CN113669037B - 一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法。包括：步骤1，计算沿吞吐井径向方向油层温度变化曲线；步骤2，将温度曲线进行分区；步骤3，求取分区半径及面积；步骤4，比较分区面积，确定下周期轮次注入介质及注入顺序；步骤5，建立蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式。本发明方法对油层进行了精细划分，从而可精准动用剩余油，提高蒸汽热利用率、改善蒸汽吞吐开发效果。

Description

一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法

技术领域

本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法。

背景技术

“十五”以来，胜利油田通过技术攻关，配套形成了稠油加密吞吐、特超稠油、敏感性稠油、热化学吞吐、薄层、底水、浅层超稠油稠油等开发技术，不断强化老区挖潜和新区投入，实现了胜利稠油产量的大幅上升。截至2019年底，胜利油田稠油产量高达442.8万吨，占胜利油田总产量18.9％。

胜利油田稠油资源丰富，但以深层边际稠油为主(胜利稠油油藏埋深为1200m～2000m，美国、加拿大等国90％以上的已开发稠油油藏埋深小于500m)，此类油藏具有热损失大(井筒每千米热损失为5％～10％)、井底蒸汽干度低(井底干度小于30％)、注入压力高(井口注入压力为17MPa～21MPa)的开发难点，已动用储量进入吞吐后期，含水高(87.5％)、采收率低(15.9％)，周期油汽比降低到0.34，接近经济极限，而未动用储量以特超稠油(原油粘度>10×104mPa·s)、薄层稠油(厚度<6m)、强水敏稠油(渗透率保留率<30％)为主。采用常规热采技术难以实现深层边际稠油油藏采收率和动用率的大幅度提高。

随着生产轮次的增加，蒸汽吞吐的效果逐渐变差，2017年底，胜利东部油田蒸汽吞吐井中6周期及以上的多轮次吞吐井达1225口，占总井数的34.0％。进入多轮次吞吐后，单井周期产油量下降至1200t以下，周期油汽比下降至0.6左右，周期含水逐渐升高达到90％以上，周期效果逐渐变差。稠油油藏整体处于“多轮次、高含水、低产量、低油汽比、中高采出程度”阶段。

稠油多轮次吞吐后，蒸汽在近井附近重复无效加热，蒸汽热利用率低，资源浪费比较严重，并且泄油半径难以进一步有效扩展，造成开发效果变差。为了扩大泄油半径、提高蒸汽热利用率，改善多轮次吞吐后开发效果，现有技术中往往通过向井中注入各类型的药剂、气体等来提高蒸汽吞吐的开发效果。

中国发明专利CN103790561B公开了薄层稠油油藏多轮次吞吐后期开采方法，该方法在向井内注入蒸汽的同时，伴注氮气与微乳液降粘剂，并根据油层厚度、原油粘度、注气量以及油层能量确定伴注的氮气与微乳液降粘剂的注入量；该方法利用“氮气+微乳液降粘剂”辅助蒸汽强化热采，补充油层能量，提高蒸汽波及系数和热效率以及驱替效率，从而提高薄层稠油多轮次吞吐开采效果。

中国发明专利CN105112039B公开了一种耐高温油溶性降粘剂及其制备方法，制备所得降粘剂配合蒸汽吞吐，在稠油热采井上应用可降低注汽压力，扩大蒸汽波及体积，改善原油流动性，提高油井产油和油气比。

然而，随着蒸汽吞吐技术不断深入研究，采用各种辅助手段及研发新的降粘剂产品等研究日趋饱和。在采用注入降粘剂和或/气体辅助蒸汽多轮吞吐的基础上，如何进一步提高降粘剂等辅助作用，如何实现对各类药剂注入的精细化调控，是研究人员面临的新的问题。

发明内容

本发明主要目的是提供一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯度设计方法，本发明方法根据温度变化对蒸汽吞吐油层进行了精细划分，根据不同温度区域特点采用不同的降粘方式，从而形成多元定向降粘模式，该模式通过精细调控，实现了油藏多轮吞吐后高效可持续发展。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法，将油藏根据油层温度进行区域划分，根据各分区，确定需注入的介质及注入顺序，形成蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式。

优选地，将油层划分为近井高温区、远井低温区和热前缘区。

优选地，根据各分区面积大小确定需注入的介质及注入顺序。

为实现上述目的，本发明还可采用以下技术方案：

所述用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法，具体包括以下步骤：

步骤1，计算沿吞吐井径向方向油层温度变化曲线；

步骤2，根据温度曲线对油层进行分区；

步骤3，求取分区半径及面积；

步骤4，比较分区面积，确定下周期轮次注入介质及注入顺序；

步骤5，建立蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式；

步骤6，重复步骤1-5，建立下周期蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式。

优选地，在步骤1中，利用油藏数值模拟预测蒸汽吞吐某周期轮次生产结束后的温度场图，计算统计沿吞吐井径向方向油层温度变化曲线。

优选地，在步骤2中，各分区分界点为温度曲线的2个明显拐点处。

优选地，各分区划分方法包括以下步骤：

A：取曲线第一个拐点的附近若干个点，绘制曲线段P₁Q₁，对应横坐标范围记为[r₁,r′₁],并回归拟合线段，记为函数f₁(r)；

B：取曲线第二个拐点的附近若干个点，绘制曲线段P₂Q₂，对应横坐标范围记为[r₂,r′₂],并回归拟合线段，记为函数f₂(r)；

C：同时，在线段拟合回归时，要求函数f₁(r)和f₂(r)二阶可导；

D：分别求取两段曲线段P₁Q₁、P₂Q₂在[r₁,r′₁]、[r₂,r′₂]上的曲率K₁和K₂，计算公式如下：

E：分别求取两段曲线段P₁Q₁、P₂Q₂的最大曲率值时对应的横坐标值r_1max和r_2max；求取方法可以采用函数一次求导方法或者数学最优化算法进行求解；

F：将r_1max和r_2max标记于油层温度曲线图上，同时，将初始油藏温度T_i对应的径向距离R作为热前缘半径也标记于图中，以r_1max、r_2max和R作分区的分界点；

G：0≤r≤r_1max时，为近井高温区；r_1max≤r≤r_2max时，为远井低温区；r_2max≤r≤R时，为热前缘区。

蒸汽吞吐通常是单井为中心，向油藏四周辐射，温度场基本呈现圆形。内圆表示蒸汽吞吐近井高温区，中间环形区域表示远井低温区，外部环形区域表示热前缘区。

优选地，在步骤3中，分别以r_1max、r_2max和R为半径画圆，分别求取内圆、中间环形区、外部环形区的面积，公式如下所示：

其中，内圆表示蒸汽吞吐近井高温区，中间环形区域表示远井低温区，外部环形区域表示热前缘区。

优选地，在步骤4中，注入介质包括蒸汽、降粘剂、气体中一种或几种；

所述气体可为氮气或二氧化碳。

优选地，在步骤4中，通过比较分区面积，决定注入介质及注入顺序，具体方法如下：

1)若S₁>S₂或S₁>S₃，表示近井高温区面积大于远井低温区及热前缘区，需要进一步扩大远井低温区及蒸汽前缘区，注入方式采用先注入降粘剂、后注入气体；

2)若S₂>S₁或S₂>S₃，表示远井低温区面积大于近井高温区和热前缘区，需要进一步扩大近井高温区及热前缘区，注入方式采用先注入气体、然后注入蒸汽；

3)若S₃>S₁或S₃>S₂，表示热前缘区面积大于近井高温区和远井低温区，需要进一步扩大近井高温区域及远井低温区，采用蒸汽、降粘剂、气体的注入方式；优选地，注入顺序依次为降粘剂、气体、蒸汽。若S₃>S₁或S₃>S₂，此时，热前缘区虽然面积大，但温度更低，含油饱和度较高，大量剩余油没有动用，需要进一步降粘，采用所述注入方式和注入介质效果最佳。

在步骤5中，通过多元梯级定向降粘开发后，油层温度分布曲线发生明显变化，近井高温区扩大，远井低温区减少，热前缘区向油层深部拓展，从而建立多轮次吞吐后的多元梯级定向降粘模式。

针对多轮次稠油蒸汽吞吐后，泄油半径扩展难、热利用率低等问题，本发明提出了多元梯次定向降粘的开发策略。依据蒸汽吞吐油层温度变化曲线，将地下温度场划分为近井高温区、远井低温区和热前缘区三个区域，并制定出针对三个区域的剩余油定向动用策略与方法。蒸汽在近井高温区干度高、热晗大，可发挥深度降粘作用；降粘剂先作用于近井，协同蒸汽发挥降粘作用，并在气体携带作用下，达到远井低温区，通过化学解聚作用实现原油降粘；气体的扩散系数大，可逐渐进入到油层深部到达热前缘区，依次在近井、远井及热前缘区发挥气体的扩散溶解降粘，并扩大泄油半径。三要素在不同位置各司其职、大力协同，逐级、定向降粘，形成了多元梯级定向降粘模式。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：

本发明方法可有效克服多轮次吞吐后泄油半径扩展难、开发效果差的问题，增加了有效生产时间，实现了多轮次吞吐后高效可持续开发。本发明方法对油层进行了精细划分，从而可精准动用剩余油，提高蒸汽热利用率、改善蒸汽吞吐开发效果。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的流程图。

图2为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的多轮次吞吐后某周期轮次生产结束后沿吞吐井径向距离的温度曲线示意图

图3为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的多轮次吞吐后某周期轮次生产结束后温度曲线分区线段。

图4为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的多轮次吞吐后某周期轮次生产结束后温度分区的半径示意图。

图5为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的多轮次吞吐后某周期轮次生产结束后温度分区的圆形示意图。

图6为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的多轮次吞吐后某周期轮次生产结束后多元定向梯级降粘与单一蒸汽吞吐油层温度对比曲线图及多元梯级降粘模式图。

图7为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的蒸汽吞吐第5个周期至生产结束时的温度场图。

图8为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例蒸汽吞吐5个周期至生产结束时沿吞吐井径向方向的温度变化曲线。

图9为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的蒸汽吞吐5个周期至生产结束时温度曲线上的两个线段P₁Q₁和P₂Q₂。

图10为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的蒸汽吞吐5个周期至生产结束时的温度线段P₁Q₁的回归拟合函数。

图11为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的蒸汽吞吐5个周期至生产结束时的温度线段P₂Q₂的回归拟合函数。

图12为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的单一蒸汽吞吐在第5周生产结束时的温度曲线分区结果。

图13为本发明的一种用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法一具体实施例的第6周期蒸汽-降粘剂-气体多元梯级定向降粘吞吐开发与第5周期单一蒸汽吞吐开发后油层温度曲线对比以及多元梯级降粘模式图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，所述用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法，包括：

步骤101，利用油藏数值模拟预测蒸汽吞吐某周期轮次生产结束后的温度场图，然后计算统计沿吞吐井径向方向油层温度变化曲线，曲线结果如图2所示。流程进入到步骤102。

步骤102，根据油层温度曲线进行分区，分界点为温度曲线的2个明显拐点处。具体分区方法采用以下步骤：

A：取曲线第一个拐点的附近若干个点，绘制曲线段P₁Q₁，对应横坐标范围记为[r₁,r′₁],并回归拟合线段，记为函数f₁(r)，如图3所示。

B：取曲线第二个拐点的附近若干个点，绘制曲线段P₂Q₂，对应横坐标范围记为[r₂,r′₂],并回归拟合线段，记为函数f₂(r)，如图3所示。

C：同时，在线段拟合回归时，要求函数f₁(r)和f₂(r)二阶可导；

D：分别求取两段曲线段P₁Q₁、P₂Q₂在[r₁,r′₁]、[r₂,r′₂]上的曲率K₁和K₂。计算公式如所示。

E：分别求取两段曲线段P₁Q₁、P₂Q₂的最大曲率值时对应的横坐标值r_1max和r_2max。求取方法可以采用函数一次求导方法或者数学最优化算法进行求解。

F：将r_1max和r_2max标记于油层温度曲线图上，同时，将初始油藏温度T_i对应的径向距离R作为热前缘半径也标记于图中，这样，r_1max、r_2max和R作分区的分界点。

G：0≤r≤r_1max时，为近井高温区；r_1max≤r≤r_2max时，为远井低温区；r_2max≤r≤R时，为热前缘区，如图4所示。流程进入到步骤103。

步骤103，分别以r_1max、r_2max和R为半径画圆，内圆表示蒸汽吞吐近井高温区，中间环形区域表示远井低温区，外部环形区域表示热前缘区。如图5所示。分别求取内圆、中间环形区、外部环形区的面积。公式如下：

流程进入到步骤104。

步骤104，注入介质包括蒸汽、降粘剂、气体(如二氧化碳、氮气等)；比较分区面积，决定注入介质及注入顺序，具体方法如下：

1)若S₁>S₂或S₁>S₃，表示近井高温区面积大于远井低温区及热前缘区，需要进一步扩大远井低温区及蒸汽前缘区，注入方式采用先注入降粘剂、后注入一定量气体；

2)若S₂>S₁或S₂>S₃，表示远井低温区面积大于近井高温区和热前缘区，需要进一步扩大近井高温区及热前缘区，注入方式采用先注入气体、然后注入蒸汽；

3)若S₃>S₁或S₃>S₂，表示热前缘区面积大于近井高温区和远井低温区，需要进一步扩大近井高温区域及远井低温区，采用蒸汽、降粘剂、气体的注入方式。注入顺序依次为降粘剂、气体、蒸汽。流程进入到步骤105。

步骤105，通过多元梯级定向降粘开发后，油层温度分布曲线发生明显变化，近井高温区扩大，远井低温区减少，热前缘区向油层深部拓展，从而建立多轮次吞吐后的多元梯级定向降粘模式。如图6所示。

实施例2

建立一个单井蒸汽吞吐的油藏数值模拟模型，模型顶深1120m，油层厚度10m，渗透率为3500mD，孔隙度0.35，原始油层温度为65℃，地面原油密度为0.925g/cm³，地层含气原油粘度11000mPa·s，属于一个典型的特稠油油藏。针对该模型进行稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计，包括了以下步骤：

在步骤1中，模拟计算蒸汽吞吐5个周期至生产结束，查看温度场图(如图7所示)，并绘制沿吞吐井径向方向r的温度变化曲线，如图8所示。

在步骤2中，对温度曲线进行分区。首先在曲线的两个明显拐点附近各取几个点，分别绘制曲线段P₁Q₁和P₂Q₂。如图9、图10和图11所示，并分别对线段进行函数拟合，拟合结果如公式(6)和(7)所示。

T＝a₁r²+b₁r+c₁   (6)

其中，a₁＝-1.5097,b₁＝29.303,c₁＝148.77，R²＝0.9935

T＝a₂r³+b₂r²+c₂r+d₂   (7)

其中a₂＝-0.1693,b₂＝13.279,c₂＝-349.36,d₂＝3158.6，R²＝1.0000

根据曲率公式(1)和(2)，求出曲线段P₁Q₁和P₂Q₂的曲率函数，如公式(8)、(9)、(10)和(11)所示。

将系数代入公式为：

采用最优化数学算法分别对两个曲率函数求取曲率最大值，对应的横坐标值分别为r_1max＝9.7m、r_2max＝25.1m。

同时根据该块油藏的原始油藏温度为65℃，在油层温度曲线上确定第5周期的加热半径R＝36.2m。

将r_1max＝9.7m、r_2max＝25.1m、R＝36.2m作为近井高温区、远井低温区和热前缘区的分界线，如图12所示。

在步骤3中，根据公式分别求取内圆高温区、中环低温区、外环热前缘区的面积。

在步骤4中，对比三个区域的面积发现，S₃>S₁、S₃>S₂，表示热前缘区面积大于近井高温区域和远井低温区，需要进一步扩大近井高温区域及远井低温区，但此时，热前缘区虽面积大，但温度更低，含油饱和度高，表明热前缘区大量剩余油没有动用，泄油半径比较小，热前缘区需要进一步扩大降粘，提高泄油半径。因此，采用蒸汽、降粘剂、气体的注入方式，注入顺序依次为降粘剂、气体、蒸汽。

在步骤5中，建立第6周期的蒸汽-降粘剂-气体多元梯级定向降粘模式。该模式应用到第6周期生产后，拟合跟踪生产数据后，绘制油层温度曲线，相比第5周期单一蒸汽吞吐发生了明显变化，近井高温区面积得到拓展，远井低温区和热前缘区面积缩小，但泄油半径进一步扩大，表明剩余油动用得到进一步加强，并向油层深部推进，明显改善了单一蒸汽吞吐后的开发效果。如图13所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于稠油多轮次吞吐后多元定向降粘的梯级设计方法，其特征在于，将油藏根据油层温度进行区域划分，根据各分区，确定需注入的介质及注入顺序，形成蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式；

具体包括以下步骤：

步骤1，计算沿吞吐井径向方向油层温度变化曲线；

步骤2，根据温度曲线对油层进行分区；

步骤3，求取分区半径及面积；

步骤4，比较分区面积，确定下周期轮次注入介质及注入顺序；

步骤5，建立蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式；

步骤6，重复步骤1-5，建立下周期蒸汽吞吐多元梯级定向降粘模式；

在步骤1中，利用油藏数值模拟预测蒸汽吞吐某周期轮次生产结束后的温度场图，计算统计沿吞吐井径向方向油层温度变化曲线；

在步骤2中，各分区分界点为温度曲线的2个明显拐点处；各分区划分方法包括以下步骤：

A：取曲线第一个拐点的附近若干个点，绘制曲线段P₁Q₁，对应横坐标范围记为[r₁,r′₁],并回归拟合线段，记为函数f₁(r)；

B：取曲线第二个拐点的附近若干个点，绘制曲线段P₂Q₂，对应横坐标范围记为[r₂,r′₂],并回归拟合线段，记为函数f₂(r)；

C：同时，在线段拟合回归时，要求函数f₁(r)和f₂(r)二阶可导；

D：分别求取两段曲线段P₁Q₁、P₂Q₂在[r₁,r′₁]、[r₂,r′₂]上的曲率K₁和K₂，计算公式如下：

E：分别求取两段曲线段P₁Q₁、P₂Q₂的最大曲率值时对应的横坐标值r_1max和r_2max；

F：将r_1max和r_2max标记于油层温度曲线图上，同时，将初始油藏温度T_i对应的径向距离R作为热前缘半径也标记于图中，以r_1max、r_2max和R作分区的分界点；

G：0≤r≤r_1max时，为近井高温区；r_1max≤r≤r_2max时，为远井低温区；r_2max≤r≤R时，为热前缘区。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在步骤3中，分别以r_1max、r_2max和R为半径画圆，分别求取内圆、中间环形区、外部环形区的面积，公式如下所示：

其中，内圆表示蒸汽吞吐近井高温区，中间环形区域表示远井低温区，外部环形区域表示热前缘区。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在步骤4中，注入介质包括蒸汽、降粘剂、气体中一种或几种；所述气体为氮气或二氧化碳。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，通过比较分区面积，决定注入介质及注入顺序，具体方法如下：

1)若S₁>S₂或S₁>S₃，表示近井高温区面积大于远井低温区及热前缘区，需要进一步扩大远井低温区及蒸汽前缘区，注入方式采用先注入降粘剂、后注入气体；

2)若S₂>S₁或S₂>S₃，表示远井低温区面积大于近井高温区和热前缘区，需要进一步扩大近井高温区及热前缘区，注入方式采用先注入气体、然后注入蒸汽；

3)若S₃>S₁或S₃>S₂，表示热前缘区面积大于近井高温区和远井低温区，需要进一步扩大近井高温区域及远井低温区，采用蒸汽、降粘剂、气体的注入方式；注入顺序依次为降粘剂、气体、蒸汽。

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