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儲層致密難采 美國欲用何種表活劑驅方案?

儲層致密難采 美國欲將表面活性劑驅發揮到極致

Bakken是北美地區最多產的遠景區之一,盡管在該地區部署了水平井并進行水力壓裂措施,但是預計其初次開采的采收率僅為10 – 20%。對于常規油藏來說,注水已經成為初次開采之后提高采收率的常用技術。然而,Bakken儲層的致密程度和親油性質卻限制了其注水開發的潛力。因此,本文提出了一種優化后的井排間表面活性劑驅技術。

Bakken油田簡介

近期,采用表面活性劑改變Bakken儲層潤濕性的有關研究展示了該技術的巨大應用潛力。Bakken儲層的巖心自吸實驗結果表明其采收率可超過30%,有的甚至可達到60%。然而在超低滲透系統中,表面活性劑的自吸速率可能比最終采收率更重要。石油圈原創www.h29736.cn

雖然初期的研究驗證了該技術的潛力,但是要想經濟有效的使用表面活性劑驅進行生產,表面活性劑必須得達到超高的自吸速率。除了表面活性劑的穩定性、兼容性、吸水性等方面的技術挑戰,在Bakken這種盈利微薄的油藏實行經濟開采則是另一重大挑戰。為了確保有效開采的情況下表面活性劑的用量最小,表面活性劑最好有超低臨界膠束濃度(CMC)及低吸附性。

化學體系的研發及評價

本文論述了一種新型非離子型表面活性劑的生產增效劑(PE),其可與其他化學劑混合成一種化學體系(PE*)。PE中的非離子性化學結構使它在所有的流體體系的添加劑中都具有較強的兼容性,這些添加劑一般包括腐蝕抑制劑、阻垢劑和殺菌劑。石油圈原創www.h29736.cn

研究人員測試了該體系同油藏原生流體的兼容性。乳化實驗表明PE可以充當破乳劑,使得Bakken區塊中的原油和鹽水能夠快速的分離。此外,PE也非常適用于極端環境。

PE*配方中含有防腐劑和殺菌劑,用于減輕井筒腐蝕或微生物造成的危害,二者都可能給生產帶來威脅,尤其是在長期注入的情況下。氯化膽堿作為粘土穩定劑也被添加在所有的流體系統中,配方中的粘土穩定劑為預防措施。PE*配方中還包含防垢劑。

化學體系的性能

為了評價采油潛力和自吸速率,使用不同濃度的PE和PE*配方進行了一系列自吸實驗來評價它們的性能。所有實驗內容均采用Middle Bakken巖層的巖心樣品。

實驗結果明顯表明,PE的性能明顯優于一種備選的表面活性劑,這種備選表面活性劑經常用于之前的Bakken油田自吸實驗。有證據表明,與鹽水的滲吸實驗相比,表面活性劑可以提高Bakken巖心樣品的吸水量。

對表面活性劑驅模型進行研究時,關鍵需要弄清楚表面活性劑體系在什么濃度下對潤濕性、相對滲透率和毛細管壓力產生影響。石油石油圈原創www.h29736.cn

儲層致密難采 美國欲將表面活性劑驅發揮到極致

據估計,在115°C的油藏溫度下,體系中的CMC值將會更低。PE體系的超低CMC值表明,該化學體系可能在很低的濃度下也可起作用。我們可以通過不同濃度PE的自吸實驗來驗證該假設。上圖表明在115°C溫度條件下不同濃度PE的采收率與時間的關系曲線,基礎方案的濃度從CMC值附近逐漸增加。石油圈原創www.h29736.cn

正如我們所料,當其濃度為超低濃度(接近CMC)時,依然具有同樣的采收效果。然而,在接近CMC值的濃度條件下,采油的速度則相對較慢。為了確保上述表面活性劑處于完全有效的閾值(極限)濃度,就必須考慮吸附的影響。采用多種巖石進行靜態吸附試驗,不僅要使用洗油后的巖樣,也要使用含油和鹽水的天然巖樣。在表面活性劑濃度已知條件下的吸附數據隨后會用于低濃度的自吸測試的歷史擬合研究。然后得到典型的表面活性劑吸附曲線與表面活性劑濃度關系的曲線,以及可改變潤濕性的活性劑濃度閾值。

Bakken儲層特征

Middle Bakken儲層的開發采用的是水平井,長約1萬英尺且常用多級射孔技術,通常進行20-40級壓裂。目標區域的水力壓裂所采用的壓裂液依然是傳統的混合壓裂液,本文調研了用滑溜水進行完井的井的驅替潛力。本文中使用了大量的滑溜水壓裂液,總計消耗了約15萬桶的水。

儲層天然裂縫的特征

通過由測井、取芯、壓力測試和流體示蹤等整套流程,來獲取Bakken油田目標區域(該區域采用表面活性劑驅)內的斷層和裂縫分布。石油圈原創www.h29736.cn

從水平巖心中,我們共識別出了約100條天然裂縫,而大部分(40%左右)裂縫都是在直徑4.5厘米的巖心內部發現的,這表明,大部分裂縫的尺寸都是很小的。此外,我們還觀察到了另一個關鍵現象,即絕大多數已識別的天然裂縫都具有相同的方向。這表明,雖然裂縫分布面積廣泛,但是它們很難形成一個有效連接的裂縫網絡,因此不會對產量產生突出的影響。簡而言之,盡管我們識別出了許多天然裂縫,但是我們從巖心分析結果可以看出它們大多尺寸小,缺乏廣泛的連通性。

此外,大量的壓力和流體的聯通測試結果進一步證實:這種天然裂縫網絡結構是不連通的。

水力壓裂所形成裂縫的特征

我們采用壓力和流體的聯通測試來確定水力壓裂的裂縫屬性,并使用這種方法來評價Middle Bakken某口井(該井采用滑溜水完井)的水力裂縫的幾何形態。分析區域內裂縫的平均裂縫半長為1300英尺,縫高約300英尺,值得注意的是,在全部裂縫半長內并未完全填充支撐劑,裂縫的傳導性沿著遠離井筒的方向逐漸降低,并在距離井筒約1000英尺處降到了最佳傳導率以下。然而從注入角度來看,該裂縫半長將在Middle Bakken儲層的井間產生明顯的水力裂縫交疊,但這并不會使裂縫延伸到鄰近的井筒。

驅油效果評價

通過以實驗為基礎的歷史擬合模型、結合油田規模的裂縫特征,建立了大規模的井間模型,來驗證表面活性劑驅在Middle Bakken的應用潛力。該模型對兩口井進行了模擬,沿井軸方向呈現半對稱,這兩井都采用了水力壓裂措施,并經歷了大約12.5年的初次采油階段。由初次采油生產模型生成目標區域的真實生產曲線、油氣比和含水率數據。12.5年后,其中一口井從生產井轉為注入井,而另一口仍繼續生產,用以模擬井間平面流。12.5年后開始對注入過程進行模擬,隨后可觀察到產量升高。

該采油過程中最重要的兩個敏感性參數是裂縫半長和吸附量。顯然,井間驅替潛力對裂縫半長(裂縫重疊)高度敏感。有限的裂縫重疊在短期內不會顯著提高產量。然而,在Middle Bakken地區,中等程度的裂縫重疊可使表面活性劑驅的產油量顯著上升。影響Middle Bakken表面活性劑驅的第二個關鍵參數就是表面活性劑的吸附程度。如果吸附量過大,許多的表面活性劑將損失在注入井附近的裂縫內,這將會限制其改變潤濕性的能力。表面活性劑一旦能夠有效運移到儲層深處來改變潤濕性,則會對采油產生非常有利的影響。

表面活性劑驅的經濟性評價

盡管Bakken油田表面活性劑驅的模型表明了其在提高最終采收率方面的技術潛力,但其經濟適用性也須加以考慮。經濟敏感性研究在三種經濟狀況的假設下進行評估。

最樂觀的經濟情況為:假設油價相對較高,且運營成本和資本費用較低;而最悲觀的情況則是:油價較低,運營成本和資本費用則相對較高。在樂觀經濟情況下,可獲得貸款來降低水處理成本,其它經濟情況下則需要增加水處理的成本。

這三種模型假設的注水量和采油利潤相同,并且假設半縫長為1400英尺的裂縫的吸附量為中等水平。在基本經濟情況和樂觀經濟情況下,無論從投資回報率還是回報速度的來看,經濟評價效果都較好。而在悲觀情況下,油價持續低迷,加上化學成本、運營成本和資本費用均較高,且無貸款來降低水處理成本,經濟條件十分不利。在這種環境下,Bakken油藏實施表面活性劑驅的可能性就非常低。

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