黃成輝，黃世軍，程林松，魏紹蕾，陳志明

(中國石油大學(xué)，北京 102249)

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非均質(zhì)薄層稠油油藏水平井蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究

黃成輝，黃世軍，程林松，魏紹蕾，陳志明

(中國石油大學(xué)，北京 102249)

水平井蒸汽驅(qū)在開發(fā)薄層稠油油藏方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。采用雙水平井驅(qū)替系統(tǒng)，對(duì)非均質(zhì)薄層稠油油藏的蒸汽腔發(fā)育過程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，研究了均質(zhì)地層、存在單條低滲條帶、2條低滲條帶非均質(zhì)地層條件下的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征。結(jié)果表明：蒸汽幾乎不波及低滲條帶，從而降低了蒸汽對(duì)整個(gè)地層的波及程度；非均質(zhì)性地層易產(chǎn)生汽竄通道，使無水采油期縮短，含水率上升速度加快，導(dǎo)致采出程度降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為在非均質(zhì)薄層稠油油藏中實(shí)施水平井蒸汽驅(qū)提供了參考。

薄層稠油油藏；非均質(zhì)；水平井；蒸汽驅(qū)；物理模擬

引 言

薄層稠油油藏，采用直井開發(fā)時(shí)，單層控制儲(chǔ)量低，采用水平井開發(fā)能夠顯著增大泄油面積，擴(kuò)大蒸汽的波及體積，提高油藏的采收率[1-2]。國內(nèi)水平井技術(shù)已用于薄層稠油油藏的開采，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)，為難動(dòng)用薄層稠油油藏探索出了一條新道路[3]，國外在水平井注蒸汽方面也進(jìn)行了很多室內(nèi)物理模擬以及現(xiàn)場(chǎng)研究[4-7]。筆者利用平面物理模擬裝置，模擬了正對(duì)排狀水平井網(wǎng)蒸汽驅(qū)生產(chǎn)過程，同時(shí)描述了均質(zhì)地層、存在單條低滲條帶、2條低滲條帶下的蒸汽腔發(fā)展規(guī)律及生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括注入系統(tǒng)、驅(qū)替系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。模型內(nèi)部采用隔熱層，模擬地層傳熱特性。模型底面等距離安裝電偶。模型短側(cè)面安裝2口模擬注采水平井，模型內(nèi)部水平井完全射孔。模型的承壓能力為5.0 MPa，在1.0 MPa、室溫條件下進(jìn)行耐壓和氣密性測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表1。水平井模擬水平段長度、高度、寬度、厚度分別為60.0、5.0、20.0、1.5 cm，生產(chǎn)壓差為5 kPa。實(shí)驗(yàn)分3個(gè)方案進(jìn)行：方案1，模擬地層滲透率為2.8 μm2的均質(zhì)地層；方案2，模型中部垂直于水平井設(shè)置一條滲透率為1 μm2的低滲條帶，低滲條帶沿水平井方向長度為10 cm；方案3，模擬地層中設(shè)置2條參數(shù)同方案2的低滲條帶。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

將模型放入恒溫裝置，在80℃下飽和地層水和原油。運(yùn)用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生200℃蒸汽，并以當(dāng)量水為2 mL/min的流量注入到平面模型，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。通過溫度傳感器獲取模型中各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度值，同時(shí)計(jì)量產(chǎn)出液。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 蒸汽腔發(fā)育過程

圖1為方案1、2、3不同時(shí)刻的蒸汽腔形狀圖。

圖1 不同時(shí)刻下溫度場(chǎng)圖

由圖1可知，均質(zhì)地層(方案1)，注汽井跟端和生產(chǎn)井趾端壓差大于注汽井趾端和生產(chǎn)井跟端壓差，靠近注汽井跟端區(qū)域蒸汽腔發(fā)育快，沿水平井方向蒸汽腔發(fā)育逐漸變緩，隨著注汽過程的進(jìn)行，蒸汽首先從注汽井跟端區(qū)域突破，汽竄后沿水平井方向蒸汽腔發(fā)育變緩慢，蒸汽腔發(fā)育呈現(xiàn)“先快后慢”的特征，均質(zhì)地層條件下的蒸汽波及程度大，對(duì)于非均質(zhì)性弱的地層，全水平段射孔可以達(dá)到很好的開發(fā)效果。

存在單條低滲條帶非均質(zhì)地層(方案2)，低滲條帶將地層分成3個(gè)區(qū)域，靠近注汽井跟端區(qū)域蒸汽腔發(fā)育較快，靠近趾端區(qū)域蒸汽腔發(fā)育較緩慢，低滲條帶內(nèi)部溫度上升慢，蒸汽幾乎不波及低滲條帶，蒸汽腔形狀呈現(xiàn)出“高—低—高”的特征。隨著驅(qū)替的進(jìn)行，蒸汽首先從靠近注汽井跟端區(qū)域突破，蒸汽突破后，靠近注汽井趾端區(qū)域的蒸汽腔幾乎不發(fā)育，進(jìn)入該區(qū)域的蒸汽攜帶的熱量和向地層散失的熱量達(dá)到平衡[8]。由方案2溫度場(chǎng)圖可知，剩余油主要集中在低滲條帶內(nèi)部以及靠近趾端區(qū)域。在開采該類油藏時(shí)，進(jìn)行水平井分段注汽可改善開發(fā)效果，提高蒸汽波及程度。

存在2條低滲條帶非均質(zhì)地層(方案3)，2條低滲條帶將地層分成按滲透率“高—低—高—低—高”的5個(gè)區(qū)域。從注汽井跟端沿水平井方向，3個(gè)“高滲”區(qū)域的蒸汽腔發(fā)育依次變緩，蒸汽對(duì)2條低滲條帶的波及程度均較低，蒸汽從跟端“高滲”區(qū)域突破后，中部和趾端“高滲”區(qū)域的蒸汽腔幾乎不發(fā)育，剩余油分布在低滲條帶內(nèi)、注汽井趾端“高滲”區(qū)域，生產(chǎn)井中部近井區(qū)域，進(jìn)行剩余油開采時(shí)，應(yīng)主要圍繞以上3個(gè)區(qū)域進(jìn)行。

通過對(duì)溫度場(chǎng)的分析可知，薄層稠油油藏在運(yùn)用長水平井進(jìn)行蒸汽驅(qū)替時(shí)，非均質(zhì)性越強(qiáng)，蒸汽波及程度越低，低滲條帶的存在影響了蒸汽腔發(fā)育，迫使蒸汽進(jìn)入高滲區(qū)，降低了低滲區(qū)的波及程度，剩余油主要集中在低滲條帶內(nèi)部以及注汽井趾端區(qū)域。

圖2為蒸汽驅(qū)替結(jié)束之后模型內(nèi)部地層照片。由圖2a可知，注汽井跟端區(qū)域蒸汽對(duì)原油的沖洗程度高，對(duì)比圖1中方案1的溫度場(chǎng)圖，前期靠近注汽井跟端區(qū)域溫度高，蒸汽波及程度高。由圖2b、c可知，高滲帶和低滲帶顏色對(duì)比明顯，蒸汽對(duì)高滲區(qū)域的稠油沖洗程度比低滲條帶高。地層非均質(zhì)性越強(qiáng)，剩余油越多。

2.2 生產(chǎn)動(dòng)態(tài)規(guī)律

圖3為不同方案采出程度對(duì)比。方案1、2、3的無水采油期分別為0.020 0、0.007 1、0.014 9倍孔隙體積，采出程度分別為39.76%、25.80%、16.56%。均質(zhì)地層條件下無水采油期比非均質(zhì)地層的無水采油期長，采出程度更高。對(duì)應(yīng)于圖1、2均質(zhì)模型有較高的蒸汽波及程度，汽竄前驅(qū)替時(shí)間長，減少剩余油，提高采出程度，而非均質(zhì)模型中低滲條帶的存在降低了蒸汽波及程度，剩余油量增加，汽竄通道的存在使模型更易汽竄，無水產(chǎn)油期縮短。采出程度趨勢(shì)呈現(xiàn)“先陡后緩”的特征，與蒸汽腔發(fā)育“先快后慢”特征對(duì)應(yīng)。3的含水率快速上升，比方案1高出20%～30%，驅(qū)替結(jié)束后，方案1、2、3的含水率分別為51.92%、71.98%、83.52%。與圖1對(duì)應(yīng)，低滲條帶易于形成汽竄通道，蒸汽前緣冷凝水通過汽竄通道到達(dá)生產(chǎn)井，提高了含水率，見水后含水率上升逐漸變緩。地層非均質(zhì)性越強(qiáng)含水率越高，開發(fā)效果越差。

圖4為不同方案含水率對(duì)比。見水后，方案2、

圖2 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后模型內(nèi)部

圖3 不同方案采出程度對(duì)比

圖4 不同方案含水率對(duì)比

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

準(zhǔn)噶爾盆地的春風(fēng)油田排601井組，地層傾角為1～2°，近似水平，平均孔隙度為32%，平均滲透率為0.905 μm2，油層厚度為4.5 m，50℃地面脫氣原油黏度為5 172 mPa·s，屬于薄層稠油油藏，含油飽和度為65%，邊底水不活躍。水平井井距和排距均為100 m，水平段長度為200 m，經(jīng)過第1輪的蒸汽吞吐后，2013年9月轉(zhuǎn)驅(qū)6個(gè)井組，注汽量為372 t/d，日產(chǎn)油為142 t/d。其中排601-P50井，日產(chǎn)油量由1.5 t/d增加到12.5 t/d，含水率由95%下降為56.1%，累計(jì)增產(chǎn)713 t[9]。

4 結(jié) 論

(1) 薄層稠油油藏在運(yùn)用長水平井進(jìn)行蒸汽驅(qū)替時(shí)，蒸汽腔前期發(fā)展較快，汽竄后蒸汽腔發(fā)育緩慢，蒸汽幾乎不能波及低滲區(qū)域，地層非均質(zhì)性越強(qiáng)蒸汽汽竄越嚴(yán)重，蒸汽腔的波及程度越低。

(2) 薄層稠油油藏的地層非均質(zhì)性越強(qiáng)，采出程度越低，無水采油期越短，含水率越高。

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編輯 王 昱

20141202；改回日期：20150130

國家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05012-004)“薄層稠油和超稠油開發(fā)技術(shù)”課題內(nèi)容

黃成輝(1990-)，男，工程師，2013年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)石油工程創(chuàng)新班，現(xiàn)為該校油氣田開發(fā)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事稠油熱采研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.027

TE33

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1006-6535(2015)02-0108-03