趙燕，楊艷霞，吳光煥

（1.中國石油大學(xué)（華東）勝利學(xué)院，山東 東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東 東營 257015）

0 引言

蒸汽驅(qū)是稠油油藏吞吐后進(jìn)一步提高采收率的有效手段［1-4］，國內(nèi)外成功蒸汽驅(qū)實(shí)例提高采收率幅度非常明顯，依據(jù)國內(nèi)外已形成的蒸汽驅(qū)篩選標(biāo)準(zhǔn)，對于油藏壓力大于5 MPa的稠油油藏，不適合采用轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)提高采收率［5-7］。勝利油田稠油資源豐富，截至2016年動用地質(zhì)儲量5.37×108t，但90%以上稠油油藏埋深1000～1 400 m，屬于深層稠油，且多具有邊底水［8-9］，吞吐降壓緩慢，其中2.4×108t稠油儲量油藏壓力難以降低到5 MPa，已開展的深層稠油油藏普通蒸汽驅(qū) （注汽干度30%左右）礦場實(shí)踐表明，隨著油藏壓力增加，形成蒸汽腔所需要的溫度升高，蒸汽腔擴(kuò)展困難，蒸汽驅(qū)采收率明顯下降［10-11］。

近年來高干度注汽技術(shù)取得長足發(fā)展［12-13］，勝利深層稠油油藏井底蒸汽干度由30%提高到50%，為此筆者開展了7 MPa條件下高干度蒸汽驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測蒸汽驅(qū)過程中蒸汽腔的發(fā)育狀況，對比不同注汽干度條件下蒸汽驅(qū)的開發(fā)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提高注汽干度可有效提高蒸汽驅(qū)采收率，是深層稠油油藏改善蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的一條簡捷有效途徑。

1 物理模型的建立

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用的是自主研制的二維比例高壓蒸汽熱采物理模擬裝置（見圖1）。模型本體是縱向二維高壓模型，耐壓10 MPa，耐溫300℃，可模擬一注一采井間縱向非均質(zhì)剖面。注入系統(tǒng)主要由高壓恒速泵、蒸汽發(fā)生器、中間容器、管閥件等組成，可以實(shí)現(xiàn)不同干度蒸汽注入。產(chǎn)出系統(tǒng)主要是油水計量裝置，完成對模型采出液的分離和計量。測控系統(tǒng)包括壓力監(jiān)測裝置和溫度采集裝置，壓力監(jiān)測裝置監(jiān)測進(jìn)口端和出口端壓力，實(shí)時反映模型壓力的變化。溫度采集裝置通過各層熱電偶實(shí)時采集模型內(nèi)測溫點(diǎn)溫度變化，利用計算機(jī)進(jìn)行存儲、處理和顯示溫度場圖。

圖1 二維高壓蒸汽熱采物理模擬裝置

1.2 物理模型

根據(jù)蒸汽驅(qū)物理模擬相似準(zhǔn)則，以孤島油田中二北Ng5稠油油藏為原型，結(jié)合油藏地質(zhì)開發(fā)參數(shù)，建立了對應(yīng)的縱向非均質(zhì)的二維物理模擬模型，模擬一注一采井間剖面。模型寬度為700 mm，高度為90 mm，縱向共7個模擬層（見表1），每層布置熱電偶17個，共計119個。經(jīng)過插值可以得到油層中任意溫度剖面，可以判斷蒸汽腔及蒸汽前緣在縱向上的展布規(guī)律。

油管柱采用直徑為6 mm的不銹鋼管線，在油層部位割縫以模擬現(xiàn)場井的射孔段。實(shí)驗(yàn)用油為孤島中二北地層原油，50℃地面脫氣原油黏度3 783 mPa·s，地面脫氣原油密度0.976 4 g/cm3，模擬油藏初始溫度65℃，模型壓力為7 MPa，生產(chǎn)時間為25.7 min，注汽速度為25 mL/min。

表1 縱向非均質(zhì)模型參數(shù)

2 模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

設(shè)計了3套實(shí)驗(yàn)方案。方案1注入蒸汽干度10%，方案2注入蒸汽干度30%，方案3注入蒸汽干度50%。實(shí)驗(yàn)過程中通過溫度傳感器對蒸汽驅(qū)過程中溫度場變化進(jìn)行監(jiān)測，對模型產(chǎn)出液進(jìn)行油水分離和計量分析，確定不同方案的生產(chǎn)指標(biāo)，研究注汽干度對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響和蒸汽腔波及規(guī)律。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1）模型裝填。先用不同粒度的砂進(jìn)行配比，采用單管模型測試其空氣滲透率，使其滲透率與模型滲透率相等，模型砂是經(jīng)過酸處理的粒度均勻的壓裂砂；采取注水沉降法裝填好模型后，注水試漏，試壓9 MPa，時間1 h，壓力不降為合格；將試壓時模型中的水放出后抽真空，用蒸餾水飽和模型測孔隙體積和孔隙度。2）模型初始化。向模型中以恒定的低速注入實(shí)驗(yàn)用油至出口端不再有水產(chǎn)出，計算各層的含油飽和度及束縛水飽和度；對模型的溫度和壓力進(jìn)行調(diào)試，使其穩(wěn)定在所模擬的溫度與壓力，靜置12 h。3）不同實(shí)驗(yàn)方案下蒸汽驅(qū)模擬。蒸汽注入速度為25 mL/min，定時記錄進(jìn)、出口的壓力及各層溫度場的變化，計量產(chǎn)油量、產(chǎn)水量以及注入量。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 蒸汽腔變化特點(diǎn)

方案1，注汽干度10%，溫度場擴(kuò)展速度緩慢（見圖2）。注入蒸汽量（水當(dāng)量）達(dá)到3.0 PV時，在上部的滲透層開始形成蒸汽腔，隨著蒸汽的不斷注入，蒸汽腔逐步向前擴(kuò)展。注入蒸汽量（水當(dāng)量）達(dá)到4.6 PV時，蒸汽驅(qū)結(jié)束。注汽井到生產(chǎn)井的方向上，分別為靠近注汽井的蒸汽腔，蒸汽腔后面的凝結(jié)熱水帶，靠近生產(chǎn)井的原始溫度帶。其中蒸汽腔的擴(kuò)展距離小，只有井距的近1/10，模型中大部分為熱水帶，占井距的近6/10，中下部滲透層一直沒有形成蒸汽腔，說明壓力7 MPa，注汽干度10%的條件下，開展的蒸汽驅(qū)，基本為熱水驅(qū)。

圖2 方案1溫度場發(fā)育過程

方案2，注汽干度30%，溫度場擴(kuò)展速度加快（見圖3）。注入蒸汽量達(dá)到2.2 PV時，在上部2個滲透層開始形成蒸汽腔。注入蒸汽量 （水當(dāng)量）達(dá)到5.5 PV時，蒸汽驅(qū)結(jié)束。蒸汽腔的擴(kuò)展距離較方案一有所變大，占井距的近1/6，但蒸汽腔的發(fā)育仍然不理想。

圖3 方案2溫度場發(fā)育過程

方案3，注汽干度50%，注入蒸汽量達(dá)到1.3 PV時，在上部3個滲透層都形成了蒸汽腔（見圖4）。注入蒸汽量（水當(dāng)量）達(dá)到6.5 PV時，蒸汽驅(qū)結(jié)束。蒸汽腔擴(kuò)展距離明顯變大，接近井距的近1/2，油層溫度整體明顯升高，上部的滲透層蒸汽腔的擴(kuò)展距離更大一些，表現(xiàn)出蒸汽超覆的特性。

圖4 方案3溫度場發(fā)育過程

對比方案1，2，3可以發(fā)現(xiàn)，隨注汽干度的提高，蒸汽腔形成時間縮短，蒸汽驅(qū)結(jié)束時間變長，蒸汽驅(qū)結(jié)束時蒸汽腔擴(kuò)展距離變大。其原因是蒸汽驅(qū)過程中，油層被加熱到蒸汽飽和溫度時才能夠開始形成蒸汽腔，期間需要大量的蒸汽冷凝為熱水，釋放熱量加熱原油和巖石，注汽干度高，蒸汽汽化潛熱高，注入熱量的時間效率高，蒸汽腔形成時間縮短，擴(kuò)展速度加快；同時加熱降黏是蒸汽驅(qū)主要作用機(jī)理，注汽干度越高，攜帶熱焓高，原油加熱越充分，原油流動能力越好，水油的流度比越低，蒸汽突進(jìn)減弱，蒸汽推進(jìn)更加均衡，因此蒸汽驅(qū)結(jié)束時間變長。

3.2 開發(fā)效果

方案3最終采出程度最高為59.9%，蒸汽驅(qū)時間最長，方案2最終采出程度為51.9%，方案1最終采出程度最低為45.6%，在7 MPa油藏壓力條件下注汽干度由10%升高到50%，蒸汽驅(qū)階段采出程度提高了14.3百分點(diǎn)，注汽干度對蒸汽驅(qū)采出程度影響顯著，提高注汽干度可有效改善深層稠油蒸汽驅(qū)開發(fā)效果。

4 結(jié)束語

隨注汽干度的提高，蒸汽腔形成時間縮短，蒸汽驅(qū)結(jié)束時間變長，蒸汽驅(qū)結(jié)束時蒸汽腔擴(kuò)展距離變大。7 MPa油藏壓力條件下注汽干度對蒸汽驅(qū)采出程度影響顯著，提高注汽干度可有效改善深層稠油蒸汽驅(qū)開發(fā)效果。井底注汽干度由30%提高到50%，蒸汽驅(qū)油藏壓力可由5 MPa擴(kuò)展到7 MPa，增加勝利油田深層稠油油藏蒸汽驅(qū)動用儲量1.32×108t。

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