魏超平

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

?

薄層稠油蒸汽驅(qū)數(shù)值模擬研究

魏超平

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

為解決林東館三塊薄層稠油油藏轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)后老井利用及注采參數(shù)優(yōu)化的問題，利用區(qū)塊實際地質(zhì)特征，建立油藏數(shù)值模擬模型，研究了薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)中油、汽、水3相分布規(guī)律并優(yōu)化最佳注汽強度，同時分析薄層和厚層蒸汽驅(qū)的不同點及原因。研究表明：薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)過程中由于頂?shù)咨w層熱損失嚴重，與厚層稠油油藏相比，蒸汽超覆不明顯，熱水驅(qū)的影響要遠大于蒸汽驅(qū)，蒸汽驅(qū)段只占30%左右，受水驅(qū)影響底部原油也能被動用；為保證蒸汽驅(qū)效果，薄層稠油油藏應(yīng)加大注汽強度；對于林東館三塊油藏，目前老井均位于油藏上部，但蒸汽驅(qū)時仍可以繼續(xù)利用，其最佳注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)，不能直接采用中厚層稠油油藏蒸汽驅(qū)經(jīng)驗進行設(shè)計。研究成果對薄層稠油油藏轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)設(shè)計具有重要的借鑒意義。

薄層稠油油藏；水平井；蒸汽驅(qū)；數(shù)值模擬；剩余油分布；勝利油田；林東館三塊油藏

0 引 言

蒸汽驅(qū)是稠油油藏大幅提高采收率的重要手段，其開發(fā)實踐主要在中厚層油藏[1-9]，對于這類油藏一般采用直井開發(fā)，井距為70～100m，例如遼河油田齊40、曙1-7-5等區(qū)塊，油層有效厚度均在30m以上，而目前對薄層稠油油藏進行蒸汽驅(qū)開發(fā)的實踐和研究卻很少。勝利油田對具有蒸汽驅(qū)潛力的薄層稠油油藏已部署了水平井井網(wǎng)，部分油藏通過多輪次蒸汽吞吐后，壓力已經(jīng)下降到了5MPa以下，滿足轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的壓力要求，并且目前蒸汽吞吐生產(chǎn)周期日產(chǎn)油及油汽比都比較低。如何有效地對薄層稠油油藏進行蒸汽驅(qū)，是一個亟待解決的問題。

1 薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)研究

1.1 模型建立

若采用物理模型研究方法，由于油層太薄，對于6m以下的油層，三維物理模型很難在縱向上放置3個探針研究油汽水縱向上的分布規(guī)律，故文中研究主要采用數(shù)值模擬完成。模型參數(shù)設(shè)置以區(qū)塊實際地質(zhì)和開發(fā)狀況為準：模型大小為36×15×5，模型步長為10m×10m×1m，孔隙度為31%，含油飽和度為56%，滲透率為1 250×10-3μm2，2口水平井井距為150m，水平段長度為200m，位于油層上部，即模型的第1層(圖1)，生產(chǎn)中采用先蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的開采模式，當壓力下降至4.5MPa時轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)，注入井井底蒸汽干度為0.5，巖石流體的熱物理性質(zhì)參考中國石油大學(xué)蘇玉亮教授測定值[10-12]。

圖1 薄層水平井蒸汽驅(qū)模型

1.2 研究成果

1.2.1 薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)主要受水驅(qū)影響

(1) 大部分孔隙體積內(nèi)沒有汽相，只有油水兩相。模型中以油汽比0.1作為蒸汽驅(qū)的截止條件。當蒸汽驅(qū)結(jié)束時，地層流體體積為7.94×104m3，蒸汽腔體積為0.95×104m3，占總流體體積的12.0%。從面積上看，由于蒸汽超覆作用，模型中第1層蒸汽所占的面積最大，但只占整個層的39.6%(圖2)。數(shù)據(jù)表明：在蒸汽驅(qū)的經(jīng)濟有效期內(nèi)，大部分孔隙沒有蒸汽，只有油水兩相，油藏主要是受蒸汽冷凝的熱水驅(qū)動。

(2) 剩余油分布規(guī)律主要受水驅(qū)影響。由于油、汽、水密度的差異，蒸汽驅(qū)和熱水驅(qū)對剩余油分布的影響也不一樣[13-20]。以圖2中第1、2、3號點處縱向上剩余油飽和度為例，在1號點由于離注汽井比較近，蒸汽飽和度比較高，此區(qū)域主要受蒸汽超覆影響，縱向上向下剩余油飽和度變高(表1)。蒸汽接著向2號點推進，由于蒸汽熱損失，一部分蒸汽變成熱水，此區(qū)域受蒸汽超覆影響的同時也受熱水驅(qū)影響，縱向上向下剩余油飽和度先變高(蒸汽超覆影響)后變低(水驅(qū)影響)。蒸汽在驅(qū)動力的作用下繼續(xù)向前，隨著蒸汽熱量的散失，干度進一步降低，直至變成熱水，蒸汽影響消失，熱水驅(qū)是生產(chǎn)井附近的驅(qū)油方式，縱向上向下剩余油飽和度變低。不同于中厚層稠油油藏上部剩余油飽和度低、下部高的特點，薄層稠油油藏下部剩余油飽和度低、中部高，蒸汽驅(qū)時剩余油分布受熱水驅(qū)影響明顯。

圖2 蒸汽驅(qū)結(jié)束時第1層含汽飽和度場

層號剩余油飽和度1號點2號點3號點小層平均第1層0.21730.23500.51560.4823第2層0.21970.23860.48190.4832第3層0.22190.25440.42760.4926第4層0.22220.38820.34780.4906第5層0.24050.28230.26930.4545

林東館三塊水平井雖然大部分位于油藏中上部，但在蒸汽驅(qū)過程中，熱水驅(qū)的影響大于蒸汽驅(qū)，特別是在生產(chǎn)井附近，受水驅(qū)影響，底部原油仍能得到動用。

1.2.2 薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)注汽強度

模型設(shè)定儲層有效厚度為5、15m，對比厚、薄2種不同油藏開發(fā)效果，可以得出以下結(jié)論：①不論薄層稠油油藏還是厚層稠油油藏，隨著注汽速度增加，熱損失均下降[21-24]，但薄層稠油油藏的熱損失為厚層的2倍左右，當注汽速度為7t/h時，薄層熱損失率(熱損失率=頂?shù)咨w層熱損失量/凈注入量)為64.6%，厚層為33.8%。②薄層稠油油藏需要更大的注汽強度(圖3)。由圖3可知，隨注汽強度增加，薄層稠油油藏采收率增加明顯，當注汽強度為1.22t/(d·hm2·m)時，采收率為28.4%，當注汽強度為2.05t/(d·hm2·m)時，采收率能達到35.8%，兩者相差7.4%，其最優(yōu)的注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)，而厚層稠油油藏最優(yōu)值為1.6t/(d·hm2·m)。薄層稠油油藏需要更大的注汽強度，以降低熱損失，從而達到較高的采收率。

圖3 不同注汽強度下厚、薄層油藏采收率

薄層稠油油藏不能完全按照中厚層的參數(shù)進行蒸汽驅(qū)設(shè)計，薄層稠油油藏由于井距大、熱損失大，其注汽強度應(yīng)該大于中厚層油藏。

1.2.3 薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)驅(qū)油模式

根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果分析，薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)模式為：通過蒸汽把注入井周圍的原油推向生產(chǎn)井一側(cè)，然后由熱水把原油推進井底。整個驅(qū)油過程沿注入井到生產(chǎn)井分為3段：蒸汽驅(qū)、蒸汽及熱水驅(qū)、熱水驅(qū)；縱向上(向下)剩余油分布規(guī)律也分為3段：增加、先增加后降低、降低(圖4)。與中厚層相比，薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)段較短，約占30%左右，縱向上受蒸汽超覆作用影響小，下部剩余油飽和度低。

圖4 薄層蒸汽驅(qū)驅(qū)油模式及剩余油飽和度分布規(guī)律

1.3 礦場驗證

勝利油田西部油區(qū)P塊，油藏埋深為420～610m，有效厚度為2～8m，同樣屬于薄層稠油油藏。2010年開始采用水平井開發(fā)，井距為100m，轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)前壓力為3.4MPa，采出程度為15.2%。2012年底采用反九點井網(wǎng)進行蒸汽驅(qū)。區(qū)塊取心井化驗分析和實際開發(fā)動態(tài)研究表明，上述數(shù)值模擬理論研究成果與礦場實際一致。

2013年設(shè)計密閉取心井G3，目的為分析蒸汽驅(qū)驅(qū)替狀況。該井與最近注汽井P36井相距90m，與最近采油井P50井相距35m，取心前P36井累計注汽2.7×104t。由含油飽和度分析可知，上部、中部和下部剩余油飽和度分別為77.7%、66.0%、56.1%，取心點所在位置的剩余油分布規(guī)律與上述薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)驅(qū)油模式中熱水驅(qū)段一致(圖4)。

全區(qū)含水高，分析認為實為熱水竄，而非汽竄。P27井井底流壓為2MPa，日產(chǎn)液為51t/d，生產(chǎn)井附近要形成蒸汽，井口溫度至少需要達到138 ℃，而實際井口溫度為112 ℃，對比表明，靠近生產(chǎn)井一側(cè)實際為熱水驅(qū)。區(qū)塊注汽過程中采用高干度鍋爐，蒸汽出口干度在90%以上，并且全程實施保干度處理，在注汽井周圍能形成蒸汽驅(qū)。區(qū)塊驅(qū)替過程和薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)驅(qū)油模式中“蒸汽驅(qū)、蒸汽及熱水驅(qū)、熱水驅(qū)”3段一致。

全區(qū)初始注汽強度為1.5t/(d·hm2·m)，含水上升快、日產(chǎn)油能力低，蒸汽驅(qū)開發(fā)效果差。2014年6月，注汽強度升至2.2t/(d·hm2·m)，蒸汽驅(qū)效果變好。如P11井組，初期日注汽為67t/d，后期日注汽提高至96t/d后，受效油井P12井日產(chǎn)油由1.2t/d提高至15.5t/d，含水由88.4%下降至58.2%。這說明，薄層蒸汽驅(qū)確實需要更大注汽強度。

2 林東館三塊薄層稠油蒸汽驅(qū)設(shè)計

在精細油藏描述的基礎(chǔ)上，采用建模數(shù)模一體化技術(shù)、利用歷史擬合后的模型對區(qū)塊進行蒸汽驅(qū)設(shè)計：利用目前水平井采用反九點井網(wǎng)進行蒸汽驅(qū)，設(shè)計注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)，平均單井注汽速度為10.9t/h；同時結(jié)合勝利油田中二北化學(xué)蒸汽驅(qū)成功的先例，設(shè)計在蒸汽驅(qū)3a后、區(qū)塊含水達到85.9%時，轉(zhuǎn)N2泡沫輔助蒸汽驅(qū)，預(yù)測最終采收率為47.1%，比蒸汽吞吐到底的開發(fā)方式采收率提高19.5%。

3 結(jié) 論

(1) 薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)，由于頂?shù)咨w層熱損失大，熱水驅(qū)的影響要遠大于蒸汽驅(qū)，即薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)過程中熱水驅(qū)為主要驅(qū)動類型。

(2) 為了充分加熱油層，抵消頂?shù)咨w層熱損失過大造成的影響，相比厚層稠油油藏，薄層稠油油藏需要更大的注汽強度來提高蒸汽驅(qū)的開發(fā)效果。

(3) 薄層稠油油藏蒸汽驅(qū)驅(qū)油模式中驅(qū)油過程分為3段：蒸汽驅(qū)、蒸汽及熱水驅(qū)、熱水驅(qū)；縱向上(向下)剩余油分布規(guī)律也分為3段：增加、先增加后降低、降低。與厚層稠油油藏相比，蒸汽驅(qū)段較短。

(4) 林東館三塊轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)后，即使目前水平井均位于油藏中上部，油藏底部原油仍能得到動用，其合理注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)。

[1] 趙洪巖.遼河中深層稠油蒸汽驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2009，31(1)：110-114.

[2] 李卉，李春蘭，趙啟雙，等.影響水平井蒸汽驅(qū)效果地質(zhì)因素分析[J].特種油氣藏，2010，17(1)：75-77.

[3] 任芳祥，孫洪軍，戶昶昊.遼河油田稠油開發(fā)技術(shù)與實踐[J].特種油氣藏，2012，19(1)：1-8.

[4] 袁明琦.王莊油田強水敏性稠油油藏開發(fā)方式研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006，25(6)：56-58.

[5] 周鷹，宋陽，孫洪安，等.稠油油藏轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)開采的特殊性分析[J].特種油氣藏，2009，16(2)：62-66.

[6] 陳杰，錢昱，李士平.葡南葡淺12區(qū)塊蒸汽驅(qū)礦場試驗[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2007，26(5)：68-71.

[7] 蔣生健.齊40塊中深層稠油蒸汽驅(qū)技術(shù)研究及其應(yīng)用[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2008.

[8] 任芳祥，周鷹，等.深層巨厚稠油油藏立體井網(wǎng)蒸汽驅(qū)機理初探[J].特種油氣藏，2011，18(6)：61-65.

[9] 任芳祥.油藏立體開發(fā)探討[J].石油勘探與開發(fā)，2012，39(3)：320-325.

[10] 蘇玉亮，高海濤.稠油蒸汽驅(qū)熱效率影響因素研究[J].斷塊油氣田,2009,16(2)：73-74.

[11] 程紫燕.勝利油田稠油熱采數(shù)值模擬研究進展[J].油氣地質(zhì)與采收率，2010，17(6)：71-73.

[12] 韓梅.曙一區(qū)杜84塊SAGD開發(fā)三維建模和數(shù)值模擬研究[J].石油地質(zhì)與工程，2010，24(3)：43-45.

[13] 程忠釗，李春蘭，等.稠油油藏水平井蒸汽驅(qū)合理井網(wǎng)形式研究[J].特種油氣藏，2009，16(3)：55-58.

[14] 廖廣志，羅梅鮮，石國新.蒸汽驅(qū)密閉取心實踐及認識[J].石油勘探與開發(fā)，1994，21(1)：75-81.

[15] 高永榮，閆存章，劉尚奇，等.利用蒸汽超覆作用提高注蒸汽開發(fā)效果[J].石油學(xué)報，2007，28(4)：91-94.

[16] 束青林，王宏，孫建芳.孤島油田稠油油藏高輪次吞吐后提高采收率技術(shù)研究與實踐[J].油氣地質(zhì)與采收率，2010，17(6)：61-64.

[17] 趙金亮.孤氣9斷塊蒸汽驅(qū)技術(shù)研究[D].東營：中國石油大學(xué)，2010.

[18] 邵先杰.河南油田低品位稠油油藏蒸汽吞吐后進一步提高采收率研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2005，24(6)：84-86.

[19] 賴令彬，潘婷婷，胡文瑞，等.基于蒸汽超覆的稠油蒸汽驅(qū)地層熱效率計算模型[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2014，37(5)：90-97.

[20] 王敬，劉慧卿，王增林，等.稠油油藏熱力泡沫復(fù)合驅(qū)數(shù)值模擬研究[J].特種油氣藏，2011，18(5)：75-78.

[21] 宋志學(xué)，鄭繼龍，陳平，等.稠油蒸汽驅(qū)三維物模實驗影響因素分析[J].應(yīng)用科技，2014，41(3)：73-76.

[22] 劉薇薇，劉永建，王明學(xué).大慶西部稠油水平井蒸汽驅(qū)數(shù)值模擬研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11(20)：4762-4766.

[23] 唐亮.遼河油田杜229塊蒸汽驅(qū)技術(shù)研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2010.

[24] 史海濤，王朔，呂楠，等.超稠油水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化研究[J].特種油氣藏，2015，22(4)：121-124.

編輯 張耀星

20160215；改回日期：20160509

中國石油化工集團公司重點科研項目“水平井蒸汽驅(qū)提高采收率關(guān)鍵技術(shù)研究”(P12123)

魏超平(1982-)，男，工程師，2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，2008年畢業(yè)于俄羅斯國立古伯金石油天然氣大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)主要從事稠油熱采開發(fā)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.027

TE

A