盧迎波 胡鵬程 申婷婷 洪 鋒 董森淼 馬 鵬 陳 超

（中國(guó)石油新疆油田分公司， 新疆 克拉瑪依 834000）

0 引 言

F 油田的齊古組油藏構(gòu)造位于受斷裂控制的南傾單斜上， 屬辮狀河沉積相， 平均埋深390 m， 地層條件下脫氣原油黏度575 Pa·s， 屬淺層超稠油構(gòu)造—巖性油藏， 自2008 年開(kāi)發(fā)至今， 已投產(chǎn)水平井513 口， 均采用蒸汽吞吐方式開(kāi)發(fā)。 多輪次吞吐后， 水平井剩余油富集區(qū)位于A點(diǎn)、B點(diǎn)以外水平段物性差的區(qū)域， 水平段動(dòng)用程度不均勻， 井溫曲線顯示水平段動(dòng)用類(lèi)型為單峰型、 雙峰型、 峰臺(tái)復(fù)合型和平臺(tái)型4 種類(lèi)型， 且以單峰型為主（比例為46.4%）。 水平井水平段總體動(dòng)用程度較低，平均動(dòng)用率為51.8%， 嚴(yán)重制約了水平井吞吐效果。 因此， 提高水平段動(dòng)用率， 是挖掘水平井潛力的關(guān)鍵。

為了大幅度提高水平井水平段動(dòng)用程度， 在水平段動(dòng)用影響因素分析［1-5］基礎(chǔ)上， 提出水平井電加熱輔助技術(shù)， 分析其提升水平段動(dòng)用程度的驅(qū)油機(jī)理， 評(píng)價(jià)驅(qū)油效果及油藏適應(yīng)性， 并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用優(yōu)化最佳電加熱輔助時(shí)間段。 電加熱輔助是以電能轉(zhuǎn)換成熱能， 通過(guò)加熱低滲段油層， 實(shí)現(xiàn)低滲段的逐步動(dòng)用， 同時(shí)改善了原油在井筒內(nèi)的流動(dòng)性，提升了水平段中后端的泄油能力。 實(shí)踐證明， 這種新技術(shù)可以提升水平井水平段的動(dòng)用效果。

1 研究背景

提高水平井水平段動(dòng)用程度， 一般是采用氮?dú)馀菽{(diào)剖的方法［6-7］， 即向油藏內(nèi)注入氮?dú)馀菽?，通過(guò)封堵高滲段、 擴(kuò)大蒸汽波及范圍、 補(bǔ)充地層能量等技術(shù)手段， 提升水平段動(dòng)用程度。 然而在經(jīng)過(guò)多輪次吞吐后， 齊古組油藏水平井高滲段的滲透率高達(dá)3 000×10-3μm2， 泡沫無(wú)法起到有效的封堵作用， 水平段動(dòng)用程度僅提升了5%～8%。

F 油田水平井管柱結(jié)構(gòu)為雙管完井， 采用A點(diǎn)（腳跟）、B點(diǎn)（腳趾） 兩點(diǎn)注汽吞吐， 促使注汽口（A點(diǎn)、B點(diǎn)） 附近吸汽量大， 而水平段中部則由于井筒與地層壓差減小， 導(dǎo)致吸汽量減少。 此外， 油藏膠結(jié)疏松， 易出砂， 單點(diǎn)注汽造成水平段動(dòng)用不均勻性進(jìn)一步加劇， 從而導(dǎo)致水平段動(dòng)用程度難以提高。

油田開(kāi)發(fā)常用氮?dú)馀菽?多元復(fù)合等輔助措施改善水平井水平段動(dòng)用程度， 這些措施僅能提高水平井排液能力， 對(duì)提高水平段動(dòng)用程度效果有限。為此， 提出了電加熱輔助技術(shù)， 通過(guò)提高井筒及近井地帶溫度， 有效改善井筒內(nèi)高黏稠油的流動(dòng)性，提高舉升效率， 輔助提高蒸汽熱焓， 促進(jìn)水平段的中后段和低滲透段的動(dòng)用， 從而達(dá)到提高水平段動(dòng)用程度和提高吞吐采收率的目的［9-18］， 并通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬， 揭示了電加熱提高水平井水平段動(dòng)用程度的機(jī)理。

2 儲(chǔ)層動(dòng)用程度主控因素

2.1 非均質(zhì)性

受巖石性質(zhì)及差異壓實(shí)作用影響， 沿水平井水平段儲(chǔ)層物性存在差異， 導(dǎo)致在蒸汽吞吐過(guò)程中吸汽程度出現(xiàn)較大差異［6］。 其中， 儲(chǔ)層滲透率高的水平段， 在蒸汽吞吐注汽過(guò)程中優(yōu)先吸汽， 蒸汽波及范圍大； 而儲(chǔ)層物性較差的低滲透段， 吸汽阻力大， 吸汽量少或者不吸汽， 造成蒸汽波及范圍小甚至未波及。

為揭示水平段儲(chǔ)層物性差異對(duì)水平井吸汽效果的影響， 開(kāi)展了滲透率非均質(zhì)水平段的蒸汽吞吐大型二維物模實(shí)驗(yàn)， 其中沿水平段模型長(zhǎng)度800 mm，寬度200 mm， 厚度40 mm。 根據(jù)石英砂的不同目數(shù)與滲透率的相關(guān)性， 沿水平段方向采用不同目數(shù)的石英砂進(jìn)行填砂， 用來(lái)模擬水平段滲透率的變化。 其中， 在第1 組實(shí)驗(yàn)中， 從左端到右端的滲透率從100×10-3μm2逐步提高至1 600×10-3μm2， 而在第2 組實(shí)驗(yàn)中， 為模擬水平段中部低滲透率情況， 滲透率從左端1 600×10-3μm2逐漸下降至中部的100×10-3μm2， 向右端再逐步提高到1 300×10-3μm2。 蒸汽吞吐設(shè)計(jì)15 輪次， 1、 2 輪次注入蒸汽量分別為0.2、 0.25 PV， 3—15 輪次注入蒸汽量均為0.3 PV。

水平段溫度越高， 油層動(dòng)用程度越好。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的溫度場(chǎng)可知， 若水平井水平段的儲(chǔ)層物性一端好另一端差， 則吞吐10 輪次后水平段動(dòng)用呈單峰型， 若水平井水平段的儲(chǔ)層物性兩端好中間差， 則吞吐10 輪次后水平段動(dòng)用呈雙峰型（圖1）。由此可知， 水平段高滲段容易被動(dòng)用， 蒸汽波及低滲段儲(chǔ)層體積小， 多輪次吞吐后， 水平段動(dòng)用不均的矛盾突出， 低滲透率段難以動(dòng)用。

2.2 流體溫度

蒸汽吞吐過(guò)程中， 水平井井筒內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)受井筒內(nèi)非等溫狀況影響較大［4］。 蒸汽沿水平段向“腳趾” 運(yùn)動(dòng)時(shí)， 由于油層的吸汽和熱交換，使蒸汽干度降低， 對(duì)“腳趾” 的加熱效果變差。生產(chǎn)階段“腳趾” 處原油向“腳跟” 流動(dòng)， 不僅有熱量交換， 還有流體黏性阻力。 由于超稠油對(duì)溫度極其敏感， “腳趾” 溫度下降較快， 導(dǎo)致“腳跟”、 “腳趾” 兩端溫差較大， 井筒內(nèi)壓降大， 水平段泄油分布差異明顯， “腳跟” 產(chǎn)量明顯高于“腳趾”［8］。

利用高溫注蒸汽井筒管流模擬軟件（TWBS），模擬計(jì)算了在水平段長(zhǎng)度200 m、 地層溫度22 ℃、原油黏度575 Pa·s、 水平段滲透率均為1 500×10-3μm2、 水平段篩管直徑17.78 cm 條件下注汽過(guò)程中的蒸汽干度變化和生產(chǎn)過(guò)程中的水平段流速變化情況。 計(jì)算結(jié)果表明， 在注汽速度為200 t／d、井底“腳跟” 蒸汽干度為70%的情況下， “腳跟”到“腳趾” 的蒸汽干度從70%線性下降到32%；對(duì)應(yīng)的每米吸汽速度從“腳跟” 的1.42 t／d 下降到“腳趾” 的0.46 t／d。

2.3 排液速度

在生產(chǎn)過(guò)程中， 在排液速度30 t／d 的情況下，“腳跟” 到“腳趾” 的每米排液速度從0.23 t／d 下降到0.073 t／d。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果， 進(jìn)一步表明水平段各點(diǎn)的注汽（流體溫度） 非均勻性和生產(chǎn)過(guò)程中井筒流動(dòng)阻力造成的排液非均勻性對(duì)水平段動(dòng)用產(chǎn)生不利影響， 多輪次吞吐將加劇水平段的非均勻動(dòng)用程度。

3 電加熱輔助吞吐技術(shù)

3.1 模擬實(shí)驗(yàn)

3.1.1 物理模擬

根據(jù)F 油田齊古組油藏實(shí)際條件， 裝填長(zhǎng)直徑井筒模型 （模型尺寸： 半徑17.8 cm， 長(zhǎng)度60 cm）， 孔隙度為31.7%， 滲透率為1 790 ×10-3μm2， 含油飽和度為66.8%， 水平井管從模型一端引入， 放置在中軸線上， 電加熱裝置貼近水平井管， 且在距離電加熱器6 個(gè)不同位置設(shè)置6 個(gè)熱電偶監(jiān)測(cè)點(diǎn)（圖2）。

開(kāi)展常規(guī)水平井蒸汽吞吐和電加熱輔助蒸汽吞吐2 組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)吞吐4 輪次，注汽參數(shù)相同。

實(shí)驗(yàn)流程： 蒸汽注入速度20 mL／min， 注汽20 min， 蒸汽干度80 %， 蒸汽溫度250 ℃； 悶井時(shí)間為5 min， 生產(chǎn)時(shí)間為120 min， 電加熱設(shè)備設(shè)置為300 ℃恒溫模式。

通過(guò)不同位置的熱電偶測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)可知， 常規(guī)吞吐實(shí)驗(yàn)中， 溫度持續(xù)下降， 未出現(xiàn)二次升溫現(xiàn)象。電加熱輔助吞吐實(shí)驗(yàn)中， 近井地帶溫度迅速升溫，較常規(guī)吞吐生產(chǎn)階段油層溫度提高100 ～150 ℃，大幅降低了入井流動(dòng)阻力； 遠(yuǎn)井地帶依靠熱傳導(dǎo)升溫， 升溫存在一定時(shí)間滯后， 由于電加熱的熱補(bǔ)償作用， 后期溫度下降慢， 同時(shí)伴隨出現(xiàn)二次升溫現(xiàn)象（圖3）。

圖3 常規(guī)吞吐與電加熱輔助吞吐測(cè)溫曲線Fig.3 Comparison of the temperature curves between the conventional and electric heating assisted huff-puff

與常規(guī)吞吐周期生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比， 電加熱輔助吞吐4 輪次后累計(jì)增油541 mL， 平均周期產(chǎn)油135 mL以上， 平均周期增油幅度72%， 電加熱輔助吞吐周期油汽比是常規(guī)吞吐的近2 倍， 4 輪次累計(jì)油汽比由常規(guī)吞吐的0.47 mL／mL 提高至電加熱輔助吞吐的0.81 mL／mL， 提高了0.34 mL／mL， 提高幅度72.3%， 效果顯著（圖4）。

3.1.2 數(shù)值模擬

根據(jù)F 油田齊古組油藏儲(chǔ)層非均質(zhì)特征， 建立了單井吞吐機(jī)理模型。 模型油層厚度10 m， 水平段長(zhǎng)度200 m。 沿水平段從“腳跟” 到“腳趾”方向設(shè)置滲透率由1 600×10-3μm2降低到100×10-3μm2， 特別是“腳趾” 80 m 范圍內(nèi)滲透率僅為100×10-3～200×10-3μm2， 為低滲透段。 數(shù)值模擬設(shè)置常規(guī)蒸汽吞吐10 輪次， 之后轉(zhuǎn)電加熱輔助吞吐生產(chǎn)， 對(duì)比電加熱輔助前后的水平段動(dòng)用程度、溫度場(chǎng)和含油飽和度場(chǎng)等變化。 模擬結(jié)果顯示， 電加熱器持續(xù)加熱低滲段近井地帶油層， 通過(guò)升溫降黏減少遠(yuǎn)端井筒段與入井流動(dòng)阻力， 緩解壓降， 提高油流產(chǎn)量。 多輪次后， 低滲段逐步動(dòng)用， 最后達(dá)到全井段全部動(dòng)用（圖5）。

3.2 地質(zhì)界限

由于目標(biāo)區(qū)水平井存在油藏條件、 流體性質(zhì)、投產(chǎn)年限、 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等因素的差異， 為了落實(shí)水平井吞吐是否適合采用電加熱輔助， 需要開(kāi)展電加熱輔助吞吐地質(zhì)界限研究。

3.2.1 油層厚度

根據(jù)目標(biāo)區(qū)油藏條件， 模型設(shè)置滲透率1 000×10-3μm2， 50 ℃原油黏度15 Pa·s， 開(kāi)展6、 8、10、 12 m 油層厚度的敏感性模擬， 前10 輪次正常蒸汽吞吐，11—15 輪次采用電加熱輔助蒸汽吞吐。模擬結(jié)果表明，隨著油層厚度的增加，電加熱輔助后的產(chǎn)油量、油汽比隨之提升。 當(dāng)油層厚度為6 m 時(shí)，11—15 輪次產(chǎn)油量971 t， 階段油汽比僅為0.09；當(dāng)油層厚度大于8 m 時(shí)， 11—15 輪次產(chǎn)油量大于1 200 t，階段油汽比大于0.10 mL／mL， 產(chǎn)油量和油汽比較高。 因此， 電加熱輔助吞吐的油層厚度需要大于8 m （圖6）。

3.2.2 油層飽和度

根據(jù)目標(biāo)區(qū)油藏條件， 設(shè)置模型油層厚度10 m， 滲透率1 000×10-3μm2， 50 ℃原油黏度15 Pa·s， 開(kāi)展含油飽和度在60%、 65%、 70%、75%時(shí)的敏感性模擬。 前10 輪正常蒸汽吞吐，11—15 輪采用電加熱輔助蒸汽吞吐。 模擬結(jié)果表明， 油井含油飽和度越高， 電加熱輔助后產(chǎn)油量越高， 相應(yīng)的增油量越大。 當(dāng)油井含油飽和度為60%時(shí)， 11—15 輪次增油量380 t， 油汽比為0.10 mL／mL， 當(dāng)油井含油飽和度大于60% 時(shí)，11—15 輪次增油量超過(guò) 420 t， 油汽比在0.10 mL／mL以上， 增油量和油汽比較高。 故含油飽和度大于60%的油井適合實(shí)施電加熱輔助蒸汽吞吐（圖7）。

3.3 輔助時(shí)機(jī)

設(shè)計(jì)油井蒸汽吞吐若干輪次后， 開(kāi)始電加熱輔助， 分析吞吐周期對(duì)電加熱的影響。 設(shè)置模型油層厚度10 m， 滲透率1 000×10-3μm2， 50 ℃原油黏度15 Pa·s， 分析吞吐1、 3、 5、 7、 9、 11 輪次后轉(zhuǎn)電加熱輔助吞吐的增油效果。 從數(shù)值模擬的增油幅度來(lái)看， 轉(zhuǎn)電加熱輔助時(shí)間越晚， 增油效果越差， 當(dāng)油井蒸汽吞吐11 輪次后開(kāi)展電加熱輔助，增油效果大幅度下降， 僅增油290 t， 油汽比0.09 mL／mL，當(dāng)油井在蒸汽吞吐11 輪次前開(kāi)展電加熱輔助時(shí)， 增油480 t 以上， 油汽比0.10 mL／mL以上， 增油量和油汽比較好， 因此， 建議在小于11 輪次的吞吐周期的油井內(nèi)實(shí)施電加熱輔助（圖8）。

分析原因認(rèn)為， 由于井筒內(nèi)電阻加熱主要作用于加熱井筒和近井地帶儲(chǔ)層， 降低了加熱段的原油黏度， 減小了蒸汽進(jìn)入電加熱段儲(chǔ)層的阻力， 促使后續(xù)蒸汽進(jìn)入該段儲(chǔ)層并擴(kuò)大蒸汽波及范圍。 但當(dāng)常規(guī)蒸汽吞吐輪次過(guò)多時(shí)， 井筒附近的含油飽和度下降過(guò)多， 電加熱對(duì)井筒附近儲(chǔ)層的升溫速度減緩。 同時(shí)由于高滲水平段的油層已經(jīng)動(dòng)用足夠規(guī)模， 該段儲(chǔ)層滲透率越高， 注入的蒸汽從電加熱段進(jìn)入儲(chǔ)層越少， 電加熱段的儲(chǔ)層動(dòng)用效果越不明顯。 因此， 對(duì)于已經(jīng)吞吐的水平井， 應(yīng)盡早實(shí)施電加熱輔助。

4 實(shí)際效果分析

為論證水平井電加熱輔助吞吐在實(shí)際油藏的實(shí)施效果和潛力， 選擇某井區(qū)典型井A 井進(jìn)行了試驗(yàn)。 A 井50 ℃原油黏度為15.287 Pa·s， 水平段長(zhǎng)度230 m， 有效厚度21.3 m， 平均孔隙度為32.6%， 平均滲透率為2 688×10-3μm2， 但水平段中部低滲透段平均滲透率僅為421×10-3μm2。

實(shí)際應(yīng)用顯示， 蒸汽吞吐9 輪次后水平段動(dòng)用呈“啞鈴狀”， 動(dòng)用程度63%， 采出程度14.9%，周期產(chǎn)油598 t， 油汽比0.15 mL／mL。 之后開(kāi)展電加熱輔助吞吐措施， 電加熱器下至水平段中后段，吞吐1 輪次產(chǎn)油704 t， 提高了106 t， 油汽比0.23 mL／mL， 提高了0.08 mL／mL， 水平段動(dòng)用程度89% （圖9）， 提高了26%。 根據(jù)上述開(kāi)發(fā)效果，進(jìn)行了繼續(xù)電加熱輔助吞吐的潛力預(yù)測(cè)， 表明繼續(xù)電加熱輔助吞吐最終采收率可達(dá)到26.3%， 比常規(guī)蒸汽吞吐提高采收率7.7 百分點(diǎn)。

5 結(jié) 論

（1） 影響蒸汽吞吐水平井水平段動(dòng)用的主控因素為水平段儲(chǔ)層滲透率的非均質(zhì)性、 由于沿程熱損失造成的流體溫度非均勻性和井筒流動(dòng)阻力導(dǎo)致的排液非均勻性。

（2） 電加熱輔助水平井吞吐實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬顯示， 電加熱能夠明顯提高蒸汽吞吐產(chǎn)量和油汽比， 實(shí)驗(yàn)增油量提高72%， 油汽比提高72.3%，水平段逐步實(shí)現(xiàn)全段動(dòng)用。

（3） 形成了水平井電加熱輔助蒸汽吞吐地質(zhì)和油藏界限： 油層厚度需要8 m 以上， 含油飽和度大于60%； 并優(yōu)化得到最佳的電加熱時(shí)機(jī)為吞吐周期小于11 輪次。

（4） 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果表明， 周期產(chǎn)量、 油汽比和水平段動(dòng)用程度明顯提高， 預(yù)測(cè)最終采收率可提高7.7 百分點(diǎn)， 在類(lèi)似稠油油藏中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。