1)多介质复合蒸汽驱数学模型设计
以尿素泡沫复合蒸汽驱为例。尿素泡沫复合蒸汽驱的注人介质是蒸汽、气体及泡沫剂。尿素溶液在井底将分解为两种气体-CO2 和NH3 .CO2气体的主要驱油机理是溶解、改善油水渗流特征、增加储层弹性能量,通过设置不同温度、压力条件下的相平衡参数实现其机理。 NH3气体的主要机理是增加储层弹性能量、在地层中起到弱碱驱、就地形成表面活性剂降赫等作用。相对于传统蒸汽驱,多介质复合蒸汽驱需要根据注人介质的化学组分,设立更为复杂的组分模型,收集整理更多的物化参数、描述更为复杂的物理、化学变化过程。
(1)物理化学参数描述。尿素泡沫复合蒸汽驱数学模型中主要物理化学机理进行物化参数描述,主要包括泡沫驱替相阻力系数、油层渗透率、多介质驱替相残余阻力系数、多介质驱替相流度、多介质驱替体系中起泡剂的吸附、多介质驱油体系的界面张力、多介质蒸汽驱相对渗透率、多介质体系中起泡剂在油水相间的分配系数、多介质驱油体系中起泡剂的扩散系数等。
(2)尿素辅助蒸汽驱数学模型。
根据辽河某特稠油油藏注蒸汽历史拟合结束时的温度、压力、勃度、饱和度等基础参数,以拟合结束时的时间为起始点,建立尿素泡沫辅助蒸汽油藏数值模型,根据尿素+泡沫蒸汽驱的驱油特点,结合物理模拟结果,确定了多组分模型的各组分参数。
依据物理模拟研究认识的多介质蒸汽驱机理,完善了高温高压多介质蒸汽驱数值模型和模拟方法。数值模拟的模型更加复杂。
2)多介质复合蒸汽驱的注采参数优化
多介质复合蒸汽驱注采参数设计与开发效果有很大关系,根据油藏储层特征等其他所需考虑到的问题,对多介质复合蒸汽驱的注入介质、注人方式、注入速率、气汽比、注人温度及采注比等关键参数进行优化设计,与原来蒸汽驱设计的四项基本原则有较大的差异。
下面以辽河齐40块开展的热空气+蒸汽复合驱先导试验的油藏工程注采参数优化设计为例。
(1)注入介质
注人介质的选择直接决定了其经济性。常见的可利用的多介质包括N2 -CO2 和空气,根据物理模拟研究结果,这三类气体复合蒸汽驱都具有隔热、分压、助排及提高动用程度的驱油机理,但CO2复合蒸汽驱还具有溶解降黏的机理,空气复合具有低温氧化降黏、保持蒸汽腔温度的机理,因此, CO2及空气复合蒸汽驱的驱油效率远大于队复合蒸汽驱。同时,考虑空气气源广、成本低的优势,确定空气为最佳注入介质。通过数值模拟研究对比同温度条件下空气和 CO2与蒸汽混合注入汽驱开发效果,空气混合驱效果明显好于注N2和CO2,因此推荐空气为注人介质。
(2)注入方式
注入方式的不同直接影响井组压力的恢复程度,从而影响方式的开发效果。根据典型区块齐40块前期现场实施注空气辅助蒸汽驱实验井组的开发效果评价结果,空气与蒸汽采取混合式注入方式油藏压力得到有效补充,井组稳产时间延长,产量提高,递减趋势减缓,同时从段塞式及混合式注入方式数值模拟温场图中可以看出,混合式注入后油藏温度高,温度方位180-205℃,而段塞式注入方式时油藏温度仅为190℃左右,说明持续注入可减小地层热损失,更利于原油流动,因此实验推荐采用混合式注入方式。
(3)注气速率
注气速率是指复合驱过程中单元面积内每米油层所注入的空气量,它是多介质复合蒸汽驱中的一个关键参数。由于空气具有一定的膨胀性和可溶性,空气辅助蒸汽驱过程随注气速率的增加,油藏动用程度增加,原油黏度降低,产油能力增强,但是当注气速率过高时,却易发生气窜。已实施空气复合汽驱典型区块齐40块在参考其油藏储层特征的基础上,通过数值模拟优化对比不同注气速率条件下汽驱开发效果。
(4)注汽速率和气汽比
注汽速率是指复合驱过程中单元面积内每米油层所注入的蒸汽量,而气汽比则是注空气速率与注蒸汽速率的比值。注蒸汽量过低,将会增加井筒的热损失,导致井底干度降低,影响蒸汽腔的保持;而注蒸汽量过大,汽驱后期无效热循环加剧的矛盾无法改善,开发经济性差,典型实施区块齐40块在参考其油藏储层特征的基础上,通过数值模拟研究优化对比不同条件下的注汽速率,确定最佳注汽速率为0.93t/(d·ha·m)。
(5)注入压力
根据已实施多介质复合蒸汽区块的实践经验,复合驱的注入压力稍高于实施前蒸汽的注人压力。例如,齐40块空气辅助汽驱试验实施前井口注蒸汽压力为4.6-7.3MPa,预计试验初期注空气压力为3-8MPa,实际实施后井口注蒸汽压力为3.8-8.3MPa。具体试验注汽(气)压力需要根据注汽(气)工艺及现场实际测试为基准进行设计。
(6)采注比
采注比决定实施多介质复合蒸汽驱后油藏的压力。采注比过低,油藏压力升高,油藏易处于憋压状态,影响蒸汽腔的稳定与多介质的注入;采注比过高,由于多介质与蒸汽的分异作用,易造成多介质快速气窜,且地层能量亏空大,同时生产井产液水平无法达到设计要求;典型实施区块齐40块在参考其油藏储层特征的基础上,通过数值模拟研究认为采注比为1.4-1.5时,油藏压力可以处于较佳的水平。