注蒸汽开发后期稠油藏火驱高温燃烧特征

程宏杰 顾鸿君 刁长军 汪良毅 王波生

（1.中国石油 新疆油田公司 勘探开发研究院，新疆 克拉玛依834000；2.中国石油 新疆油田公司 采油一厂，新疆 克拉玛依834000）

1 油藏简况

在精细油藏地质研究的基础上，根据油藏工程研究、物理模拟研究的结果［1－5］，将试验区选择在储集层物性条件较好且剩余储量丰度较大的一个区域（图1）。

图1 新疆油田火驱试验区井网部署示意Fig.1 Well pattern chart of the fire drive experiment zone in Xinjiang oil field

试验区油藏埋深580m，纵向上自上而下分为4个砂层组，其中第4砂层组为本试验目的层。该层岩性主要为砂砾岩，岩石颗粒分选差，胶结类型以接触式、接触－孔隙式为主，胶结程度中等－疏松，孔隙组合类型以原生粒间孔－剩余粒间孔－粒内溶孔为主。

目的层平均砂层厚度11.4m，平均油层厚度9.6m，孔隙度25.4%，渗透率760×10－3μm2；原始地层压力6.41MPa，原始油层温度23.9℃，原始含油饱和度67%，原油密度0.938g／cm3，50℃脱气原油黏度1Pa·s。

试验区1991年蒸汽吞吐开发，1997年开展蒸汽驱，2008年整体上返，实施火驱试验前采出程度28.9%，含水（质量分数）96.8%，油气比（质量比）为0.15，剩余油饱和度为58%。

2 燃烧阶段划分

根据注蒸汽开发后期稠油藏火驱开发特点，可分为烟道气驱、产量上升、高温稳产、氧气突破4个阶段［6］。

烟道气驱阶段：油层燃烧面积小，温度场和油墙离生产井较远，生产井附近原油黏度较高，以燃烧后的烟道气剥离孔隙残余油为主，油井尚未受到热效影响，产量、井底温度无变化，惟有油层压力随着注气量的增加而上升，生产井产出液含水（质量分数）在95%以上，产出气中CO2体积分数保持在10%以上，说明油层已建立稳定燃烧带，并向四周生产井推进。

产量上升阶段：燃烧面积不断扩大，此阶段生产井普遍见效，产油量增加2～5倍，原油轻质馏分增加，密度、黏度下降，井底温度缓慢上升，油井含水下降。

高产稳产阶段：高温温度场和油墙靠近生产井，生产井附近温度较高，原油改质特征明显，生产井含水（质量分数）稳定在40%左右，是产油高峰期。此时，游离水中SO2－4、Cl－、Fe2＋含量增加，pH值下降。

氧气突破阶段：氧气到达生产井附近，氧气体积分数超过警戒线（5%），需要关闭生产井。

3 高温燃烧特征

试验区经历烟道气驱、产量上升2个阶段，2010年6进入高温稳产阶段。该阶段是火驱主力产油阶段（表1），燃烧特征明显。下面重点对该阶段燃烧特征进行阐述。

表1 试验区不同阶段生产参数Table 1 Production parameters of different stages in the experiment zone

3.1 温度变化特征

试验区P2井既是一口生产井，也是一口生产监测井，用于监测火驱前缘燃烧温度。该井距离I2注气井70m。监测结果表明，试验区初期处于低温燃烧阶段，火驱前缘温度较低；随着火驱燃烧半径逐渐扩大，火驱前缘温度逐渐升高，达到高温燃烧后保持在400℃以上（图2）。

3.2 火驱前缘变化特征

现场跟踪调整过程中，需要密切关注火驱前缘变化情况［7］，及时根据油井生产变化情况和注气井注气压力情况采取调控措施，保证火驱前缘尽量向四周均匀推进。

根据试验区油藏特征和火驱特点制定了生产井调控依据：（1）单井产气量超过5 000m3／d且产液量＜5t／d的井；（2）单纯产气的一线井；（3）产液温度变化剧烈的生产井。

图2 P2井监测温度曲线Fig.2 Monitored temperature curve of Well P2

结合室内物理模拟实验和现场生产数据及数字模拟手段建立了“一调、二控、三监测、四结合”的火线前缘调控技术。现场通过综合调控，保证了火驱前缘尽量向四周稳定推进，同时也起到了稳定注气井注气压力的作用。

目前，试验区平均燃烧半径（r）为45.7m，燃烧速度（v）为4.1cm／d（表2）。受油层非均质性影响，火驱前缘平面、纵向推进速度差异明显。如I2井组火驱前缘平面沿P2和P7方向推进速度快（图3），呈指状推进。目前这2口井温度达到400℃以上，产出高温雾状液体，含水（质量分数）95%以上；纵向上，高渗层推进速度快，低渗层推进速度很慢甚至未动用；如何启动低渗层，扩大波及体积，是今后跟踪调整的一项重要任务。

表2 试验区火驱燃烧参数Table 2 Combustion parameters of fire drive in the experiment zone

3.3 原油改质特征

通过原油全烃气相色谱和红外色谱检测，由于高温裂解作用，试验区原油改质作用强，轻质组分含量上升，黏度明显下降。饱和烃质量分数由62.6%上升到69.5%，芳香烃质量分数由19.9%下降到15.5%，胶质的质量分数由15.0%下降到11.5%，沥青质的质量分数由2.4%下降到2.2%（图4）；20℃时原油黏度由16 500mPa·s下降到3 381mPa·s，降黏率79.5%（表3）。

图3 试验区I2井组火驱前缘纵向分布Fig.3 Longitudinal distribution of fire drive front of Well I2in the experiment zone

表3 试验区火驱试验前后原油物性变化Table 3 Contrast of parameters of crude oil after fire driving in the experiment zone

图4 试验区火驱试验前后原油组分质量分数对比图Fig.4 Contrast of crude oil components after fire driving in the experiment zone

3.4 高温燃烧指标变化特征

监测结果表明，试验区产出气体CO2体积分数保持在13.0%以上（高温燃烧一般10%以上），CO体积分数维持在0.1%左右（图5）；氧气利用率在93%以上，视氢碳原子比为1.37（高温燃烧视氢碳原子比＜2.0，图6）：总体反应试验区生产稳定，燃烧状态良好。

图5 试验区产出气体组分体积分数变化曲线Fig.5 Time－dependent curves of volume fraction of gas components in the experiment zone

图6 试验区燃烧指标变化曲线Fig.6 Time－dependent curves of combustion parameters in the experiment zone

4 结论

a.国内首次实现注蒸汽开发后期稠油藏火驱高温燃烧，成功进入高温稳产阶段，预计提高采收率30%以上。

b.受油层非均质性影响，火驱前缘平面、纵向推进速度差异明显，高渗层推进速度快，低渗层推进速度很慢甚至未动用。

c.试验区高温燃烧特征明显，原油改质作用明显，原油物性“一升四降”。

［1］关文龙，马德胜，梁金中，等.火驱储层区带特征实验研究［J］.石油学报，2010，31（1）：100－104.

［2］关文龙，席长丰，陈亚平，等.稠油油藏注蒸汽开发后期转火驱技术［J］.石油勘探与开发，2011，38（4）：452－461.

［3］关文龙，吴淑红，梁金中，等.从室内实验看火驱辅助重力泄油技术风险［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2009，31（4）：67－72.

［4］马德胜，关文龙，张霞林，等.用热失重分析法计算火驱实验油层饱和度［J］.新疆石油地质，2009，30（6）：714－716.

［5］王艳辉，陈亚平，李少池.火烧驱油特征的实验研究［J］.石油勘探与开发，2000，27（1）：69－71.

［6］王弥康，张毅，黄善波，等.火烧油层热力采油［M］.东营：石油大学出版社，1998：245－280.

［7］关文龙，梁金中，吴淑红，等.矿场火驱过程中火线预测与调整方法［J］.西南石油大学学报：自然科学版，2011，33（5）：157－161.