孫逢瑞，黃世軍，鄒 明

(中國石油大學(北京)，北京 102249)

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過熱蒸汽吞吐水平井產(chǎn)能評價模型

孫逢瑞，黃世軍，鄒 明

(中國石油大學(北京)，北京 102249)

以稠油油藏為研究對象，針對水平井過熱蒸汽吞吐產(chǎn)能預測問題，通過引入過熱蒸汽狀態(tài)方程，結(jié)合擬穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式，建立了完整的產(chǎn)能預測模型。研究了定液條件下，加熱區(qū)壓力、產(chǎn)能變化規(guī)律和不同注汽參數(shù)對采出程度的影響。研究表明，定液生產(chǎn)初期加熱區(qū)壓力迅速下降，產(chǎn)能基本不變；生產(chǎn)后期壓力下降緩慢，產(chǎn)能迅速下降。注汽參數(shù)優(yōu)化表明，采出程度隨過熱度增加，先迅速增加后緩慢增加；隨周期注汽量增加，先迅速增加后緩慢下降。該模型對過熱蒸汽吞吐水平井的注汽參數(shù)選取及產(chǎn)能預測具有重要意義。

稠油熱采；過熱蒸汽吞吐；產(chǎn)能評價；水平井；KMK油田

0 引 言

隨著稠油開采技術(shù)的發(fā)展，過熱蒸汽吞吐已在一些礦場試驗中應用并取得明顯效果[1-3]。過熱蒸汽是指特定壓力下蒸汽溫度高于飽和溫度的水蒸汽，由于過熱蒸汽干度為1，完全呈氣態(tài)，具有一定的過熱度，因此，流體密度和熱焓的計算方法均有別于常規(guī)飽和蒸汽。國內(nèi)外學者對飽和蒸汽吞吐相關(guān)技術(shù)進行了大量研究[4-15]，而過熱蒸汽開發(fā)技術(shù)相對滯后[16]。引入過熱蒸汽狀態(tài)方程，利用能量平衡方程推導出加熱半徑計算公式，結(jié)合擬穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式，建立了完整的過熱蒸汽吞吐水平井產(chǎn)能模型。對加熱區(qū)內(nèi)壓力、產(chǎn)能隨時間變化規(guī)律進行了研究，并針對KM473井的核心注汽參數(shù)進行了優(yōu)化。

1 水平井過熱蒸汽吞吐加熱體模型的建立

1.1 模型基本假設(shè)

假設(shè)油層為無限大；忽略過熱蒸汽沿水平段壓力和溫度的損失；燜井結(jié)束后，過熱蒸汽全部冷凝為熱水，加熱區(qū)內(nèi)溫度為熱水溫度，加熱區(qū)外溫度為油藏原始溫度；忽略水平段跟、趾端“半球狀”加熱體；冷區(qū)稠油不流動；加熱區(qū)流動符合擬穩(wěn)態(tài)滲流。

1.2 加熱半徑計算模型

當油層無限大時，過熱蒸汽攜帶的熱量全部用來加熱油層，根據(jù)能量守恒定律：

(1)

(2)

h=2052.4358+2.7758(Tsh-273.15)-

(3)

式中：I為注汽速度，m3/h；ρ為過熱蒸汽密度，kg/m3；h為過熱蒸汽熱焓，kJ/kg；Mr為油層體積熱容量，kJ/(m3·℃)；Ah為加熱面積，m2；t為注汽時間，h；L為水平段長度，m；Tsh為過熱蒸汽溫度，℃；Ti為油藏原始溫度，℃；p為過熱蒸汽壓力，MPa。

(4)

式中：rh為加熱區(qū)半徑，m；tp為周期注汽時間，h。

(5)

1.3 水平井過熱蒸汽吞吐產(chǎn)能模型

在時間微元Δt內(nèi)，加熱區(qū)內(nèi)流動規(guī)律服從擬穩(wěn)態(tài)滲流：

(6)

式中：qo為為產(chǎn)油速度，m3/h；pa為生產(chǎn)過程中加熱區(qū)平均壓力，MPa；pwf為井底流壓，MPa；μo為原油黏度，mPa·s；rw為井筒半徑，m；K為滲透率，μm2。

生產(chǎn)過程中，加熱區(qū)內(nèi)熱能一部分隨產(chǎn)液帶出，一部分通過頂?shù)讓硬粩鄵p失[17]。利用能量平衡方程可以描述這一過程，推導得到加熱區(qū)平均溫度Ta為：

(7)

生產(chǎn)過程中，隨著流體產(chǎn)出，地層壓力不斷下降，由體積平衡原理，加熱區(qū)壓力為：

(8)

式中：Nw、No為累計產(chǎn)水量和累計產(chǎn)油量，m3。

2 模型驗證

2.1 與生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)對比

哈薩克斯坦KMK油田KM473井基本參數(shù)如表1、2所示，相滲曲線如圖1所示。

表1 不同地層溫度下稠油黏度

表2 基本地質(zhì)參數(shù)、流體參數(shù)和注汽參數(shù)

基于表1、2和圖1，根據(jù)式(1)～(5)，得到加熱半徑和燜井結(jié)束時地層平均壓力分別為13.1 m和3.8 MPa，使用CMG軟件得到的結(jié)果為13.2 m和3.7 MPa，加熱半徑結(jié)果與CMG結(jié)果相對誤差為0.8%，平均壓力相對誤差為2.6%，證明加熱半徑模型計算結(jié)果可靠。

基于加熱半徑計算結(jié)果，定液生產(chǎn)制度下，計算壓力和產(chǎn)能隨時間變化規(guī)律。由壓力計算結(jié)果與數(shù)模結(jié)果對比(圖2)可知，二者的平均相對誤差為1.2%，表明了壓力公式的可靠性。由產(chǎn)能計算結(jié)果與數(shù)模結(jié)果對比(圖3)可知，計算值平均相對誤差小于1.8%。由于受井間干擾、伴熱等影響，KM473井生產(chǎn)時出現(xiàn)了短期產(chǎn)能波動，但周期內(nèi)產(chǎn)能變化趨勢與計算結(jié)果一致。由于采用定液生產(chǎn)，生產(chǎn)初期地層壓力不斷下降，壓力波由井筒向外傳播，此時初期壓力下降迅速，產(chǎn)量基本不變；生產(chǎn)后期，壓力波傳播到熱區(qū)邊界，井底流壓降至最小值，產(chǎn)量開始下降，而此時地層平均壓力下降緩慢。

圖1 油水相滲曲線

圖2 第1周期加熱區(qū)壓力隨時間變化規(guī)律

圖3 產(chǎn)能計算值與KM473井生產(chǎn)動態(tài)對比

2.2 與已發(fā)表產(chǎn)能公式對比

定液生產(chǎn)制度下，將該產(chǎn)能模型計算結(jié)果與文獻[14]、[15]中普通蒸汽吞吐產(chǎn)能模型計算結(jié)果進行對比，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，基于過熱蒸汽特點建立的產(chǎn)能模型計算結(jié)果與數(shù)模結(jié)果最吻合，更能反映過熱蒸汽真實作用效果。

3 注汽參數(shù)優(yōu)化

3.1 過熱度

保持KM473井其他注汽參數(shù)不變，改變過熱度，以周期采出程度為衡量指標，產(chǎn)能模型計算結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，過熱蒸汽與飽和蒸汽相比，能明顯提高采出程度，但過高的過熱度對采出程度影響較小。實際上，過高的過熱度還會提高對鍋爐、輸汽管線等的要求，生產(chǎn)成本也升高，因此，針對KM473井，過熱度在30 ℃為宜。

圖4 不同計算方法得到的月產(chǎn)油量隨時間變化

圖5 周期采出程度隨過熱度變化關(guān)系

3.2 周期注汽量

保持其他注汽參數(shù)不變，改變周期注汽量，產(chǎn)能模型計算結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，周期注汽量小于2 000 t時，采出程度隨周期注汽量增加而迅速增加；周期注汽量大于2 000 t時，采出程度隨周期注汽量增加不變甚至降低。這是因為注汽量較小時油層加熱程度差并且壓力較低，周期注汽量增加能明顯改善加熱效果并提升加熱區(qū)壓力；而周期注汽量過大時，注汽時間過長，影響正常生產(chǎn)，并造成近井含水飽和度上升，熱能利用率下降等問題。針對KM473井，最佳周期注汽量為2 000 t。

圖6 周期采出程度隨周期注汽量變化關(guān)系

4 結(jié) 論

(1) 基于過熱蒸汽狀態(tài)方程推導出加熱區(qū)半徑計算公式，結(jié)合擬穩(wěn)態(tài)產(chǎn)能公式推導出完整的過熱蒸汽吞吐水平井產(chǎn)能預測模型。針對KM473井的計算結(jié)果表明：生產(chǎn)初期，加熱區(qū)壓力下降迅速，產(chǎn)能基本穩(wěn)定；生產(chǎn)后期，壓力下降緩慢，產(chǎn)能迅速下降。模型計算結(jié)果與數(shù)模結(jié)果吻合較好。

(2) 過熱度和周期注氣量的改變對采出程度具有一定的影響。隨著過熱度增加，采出程度先迅速增加后緩慢增加，KM473井的過熱度以30℃為宜；隨著周期注汽量增加，采出程度先迅速增加后增加緩慢甚至下降，KM473井的最佳周期注汽量為2 000 t。

[1] 李小平. 過熱蒸汽吞吐開采方式及井網(wǎng)井距確定方法[J]. 油氣田地面工程， 2014， 33(11)： 56.

[2] 崔連訓， 龐占喜， 李媛媛， 等. 薄層稠油油藏過熱蒸汽吞吐技術(shù)優(yōu)勢解析[J]. 科學技術(shù)與工程， 2012， 12(7)： 1659-1633.

[3] 吳向紅， 許安著， 范海量. 稠油油藏過熱蒸汽吞吐開采效果綜合評價[J]. 石油勘探與開發(fā)， 2010， 37(5)： 608-613.

[4] 張賢松， 謝曉慶， 何春百. 海上稠油油田蒸汽吞吐注采參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 特種油氣藏， 2015， 22(2)： 89-93.

[5] WILLMAN B T， VALLEROY V V， RUNBERG G W， et al. Laboratory studies of oil recovery by steam injection[J]. Journal of Petroleum Technology， 1961， 13(7)： 681-690.

[6] MARX J， LANGENHEIM R N. Reservoir heating by hot fluid injection petroleum transactions[J]. AIME， 1959， 216： 312-315.

[7] 劉春澤， 程林松， 劉洋， 等. 水平井蒸汽吞吐加熱半徑和地層參數(shù)計算模型[J]. 石油學報， 2008， 29(1)： 101-105.

[8] 顧喬元， 張繼風， 張大鵬， 等. D油田東河砂巖組產(chǎn)量遞減規(guī)律[J]. 大慶石油地質(zhì)與開發(fā)， 2014， 33 (1)： 62-65.

[9] 曾玉強，劉蜀知，王琴，等.稠油蒸汽吞吐開采技術(shù)研究概述[J].特種油氣藏，2006，13(6)：5-9.

[10] CHEN Yuanqian， ZHOU Cui，ZHANG Xialin， et al. Methods for predicting economically recoverable reserves and economic limit of steam-oil ratio of heavy oil reservoir by steam flooding recovery： comment on the prediction methods of the national industry standard[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency， 2015， 22(5)： 1-6.

[11] 倪學鋒， 程林松. 水平井蒸汽吞吐熱采過程中水平段加熱范圍計算模型[J]. 石油勘探與開發(fā)， 2005， 32(5)： 108-112.

[12] 張明祿， 劉洪波， 程林松. 稠油油藏水平井熱采非等溫流入動態(tài)模型[J]. 石油學報， 2004， 25(4)： 62-66.

[13] 王玉斗， 侯健， 陳月明， 等. 水平井蒸汽吞吐產(chǎn)能預測解析模型[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2005， 33(2)： 51-53.

[14] 鄭艦， 陳更新， 劉鵬程. 一種新型蒸汽吞吐產(chǎn)能預測解析模型[J]. 石油天然氣學報， 2011， 33(5)： 111-114.

[15] 周艦， 李穎川， 劉永輝， 等. 水平井蒸汽吞吐產(chǎn)能預測模型[J]. 重慶科技學院學報， 2012， 14(3)： 64-67.

[16] 周體堯. 稠油油藏注過熱蒸汽開采機理[D]. 北京： 中國石油大學(北京)， 2010.

[17] CHEN Yueming. Steam injection and thermal production[M]. Dongying： China University of Petroleum Press， 1996： 64-125.

編輯 劉 巍

20151114；改回日期：20160328

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05012-004)

孫逢瑞(1990-)，男，2013年畢業(yè)于中國石油大學(華東)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為中國石油大學(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事熱力采油方面的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.029

TE357

A

1006-6535(2016)03-0122-04