一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法與流程
2023-10-17 10:47:54
本發明涉及一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法，屬於油田採油技術領域。
背景技術：
稠油油藏是指在油層溫度下脫氣原油粘度大於100mPa·s的油藏，目前國內稠油油田開發中廣泛應用熱採技術，目前廣泛應用的開發方式包括：蒸汽輔助重力洩油，蒸汽吞吐，蒸汽驅等技術。
蒸汽輔助重力洩油(Steam Assisted Gravity Drainage，SAGD)技術由Butler博士1978發明。經過30多年不斷發展和改進，目前已經形成成熟的商業化開採的應用技術。在加拿大油砂開發，我國遼河油田和新疆油田等地區的超稠油油藏開發中都得到成功應用。其生產方式是在油藏的底界部署一對平行的水平井，在上部水平井中注入大量高幹度蒸汽，蒸汽和原油之間的密度差迫使蒸汽向上超覆，並和上部的冷的原油接觸放熱，冷凝的水和加熱的原油受重力作用流動到下部水平井附近被產出。隨著蒸汽不斷注入，在注入井上部形成不斷擴展的蒸汽腔，蒸汽腔不斷波及到油藏的上部和側部，逐漸將整個油藏加熱並採出其中的儲量。
ZL200810113261.9公開了一種氣體輔助SAGD開採超稠油技術的方法，在該方法中應用非凝析氣體(N2，甲烷，CO2等)注入到已發育的蒸汽腔中。利用氣體導熱係數小並且為非凝析氣體的性質，形成隔熱層，減小蒸汽向上覆巖層的傳熱速度，降低熱損失，提高熱效率；同時分布在蒸汽腔上部的非凝析氣體能夠維持系統壓力，不僅對原油起到向下的推動作用，還緩解了蒸汽向上的超覆速度，加強了蒸汽腔的側向擴展能力，增大蒸汽橫向波及體積；但是該方法在應用中存在注入的非凝析氣體影響蒸汽注入能力的問題，操作中發現同時注入非凝析氣體時，由於明顯提高了蒸汽腔壓力，蒸汽注入量降低在30％左右。其次注入的氣體僅僅有隔熱和降粘的作用，因此只能提高採油速度，而在提高驅油效率方面效果並不明顯。
因此提供一種改善SAGD開發效果的方法稱為本領域亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明提供了一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法，該方法能夠有效提高深層稠油油藏的動用程度，提高熱能利用率和開發效率，提高油藏的採收率和開發效果。
為達到上述目的，本發明提供了一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法，其包括以下步驟：
a、部署雙水平井井對或者直井-水平井井組：在雙水平井井對中注汽井位於生產井的上方；在直井-水平井井組中，垂直井為注汽井，水平井為生產井；
b、在生產井連續生產階段，以持續注入方式或分段注入方式向注汽井中注入碳酸銨溶液，直至瞬時油汽比降至0.1-0.2，停止注入碳酸銨溶液，結束生產。
本發明提供的技術方案能夠將碳酸銨分解後的產物對原油的作用與注蒸汽輔助重力洩油相結合，提高稠油的驅油效率，從而改善油藏的開發效果：所使用的碳酸銨其分子式為NH4-CO3-NH4，即(NH4)2CO3。在熱採開發過程中，地下熱量可以使碳酸銨在160℃的條件下分解，產生CO2和NH3，其反應方程式為
由碳酸銨分解產生的CO2在SAGD開發中起到以下作用：①其溶於稠油和水，能夠有效降低稠油的粘度，增加原油的流動能力，減少滲流阻力(毛管阻力、摩擦力)；②CO2溶於水後中呈酸性，能夠溶解油藏中的部分酸溶性堵塞；③CO2溶解於水相和油相後能夠有效降低油水界面張力，從而降低殘餘油飽和度，改善油、水相對滲透關係；④CO2氣體的膨脹能夠增加彈性驅動能量，降低蒸汽分壓，提高注入熱量的潛熱利用率；
由碳酸銨分解產生的NH3對於改善驅油效率具有明顯效果，其在SAGD開發中起到以下作用：①氨氣存在於蒸汽腔內部，其可以與水蒸汽結合形成氨水使汽腔內的冷凝水變成鹼性，在向生產井洩流的同時降低蒸汽腔內的殘餘油飽和度，使相滲曲線整體向右移動，提高氨氣波及區域的驅油效率；②氨水電離出和OH-，OH-能夠和原油中的酸性物質反應形成原位表面活性劑，起到降低油水界面張力的作用，同時乳化稠油，起到降低原油粘度的作用；
此外，和CO2可起到示蹤劑的作用，據此可判定載熱體和及CO2段塞的運移方向和速度。
在上述方法中，優選地，所述持續注入方式是指將碳酸銨溶液與蒸汽混合後連續注入注汽井中；所述分段注入方式是指將碳酸銨溶液與蒸汽交替注入注汽井中；更優選地，所述碳酸銨溶液與所述蒸汽的質量之比為(3％-20％):1。
本發明提供的技術方案在蒸汽過程中同時注入相應比例的碳酸銨溶液，改善了蒸汽腔內的蒸汽利用率，提高了汽腔的驅油效率，有效提高了注蒸汽開發過程中的熱效率和油汽比，改善了SAGD的開發效果，實現了經濟有效開發稠油油藏的目的。
在上述方法中，優選地，所述注汽井的注汽速度為100-500t/d，所述生產井的排液速度控制為所述注汽井的注汽速度的1.1-1.2倍；更優選地，所述注汽井的注汽速度為300-400t/d，所述生產井的排液速度為400-540t/d。
在上述方法中，優選地，在步驟b中，向注汽井中注入碳酸銨溶液時，碳酸溶液的注入時機為油藏蒸汽腔發育至油藏頂部，所述油藏蒸汽腔發育至油藏頂部是通過溫度觀察井使用光線連續測溫進行確認的。早於這一時機注入碳酸銨，會對蒸汽腔的擴展造成一定的影響，晚於這一時機，則改善效果不能充分發揮。
在上述方法中，優選地，在步驟a開始前，該方法還包括根據油藏的地質特徵與開發現狀對部署雙水平井井對或者直井-水平井井組的油藏位置進行篩選的步驟，所篩選的油藏位置滿足以下條件：油藏埋深為100-1000m，剩餘油飽和度>0.5，油層厚度>10.0m，水平滲透率>250md，垂向滲透率與水平滲透率的比值>0.1，油層孔隙度>0.2，油層中不存在連續分布的不滲透泥和/或頁巖夾層。
在上述方法中，優選地，在雙水平井井對或者直井-水平井井組中，生產井至油藏底界的距離為3-5m；所述油藏底界指的是油層的底部，如果油藏中存在底水，則避射底水的距離應大於10m。
在上述方法中，優選地，在所述雙水平井井對中，注汽井和生產井的垂向距離為3-5m，水平距離為0-10m，優選地，所述水平距離為0-5m；更優選地，所述注汽井和所述生產井的長度均大於400m；進一步優選地，所述注汽井和所述生產井均採用割縫篩管完井；更進一步優選地，所述割縫篩管完井的參數包括：所述注汽井在井筒上側90°範圍內以30°相位割縫，所述生產井在井筒下側90°範圍內以30°相位割縫；注汽井井筒和生產井井筒上割縫的長度均為5-15m/個。本發明提供的技術方案對相鄰割縫之間的位置關係沒有特別限定，採用本領域常規設置即可。
在上述方法中，優選地，在所述直井-水平井井組中，直井與水平井的垂向距離為3-10m，優選地，所述垂向距離為3-5m，水平距離不大於50m；更優選地，水平井的長度大於400m；進一步優選地，直井採用射孔完井，水平井採用割縫篩管完井；更進一步優選地，所述射孔完井的參數包括：射孔密度為3-7個/米，孔徑為3-10mm，射孔方向在朝向水平井的90°範圍內；所述割縫篩管完井的參數包括：所述水平井在井筒下側90°範圍內以30°相位割縫；水平井井筒上割縫的長度為5-15m/個。
在上述方法中，優選地，該方法還包括在步驟a結束後，步驟b開始前對注汽井和生產井分別進行預熱並形成熱連通的步驟。預熱時可以採用長管注汽、環空排液的方式進行循環預熱，當注汽井和生產井形成熱連通後，繼續向注汽井注入蒸汽；預熱時，注汽井的注汽速度為50-120t/d，預熱時間為150-210天。
在上述方法中，優選地，在步驟b中，停止注入碳酸銨溶液後，該方法還包括向注汽井注入混合氣體至油藏的油汽比降至0.1-0.2的步驟；所述混合氣體包括煙道氣和蒸汽，或者空氣和蒸汽；更優選地，以質量百分比計，在混合氣體中，所述蒸汽的含量為25％。
在上述方法中，優選地，在步驟b中，向注汽井注入碳酸銨後，該方法還包括通過加壓降溫對生產井產生出的液體和CO2氣體進行收集的，再注入注汽井中進行循環利用的步驟。
在本發明中SAGD指的是蒸汽輔助重力洩油，其是一種利用雙水平井或者垂直—水平井組合的布井方式，通過注汽井連續注入蒸汽加熱地層原油，利用原油和蒸汽腔中流體的密度差，使原油在重力作用下流入到底部生產井產出的稠油油藏開發方式。
本發明的有益效果：
1)在本發明提供的技術方案中，碳酸銨在高溫下可以分解為氨氣和CO2，氨氣溶解可以起到鹼驅作用，顯著降低汽腔波及區域的殘餘油飽和度，提高油藏採收率；此外，CO2也起到非凝析氣體的作用，可以維持汽腔壓力、減少向蓋層的熱損失，同時減少蒸汽的使用量；
2)與溶劑和其他非凝析氣體相比，碳酸銨具有複合作用優勢大，容易得到和可以循環使用的特點，大大降低了稠油油藏SAGD的開發成本；
3)採用本發明提供的技術方案可以改善蒸汽腔的波及體積，在SAGD的基礎上，採用本發明提供的技術方案可以繼續提高採收率14％左右，加上SAGD的採出程度，總體採收率可以達到68％左右。
附圖說明
圖1為實施例2中蒸汽腔內部的CO2飽和度分布圖；
圖2為實施例2中蒸汽腔內部的氨離子濃度分布圖；
圖3為實施例2中碳酸銨輔助SAGD過程的殘餘油飽和度分布圖。
具體實施方式
為了對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更加清楚的理解，現對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。
實施例1
本實施例提供了一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法(本實施例將該方法應用於油田1中)。
油田1的油藏性質介紹：
油藏埋深為530m，油層的有效厚度為106.0m，淨總厚度比為0.92，平均孔隙度為36.5％，平均水平滲透率為5540md，水平滲透率與垂向滲透率的比值為0.7，油層內部無純泥巖隔夾層，油層條件下原油粘度為23.2×104cp；油田已採用直井蒸汽吞吐開發5年，階段採出程度為10.7％，產量遞減率為23.4％，地層壓力為2-3MPa。
使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法進行生產的過程包括以下步驟：
1)根據油田的地質特徵與開發現狀，進行粗篩選：
粗篩油藏滿足以下條件：油層較淺為530m，剩餘油飽和度>0.50，油層厚度>10.0m，水平滲透率>250md，垂直與水平滲透率的比值>0.1，油層孔隙度>0.20，油層中不存在連續分布的不滲透泥、頁巖夾層；
2)在已有吞吐直井間新鑽水平井作為生產井(該水平井採用割縫篩管完井)，形成直井-水平井注採井組，注採井的水平距離可為35米，垂向上的射孔距離為5-10m；
3)新鑽水平井吞吐3周期，井間形成熱連通後，進入生產井連續生產階段，首先採用直井(注汽井)連續注純蒸汽，注汽速度為120t/d，水平井(生產井)的排液速度500t/d連續生產的方式；3年後，轉換為注汽直井連續注入碳酸銨溶液和蒸汽的方式(注入過程中，碳酸銨溶液與蒸汽的質量比為3％)，直至瞬時油汽比降至0.2，停止注入碳酸銨溶液，所注入碳酸銨溶液的質量分數為50％-80％；
4)可以繼續向水平井內注入空氣和蒸汽，直至油汽比降至0.1，停止操作，生產結束。
本實施例提供的方法在SAGD的基礎上，採出程度提高了14.5％，油汽比可達到0.347，加上吞吐階段的採出程度，總採收率達到69.0％。
實施例2
本實施例提供了一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法(本實施例將該方法應用於油田2中)。
油田2的油藏性質介紹：
油藏埋深為300m，油層的有效厚度為32.0m，淨總厚度比為0.82，平均孔隙度為26.0％，平均水平滲透率為1250md，水平滲透率與垂向滲透率的比值為0.60，油層內部無純泥巖隔夾層，油層條件下原油粘度為12.0×104cp；油田是新開發區塊，原始含油飽和度為70％，原始油藏壓力為3.0MPa。
使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法進行生產的過程包括以下步驟：
1)根據油田的地質特徵與開發現狀，進行粗篩選：
粗篩油藏滿足以下條件：油層較淺為300m，原始含油飽和度>0.50，油層厚度>10.0m，水平滲透率>250md，垂直與水平滲透率的比值>0.1，油層孔隙度>0.20，油層中不存在連續分布的不滲透泥、頁巖夾層；
2)在靠近油層底部鑽一對水平井，注採井垂向距離4m，水平距離可為0-10m，注採井均採用割縫篩管完井；
3)一對水平井同時採用井筒蒸汽循環的方式預熱油層3個月，當井間形成熱連通後，進入生產井連續生產階段，首先採用上部水平井(注汽井)連續注入蒸汽，下部水平井(生產井)連續生產的方式4年後，轉換為注汽井連續注碳酸銨和蒸汽的方式，注入過程中，碳酸銨溶液與蒸汽(冷水當量)的質量比為5％，直至瞬時油汽比降至0.2，停止注入碳酸銨；
4)以質量百分比計，繼續向注汽井內注入75％煙道氣和25％蒸汽，直至油汽比降至0.1，停止操作，生產結束。
單井組的注汽速度為400t/d，井底蒸汽幹度為70％，採注比保持在1.2以上。
圖1為實施例2中蒸汽腔內部的CO2飽和度分布圖，從圖中可以看出，二氧化碳的濃度主要集中於汽腔的邊緣處。
圖2為實施例2中蒸汽腔內部的氨離子濃度分布圖，從圖中可以看出，銨離子主要集中在汽腔的中心部位。
圖3為實施例2中碳酸銨輔助SAGD過程的殘餘油飽和度圖，從圖中可以看出，在銨離子和蒸汽的共同作用下，殘餘油的飽和度降低至0.12；而CO2濃度高的部位，殘餘油的飽和度在0.3左右。
由圖1和圖3可見，本實施例的方法由於使用了碳酸銨，明顯將汽腔中的殘餘油飽和度降低到0.12左右，而常規蒸汽輔助重力洩油過程的殘餘油飽和度為0.3因此，本發明提供的技術方案具有更高的驅油效率。
該開發方式下原油採收率為65.7％，油汽比0.366。相對於SAGD採收率提高9.7％，油汽比提高0.10。
綜上所述，本發明提供的一種使用碳酸銨改善SAGD開發效果的方法和常規的SAGD的操作效果相比，大大改善了SAGD的生產效果，提高了蒸汽的利用率，節約了蒸汽的使用量，提高了油藏的最終採收率；與溶劑輔助SAGD方法相比，該方法具有操作簡單，成本低廉，易於回收等優勢。在極端情況下，可以僅注入60％的蒸汽，只依靠碳酸銨分解產生的氨氣和CO2驅的作用進行促進生產，因此，該方法可以大大提高稠油油藏開發的經濟性。