稠油热采数值模拟应用解读课件.ppt

1、（1 1）火烧油层）火烧油层（2 2）氮气泡沫蒸汽驱）氮气泡沫蒸汽驱（3 3）HDCSHDCS强化热采强化热采（4 4）热采分支井）热采分支井（一）火烧油层（一）火烧油层驱油机理驱油机理 火烧油层驱油火烧油层驱油是将含氧气体（空气）注入到油层，是将含氧气体（空气）注入到油层，油层点火或自燃后，利用燃烧生成的热量和气体来油层点火或自燃后，利用燃烧生成的热量和气体来加热和驱动原油。加热和驱动原油。（一）火烧油层（一）火烧油层驱油机理驱油机理原油在油层中的反应主要有原油在油层中的反应主要有三部分组成三部分组成：热蒸馏热蒸馏：原油原油重质油（留在油砂中）重质油（留在油砂中）+轻质油（被驱替走）轻质油（

2、被驱替走）高温热裂解高温热裂解：重质组分重质组分焦碳轻质油焦碳轻质油高温氧化高温氧化：焦碳氧气焦碳氧气CO2H2O+热量热量 重质组分氧气重质组分氧气CO2H2O+热量热量生产井生产井点火燃烧区点火燃烧区 注入井注入井空气或水空气或水 燃烧前缘燃烧前缘移动油移动油冷油区冷油区 化学反应技术要点技术要点：（1）模型中要考虑的组分复杂多样）模型中要考虑的组分复杂多样（2）模型需反映驱油机理中包含的化学反应）模型需反映驱油机理中包含的化学反应（3）模型中要考虑门限温度和门限压力）模型中要考虑门限温度和门限压力（4）如何精确描述油层燃烧时的火烧前缘）如何精确描述油层燃烧时的火烧前缘（一）火烧油层（一）

3、火烧油层数值模拟数值模拟 重点考虑重点考虑（一）火烧油层（一）火烧油层数值模拟数值模拟处理方法处理方法：（1）采用组分模型）采用组分模型 Water、Bitumen、CH4、CO2、CO、N2、O2、Coke（固相）等组分（固相）等组分 （2）模型中考虑以下相态：）模型中考虑以下相态：液相、气相、固相液相、气相、固相 （3）设置燃烧的门限温度和门限压力）设置燃烧的门限温度和门限压力 （4）采用精细网格（）采用精细网格（2m左右）描述燃烧前缘左右）描述燃烧前缘处理方法处理方法：（5）考虑以下化学反应：）考虑以下化学反应：反应反应1 Bitumen CH4+Coke 重油受热分解重油受热分解 反应

4、反应2 Bitumen+O2 H2O+CH4+CO2+CON2+Coke 重质油燃烧重质油燃烧 反应反应3 Oil Bitumen+CH4 原油热蒸馏原油热蒸馏 反应反应4 Coke+O2 H2O+CO2+CON2 焦炭燃烧焦炭燃烧（一）火烧油层（一）火烧油层数值模拟数值模拟 试验井组共有试验井组共有12口井，点火注气井口井，点火注气井1口，一线生产井口，一线生产井4口，口，二线生产井二线生产井7口，一线井注采井距为口，一线井注采井距为141米，储量米，储量48.45104t。燃烧方式采用干式火烧。燃烧方式采用干式火烧。（一）火烧油层（一）火烧油层应用实例应用实例（一）火烧油层（一）火烧油层应

5、用实例应用实例火驱温度场变化示意图火驱温度场变化示意图火驱压力场变化示意图火驱压力场变化示意图火驱饱和度变化示意图火驱饱和度变化示意图（一）火烧油层（一）火烧油层应用实例应用实例 燃烧期注气速度：采用奈尔逊和马克尼尔提出的三段式注入，燃烧期注气速度：采用奈尔逊和马克尼尔提出的三段式注入，最大空气注入速度最大空气注入速度58Nm3/min（取（取60）；第一阶段约）；第一阶段约170天，注天，注气量气量0.69107Nm3；第二阶段最大空气注入速度；第二阶段最大空气注入速度60Nm3/min。60 2003年年9月点火，月点火，2004年年1月底见到峰值产量，日油月底见到峰值产量，日油38t/d

6、，目前日油，目前日油11.7t/d，累油，累油3.18104t。阶段气油比。阶段气油比822m3/t，累计产气，累计产气310104m3，物质平衡法近似计算地下滞留气约物质平衡法近似计算地下滞留气约0.1pv，生产井仍维持低速采油。，生产井仍维持低速采油。（一）火烧油层（一）火烧油层应用实例应用实例 数值模拟研究表明，东、南方向燃烧较好，西北方向较差。目前平均前缘推进半径57m，平面上不均衡。数值模拟计算火驱温度场图数值模拟计算火驱温度场图 数值模拟计算火驱压力场图数值模拟计算火驱压力场图 现状：试验区仍维持稳定燃烧，但平面燃烧不平衡！现状：试验区仍维持稳定燃烧，但平面燃烧不平衡！（一）火烧油

7、层（一）火烧油层应用实例应用实例（1 1）火烧油层）火烧油层（2 2）氮气泡沫蒸汽驱）氮气泡沫蒸汽驱（3 3）HDCSHDCS强化热采强化热采（4 4）热采分支井）热采分支井 氮气泡沫蒸汽驱是以蒸汽氮气泡沫蒸汽驱是以蒸汽+氮气氮气+泡沫作为驱油剂的一种提高稠油泡沫作为驱油剂的一种提高稠油油藏采收率的开发方式。泡沫是由水、气、起泡剂组成，它具有提油藏采收率的开发方式。泡沫是由水、气、起泡剂组成，它具有提高驱油效率、封堵高渗储层、抑制汽窜的作用。常见的气体和起泡高驱油效率、封堵高渗储层、抑制汽窜的作用。常见的气体和起泡剂是氮气和磺酸盐溶液，二者混注产生泡沫形成氮气泡沫蒸汽驱。剂是氮气和磺酸盐溶液，

8、二者混注产生泡沫形成氮气泡沫蒸汽驱。概念（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱驱油机理驱油机理 氮气泡沫蒸汽驱驱替示意图氮气泡沫蒸汽驱驱替示意图 稠油乳化降粘机理 磺酸盐溶液作为活性剂使乳状液易于产生，并在产生磺酸盐溶液作为活性剂使乳状液易于产生，并在产生后有一定稳定性。当磺酸盐溶液注入含油饱和度不很高后有一定稳定性。当磺酸盐溶液注入含油饱和度不很高（一般应低于（一般应低于70%）的油层时，即形成水包油型乳状液。）的油层时，即形成水包油型乳状液。由于水是连续相而且粘度很低，因此乳状液粘度较原油由于水是连续相而且粘度很低，因此乳状液粘度较原油粘度大大降低。粘度大大降低。水包油型乳状液形成示意图

9、（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱驱油机理驱油机理 技术要点技术要点：（1）模型中重点考虑以下组分：）模型中重点考虑以下组分：油、水、泡沫组分（表面活性剂油、水、泡沫组分（表面活性剂 注入气）、乳状液注入气）、乳状液 （2）模型中如何描述乳化降粘机理模型中如何描述乳化降粘机理 （3）模型中要反映组分的吸附和扩散作用）模型中要反映组分的吸附和扩散作用（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱数值模拟数值模拟 处理方法处理方法：（1）采用组分模型）采用组分模型 Water、Surfactant、Oil、N2、Lamella （2）模型中考虑）模型中考虑液相和气相液相和气相 （3）设置）设置表面

10、活性剂水溶液表面活性剂水溶液及及乳状液乳状液的可逆的可逆 吸附作用的相关数据吸附作用的相关数据（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱数值模拟数值模拟 处理方法处理方法：（4）考虑以下化学反应：）考虑以下化学反应：反应反应1 Water+Surfactant Lamella 原始乳状液生成原始乳状液生成 反应反应2 描述稳态下形成泡沫的上限描述稳态下形成泡沫的上限 上限值上限值 反应频率因子反应频率因子1/反应频率因子反应频率因子2 反应反应3 Lamella Water+Surfactant 乳状液破裂分解乳状液破裂分解 三个反应都用表面活性剂的三个反应都用表面活性剂的临界胶束浓度临界胶束浓

11、度来控制！来控制！（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱数值模拟数值模拟 孤岛中二北氮气泡沫蒸汽驱先导试验孤岛中二北氮气泡沫蒸汽驱先导试验 应用数值模拟软件主要应用数值模拟软件主要研究研究高温氮气泡沫段塞蒸高温氮气泡沫段塞蒸汽驱的开发关键技术参数。汽驱的开发关键技术参数。目的：目的：攻关吞吐后期高含水蒸汽驱提攻关吞吐后期高含水蒸汽驱提高采收率技术。高采收率技术。选区：选区：中二北中二北Ng5Ng5，地质储量，地质储量8585万吨万吨。（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例应用实例 加密井网现井网完善后（现井网完善后（141200）4个汽驱井组个汽驱井组需打加密完善井需打加密完善井4

12、口口现井网现井网二次加密井网（二次加密井网（100141）12个汽驱井组（个汽驱井组（7口新汽驱井）口新汽驱井）需打加密井需打加密井31口口一次加密一次加密大九点大九点二次加密二次加密小九点小九点（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例应用实例 优化参数最佳转驱时机最佳转驱时机最佳气水比最佳气水比最佳表活剂浓度最佳表活剂浓度最佳段塞长度最佳段塞长度 分别对大九点一次加密井网和小九点二次加密井分别对大九点一次加密井网和小九点二次加密井网进行了以下技术政策界限优化：网进行了以下技术政策界限优化：（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例应用实例 优化结果大井距转驱时机优化结果大井距气

13、水比优化结果大井距表面活性剂浓度优化结果大井距段塞长度优化结果（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例应用实例 优化结果小井距转驱时机优化结果小井距气水比优化结果小井距表面活性剂浓度优化结果小井距段塞长度优化结果（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例应用实例 室内物模实验结果0123456780102030405060 220 250 300阻 力因子气 液 比气液比气液比表活剂表活剂浓度浓度段塞长度段塞长度0123456789010203040506070驱替效 率%注入 量 PV 方式 一 方式 二 方式 三8PV（蒸汽+氮气+泡沫剂）8PV蒸汽5PV蒸汽3PV（蒸汽+氮

14、气+泡沫剂）注入注入时机时机（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例应用实例 先导试验井组部署中二北氮气泡沫蒸汽驱先导试验井组示意图中二北氮气泡沫蒸汽驱先导试验井组示意图xj1xj1选区：选区：选择了选择了4个井组，共个井组，共4口注汽井（口注汽井（25-534、27-535、27-531和和xj1）。）。地质储量：地质储量：共计共计85万吨。万吨。试验目的层：试验目的层：Ng53预测效果：预测效果：4个先导试验井组目前累计产油个先导试验井组目前累计产油21104t，采出程度，采出程度24.7%；实施氮气；实施氮气泡沫蒸汽驱阶段泡沫蒸汽驱阶段8年后，累积产油年后，累积产油27.9104

15、t，采出程度，采出程度32.83%，采收率，采收率57.5%。预计采收率比吞吐到底可提高。预计采收率比吞吐到底可提高15%左右，比间歇汽驱可提高左右，比间歇汽驱可提高8%。（二）氮气泡沫蒸汽驱（二）氮气泡沫蒸汽驱应用效果应用效果（1 1）火烧油层）火烧油层（2 2）氮气泡沫蒸汽驱）氮气泡沫蒸汽驱（3 3）HDCSHDCS强化热采强化热采（4 4）热采分支井）热采分支井水平井功能：增大泄油面积水平井功能：增大泄油面积油溶降粘剂功能：溶解、分散、防乳油溶降粘剂功能：溶解、分散、防乳CO2功能：降粘、助排功能：降粘、助排亚临界蒸汽功能：降粘亚临界蒸汽功能：降粘热水热水+热油热油冷水冷水+CO2+含降

16、粘剂的低粘油含降粘剂的低粘油高粘度地层冷油高粘度地层冷油蒸汽蒸汽+热油热油超特超稠油超特超稠油HDCS强化热采示意图强化热采示意图=水平井（水平井（Horizontal well）+高效油溶降粘剂（高效油溶降粘剂（Dissolver）+CO2（Carbon dioxide）+亚临界蒸汽（亚临界蒸汽（Steam）油溶性降粘剂油溶性降粘剂=苯类苯类+醇类醇类+重芳烃重芳烃+分散剂的复合降粘体系分散剂的复合降粘体系 HDCS强化热采技术强化热采技术（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采驱油机理驱油机理 HDCS技术主要机理技术主要机理混合传质混合传质HDCS强化采油机理强化采油机理复合降粘复合

17、降粘油溶性复合降粘剂油溶性复合降粘剂 二氧化碳二氧化碳 蒸汽蒸汽（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采驱油机理驱油机理技术关键技术关键：（1）模型中必须考虑）模型中必须考虑HDCS强化热采技术的机理强化热采技术的机理 组分中应该包含组分中应该包含CO2、降粘剂、降粘剂 （2）模型中要设置）模型中要设置CO2随温度、压力变化表随温度、压力变化表 （3）模型中要考虑）模型中要考虑降粘剂对界面张力的影响降粘剂对界面张力的影响（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采数值模拟数值模拟处理方法处理方法：（1）采用组分模型，模型中考虑的组分：采用组分模型，模型中考虑的组分：水、油、水、油、CO2、

18、降粘剂、降粘剂 （2）模型中用关键字模型中用关键字KVTABLE给出给出CO2随温度、随温度、压力变化表压力变化表 （3）模型中用关键字模型中用关键字ADSCOMP和和ADSLANGL分分 别给出了界面吸附的别给出了界面吸附的组分组分及及Langmuir等温吸附等温吸附 方程方程中的参数表。中的参数表。（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采数值模拟数值模拟 模 拟 器 采 用 C M G 软 件 的Stars模块。该模块考虑了热力影响，组分在相间的作用以及热流体提高采收率的机理设置的比较合理，完全能够满足HDCS高效开采的模拟要求。三维网格模型（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采

19、应用实例应用实例 优化结果（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采应用实例应用实例不同注汽井长度开发效果对比生产井不同纵向位置效果对比注汽井不同纵向位置效果对比H 优化结果CO2注入量与采出程度、油汽比关系曲线 不同注汽强度开发效果对比降粘剂注入量与采出程度关系曲线DCS（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采应用实例应用实例（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采应用实例应用实例坨坨826块探明储量块探明储量1977104t郑郑411块探明储量块探明储量1825104t 单单113块探明块探明储量储量788104t超特超稠油（粘度：超特超稠油（粘度：10104mPa.s）蒸汽腔蒸

20、汽腔注汽井注汽井5070m生产井生产井1520m注汽井注汽井采用采用“HDCS强化吞吐强化吞吐”技术技术 直井热采无法正常生产，利用直井热采无法正常生产，利用HDCS技术投产水平井技术投产水平井38口，平均单井口，平均单井日产油能力日产油能力17.4t/d，是相同投产方式直井的，是相同投产方式直井的3.6倍，油汽比是直井的倍，油汽比是直井的2.3倍，倍，目前已累计产油目前已累计产油9.2104t。（三）（三）HDCSHDCS强化热采强化热采应用实例应用实例郑郑411块水平井已结束周期生产效果统计块水平井已结束周期生产效果统计坨坨826-平井采油曲线平井采油曲线2/24/074/25/076/2

21、4/078/23/0710/22/0712/21/072/19/080204060801000204060 日 产液 油 t/d含水%日 期 m/d/a04080120井口温度降粘剂：降粘剂：40tCO2:160t17.5t/d峰值油峰值油40.2t/d（1 1）火烧油层）火烧油层（2 2）氮气泡沫蒸汽驱）氮气泡沫蒸汽驱（3 3）HDCSHDCS强化热采强化热采（4 4）热采分支井）热采分支井结构与分类结构与分类：反向双分支井反向双分支井层叠分支水平井层叠分支水平井足状分支水平井足状分支水平井鱼骨状分支井鱼骨状分支井径向分支井径向分支井放射状分支井放射状分支井技术优点技术优点：（1）增大井眼与

22、油藏的接触面积，从而增大热效率和泄油面积（2）改善油藏流动剖面，从而抑制底水锥进，提高重力泄油效果 提高储量动用程度和采收率，获得较高的产出投入比。（四）热采分支井（四）热采分支井技术简介技术简介技术关键技术关键：（1 1）分支井交汇处一个网格有多个井段，）分支井交汇处一个网格有多个井段，如何避免井间干扰？如何避免井间干扰？（2 2）几个分支最优？）几个分支最优？（3 3）分支与主支间多大角度合适？）分支与主支间多大角度合适？（4 4）主支和）主支和分支长度是否越长越好？分支长度是否越长越好？（四）热采分支井（四）热采分支井数值模拟数值模拟技术路线技术路线：（1 1）分支穿透的网格进行局部加密

23、和特殊处理）分支穿透的网格进行局部加密和特殊处理 （2 2）针对分支数、分支与主支间的角度和主支、）针对分支数、分支与主支间的角度和主支、分支长度等按照以下优化思路进行优化研究分支长度等按照以下优化思路进行优化研究主支长度主支长度分支参数分支参数纵向位置纵向位置注采参数注采参数分支数分支数分支角度分支角度分支长度分支长度（四）热采分支井（四）热采分支井数值模拟数值模拟1978001980001982001984001986001976001974001972001970001968001966001964001962001960002061320020613000206128002061340

24、020613600 2061380020614000 20614200206144002061460020614800206150002061520020615400Zh18-5-12Zh18-5-14Zh18-5-16Zh18-5-18Zh18-7-20Zh26Zh18-pZh18-3-14Zh18-3-16Zh18-3-20Yg74Zh18-1-16Zh18-7-22Zh18-7-x24Zh18-7-18Zh18-7-16Zh18-7-x14Zh18-7-12Yg13Zh18-9-20Zh18-9-18Zh18-9-16Zh18-9-x14Zh18-9-12Zh18-11-14Zh18-1

25、1-16Zh18-11-18Zh18-11-20Zh18-13-20Zh18-13-18Zh18-13-16Zh18-13-14Zh187Zh26-3Zh18-15-20Zh18-15-16Zh18-15-14Zh18-15-12Zh26-4Zh29-70Zh18-5-20Zh183太平油田沾18断块Ng 1方案部署图下-1138-1142-1146-1150-1158-1154-1162-1162-1158-1154-1150-1146-1142-1146-1150-1142-1150-1146-1142-1134-1162-1158-1154-1150-1146-1142-1134-113

26、8-1142-1146-1150-1154-1158-1162Zh5Zh5-8Zh18-p2AB B沾沾1 18 8-平平9 9沾沾18-平平15A ABA AB沾沾18-支支平平1C CD DE EF FG GH HI IJ J第第1 1分分支支第第2 2分分支支第第3 3分分支支第第4 4分分支支主主干干沾 18-5-12井自 然 电 位4米 梯 度Ng上12323341424344455Ng2下潜 山 顶-115031Ng1下-1200开采断块南部构造高部位开采断块南部构造高部位Ng下下1砂组剩余油。砂组剩余油。沾沾18-18-支平支平1 1井目的层井目的层沾沾18-支平支平1井目的层井

27、目的层 沾沾18-支平支平1井井含油面积含油面积 0.2 Km2单储系数单储系数 17.9104t/km2有效厚度有效厚度 12 m地质储量地质储量 43104t标定采收率标定采收率 15%可采储量可采储量 6.5104t（四）热采分支井（四）热采分支井应用实例应用实例 建立地质模型 X方向方向65个网格，个网格，Y 方向方向40个网格，网格步长个网格，网格步长10m，Z 方向方向6层，总节点数层，总节点数15600个。个。（四）热采分支井（四）热采分支井应用实例应用实例 优化结果4分支吞吐末油饱和度场不同分支角度累产油、油汽比曲线采出程度%累产油 t不同分支长度开发效果对比070100130

28、150分支长度 m累产油t不同排液量采出程度对比曲线采出程度%（四）热采分支井（四）热采分支井应用实例应用实例 沾18块鱼骨状分支水平井优化结果 主支长：主支长：450m450m 分支数：支分支数：支 分支角度：分支角度：2020 3030 分支长：分支长：100100130m130m 纵向位置：油层中部纵向位置：油层中部 注汽强度：注汽强度：7.57.510t/m10t/m 排液量：排液量：100100120t/d120t/d（四）热采分支井（四）热采分支井应用实例应用实例u2007.12.17顺利完钻，主井眼钻遇油层顺利完钻，主井眼钻遇油层403.6m，四个分支长度，四个分支长度91144

29、m，共，共钻遇油层钻遇油层888m。控制含油面积。控制含油面积0.25km2，控制储量，控制储量44.8104t。u2008.3注蒸汽注蒸汽5507t，第一周期吞吐，第一周期吞吐460d，累积产油，累积产油1.52104t，平均日油能，平均日油能力力33t/d。2009.8.1523注蒸汽注蒸汽5031t，第二周期已吞吐，第二周期已吞吐34d，累积产油，累积产油412t。u预测沾预测沾18块鱼骨状分支水平井可采储量块鱼骨状分支水平井可采储量5.2104t，比常规水平井增加可采储，比常规水平井增加可采储量量1.22104t，提高采收率，提高采收率2.6%。天然天然能量能量蒸汽吞吐第一周期蒸汽吞吐第一周期95m3/d23t/d76%80沾沾18-支平支平1分支井井眼轨迹分支井井眼轨迹（四）热采分支井（四）热采分支井应用实例应用实例蒸汽吞吐蒸汽吞吐第二周期第二周期