廉培慶，丁美愛，高慧梅，段太忠

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

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富含瀝青質(zhì)油藏瀝青質(zhì)沉積位置預(yù)測方法

廉培慶，丁美愛，高慧梅，段太忠

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

針對瀝青質(zhì)在油藏、井筒和地面管線中沉積的問題，采用Eclipse和IPM軟件耦合建立了油藏、井筒和地面管網(wǎng)一體化數(shù)值模擬模型，計(jì)算了從油藏到分離器的溫度和壓力分布，結(jié)合瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線，準(zhǔn)確預(yù)測了瀝青質(zhì)沉積位置。研究表明：利用一體化模型預(yù)測的瀝青質(zhì)沉積位置與實(shí)際沉積位置相對誤差在3%以內(nèi)。研究成果對瀝青質(zhì)沉積的防治及提高單井產(chǎn)量具有重要的指導(dǎo)意義。

油田開發(fā)；瀝青質(zhì)；沉積包絡(luò)線；井筒；一體化模擬；沉積位置

0 引 言

A油田F油藏埋深為4 300 m，地層溫度高達(dá)135 ℃，原始地層壓力為64.59 MPa，泡點(diǎn)壓力為25.67 MPa，地層壓力和泡點(diǎn)壓力之差大；儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為次生孔隙，溶洞次之，裂縫較少；儲(chǔ)層平均孔隙度為12.04%，平均滲透率為5.87×10-3μm2；地層條件下原油黏度為0.35 mPa·s，密度為0.65 g/cm3。目前，F(xiàn)油藏10口井投入生產(chǎn)，在開發(fā)過程中瀝青質(zhì)沉積嚴(yán)重，堵塞了井筒和地面管線，影響正常生產(chǎn)。

針對瀝青質(zhì)沉積問題，國內(nèi)外許多學(xué)者開展了研究。Buriro等[1-4]利用實(shí)驗(yàn)手段研究了瀝青質(zhì)在油藏條件下的沉積規(guī)律，并提出了瀝青質(zhì)沉積模型，制訂了瀝青質(zhì)沉積的控制策略。趙鳳蘭等[5-7]采用巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，建立了可定量評價(jià)原油瀝青質(zhì)沉積所引起儲(chǔ)層損害的新方法。賈英等[8-9]研究了注CO2過程中的瀝青質(zhì)沉積問題。郭東紅等[10-15]研究了肯基亞克油田井筒堵塞物的組成，并研制了解堵配方體系。

為了防止瀝青質(zhì)在井筒和管線中沉積，不僅要考慮瀝青質(zhì)的沉積特征，還需要明確生產(chǎn)過程中瀝青質(zhì)的沉積位置，這涉及到油藏、采油和地面多個(gè)專業(yè)[16-21]。目前，針對連貫的生產(chǎn)系統(tǒng)，油藏、井筒、地面管線間卻分段研究，當(dāng)某個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)受到影響時(shí)，不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。文中建立了考慮瀝青質(zhì)沉積的油藏、井筒和地面一體化模型，各專業(yè)間模型實(shí)現(xiàn)無縫對接，有效地預(yù)測了瀝青質(zhì)沉積情況。

1 瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線

采用F油藏原油開展了瀝青質(zhì)沉積量測定實(shí)驗(yàn)，表1為F油藏在不同溫度(135、120、105 ℃)及不同壓力下瀝青質(zhì)沉積量，隨著溫度降低，瀝青質(zhì)相對沉積量增加。在油藏溫度(135 ℃)下，瀝青質(zhì)相對沉積量最大值對應(yīng)的壓力在26.00 MPa左右，接近泡點(diǎn)壓力25.67 MPa。當(dāng)壓力低于泡點(diǎn)壓力時(shí)，由于較輕的氣體(如甲烷、乙烷和丙烷)從原油中脫離，原油中重質(zhì)組分變多，瀝青質(zhì)溶解度又會(huì)再次變大，瀝青質(zhì)沉積量逐漸減少。

表1 瀝青質(zhì)沉淀量隨壓力的變化

通過調(diào)整瀝青質(zhì)固相的摩爾質(zhì)量以及輕質(zhì)和重質(zhì)組分之間的二元交互系數(shù)，擬合瀝青質(zhì)沉積量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制了瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線(圖1)。上、下包絡(luò)線之外的區(qū)域?yàn)榘踩a(chǎn)區(qū)域，只有在包絡(luò)線之間的區(qū)域才會(huì)發(fā)生瀝青質(zhì)沉積。溫度越高，瀝青質(zhì)沉積的壓力范圍越小，原油就越穩(wěn)定。

圖1 瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線

2 油藏、井筒、地面一體化模型

2.1 油藏模型

根據(jù)F油藏的PVT測試數(shù)據(jù)和流動(dòng)特征，采用Eclipse數(shù)值模擬軟件建立了考慮瀝青質(zhì)沉積的數(shù)值模擬模型。模型中將原油劃分為9個(gè)擬組分(表2)，其中瀝青質(zhì)包含3個(gè)擬組分：溶解組分(PREC)、絮凝組分(FLOC)和固相沉積組分(DEPO)。

表2 瀝青質(zhì)數(shù)值模擬組分設(shè)置

在地層壓力較高時(shí)，瀝青質(zhì)溶解在原油里，當(dāng)?shù)貙訅毫档偷缴习j(luò)線壓力時(shí)，瀝青質(zhì)開始析出并絮凝，當(dāng)絮凝量較大形成顆粒時(shí)，開始沉積為固相組分。

2.2 井筒模型

油藏滲流和井筒多相流動(dòng)是兩個(gè)緊密相聯(lián)的流動(dòng)過程，彼此相互影響。在建立井筒模型時(shí)，流體PVT參數(shù)與油藏中一致，壓降計(jì)算采用Beggs-Brill法。通過井筒多相垂直管流分段迭代，可求解井筒壓力分布曲線。根據(jù)能量守恒原理推導(dǎo)出的井筒傳熱基本方程，可計(jì)算井筒溫度場分布。

2.3 地面管網(wǎng)系統(tǒng)

根據(jù)單井的井口管線、控制管匯、到地面干線、油氣處理中心的分離器分布數(shù)據(jù)，可建立單井管網(wǎng)系統(tǒng)，在IPM軟件GAP界面上，連接各油藏和各單井模型，建立了A油田地面管網(wǎng)系統(tǒng)(圖2)。在管網(wǎng)系統(tǒng)中，通過設(shè)置多個(gè)節(jié)點(diǎn)來觀察不同位置的溫度和壓力，例如F1井到分離器之間設(shè)置了JF1-1、JF1-2、J11、J12、J13和J14節(jié)點(diǎn)。

圖2 地面油氣管網(wǎng)系統(tǒng)

2.4 一體化模型建立

在IPM軟件的Resolve平臺(tái)上，將井筒模型、地面管線與Eclipse軟件耦合起來，以溫度、壓力、流量為紐帶，油藏、井筒、管線協(xié)同計(jì)算。油藏和井筒之間通過井底流壓迭代，井筒和地面通過油壓迭代，油藏模型、井筒模型與地面生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)量之間迭代計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了油藏、井筒和地面管線的一體化數(shù)值模擬。

3 瀝青質(zhì)沉積位置研究

3.1 瀝青質(zhì)沉積位置預(yù)測

在原油流動(dòng)過程中，隨著溫度和壓力的改變，瀝青質(zhì)總會(huì)在某個(gè)位置沉積，造成流動(dòng)障礙問題。通過保持合理井底流壓，可保證地層中不發(fā)生瀝青質(zhì)沉積，避免地層傷害。油藏、井筒和地面一體化模型建立后，可檢測從井底到分離器的壓力及溫度變化。對比瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線的壓力溫度范圍，可以判斷瀝青質(zhì)在井筒和地面管線中的沉積位置(圖3)。由圖3可知，把F1井從油藏到分離器的溫度和壓力分布投影在瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線上。F1井的井底壓力較高，在瀝青質(zhì)沉積上包絡(luò)線以外，說明油藏?zé)o瀝青質(zhì)沉積風(fēng)險(xiǎn)；地面管線直至油氣處理中心分離器壓力在瀝青質(zhì)沉積下包絡(luò)線以下，也無瀝青質(zhì)沉積風(fēng)險(xiǎn)；壓力從井底到井口逐漸降低，井筒內(nèi)溫度和壓力滿足瀝青質(zhì)沉積的包絡(luò)線區(qū)域，瀝青主要在井筒及井口附近沉積，溫度壓力線與上包絡(luò)線的交點(diǎn)即為開始沉積的位置。

根據(jù)瀝青質(zhì)沉積位置的溫度和壓力分布，可進(jìn)一步確定在井筒中的沉積深度。圖4中平面位置為瀝青質(zhì)沉積位置的溫度和壓力，平面與曲線的交點(diǎn)即為瀝青質(zhì)沉積深度。由圖4可以看出，瀝青質(zhì)在2 731.5 m的深度位置開始沉積。在計(jì)算過程中，F(xiàn)1井產(chǎn)量為302.4 m3/d，井口油壓為26.2 MPa，生產(chǎn)油氣比為267.5 m3/m3。

圖4 F1井瀝青質(zhì)沉積深度

3.2 結(jié)果驗(yàn)證

A油田4口井瀝青質(zhì)沉積嚴(yán)重，沉積后堵塞井筒，通過機(jī)械清理明確了瀝青質(zhì)的沉積位置。表3給出了利用一體化模型預(yù)測的瀝青沉積位置與實(shí)際沉積位置的對比。由表3可知，相對誤差在3%以內(nèi)，絕對誤差最大為74.2 m，可滿足工程作業(yè)的要求?？傮w上看，預(yù)測的瀝青質(zhì)沉積位置要比實(shí)際沉積位置深度大，這是由于瀝青質(zhì)沉積后，較小的顆?？捎闪黧w攜帶到高處，絮凝成大顆粒時(shí)開始附著在井筒表面，因此，實(shí)際沉積位置要在預(yù)測沉積位置以上。預(yù)測出沉積位置后，向該位置以上部位加入瀝青質(zhì)抑制劑，即可防止瀝青質(zhì)的沉積。

4 結(jié) 論

(1) 通過開展室內(nèi)瀝青質(zhì)沉積實(shí)驗(yàn)，研究了瀝青質(zhì)在不同溫度和壓力下的沉積量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制了瀝青質(zhì)沉積包絡(luò)線圖。

(2) 采用Eclipse和IPM軟件耦合建立了油藏、井筒和地面管線的一體化數(shù)值模擬模型，實(shí)現(xiàn)了開發(fā)過程中瀝青質(zhì)損害識別，預(yù)測了瀝青質(zhì)在井筒或管線中的沉積位置。

(3) 研究內(nèi)容考慮了溫度和壓力對瀝青質(zhì)沉積的影響，預(yù)測沉積深度在實(shí)際沉積點(diǎn)以下；為提高預(yù)測精度，需進(jìn)一步研究三場(速度、溫度、壓力)耦合下瀝青質(zhì)沉積位置。

表3 瀝青質(zhì)實(shí)際沉積位置和預(yù)測沉積位置對比

[1] BURIRO M A，SHUKER MT.Asphalteneprediction and prevention：astrategy to control asphalteneprecipitation[C].SPE163129， 2012：1-10.

[2] WANG J X， CREEK J L， BUCKLEY J S.Screening of potential asphalene problems[C].SPE103137，2006：1-6.

[3] 胡玉峰，楊蘭英，林雄森，等.原油正構(gòu)烷烴瀝青質(zhì)聚沉機(jī)理研究及沉淀量測定[J].石油勘探與開發(fā)，2000，27(5)：109-114.

[4] 錢坤，楊勝來，董俊昌，等.高壓注烴類氣體過程中瀝青質(zhì)初始沉淀壓力試驗(yàn)研究[J].石油鉆探技術(shù)，2015，43(2)：116-119.

[5] 趙鳳蘭，鄢捷年.原油瀝青質(zhì)的沉積條件及其控制[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，29(4)：56-59.

[6] 蒲萬芬.油田開發(fā)過程中的瀝青質(zhì)沉積[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，21(4)：38-41.

[7] 樊澤霞，丁長燦，李玉英，等.瀝青質(zhì)沉淀清除劑的研制及應(yīng)用[J].特種油氣藏，2013，20(4)：113-116.

[8] 賈英，孫雷，孫良田，等.向油藏中注CO2時(shí)引起的瀝青質(zhì)沉淀研究[J].新疆石油地質(zhì)，2006，27(5)：581-585.

[9] 張鈞溢，趙鳳蘭，侯吉瑞，等.CO2驅(qū)替過程中瀝青質(zhì)沉積及其對原油采收率的影響[J].特種油氣藏，2012，19(2)：107-109.

[10] 郭東紅，高金強(qiáng)，辛浩川，等.肯基亞克油田鹽下油藏8010井井筒堵塞機(jī)理與解堵技術(shù)[J].特種油氣藏，2008，15(1)：80-83.

[11] 廉培慶，馬翠玉，高敏，等.瀝青質(zhì)沉積特征及控制策略研究進(jìn)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15(16)：101-107.

[12] 郭東紅， 苗錢友， 辛浩川， 等. 鹽下油藏近井瀝青質(zhì)沉積預(yù)測與化學(xué)解堵[J]. 油氣田地面工程， 2010， 29(10)：10-11.

[13] 康志江， 黃詠梅， 易斌， 等. 塔河縫洞油藏瀝青質(zhì)堵塞物原因分析[J]. 石油地質(zhì)與工程， 2008， 22(6)： 91-93.

[14] 黃磊， 沈平平， 賈英， 等. CO2注入過程中瀝青質(zhì)沉淀預(yù)測[J]. 石油勘探與開發(fā)， 2010， 37(3)： 349-353.

[15] 廖澤文， 耿安松. 油藏開發(fā)中瀝青質(zhì)研究進(jìn)展[J]. 科學(xué)通報(bào)， 1999， 44(19)： 2018-2023.

[16] 杜建波，熊友明，馬帥，等. 剛果深水稠油井井筒電纜加熱降黏工藝[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2014， 33 (2)：106-110.

[17] 孫業(yè)恒. 瀝青質(zhì)傷害油藏?cái)?shù)值模擬研究[J]. 油氣地質(zhì)與采收率， 2011，18(2):65-68.

[18] 李閔， 李士倫， 郭平. 氣液固三相相平衡計(jì)算[J]. 石油學(xué)報(bào)， 2002， 23(1): 98-101.

[19] 梅海燕， 張茂林， 孫良田， 等. 氣—液—固三相相平衡熱力學(xué)模型預(yù)測石蠟沉積[J]. 石油學(xué)報(bào)， 2002， 23(2): 82-86.

[20] 錢坤， 楊勝來， 董俊昌， 等. 高壓注烴類氣體過程中瀝青質(zhì)初始沉淀壓力試驗(yàn)研究[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2015， 43(2): 116-119.

[21] 汪偉英.多孔介質(zhì)中瀝青堵塞機(jī)理[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2002，21(6):36-37.

編輯 張耀星

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.016

20160324；改回日期：20160711

國家科技重大專項(xiàng)“孔隙型碳酸鹽巖油藏提高采收率關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05031-003)

廉培慶(1983-)，男，高級工程師， 2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)信息與計(jì)算科學(xué)和石油工程專業(yè)，獲雙學(xué)士學(xué)位， 2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)方面的科研工作。

TE349

A

1006-6535(2016)05-0070-04