渤海油田普2b类稠油地层电加热技术适应性研究_罗珊.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：罗珊，于晓涛，桑丹，等 渤海油田普 类稠油地层电加热技术适应性研究 非常规油气，（）：，（）：渤海油田普 类稠油地层电加热技术适应性研究罗珊，于晓涛，桑丹，吴婷，李芳芳，王晓超（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 ）摘要：为解决渤海油田普 类稠油（）常规冷采产能低、注蒸汽热采受限、经济门槛过高而导致动用困难的问题，基于渤海油田大功率地层加热电缆试制现状，以单井经济累产油为约束，采用数值模拟方法研究了地层电加热技术的油藏适用条件，并用正交设计方法分析了控制功率、控制温度以及预热时间这个生产因素对累产油和井底温度的影响程度。结果表明：）电加热适用的油藏条件是地层原油黏度为 ，油层纯厚度不小于，渗透率大于 ，原始含油饱和度不小于 ，边水水体倍数不大于，布井距离边水大于 。）影响电加热累产油的生产因素依次为控制温度、预热时间和控制功率，影响井底温度的生产因素依次为控制温度、控制功率和预热时间。）根据油藏条件，初步筛选出口目标井，油层厚度为，地层原油黏度为 ，水平段长度为 。与常规冷采相对比，电加热可增油，可为海上此类油藏有效开发提供新思路。关键词：渤海油田稠油；地层电加热；适用油藏条件；正交设计；数值模拟中图分类号：文献标识码：，（.，）：，（），：）：，收稿日期：基金项目：中海油集团公司科研项目“热采井下热力发生可行性及配套技术研究”（）第一作者简介：罗珊（），女，硕士，工程师，主要从事稠油热采增效技术及方案研究工作。：非常规油气油气开发 ，），），：；引言渤海油田稠油分类标准中原油黏度为 （注：有指地层条件下原油黏度，无指地层温度下脱气原油黏度）的普 类稠油储量大，常规冷采产能和预测采收率低。近年来在渤海部分油田采用蒸汽吞吐、蒸汽驱及多元热流体等注热开采方式取得不错的效果，但由于海上平台作业的特殊性及大位移井斜深较大，加大了海上稠油开发的成本，仍有相当数量的稠油储量因为冷采效果差，平台空间及工艺条件限制，注蒸汽热采开发经济评价不达标而难以得到动用。国外已有井下大功率油层电加热开采稠油的技术研究，大功率电加热油层可以大幅提高油层的渗流能力和产能。国内开展电加热油藏的物模实验研究表明，对于冷采产量较低的稠油油藏，可以选用电加热方式提高近井地带油藏温度，建立温度场，达 到 降 低 原 油 黏 度，提 高 油 井 产 量 的 目的。研究显示，电加热技术可以提高油井产能倍。对于双水平井 ，电加热技术可作为均匀预热和提前启动的手段，扩大 生产阶段的水平段动用程度和蒸汽腔发育规模，可将采收率提高 以上 。吞吐矿场试验表明，实施电加热辅助水平井蒸汽吞吐后，油井周期产量、油汽比和水平段动用程度均得到明显提高，数模预测最终采收率可提高 。渤海油田开展过通过井筒电加热技术改善稠油井筒举升的先导试验 ，但无法改善稠油在地层流动困难的情况。电加热设备占地空间小，适合海上有限的平台空间 ，为了探索解决海上部分稠油油田动用受限的情况，目前已开展大功率地层加热电缆的试制。由于海上平台采用三相供电模式，根据井下管柱结构和安全控制要求，选择了三相三芯电缆，电缆线功率为 ，最大功率可达 ，电缆试制完成后即选井开展地层电加热现场试验。因此，基于地层加热电缆试制的现状和应用的需求，有必要针对渤海油田稠油开展地层电加热的相关研究，明确地层电加热技术适用的油藏条件和生产影响因素，为现场选井应用奠定基础。渤海油田稠油地层电加热适用油藏条件研究根据前人研究，海上稠油注蒸汽热采成本在独立开发、依托开发以及挖潜开发模式下各不相同，其中挖潜开发模式经济门槛最低。海上稠油热采挖潜开发的经济界限为单井累计产油量在（），动用储量需大于 。海上冷采开发的门槛低于注蒸汽热采，单井经济累产油为（）。鉴于电加热开发模式比注蒸汽热采的设备和工艺简单，但成本略高于冷采，综合考虑冷热采成本构成以及电加热开发能初筛出尽可能大范围内目标井的需求，取冷采经济门槛的较大的单井累产油量 作为界限临界值，确定电加热适用条件的筛选界限 。通过调研可知，影响稠油地层电加热开发效果的油藏条件有原油黏度、油层厚度、含油饱和度、渗透率和水体等，。渤海油田普 类稠油黏度为 ，油藏埋深为 ，油藏厚度为 ，油层温度为 ，平均渗透率为 ，孔隙度为 ，含油饱和度为 。针对渤海油田普 类稠油的油藏参数建立机理模型，分析适合地层电加热技术的油藏条件。机理模型建立以渤海普 类稠油油田平均油藏参数为基础，通过数值模拟软件建立孔隙度为、渗透率为 且边界封闭的均质机理模型，机理模型三维示意图如图所示。主要网格步长为（年月罗珊等：渤海油田普 类稠油地层电加热技术适应性研究），为细化近井地带加热计算，方向水平井所在网格步长细化为，井附近半径 范围内网格步长为，布井示意图如图所示，模型油层厚度为，水平 井布 置于 油 层中 部，水 平段长 度 ，利用 加热井定义，通过设置电加热功率和电加热温度来双重控制实现电加热的效果。图机理模型三维示意图 图机理模型布井示意图 参考渤海油田普 类稠油油藏参数范围，基于得到最低筛选条件的需求适当缩减，对适合地层电加热的油藏条件研究方案进行设计，参数取值见表。基础模型取值原油黏度为 ，油层厚度为，含油饱和度为 ，渗透率为 ，无边底水，电加热 控 制 功 率为 ，控制温度为 。表适合地层电加热技术的油藏条件研究方案及参数 项目原油黏度（）油层厚度含油饱和度渗透率 边水（水体倍数）距边水距离底水（水体倍数）渤海油田 方案设计 ，适用油藏条件研究 原油黏度原油黏度对于稠油开采来说是非常重要的筛选参数，直接影响着开采方式的选择和开发效果。保持其他油藏参数为基础取值不变，按表改变原油黏度分别进行数模运算，绘制的各方案累产油结果与原油黏度关系曲线如图所示，发现原油黏度越大，电加热开采方式下累产油降低幅度先增大后变缓。当地层原油黏度为 时，采用电加热开采的累产油与原油黏度关系曲线回归拟合得到的关系式符合多项式规律，拟合程度较高。基于海上冷热采成本和电加热初筛需求选用的单井累产油量 为经济界限，根据多项式计算，电加热开采地层原油黏度应选 。图渤海油田普 类稠油电加热开采效果（原油黏度）（）油层厚度油层厚度作为重要因素，对油藏开发起着至关重要的作用。保持其他油藏参数为基础取值不变，非常规油气油气开发 改变油层厚度进行方案计算，统计累产油与油层厚度关系曲线并拟合回归，发现其符合线性关系。如图所示，在电加热开采方式下，当油层厚度为 时，根据累产油与油层厚度线性关系式计算发现，地层原油黏度为 、油层厚度 条件下，电加热累产油 。图渤海油田普 类稠油电加热开采效果（油层厚度）（）含油饱和度含油饱和度对油藏开采效果的影响很大。保持其他油藏参数为基础取值不变，改变含油饱和度进行方案计算，绘制的累产油与含油饱和度关系曲线如图所示。当含油饱和度为 时，含油饱和度越大，累产油增幅越大，而当原始含油饱和度大于 后，累产油增幅减小。从单井经济累产油角度来看，含油饱和度。图渤海油田普 类稠油电加热开采效果（含油饱和度）（）渗透率影响为了考量渗透率对稠油开采效果的影响，保持其他油藏参数为基础取值不变，依据表改变渗透率进行方案计算，绘制的累产油与渗透率关系曲线如图所示，发现渗透率变化对累产油影响较小，渗透率 后，累产油基本无变化。图渤海油田普 类稠油电加热开采效果（渗透率）（）水体影响边底水对油藏开发特别是对稠油开发的影响很大。在基础模型上对网格水体添加边水，保持水平井距离边水 ，改变水体体积进行方案计算，统计累产油与边水水体倍数的关系曲线（如图所示）。当边水与生产井的距离一定且足够远（），边水水体倍数分别取倍，倍，倍，倍和 倍，边水能量较弱时（水体倍数），边水会增加累产油；当边水水体倍数，累产油会略微减小，但程度很缓。图渤海油田普 类稠油电加热开采效果（水体倍数）（）对于稠油开发来说，底水的存在几乎就是消极的影响。在基础模型上通过网格水体添加底水，当油层厚度为，布井在油层上部，不同底水水体倍数时分别计算电加热开采效果，绘制累产油与底水水体倍数关系曲线（如图所示）。尽管布井考虑了避水布在油层上部，但对于稠油油藏，油层厚度为 甚至以下时不足以满足有效的避水高度，底水突进非常快，底水的存在均会大幅降低累产油，难以达到经济门槛。当边水能量一定时（如倍水体），改变水平井 年月罗珊等：渤海油田普 类稠油地层电加热技术适应性研究距边水的距离，对不同方案计算进行对比，绘制累产油与距边水距离的关系曲线（如图所示），发现水平井距边水的距离为 时生产效果更好。当边水能量增大时，为了延缓边水的推进时间，布井需远离边水甚至超过 。结合边水能量的研究、渤海油田稠油布井原则以及初筛的需求，认为水平井距边水的距离需不小于 。图渤海油田普 类稠油电加热开采效果（距边水距离）（）电加热适用条件分析综上所述，由于开采效果受多重因素影响，初筛时可以适当放宽各种参数的选择范围。电加热初筛油藏条件为：地层原油黏度为 ，油层纯厚度不小于，渗透率大于 ，原始含油饱和度不小于 ，边水水体倍数不大于，水平井布井距边水的距离不小于 ，底水油层厚度为 及以下时不合适，具体油田需进一步综合研究。电加热效果主要生产因素影响程度研究影响电加热开发效果的生产因素主要包括控制功率、控制温度和预热时间。其中控制功率要小于电缆的总额定功率，控制温度要小于原油结焦温度，同时也受电缆耐热温度的限制，。一般来说，原油在空气环境中加热其升温过程存在低温氧化阶段和高温氧化阶段，低温氧化结焦温度为 。影响因素的正交试验设计及模拟结果针对影响电加热开发效果的个主要因素，每个因素均设计个水平。参考试制电缆的功率范围，设控制功率的个水平位级分别为 ，和 ；根据前述一般原油低温氧化结焦温度，选择控制温度的个取值分别为 ，和 ；结合渤海油田蒸汽吞吐作业时间 和电加热辅助 预热时间 ，设计预热时间的个水平分别为，和 ，预热天即不预热。表所示为电加热效果影响因素的正交试验设计及结果，井底温度直观反映了电加热工艺完成情况和加热效果，累产油综合反映这项技术的生产效果和有效性。分别选择生产结束时累产油和个月后的井底温度作为此次试验结果的评价指标，根据前面的基础模型分别对表中的各组试验方案进行计算，计算得到的累产油和井底温度分别列于表的后两列。表电加热效果影响因素的正交试验设计及结果 试验方案控制功率控制温度预热时间试验结果累产油（）井底温度试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 非常规油气油气开发 续表试验方案控制功率控制温度预热时间试验结果累产油（）井底温度试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 试验 正交试验结果分析基于正交试验原理，极差分析是直观结果的主要分析依据。根据 个试验的组指标计算 因素、因素和因素在个不同水平的均值，从而得到这个因素的极差，结果见表和表。如表所示，影响累产油的最大控制功率为 ，控制温度的最大响应水平为 ，预热时间所对应的指标为不预热。这说明控制功率和控制温度值越大，累产油越高；而预热时间越长，意味着关井时间越长，对于原油黏度不太高的冷采有一定产量的稠油来说，关井对产量的影响比电加热增产的影响大。某因素对应的极差越小，说明该因素对结果的影响越小。根据极差值由大到小排列，个因素对累产油结果的影响程度为控制温度预热时间控制功率。表影响累产油指标直观分析结果 项目控制功率控制温度预热时间均值?均值?均值?均值?均值?极差 较优水平 因素主次表影响井底温度直观分析结果 项目控制功率控制温度预热时间均值?均值?均值?均值?均值?极差 较优水平 因素主次直观分析表中较优水平因素可以看出，控制功率、控制温度和预热时间影响井底温度的最大响应水平分别为 、和，说明在所选的水平范围内，控制功率和控制温度越高，预热时间越长，井底温度越高。基于表中的极差，个因素对井底温度的影响程度依次为控制温度控制功率预热时间。综合来看，控制温度对电加热效果起到决定性作用，其次是控制功率，而且跟效果是正相关，而预热时间可以增大电加热油井中心温度，但对