m，剩余油饱和度>0.5，油层厚度>10.0m，水平渗透率>250md，垂向渗透率与水平渗透率的比值>0.1，油层孔隙度>0.2，油层中不存在连续分布的不渗透泥和/或页岩夹层。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，双水平井井对或者直井-水平井井组中，生产井至油藏底界的距离为3-5m。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述双水平井井对中，注汽井和生产井的垂向距离为3-5m，水平距离为0-10m；

优选地，所述注汽井和所述生产井的长度均大于400m；

更优选地，所述注汽井和所述生产井均采用割缝筛管完井。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述直井-水平井井组中，直井与水平井的垂向距离为3-10m，水平距离不大于50m；

优选地，水平井的长度大于400m；

更优选地，直井采用射孔完井，水平井采用割缝筛管完井。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括在步骤a结束后，步骤b开始前对注汽井和生产井分别进行预热并形成热连通的步骤。