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储层致密难采 美国欲用何种表活剂驱方案?

储层致密难采 美国欲将表面活性剂驱发挥到极致

Bakken是北美地区最多产的远景区之一,尽管在该地区部署了水平井并进行水力压裂措施,但是预计其初次开采的采收率仅为10 – 20%。对于常规油藏来说,注水已经成为初次开采之后提高采收率的常用技术。然而,Bakken储层的致密程度和亲油性质却限制了其注水开发的潜力。因此,本文提出了一种优化后的井排间表面活性剂驱技术。

Bakken油田简介

近期,采用表面活性剂改变Bakken储层润湿性的有关研究展示了该技术的巨大应用潜力。Bakken储层的岩心自吸实验结果表明其采收率可超过30%,有的甚至可达到60%。然而在超低渗透系统中,表面活性剂的自吸速率可能比最终采收率更重要。石油圈原创www.oilsns.com

虽然初期的研究验证了该技术的潜力,但是要想经济有效的使用表面活性剂驱进行生产,表面活性剂必须得达到超高的自吸速率。除了表面活性剂的稳定性、兼容性、吸水性等方面的技术挑战,在Bakken这种盈利微薄的油藏实行经济开采则是另一重大挑战。为了确保有效开采的情况下表面活性剂的用量最小,表面活性剂最好有超低临界胶束浓度(CMC)及低吸附性。

化学体系的研发及评价

本文论述了一种新型非离子型表面活性剂的生产增效剂(PE),其可与其他化学剂混合成一种化学体系(PE*)。PE中的非离子性化学结构使它在所有的流体体系的添加剂中都具有较强的兼容性,这些添加剂一般包括腐蚀抑制剂、阻垢剂和杀菌剂。石油圈原创www.oilsns.com

研究人员测试了该体系同油藏原生流体的兼容性。乳化实验表明PE可以充当破乳剂,使得Bakken区块中的原油和盐水能够快速的分离。此外,PE也非常适用于极端环境。

PE*配方中含有防腐剂和杀菌剂,用于减轻井筒腐蚀或微生物造成的危害,二者都可能给生产带来威胁,尤其是在长期注入的情况下。氯化胆碱作为粘土稳定剂也被添加在所有的流体系统中,配方中的粘土稳定剂为预防措施。PE*配方中还包含防垢剂。

化学体系的性能

为了评价采油潜力和自吸速率,使用不同浓度的PE和PE*配方进行了一系列自吸实验来评价它们的性能。所有实验内容均采用Middle Bakken岩层的岩心样品。

实验结果明显表明,PE的性能明显优于一种备选的表面活性剂,这种备选表面活性剂经常用于之前的Bakken油田自吸实验。有证据表明,与盐水的渗吸实验相比,表面活性剂可以提高Bakken岩心样品的吸水量。

对表面活性剂驱模型进行研究时,关键需要弄清楚表面活性剂体系在什么浓度下对润湿性、相对渗透率和毛细管压力产生影响。石油石油圈原创www.oilsns.com

储层致密难采 美国欲将表面活性剂驱发挥到极致

据估计,在115°C的油藏温度下,体系中的CMC值将会更低。PE体系的超低CMC值表明,该化学体系可能在很低的浓度下也可起作用。我们可以通过不同浓度PE的自吸实验来验证该假设。上图表明在115°C温度条件下不同浓度PE的采收率与时间的关系曲线,基础方案的浓度从CMC值附近逐渐增加。石油圈原创www.oilsns.com

正如我们所料,当其浓度为超低浓度(接近CMC)时,依然具有同样的采收效果。然而,在接近CMC值的浓度条件下,采油的速度则相对较慢。为了确保上述表面活性剂处于完全有效的阈值(极限)浓度,就必须考虑吸附的影响。采用多种岩石进行静态吸附试验,不仅要使用洗油后的岩样,也要使用含油和盐水的天然岩样。在表面活性剂浓度已知条件下的吸附数据随后会用于低浓度的自吸测试的历史拟合研究。然后得到典型的表面活性剂吸附曲线与表面活性剂浓度关系的曲线,以及可改变润湿性的活性剂浓度阈值。

Bakken储层特征

Middle Bakken储层的开发采用的是水平井,长约1万英尺且常用多级射孔技术,通常进行20-40级压裂。目标区域的水力压裂所采用的压裂液依然是传统的混合压裂液,本文调研了用滑溜水进行完井的井的驱替潜力。本文中使用了大量的滑溜水压裂液,总计消耗了约15万桶的水。

储层天然裂缝的特征

通过由测井、取芯、压力测试和流体示踪等整套流程,来获取Bakken油田目标区域(该区域采用表面活性剂驱)内的断层和裂缝分布。石油圈原创www.oilsns.com

从水平岩心中,我们共识别出了约100条天然裂缝,而大部分(40%左右)裂缝都是在直径4.5厘米的岩心内部发现的,这表明,大部分裂缝的尺寸都是很小的。此外,我们还观察到了另一个关键现象,即绝大多数已识别的天然裂缝都具有相同的方向。这表明,虽然裂缝分布面积广泛,但是它们很难形成一个有效连接的裂缝网络,因此不会对产量产生突出的影响。简而言之,尽管我们识别出了许多天然裂缝,但是我们从岩心分析结果可以看出它们大多尺寸小,缺乏广泛的连通性。

此外,大量的压力和流体的联通测试结果进一步证实:这种天然裂缝网络结构是不连通的。

水力压裂所形成裂缝的特征

我们采用压力和流体的联通测试来确定水力压裂的裂缝属性,并使用这种方法来评价Middle Bakken某口井(该井采用滑溜水完井)的水力裂缝的几何形态。分析区域内裂缝的平均裂缝半长为1300英尺,缝高约300英尺,值得注意的是,在全部裂缝半长内并未完全填充支撑剂,裂缝的传导性沿着远离井筒的方向逐渐降低,并在距离井筒约1000英尺处降到了最佳传导率以下。然而从注入角度来看,该裂缝半长将在Middle Bakken储层的井间产生明显的水力裂缝交叠,但这并不会使裂缝延伸到邻近的井筒。

驱油效果评价

通过以实验为基础的历史拟合模型、结合油田规模的裂缝特征,建立了大规模的井间模型,来验证表面活性剂驱在Middle Bakken的应用潜力。该模型对两口井进行了模拟,沿井轴方向呈现半对称,这两井都采用了水力压裂措施,并经历了大约12.5年的初次采油阶段。由初次采油生产模型生成目标区域的真实生产曲线、油气比和含水率数据。12.5年后,其中一口井从生产井转为注入井,而另一口仍继续生产,用以模拟井间平面流。12.5年后开始对注入过程进行模拟,随后可观察到产量升高。

该采油过程中最重要的两个敏感性参数是裂缝半长和吸附量。显然,井间驱替潜力对裂缝半长(裂缝重叠)高度敏感。有限的裂缝重叠在短期内不会显著提高产量。然而,在Middle Bakken地区,中等程度的裂缝重叠可使表面活性剂驱的产油量显著上升。影响Middle Bakken表面活性剂驱的第二个关键参数就是表面活性剂的吸附程度。如果吸附量过大,许多的表面活性剂将损失在注入井附近的裂缝内,这将会限制其改变润湿性的能力。表面活性剂一旦能够有效运移到储层深处来改变润湿性,则会对采油产生非常有利的影响。

表面活性剂驱的经济性评价

尽管Bakken油田表面活性剂驱的模型表明了其在提高最终采收率方面的技术潜力,但其经济适用性也须加以考虑。经济敏感性研究在三种经济状况的假设下进行评估。

最乐观的经济情况为:假设油价相对较高,且运营成本和资本费用较低;而最悲观的情况则是:油价较低,运营成本和资本费用则相对较高。在乐观经济情况下,可获得贷款来降低水处理成本,其它经济情况下则需要增加水处理的成本。

这三种模型假设的注水量和采油利润相同,并且假设半缝长为1400英尺的裂缝的吸附量为中等水平。在基本经济情况和乐观经济情况下,无论从投资回报率还是回报速度的来看,经济评价效果都较好。而在悲观情况下,油价持续低迷,加上化学成本、运营成本和资本费用均较高,且无贷款来降低水处理成本,经济条件十分不利。在这种环境下,Bakken油藏实施表面活性剂驱的可能性就非常低。

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