稠油热采数值模拟应用进展及攻关方向.ppt
稠油热采数值模拟应用进展及攻关方向,一、稠油热采数值模拟现状二、稠油热采数值模拟研究进展及应用效果三、稠油热采存在的问题及攻关方向,汇报提纲,（一）软件状况,稠油热采数值模拟软件应用情况统计表,（二）应用状况,（三）发挥作用,为稠油的产能建设作出巨大贡献,推动稠油热采新技术的发展,一、稠油热采数值模拟现状二、稠油热采数值模拟研究进展及应用效果三、稠油热采存在的问题及攻关方向,汇报提纲,（1）火烧油层（2）氮气泡沫蒸汽驱（3）HDCS强化热采（4）热采分支井（5）热采离散化井筒,汇报提纲,（一）火烧油层驱油机理,火烧油层驱油是将含氧气体（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加热和驱动原油。,（一）火烧油层驱油机理,原油在油层中的反应主要有三部分组成：热蒸馏：原油重质油（留在油砂中）+轻质油（被驱替走）高温热裂解：重质组分焦碳轻质油高温氧化：焦碳氧气CO2H2O+热量 重质组分氧气CO2H2O+热量,化学反应,技术难点：（1）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（3）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,（一）火烧油层数值模拟,重点考虑,（一）火烧油层数值模拟,处理方法：（1）采用组分模型 Water、Bitumen、CH4、CO2、CO、N2、O2、Coke（固相）等组分（2）模型中考虑以下相态：液相、气相、固相（3）设置燃烧的门限温度和门限压力（4）采用精细网格（2m左右）描述燃烧前缘,处理方法：（5）考虑以下化学反应：反应1 Bitumen CH4+Coke 重油受热分解 反应2 Bitumen+O2 H2O+CH4+CO2+CON2+Coke 重质油燃烧 反应3 Oil Bitumen+CH4 原油热蒸馏 反应4 Coke+O2 H2O+CO2+CON2 焦炭燃烧,（一）火烧油层数值模拟,试验井组共有12口井，点火注气井1口，一线生产井4口，二线生产井7口，一线井注采井距为141米，储量48.45104t。,（一）火烧油层应用实例,（一）火烧油层应用实例,火驱温度场变化示意图,火驱压力场变化示意图,火驱饱和度变化示意图,（一）火烧油层应用效果,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58Nm3/min（取60）；第一阶段约170天，注气量0.69107Nm3；第二阶段最大空气注入速度60Nm3/min。,三段式注入,不同注气速度下的开发指标对比,60,2003年9月点火，2004年1月底见到峰值产量，日油38t/d，目前日油15.7t/d，累油2.57104t。阶段气油比822m3/t，累计产气240104m3，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。,（一）、火烧油层应用效果,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,数值模拟计算火驱压力场图,现状：试验区仍维持稳定燃烧，但平面燃烧不平衡！,（一）火烧油层应用效果,（1）火烧油层（2）氮气泡沫蒸汽驱（3）HDCS强化热采（4）热采分支井（5）热采离散化井筒,汇报提纲,氮气泡沫蒸汽驱是以蒸汽+氮气+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。,概念,（二）氮气泡沫蒸汽驱驱油机理,氮气泡沫蒸汽驱驱替示意图,（二）、蒸汽泡沫驱驱油机理,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70%）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粘度大大降低。,水包油型乳状液形成示意图,技术难点：（1）模型中重点考虑以下组分：油、水、泡沫组分（表面活性剂 注入气）、乳状液（2）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,（二）氮气泡沫蒸汽驱数值模拟,处理方法：（1）采用组分模型 Water、Surfactant、Oil、N2、Lamella（2）模型中考虑液相和气相（3）设置表面活性剂水溶液及乳状液的可逆 吸附作用的相关数据,（二）氮气泡沫蒸汽驱数值模拟,处理方法：（4）考虑以下化学反应：反应1 Water+Surfactant Lamella 原始乳状液生成 反应2 描述稳态下形成泡沫的上限 上限值 反应频率因子1/反应频率因子2 反应3 Lamella Water+Surfactant 乳状液破裂分解 三个反应都用表面活性剂的临界胶束浓度来控制！,（二）氮气泡沫蒸汽驱数值模拟,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研究高温氮气泡沫段塞蒸汽驱的开发关键技术参数。,目的：攻关吞吐后期高含水蒸汽驱提高采收率技术。选区：中二北Ng5，地质储量85万吨。,（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例,加密井网,现井网完善后（141200）4个汽驱井组需打加密完善井4口,现井网,二次加密井网（100141）12个汽驱井组（7口新汽驱井）需打加密井31口,一次加密大九点,二次加密小九点,（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例,优化参数,最佳转驱时机最佳气水比最佳表活剂浓度最佳段塞长度,分别对大九点一次加密井网和小九点二次加密井网进行了以下技术政策界限优化：,（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例,优化结果,大井距转驱时机优化结果,大井距气水比优化结果,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）氮气泡沫蒸汽驱应用实例,优化结果,（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例,室内物模实验结果,（二）氮气泡沫蒸汽驱应用实例,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,xj1,选区：选择了4个井组，共4口注汽井（25-534、27-535、27-531和xj1）。地质储量：共计85万吨。试验目的层：Ng53预测效果：4个先导试验井组目前累计产油21104t，采出程度24.7%；实施氮气泡沫蒸汽驱阶段8年后，累积产油27.9104t，采出程度32.83%，采收率57.5%。预计采收率比吞吐到底可提高15%左右，比间歇汽驱可提高8%。,（二）氮气泡沫蒸汽驱应用效果,（1）火烧油层（2）氮气泡沫蒸汽驱（3）HDCS强化热采（4）热采分支井（5）热采离散化井筒,汇报提纲,水平井功能：增大泄油面积油溶降粘剂功能：溶解、分散、防乳CO2功能：降粘、助排亚临界蒸汽功能：降粘,超稠油HDCS强化热采示意图,=水平井（Horizontal well）+高效油溶降粘剂（Dissolver）+CO2（Carbon dioxide）+亚临界蒸汽（Steam）油溶性降粘剂=苯类+醇类+重芳烃+分散剂的复合降粘体系,HDCS强化热采技术,（三）HDCS强化热采驱油机理,HDCS技术主要机理,（三）HDCS强化热采驱油机理,技术关键：（1）模型中必须考虑HDCS强化热采技术的机理 组分中应该包含CO2、降粘剂（2）模型中要设置CO2随温度、压力变化表（3）模型中要考虑降粘剂对界面张力的影响,（三）HDCS强化热采数值模拟,处理方法：（1）采用组分模型，模型中考虑的组分：水、油、CO2、降粘剂（2）模型中用关键字KVTABLE给出CO2随温度、压力变化表（3）模型中用关键字ADSCOMP和ADSLANGL分 别给出了界面吸附的组分及Langmuir等温吸附 方程中的参数表。,（三）HDCS强化热采数值模拟,模拟器采用CMG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）HDCS强化热采应用实例,优化结果,（三）HDCS强化热采应用实例,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,（三）HDCS强化热采应用实例,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,（三）HDCS强化热采应用效果,（三）HDCS强化热采应用效果,应用HDCS 设计43口 水平井，动用储量399104t，新建产能12.4104t。,坨826块探明储量1977104t。动用储量99万吨，井数9口，产能2.7万吨。,郑411块探明储量1825104t。动用储量230万吨，井数29口，产能7.9万吨。,单113块探明储量788104t，动用储量70万吨，井数5口，产能1.8万吨。,蒸汽腔,注汽井,注汽井,5070m,生产井,1520m,特超稠油（粘度：10104mPa.s）,（1）火烧油层（2）氮气泡沫蒸汽驱（3）HDCS强化热采（4）热采分支井（5）热采离散化井筒,汇报提纲,结构与分类：,（四）热采分支井技术简介,技术关键：（1）分支井交汇处一个网格有多个井段，如何避免井间干扰？（2）几个分支最优？（3）分支与主支间多大角度合适？（4）主支和分支长度是否越长越好？,（四）热采分支井数值模拟,技术路线：（1）分支穿透的网格进行局部加密和特殊处理（2）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,（四）热采分支井数值模拟,开采断块南部构造高部位Ng下1砂组剩余油。,沾18-支平1井目的层,沾18-支平1井目的层,沾18-支平1井含油面积 0.2 Km2单储系数 17.9104t/km2有效厚度 12 m地质储量 43104t标定采收率 15%可采储量 6.5104t,（四）热采分支井应用实例,建立地质模型,X方向65个网格，Y 方向40个网格，网格步长10m，Z 方向6层，总节点数15600个。,（四）热采分支井应用实例,（四）热采分支井应用实例,沾18块鱼骨状分支水平井优化结果,主支长：450m 分支数：支 分支角度：20 30 分支长：100130m 纵向位置：油层中部 注汽强度：7.510t/m 排液量：100120t/d,（四）热采分支井应用实例,（四）热采分支井预测效果,预测沾18块鱼骨状分支水平井可采储量5.2万吨，液量可达120t/d，比常规水平井提高采收率2.6%。,（1）火烧油层（2）氮气泡沫蒸汽驱（3）HDCS强化热采（4）热采分支井（5）热采离散化井筒,汇报提纲,解决的问题 主要解决井筒摩阻模拟问题和井筒热损失模拟问题。,模拟范围 静态：井眼形态,模拟方法 离散井筒法,（五）热采离散化井筒技术简介,具体处理方法：在井定义处用关键字WELLBORE设置井筒网格流动选项，输入油管和套管数据，模拟井筒摩阻。在输出部分用OBHLOSS关键字探索注汽过程中沿程干度变化和水平井末端变化。,（五）热采离散化井筒数值模拟,（五）热采离散化井筒应用实例,应用实例：水平井井筒模拟,（五）热采离散化井筒应用实例,受端点效应的影响，水平井A、B端点应交错部署。,应用实例：水平井井筒模拟,（五）热采离散化井筒应用实例,王庄油田郑411块部署水平井34口，完钻29口，动用储量230万吨，投产8口，已见产能1.55104t。,井口参数对井底蒸汽参数影响（直井）（高真空隔热管隔热衬套，井深1200m，井口干度70%）,应用实例：直井注汽参数优化,（五）热采离散化井筒应用实例,一、稠油热采数值模拟现状二、稠油热采数值模拟研究进展及应用效果三、稠油热采存在的问题及攻关方向,汇报提纲,问题一：单机版,单机版软件的最大缺点：不能并行。模型复杂，网格节点到一定数目，生产历史长时，动态数据导入和模型运算的速度都相当慢。,（一）存在的问题,网格步长 25米/个,乐安油田草南剖面模型,问题一：单机版,（一）存在的问题,例如：乐安油田草南剖面模型 油藏具有边底水，生产历史长达12年 开发方式：蒸汽吞吐蒸汽驱，大井距小井距 网格节点16800个 动态数据生成历史拟合文件花费50分钟左右 运行一次数模文件40多分钟,问题二：规模小,数值模拟软件应用规模统计表,（一）存在的问题,乐安南区面积32.2km2，地质储量4148104t。按照20米/个网格的步长来建模，全区共需60万个网格节点。,方向一：并行大规模模拟,（二）攻关方向,数值模拟软件还不能考虑包括水敏、盐敏、酸敏、碱敏、速敏等敏感性的影响。而胜利油田稠油油藏中敏感性油藏占很大的比重，如王庄油田、胜坨油田、金家油田等。,（二）攻关方向,方向二：敏感性稠油油藏数值模拟,不同温度条件下储层渗透率变化,方向三：热化学驱数值模拟,热化学驱技术目前作为全球范围内的重要提高采收率技术，在提高稠油油藏采收率方面，有着特定的优势。国内该技术基本处在矿场试验阶段，而与之相对应的数值模拟技术由于应用较少，在许多方面有待于攻关和提高。,（二）攻关方向,不同油性稠油渗流特征曲线,对胜利油田实际稠油油样进行原油渗流实验分析，发现稠油在多孔介质中的渗流为具有启动压力梯度的非达西流。但数值模拟中都是按照牛顿流体的达西流动规律来处理流体流动的，因此下一步我们必须攻关稠油的非达西渗流数值模拟研究。,（二）攻关方向,方向四：非达西流数值模拟,致 谢,感谢渗流力学室在该交流材料准备过程中给予的热情帮助和悉心指导！,请各位领导批评指正!,
