李娜

(中海油研究總院，北京 100028)

考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法及其應(yīng)用

李娜

(中海油研究總院，北京 100028)

稠油油藏流體滲流存在啟動壓力梯度，結(jié)合非達西滲流理論，建立了考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法，給出了考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采采收率計算公式。通過實例計算分析了啟動壓力梯度、加熱半徑、泄油半徑對蒸汽吞吐熱采采收率的影響。研究結(jié)果表明，稠油蒸汽吞吐熱采采收率隨啟動壓力梯度的增加近似呈線性規(guī)律下降；隨加熱半徑的增加和井距的減小而增加。

啟動壓力梯度；加熱半徑；泄油半徑；蒸汽吞吐；采收率；物質(zhì)平衡方法

隨著油田開發(fā)的深入和技術(shù)的發(fā)展，稠油投入開發(fā)的比例越來越大，尤其是特稠油的有效開發(fā)動用是油田開發(fā)的一個重要發(fā)展方向。 與常規(guī)油藏相比，稠油油藏原油的基本滲流規(guī)律不符合經(jīng)典的達西定律。其主要原因是滲流中固、液相互作用明顯，導(dǎo)致滲流時只有在壓力梯度大于啟動壓力梯度時，流體才發(fā)生流動。多位學(xué)者對稠油啟動壓力梯度進行了研究，隨著稠油黏度的增大，啟動壓力梯度亦增大[1～5]。因此，對于稠油，尤其是特稠油及超稠油，啟動壓力梯度是開發(fā)中必須考慮的一個重要因素。

熱采采收率是開發(fā)方案設(shè)計的一個關(guān)鍵參數(shù)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5367—2010中給出了蒸汽吞吐采收率預(yù)測的經(jīng)驗公式，該方法是基于多個實際開發(fā)稠油油田數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析而建立的。從該公式可知，熱采采收率與油藏埋深、有效厚度和原油黏度等參數(shù)有關(guān)，而作為稠油開發(fā)重要影響因素的啟動壓力梯度并未考慮在內(nèi)。

筆者考慮啟動壓力梯度的影響，結(jié)合非達西滲流理論和物質(zhì)平衡原理，建立了稠油蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法，可用于蒸汽吞吐熱采采收率的預(yù)測。與經(jīng)驗公式相比，所建立的方法是基于物質(zhì)平衡原理的理論方法。以建立的方法為基礎(chǔ)，對影響稠油蒸汽吞吐熱采采收率的幾個關(guān)鍵參數(shù)進行了分析，明確了啟動壓力梯度對蒸汽吞吐熱采采收率的影響，可為稠油熱采開發(fā)效果預(yù)測提供支撐。

1 考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法

1.1 基本假設(shè)

假設(shè)稠油地層中有一口蒸汽吞吐定向井，經(jīng)多輪次蒸汽吞吐后衰竭生產(chǎn)直至廢棄。因稠油尤其是特稠油溶解氣油比相對較小，且原油飽和壓力低，因此建立方法未考慮溶解氣驅(qū)的影響。因稠油熱采一般遠(yuǎn)離邊底水，在建立方法中未考慮天然水驅(qū)，僅考慮蒸汽注入所補充的部分能量。邊底水驅(qū)和溶解氣驅(qū)可以在該文方法基礎(chǔ)上進行擴展。筆者所建立的方法假設(shè)注入蒸汽可均勻注入地層，且不考慮蒸汽干度及相關(guān)參數(shù)的影響。

1.2 生產(chǎn)過程分析

圖1 稠油蒸汽吞吐熱采溫度壓力分布示意

如圖1所示，在稠油蒸汽吞吐熱采后，泄油范圍可劃分為2個區(qū)[6，7]。在加熱半徑范圍內(nèi)為線性流區(qū)，因蒸汽溫度的加熱，地層原油黏度大幅降低，該區(qū)可近似為常規(guī)油藏，不考慮啟動壓力梯度。驅(qū)動能量包括地層壓力下降而引起的彈性驅(qū)和人工注入蒸汽保留在地下部分的水壓驅(qū)動。在加熱半徑范圍外為非線性流區(qū)，因稠油未被蒸汽加熱，存在啟動壓力梯度，該區(qū)驅(qū)動能量僅為因地層壓力下降而引起的彈性驅(qū)。與常規(guī)彈性驅(qū)不同，受啟動壓力梯度的影響，彈性開發(fā)結(jié)束后地層中各點壓力不等，應(yīng)滿足驅(qū)替壓力梯度與啟動壓力梯度相等[8]。易得極限泄油范圍內(nèi)任一點地層壓力為：

p(r)=pwf+Gr(0

(1)

式中：p(r)為地層內(nèi)任意點處的地層壓力，MPa；pwf為開發(fā)井的最低井底流壓，MPa；G為啟動壓力梯度， MPa/m；r為泄油范圍內(nèi)任一點到井點的距離，m；rlim為極限泄油半徑，m。

令式(1)中p(r)=pi，則:

(2)

式中:Δp=(pi-pwf)，MPa;pi為原始地層壓力，MPa。

極限泄油半徑與加熱半徑之和為理論泄油半徑。實際若為多井吞吐，實際泄油半徑可由實際井網(wǎng)參數(shù)計算，可取為井距之半或等效泄油面積對應(yīng)的半徑。當(dāng)實際泄油半徑大于理論泄油半徑時，井間存在不流動區(qū)，泄油半徑取為理論泄油半徑。當(dāng)實際泄油半徑小于理論泄油半徑時，泄油半徑取為實際泄油半徑。

1.3 物質(zhì)平衡方法建立

對于線性流區(qū)，考慮彈性驅(qū)和水壓驅(qū)動，根據(jù)通用物質(zhì)平衡方程：

(3)

加熱半徑范圍內(nèi)動用地質(zhì)儲量可由容積法進行計算：

(4)

式(3)中的第二部分即為留存在地下的水量，在無現(xiàn)場實際注入及采出水量數(shù)據(jù)時，可由容積法通過下式計算：

(5)

式中：r1為加熱半徑，m；h為油藏有效厚度，m；φ為油層有效孔隙度，1；Sor為蒸汽吞吐加熱范圍內(nèi)平均殘余油飽和度，1。

對于非線性流區(qū)，僅存在彈性驅(qū)，因沒有蒸汽加熱，地層原油黏度高，應(yīng)考慮啟動壓力梯度的影響。

常規(guī)計算方法的壓力降為Δp，考慮啟動壓力梯度后，泄油范圍內(nèi)任一點壓力降為(Δp-Gr)，即啟動壓力梯度的存在減少了地層壓力降，從而減少了彈性驅(qū)油量。平均地層壓力降可通過積分計算并對常規(guī)計算公式中的Δp進行如下修正[9，10]。

定義M為壓差校正系數(shù)：

(6)

平均地層壓力可通過如下積分求得：

(7)

將式(7)代入式(6)，可得壓差校正系數(shù)M：

(8)

則對于非線性流區(qū)，物質(zhì)平衡方程修正為：

(9)

式中：Np2為非線性流區(qū)內(nèi)可采儲量，m3；N2為非線性流區(qū)內(nèi)動用地質(zhì)儲量，m3。

其中，非線性流區(qū)內(nèi)動用地質(zhì)儲量N2可通過容積法計算：

(10)

由于Np=Np1+Np2，代入式(3)和式(9)，可得:

(11)

式(11)即為考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法計算可采儲量的公式。經(jīng)過推導(dǎo)，可得采收率計算公式如下：

(12)

式中：ER為蒸汽吞吐熱采采收率，%。

2 算例分析

以某稠油油藏A的主要參數(shù)為基礎(chǔ)，采用筆者建立方法進行算例計算，并分析影響蒸汽吞吐熱采采收率的關(guān)鍵參數(shù)。

算例采用參數(shù)如下：ct=15×10-3MPa-1,pi=10MPa,pwf=3MPa,Boi=1.1,Bo=1.05,G=0.08MPa/m,r1=30m,rd=100m,h=15m,φ=0.35。

同時，以如上參數(shù)為基礎(chǔ)，建立了CMG機理模型(100m徑向模型)，通過模擬預(yù)測，蒸汽吞吐采收率可達21.5%。因CMG軟件中不能考慮啟動壓力梯度的影響，與采用筆者方法在啟動壓力梯度為0時計算的20.8%具有可比性，證明了筆者方法的可靠性。筆者方法在考慮啟動壓力梯度后，預(yù)測的采收率為15.4%，與通過實際油田類比和動態(tài)參數(shù)預(yù)測的采收率較為接近，證明了筆者方法的合理性。

圖2 啟動壓力梯度對采收率的影響 圖3 加熱半徑對采收率的影響

圖4 泄油半徑對采收率的影響

2.1 啟動壓力梯度對采收率的影響

不同啟動壓力梯度下的采收率如圖2所示。當(dāng)不考慮啟動壓力梯度時，采收率可達20.8%，隨著啟動壓力梯度的增加，采收率近似呈線性規(guī)律下降，啟動壓力梯度每增加0.02MPa/m，采收率下降2.5%左右，可見啟動壓力梯度是稠油熱采采收率重要的影響因素之一，應(yīng)在稠油熱采開發(fā)方案設(shè)計中予以考慮。

2.2 加熱半徑對彈性采收率的影響

不同加熱半徑下的采收率如圖3所示，可以看出，采收率隨加熱半徑的增加而增加。這主要是因為隨著加熱范圍的增大，泄油范圍內(nèi)啟動壓力梯度的影響逐漸減少。實際開發(fā)過程中，應(yīng)盡可能增加加熱半徑，以降低啟動壓力梯度對稠油熱采開發(fā)的不利影響。

2.3 泄油半徑對采收率的影響

不同泄油半徑下的采收率如圖4所示，隨著泄油半徑的增加，采收率下降。由于泄油半徑近似為井距之半，因此，可以看出，對于稠油熱采，減小井距可以提高熱采開發(fā)效果，這已在開發(fā)生產(chǎn)實踐中得到證實。

3 結(jié)論

1)所建立的考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法，給出了考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采采收率理論計算公式。

2)隨著啟動壓力梯度增加，稠油蒸汽吞吐熱采的采收率近似呈線性規(guī)律下降，啟動壓力梯度是稠油熱采采收率重要的影響因素，在稠油熱采開發(fā)方案設(shè)計中應(yīng)予以考慮。

3)稠油蒸汽吞吐熱采的采收率隨加熱半徑的增加和井距的減小而增加。應(yīng)盡可能增加加熱半徑，減小井距，從而減小啟動壓力梯度對稠油熱采開發(fā)的不利影響。

[1]王子強，張代燕，楊軍.普通稠油油藏滲流特征實驗研究[J].石油與天然氣地質(zhì)，2012,33( 2): 302～306.

[2]汪全林，唐海，呂棟梁.低滲透油藏啟動壓力梯度實驗研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2011, 18( 1) : 104～106.

[3]閆慶來，何秋軒，尉立崗.低滲透油層中單相液體滲流特征的實驗研究[J].西安石油學(xué)院學(xué)報，1990, 5( 2): 1～6.

[4]宋付權(quán)，劉慈群，李凡華.低滲透介質(zhì)含啟動壓力梯度一維瞬時壓力分析[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，1999, 20( 1): 25～32.

[5]呂成遠(yuǎn)，王建，孫志剛.低滲透砂巖油藏滲流啟動壓力梯度實驗研究[J].石油勘探與開發(fā)，2002, 29( 2): 86～89.

[6]許家峰，程林松，李春蘭.普通稠油油藏啟動壓力梯度求解方法與應(yīng)用[J].特種油氣藏，2006,13( 4) : 53～57.

[7]時佃海.低滲透砂巖油藏平面徑向滲流流態(tài)分布[J].石油勘探與開發(fā)，2006,33(4)：491～494.

[8]姜瑞忠，張曉亮.低滲透油藏彈性采收率計算方法研究[J].特種油氣藏，2008,15(4)：70～72.

[9]張曉亮，楊仁鋒，李娜.考慮啟動壓力梯度的彈性采收率計算方法及影響因素[J].油氣地質(zhì)與采收率，2015,22(2),72～77.

[10]陳光梅，車雄偉.彈性驅(qū)低滲透油氣藏的分區(qū)物質(zhì)平衡方法[J].新疆石油地質(zhì)，2011,32(2)：157～159.

2017-02-11

國家科技重大專項(2016ZX05025-004)。

李娜(1986-),女，工程師，現(xiàn)從事海上油氣田開發(fā)方案設(shè)計工作，lina_cnooc@sina.cn。

[引著格式]李娜.考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質(zhì)平衡方法及其應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(自科版), 2017,14(23):76～79.

TE345

A

1673-1409(2017)23-0076-04

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