王增林（中國石油大學（北京）博士后科研流動站，北京102249）

殷方好（中石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東 東營257000）

劉慧卿，王 慶（中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

不同韻律稠油油藏注蒸汽后期轉(zhuǎn)熱水驅(qū)試驗研究

王增林（中國石油大學（北京）博士后科研流動站，北京102249）

殷方好（中石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東 東營257000）

劉慧卿，王 慶（中國石油大學石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

針對稠油油藏注蒸汽開發(fā)后期進一步提高原油采收率的問題，以物理模擬技術(shù)為手段，研究了不同韻律（正韻律、反韻律、復合韻律）儲層蒸汽驅(qū)轉(zhuǎn)熱水驅(qū)的開發(fā)特征。研究發(fā)現(xiàn)，對于正韻律儲層，注入蒸汽在高滲帶竄流和蒸汽超覆作用的共同影響下波及體積較大，蒸汽驅(qū)的開發(fā)效果較好；對于反韻律儲層，轉(zhuǎn)熱水驅(qū)時注入熱水首先沿上部的高滲帶突進，同時由于熱水的密度較大，在驅(qū)替的過程中不斷向中底部運移，提高了波及體積，轉(zhuǎn)熱水驅(qū)開發(fā)效果較好。

稠油油藏；韻律模型；蒸汽驅(qū)；熱水驅(qū)；物理模擬試驗；提高采收率

稠油油藏到了注蒸汽開發(fā)中后期，蒸汽竄流及超覆現(xiàn)象逐漸發(fā)生并且變得越來越嚴重［1～4］。為了解決注蒸汽開發(fā)后期有效開采的問題，必須尋找能夠增加縱向波及系數(shù)、提高原油采收率的方法。熱水由于密度較大，在重力的作用下攜帶著上部蒸汽的殘余熱量流向油層底部，提高了波及范圍，因此越來越廣泛地應(yīng)用于稠油油藏注蒸汽開發(fā)后提高采收率的實踐中［5～7］。當油層在縱向上是非均質(zhì)時，各層的吸汽能力不一樣，蒸汽將沿高滲透層竄流而過早地突破，使其波及系數(shù)減小，最終采收率降低，因此韻律性對稠油油藏的開發(fā)有較大的影響［8］。筆者采用室內(nèi)模擬試驗的方法研究了不同韻律稠油油藏轉(zhuǎn)熱水驅(qū)的開發(fā)特征，對于指導注蒸汽開發(fā)后稠油油藏的進一步挖潛具有十分重要的意義。

1 試驗裝置與試驗步驟

1.1 試驗裝置

韻律模型試驗裝置由流體注入系統(tǒng)（蒸汽發(fā)生器、模型流體驅(qū)替泵等）、物理模擬模型（中間容器、平面模型等）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（壓力、溫度采集裝置等）和油水計量系統(tǒng)組成，試驗流程如圖1所示。

圖1 平面韻律模型試驗流程圖

平面模型內(nèi)部尺寸為50cm×50cm×5cm，其一個側(cè)面分布25個測壓點，另外一個側(cè)面分布25個測溫點。平面模型的一個端面是可以拆卸的法蘭，用以填砂。將平面模型豎放時，可以構(gòu)造垂向非均質(zhì)模型，研究蒸汽的垂向滲流，該研究即采用該種方式。

平面模型內(nèi)用特定目數(shù)的玻璃珠充填，選擇3種粒徑的玻璃珠（20、80和120目），分別填裝3種組合：①反韻律（高中低滲，自上而下分別填裝：4166ml的20目玻璃珠，4166ml的80目玻璃珠，4166ml的120目玻璃珠）；②正韻律（低中高滲，自上而下分別填裝：4166ml的120目玻璃珠，4166ml的80目玻璃珠，4166ml的20目玻璃珠）；③復合韻律（低高中滲，自上而下分別填裝：4166ml的120目玻璃珠，4166ml的20目玻璃珠，4166ml的80目玻璃珠）。其各項參數(shù)列于表1。

表1 韻律性分布及模型參數(shù)表

1.2 試驗步驟

試驗步驟如下：①將井模型固定在平面模型一端法蘭蓋上的注入口和生產(chǎn)口處，并將固定井模型后的法蘭蓋裝在平面模型上，在法蘭蓋的內(nèi)側(cè)鋪一層500目的濾網(wǎng)；②按試驗韻律分布要求填裝等體積的不同目數(shù)的玻璃珠，不同玻璃珠之間鋪一層500目的濾網(wǎng)，填裝完畢后蓋上另外一端的法蘭蓋；③將模型的一個入口端接上高壓氮氣瓶并試壓30min；④將平面模型按韻律分布要求垂直固定后推入恒溫箱，按試驗流程圖接入整個試驗系統(tǒng)，將測溫、測壓裝置接到平面模型外側(cè)對應(yīng)的測溫點和測壓點上，并把模型外側(cè)包上保溫層，打開恒溫箱將模型在30℃恒溫5h；⑤利用平流泵對模型飽和水，飽和過程中不斷變更出口端位置，使模型內(nèi)充分飽和水，并記錄流入模型的總水量和流出模型的總水量，從而計算模型的孔隙體積和孔隙度；⑥利用平流泵對模型飽和原油（河南油田L7806井，50℃時地面脫氣原油粘度1820mPa·s），飽和過程中需不斷變更出口端位置，使模型內(nèi)部充分飽和原油，并記錄流入模型的總油量、流出模型的總油量和總水量，從而計算模型內(nèi)的含油體積和含油飽和度；⑦打開蒸汽發(fā)生器和入口管線電加熱裝置，并將溫度控制設(shè)置為250℃，直至蒸汽發(fā)生器的旁通管流出穩(wěn)定的高溫蒸汽后，打開平面模型入口端的閥門，開始蒸汽驅(qū)試驗，驅(qū)替速度為5ml/min；⑧不斷記錄不同時刻平面模型出口端的產(chǎn)液量和產(chǎn)水量，注入1.08PV時轉(zhuǎn)熱水驅(qū)，熱水溫度120℃，驅(qū)替速度為5ml/min，剛剛轉(zhuǎn)驅(qū)后產(chǎn)液、產(chǎn)水記錄時間縮短，直至含水率較為穩(wěn)定再延長記錄時間；⑨生產(chǎn)至含水率98%時試驗結(jié)束，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器和電加熱裝置，關(guān)閉平面模型入口端的閥門，關(guān)閉恒溫箱電源，直至平面模型冷卻至室溫；⑩打開平面模型，將內(nèi)部的玻璃珠取出，清洗平面模型，以備下次試驗。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 反韻律平面模型

圖2為反韻律平面模型蒸汽驅(qū)后轉(zhuǎn)熱水驅(qū)不同時刻垂向溫度分布圖（注入井位于圖中的右側(cè)，生產(chǎn)井位于左側(cè)）。由圖2可知，反韻律地層蒸汽驅(qū)注入0.56PV蒸汽時（采出程度22.27%）高溫區(qū)域主要集中在注入井附近的高部位，此處滲透率高，注入的高溫蒸汽主要集中在高部位流動，模型中心點的溫度已達45℃左右；注入1.08PV蒸汽時（采出程度33.69%）注入井附近的高部位高溫區(qū)域進一步加大，模型中心點的溫度超過55℃，蒸汽驅(qū)過程中表現(xiàn)的特點為注入井點與生產(chǎn)井點間溫度差別大，形成自注入井向生產(chǎn)井傾斜的波及方式。此時進行轉(zhuǎn)熱水驅(qū)試驗，總注入量達到1.38PV時（采出程度37.34%）注入井附近高溫區(qū)域范圍減小，模型中心溫度在54℃左右，生產(chǎn)井附近溫度基本沒有變化；生產(chǎn)至含水98%時（采出程度38.99%）模型溫度進一步降低，模型中心點溫度降至49℃，熱水驅(qū)過程中表現(xiàn)的特點為注入井附近的等溫線變得陡峭，這說明對于反韻律地層注入的熱水有向下運移的趨勢，從而有利于啟動蒸汽驅(qū)在底部位的低滲地層的剩余油。

圖2 反韻律儲層不同時刻垂向溫度分布圖

2.2 正韻律平面模型

圖3為正韻律平面模型蒸汽驅(qū)后轉(zhuǎn)熱水驅(qū)垂向溫度分布隨時間的變化圖。蒸汽驅(qū)階段高溫區(qū)域主要集中在注入井附近的中部和底部，此處屬于中高滲透率地層，注入的高溫蒸汽沿滲流阻力小的高滲透率的底部地層流動。注入0.56PV蒸汽時（采出程度25.65%）模型中心點的溫度達到50℃，相同時刻正韻律與反韻律地層相比高溫范圍要大，說明反韻律地層由于蒸汽超覆及高滲透層位于上部的綜合作用，使得蒸汽主要沿模型的上部流動，高溫范圍較小。注入1.08PV蒸汽時（采出程度33.88%）高溫范圍進一步增大，模型中心點溫度達到65℃，生產(chǎn)井井底的溫度降低，說明蒸汽超覆現(xiàn)象逐漸加劇。轉(zhuǎn)熱水驅(qū)生產(chǎn)至總注入量達到1.38PV時（采出程度35.60%）注入井附近溫度大幅度降低，模型中心點溫度降至55℃左右，注入熱水后的正韻律地層高溫范圍主要集中在注入井底部，說明注入熱水集中于油層底部的高滲地帶流動。生產(chǎn)至含水98%時（采出程度36.60%），高溫范圍進一步減小，且主要集中在底部，說明在油水重力差異及高滲帶位置的共同影響下熱水主要沿地層底部流動。正韻律儲層蒸汽驅(qū)后轉(zhuǎn)熱水驅(qū)開發(fā)效果較差，其主要原因是熱水在底部高滲帶形成竄流，轉(zhuǎn)熱水驅(qū)后波及系數(shù)低。

圖3 正韻律儲層不同時刻垂向溫度分布圖

2.3 復合韻律平面模型

試驗所用的復合韻律儲層為低高中滲透率分布。圖4為復合韻律地層蒸汽驅(qū)后轉(zhuǎn)熱水驅(qū)不同時刻垂向溫度分布圖。注入0.56PV蒸汽時（采出程度20.78%）高溫區(qū)域主要集中于注入井的中部和中上部，此時模型中心點溫度為55℃左右，這是由于儲層中部滲透率高，使得蒸汽主要集中于油層中部運移，同時由于蒸汽的密度低，在重力分異作用下，蒸汽有向油層頂部運移的趨勢，因此低高中復合韻律儲層溫度分布呈現(xiàn)近井周圍中上部溫度高而底部溫度低的現(xiàn)象；注入1.08PV蒸汽時（采出程度33.78%）近井周圍中上部高溫區(qū)域進一步擴大，同時高溫區(qū)域向油層頂部擴展趨勢明顯，此時模型中心點溫度為65℃左右；轉(zhuǎn)熱水驅(qū)生產(chǎn)至總注入量1.38PV時（采出程度36.70%）低高中復合韻律模型內(nèi)部溫度降低，注入井附近溫度降低明顯，近井地帶等溫線變得很密集，等溫線有向油層底部擴展的趨勢，但是生產(chǎn)井附近和以前相比溫度有所升高；生產(chǎn)至含水98%時（采出程度38.80%）油層溫度進一步降低，高溫區(qū)域主要集中在注入井附近的油層中部及中部稍偏下的區(qū)域，注入1.38PV時相比等溫線向油層底部擴展的趨勢更加明顯，說明注入熱水在重力作用下向底部的中滲層運移。因此，注入熱水可以驅(qū)動油層底部的剩余油。

圖4 復合韻律儲層不同時刻垂向溫度分布圖

2.4 結(jié)果對比

表2為不同韻律儲層蒸汽驅(qū)轉(zhuǎn)熱水驅(qū)開發(fā)效果對比?？梢钥闯?，反韻律儲層蒸汽驅(qū)后轉(zhuǎn)熱水驅(qū)的開發(fā)效果要優(yōu)于正韻律和復合韻律儲層的開發(fā)效果，正韻律儲層的開發(fā)效果最差。

表2 不同韻律性油藏熱水驅(qū)效果對比表

3 結(jié) 論

1）稠油油藏注蒸汽開發(fā)到了中后期，蒸汽超覆及竄流現(xiàn)象越來越嚴重，熱水由于密度較大，在重力的作用下熱水攜帶著上部蒸汽的殘余熱量流向油層底部，提高了波及范圍，因此成為提高注蒸汽開采后稠油油藏采收率的一種有效的途徑。

2）對于正韻律儲層，由于高滲帶位于儲層的底部，生產(chǎn)初期注入蒸汽主要集中在高滲區(qū)域，驅(qū)動底部的原油；隨著生產(chǎn)的進行，蒸汽超覆逐漸加劇，從而驅(qū)動了頂部的原油，提高了波及體積，相對于反韻律和復合韻律儲層，正韻律儲層蒸汽驅(qū)的效果較好。

3）對于反韻律儲層，轉(zhuǎn)熱水驅(qū)時注入熱水首先沿上部的高滲帶突進，同時由于熱水的密度較大，在驅(qū)替的過程中不斷地向中底部運移，提高了波及體積，因此反韻律儲層轉(zhuǎn)熱水驅(qū)的效果要優(yōu)于正韻律儲層和復合韻律儲層。

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Experimental Study on Hot－water Flooding of Heavy Oil Reservoirs with Different Rhythms after Steam Injection

WANG Zeng－lin，YIN Fang－h(huán)ao，LIU Hui－qing，WANG Qing（First Author's Address：Post－doctoral Research Station，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

Based on the issue of further enhancing oil recovery in heavy oil reservoirs at the late stage of the steam injection，by means of physical simulation，studied the development characteristics of hot water flooding in the reservoirs with different rhythms（positive rhythm，reverse rhythm，composite rhythm）after steam drive.The research shows that the positive rhythm reservoirs have a large swept volume in steam flooding influenced in steam overlay and steam channeling，where the flooding effect is getter，the reverse rhythm reservoirs have a large swept volume in hot water flooding，because injected hot water firstly breaks through along the high permeability region in upper part of the reservoirs，and hot water is higher density，in the process of displacement it is continuously migrated to the bottom of reservoirs，thus the swept volume is enhanced with good effect of its flooding.

heavy oil reservoir；rhythm model；steam flooding；hot water flooding；physical simulation experiment；enhanced oil recovery

TE357

A

1000－9752（2011）08－0143－04

2011－02－10

國家科技重大專項（2008ZX05011）。

王增林（1964－），男，1987年華東石油學院畢業(yè)，博士，教授級高級工程師，長期從事采油工程研究和科研管理工作。

［編輯］ 蕭 雨