高君君 王新海， 王濤溪 劉宇

(1.中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102249;2.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 434023;3.勝利油田有限公司清河采油廠，山東 濰坊 262714)

面22區(qū)位于八面河油田的西南部，構(gòu)造位置處于東營凹陷南斜坡八面河斷裂構(gòu)造帶南端翹起部位，本研究區(qū)為其主要含油層之一 —— 沙43上3砂組，地層有效厚度為1～3 m，原油地面相對(duì)密度為0.955，地下黏度平均為201 mPa·s。根據(jù)油田內(nèi)部定義，該區(qū)屬于典型的超薄層臨界稠油油藏。

稠油油藏作為接替常規(guī)能源的一種非常規(guī)油藏，多年來產(chǎn)量一直保持千萬噸以上［1］。國內(nèi)開采方法主要包括蒸汽吞吐(約占78%)、蒸汽驅(qū)(約占10%)和常規(guī)水驅(qū)(12%)［2］等。蒸汽吞吐法因其工藝施工簡單、易于提高原油流動(dòng)性、收效快等特點(diǎn)而備受青睞［3-4］，但超薄層臨界稠油油藏開發(fā)在這方面的可借鑒經(jīng)驗(yàn)較少。本次研究的目的是通過油藏地質(zhì)模型對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并分析各參數(shù)對(duì)開采效果的影響規(guī)律。

1 油藏地質(zhì)模型

面22區(qū)沙3上3砂組油藏，平均埋深為1 100 m，地層溫度約58℃，平均滲透率約745×10-3μm2，平均孔隙度約0.35，屬于高孔高滲儲(chǔ)層，地面原油黏度為2 156 mPa·s?；谘芯繀^(qū)處于未動(dòng)用狀態(tài)的特點(diǎn)，利用以上油藏參數(shù)建立典型地質(zhì)模型。另外，基于研究區(qū)沉積微相多為透鏡狀席狀砂的特點(diǎn)，將油層有效厚度由中心向外依次設(shè)計(jì)為3，2，1 m，原油黏度隨溫度的增加急劇減小，符合稠油熱采的特征。模型采用正交網(wǎng)格，沿東西向的主應(yīng)力方向，網(wǎng)格步長為20 m×20 m，網(wǎng)格數(shù)為80×50×1，共計(jì)4 000。數(shù)模軟件選用加拿大計(jì)算機(jī)模擬軟件集團(tuán)的CMG數(shù)模軟件。

2 注汽參數(shù)優(yōu)化

蒸汽吞吐開發(fā)實(shí)踐表明，開發(fā)效果主要取決于油層地質(zhì)參數(shù)和注汽參數(shù)［5］。油層地質(zhì)參數(shù)由客觀地層條件所決定，難以人為改變;而注汽參數(shù)作為可控因素可以改變和優(yōu)選，這些參數(shù)能夠引起流體及儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)、采收率等指標(biāo)的重大變化［6］，因此，可以認(rèn)為蒸汽吞吐開發(fā)效果直接取決于注汽參數(shù)的選擇［7］?；诖苏J(rèn)識(shí)，本次研究應(yīng)用數(shù)值模擬的方法對(duì)注汽量、蒸汽干度、燜井時(shí)間、注汽速度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。

2.1 第1周期注汽量

稠油蒸汽吞吐開發(fā)實(shí)踐表明，周期注汽量對(duì)開采效果的影響較大［8］，在一定范圍內(nèi)任一周期注汽量與產(chǎn)油量成正比。原因在于，增加注汽量使加熱半徑擴(kuò)大，原油流動(dòng)范圍增大，周期產(chǎn)油量上升。周期注汽量太小會(huì)導(dǎo)致采出程度過低，而周期注汽量太大又會(huì)將原油推向遠(yuǎn)離井筒的位置［9］，降低熱量利用率。因此，為了保證最佳效果，需要確定一個(gè)周期注汽量最優(yōu)范圍。

油藏?cái)?shù)值模擬結(jié)果如圖1所示。采出程度隨著注入量的增加而增加，到達(dá)一定程度后增幅變緩;油汽比(體積比)隨著注入量的增加而減小，減小幅度到達(dá)一定程度后也呈現(xiàn)出減緩形態(tài)。同時(shí)考慮采出程度與油汽比的變化幅度，確定第1周期最佳注汽量為1 400 m3左右。

圖1 采出程度與油汽比隨第1周期注汽量的變化曲線

2.2 蒸汽干度

大量現(xiàn)場實(shí)踐證明，蒸汽干度是影響蒸汽吞吐開采效果的一項(xiàng)決定性因素。稠油注蒸汽開采的增產(chǎn)機(jī)理是，加熱油層后會(huì)大幅度降低原油黏度［10］。因此，在周期注汽量相同的情況下，蒸汽干度越高才能使蒸汽所攜帶的熱焓值越大［11］，從而使對(duì)應(yīng)油層的加熱半徑隨之?dāng)U大，采出程度升高，油汽比增大。

數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析相同，蒸汽干度與蒸汽吞吐的開采效果成正比。圖2所示為采出程度與油汽比隨蒸汽干度的變化曲線。為了提高蒸汽吞吐的效果，應(yīng)該盡可能提高井底蒸汽干度。結(jié)合油田實(shí)際情況，在考慮較高經(jīng)濟(jì)效益的前提下，蒸汽干度大于或等于0.7即可取得很好的蒸汽吞吐效果。

圖2 采出程度與油汽比隨蒸汽干度的變化曲線

2.3 燜井時(shí)間

注入蒸汽后的第二個(gè)步驟就是燜井，燜井時(shí)間的選擇也會(huì)影響周期生產(chǎn)效果［12］。燜井的目的是將蒸汽所攜帶的潛熱有效地傳給油藏，并達(dá)到均勻加熱油層的效果，以充分提高注入蒸汽的利用率。但是，燜井時(shí)間不能過長，以避免熱量向頂?shù)讓訑U(kuò)散損失而使其利用率降低［13］。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，隨著燜井時(shí)間的增加，采出程度以及油汽比逐漸增大，燜井時(shí)間達(dá)5 d以后，采出程度及油汽比呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。但是總體而言，燜井時(shí)間對(duì)蒸汽吞吐效果的影響不顯著，為使蒸汽吞吐效果最佳，建議燜井時(shí)間保持在5 d左右。

2.4 注汽速度

在注汽過程中，當(dāng)蒸汽注入量相同時(shí)，如果注汽速度過低，就會(huì)增加熱量在井筒內(nèi)的損失［14］，降低井底蒸汽干度，從而嚴(yán)重影響蒸汽吞吐的開采效果;如果注入速度過高，又會(huì)引起地層破裂，使注入蒸汽沿裂縫竄流到遠(yuǎn)離井筒的部位，井底壓力降低后裂縫即閉合，使得井底附近油層不能得到充分加熱，從而降低蒸汽熱量的利用率。所以，有必要利用數(shù)值模擬方法優(yōu)選出合理的注汽速度。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在一定范圍內(nèi)蒸汽吞吐的開發(fā)效果與注汽速度成正比，但當(dāng)注汽速度達(dá)到一定程度后，采出程度和油汽比逐漸減小。圖3所示為采出程度與油汽比隨注汽速度的變化曲線。結(jié)合理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果，認(rèn)為最優(yōu)注汽速度應(yīng)該為240 t/d。

圖3 采出程度與油汽比隨注汽速度的變化曲線

2.5 多周期注汽量變化

采用蒸汽吞吐方式開采稠油油藏時(shí)，注采周期逐步增加(即多周期蒸汽吞吐)。在這個(gè)過程中，只有逐個(gè)周期性地增加注汽量，使蒸汽的波及范圍逐步擴(kuò)大，從而增加油層的加熱半徑，才能保證有足夠的可流動(dòng)性原油流入井筒，提高蒸汽吞吐降壓采油的采出程度。

應(yīng)用數(shù)值模擬的方法，在前一周期注汽量的基礎(chǔ)上將第2、3、4周期注汽量各自分別增加0，5%，10%，15%，20%，然后進(jìn)行蒸汽吞吐效果對(duì)比。從表1可以看出，同周期注汽量對(duì)蒸汽吞吐開采效果影響的理論分析相同。一定范圍內(nèi)，每個(gè)周期的原油采出程度均隨著注汽量的增加而增加，油汽比均隨著注汽量的增加而減小，而超過這個(gè)范圍后，蒸汽將井底附近油層推向遠(yuǎn)處，甚至可能壓裂地層。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，周期注汽量需逐步增加的特點(diǎn)，建議采用每周期注汽量較前一周期增加10%的方案。

表1 不同周期注汽量的生產(chǎn)參數(shù)表

3 蒸汽吞吐開發(fā)效果預(yù)測

優(yōu)化后的蒸汽吞吐參數(shù)為:第1周期注汽量1 400 m3，此后注汽量按周期遞增10%，蒸汽干度為0.7，燜井5 d，注汽速度為240 t/d。在典型地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合油田每年注1次蒸汽的實(shí)際情況，預(yù)測生產(chǎn)期為4 a。生產(chǎn)結(jié)果如表2所示，第4年末蒸汽吞吐采出程度比彈性開采采出程度約提高8.28倍，含水率比彈性開采約降低4.98%，因此蒸汽吞吐開采效果較好。

表2 優(yōu)化參數(shù)生產(chǎn)預(yù)測數(shù)據(jù)表

4 結(jié)語

周期注入量是影響稠油蒸汽吞吐的一個(gè)重要參數(shù)，采出程度與注入量成正比，油汽比與注入量成反比。綜合考慮采出程度與油汽比變化情況，第1周期最優(yōu)注入量應(yīng)為1 400 m3左右。

蒸汽干度是影響水平井蒸汽吞吐的另一個(gè)重要參數(shù)，較大的蒸汽干度向油層提供了足夠的熱量，在油田條件允許的情況下，應(yīng)保持蒸汽干度達(dá)到0.7以上。

燜井時(shí)間對(duì)水平井蒸汽吞吐開發(fā)效果的影響不明顯，建議將燜井時(shí)間控制在5 d左右即可。注汽量相同時(shí)，注汽速度對(duì)蒸汽吞吐的開采效果影響不大，最優(yōu)注汽速度應(yīng)為240 t/d。

蒸汽吞吐開發(fā)過程中，只有逐步增加周期注汽量才能保證加熱半徑不斷擴(kuò)大。模擬結(jié)果顯示，多周期注汽量增長百分?jǐn)?shù)合理值為10%。

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