任科屹，段永剛，魏明強(qiáng)，盧 川，鄭 強(qiáng)

(1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都 610500；2.中國石油有限公司北京研究中心，北京 100028)

近年來隨著世界范圍內(nèi)石油需求的不斷增加，稠油資源的儲量較常規(guī)輕質(zhì)原油更豐富，稠油的開發(fā)變得越來越重要。對于稠油油藏，通常采用熱采和冷采等特殊方法進(jìn)行生產(chǎn)，其中蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)是應(yīng)用較多的稠油熱采開發(fā)方式之一[1-3]。蒸汽輔助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage，簡稱SAGD)技術(shù)作為一種非常具有潛力的稠油開發(fā)方式，自20世紀(jì)90年代提出后，在加拿大等國取得了較好的發(fā)展和應(yīng)用。

通過多年來的現(xiàn)場開采發(fā)現(xiàn)，SAGD井組受到了諸如夾層、高含水層等不利地質(zhì)因素的制約，其中夾層的影響最為顯著。夾層的影響在很大程度上取決于其三維空間的分布情況，連續(xù)夾層會抑制蒸汽和瀝青通過，對夾層上部的驅(qū)替造成影響。然而如果夾層很小，即使在空間廣泛分布，也不會嚴(yán)重地阻止傳熱和傳質(zhì)，蒸汽和加熱的原油及冷凝液可以繞過夾層流動。在這種情況下，夾層可能在某一個時期對蒸汽輔助重力泄油的效果有一定的影響，但從整個蒸汽輔助重力泄油的過程來看，不連續(xù)的夾層不會對其累積產(chǎn)油量產(chǎn)生根本性的影響[4-6]。眾多國內(nèi)外學(xué)者也通過物模室內(nèi)實(shí)驗和數(shù)值模擬方法對夾層的識別、性質(zhì)和分布特征[7-9]、夾層以及其他儲層參數(shù)對蒸汽腔和SAGD生產(chǎn)動態(tài)影響[10-22]進(jìn)行了大量研究。目前對夾層在剖面上對蒸汽腔發(fā)育的影響有了一定認(rèn)識，但SAGD水平井通常有400～1000 m不等，夾層沿長水平井段呈現(xiàn)不同的分布特征，造成井間生產(chǎn)效果差異較大，夾層沿程分布對SAGD生產(chǎn)的影響十分明顯，這方面的研究涉及較少。

本文結(jié)合加拿大長湖油田SAGD井組隔夾層分布情況，以實(shí)際地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，考慮夾層的剖面寬度和與井組的垂向距離兩個重要影響因素，通過建立數(shù)值模擬機(jī)理模型分析夾層沿水平井分布對SAGD開發(fā)的影響效果，劃清夾層影響下的儲量技術(shù)開發(fā)界限。

1 SAGD井組夾層的分布模式

根據(jù)生產(chǎn)資料和地質(zhì)資料，加拿大長湖油田SAGD井組隔夾層分布模式可劃分為3類，第一類連續(xù)油層厚度大，沿水平井夾層展布占比小于25%，生產(chǎn)表現(xiàn)為高峰產(chǎn)油高、汽油比較低，為主力產(chǎn)油井。第二類連續(xù)油層厚度中等，沿水平井夾層展布占比介于25%～50%，高峰產(chǎn)油中等、汽油比中等。第三類連續(xù)油層厚度小，沿水平井夾層展布占比介于50%～75%，高峰產(chǎn)油量低、汽油比高，調(diào)整潛力小。

圖1 加拿大長湖油田某區(qū)塊SAGD井組夾層分布模式示意圖Fig.1 Schematic diagram of the interlayer distribution of SAGD well groups in Long Lake oilfield

2 數(shù)值模擬模型的建立

根據(jù)加拿大Long Lake典型油藏地質(zhì)特征，采用油藏模擬軟件CMG中的Builder模塊建立三維地質(zhì)模型。其網(wǎng)格劃分為：i×j×k(橫向×縱向×垂向)=64×61×29，共含有94 656個網(wǎng)格，其中每個網(wǎng)格單元的值為15 m×2 m×1 m(橫向×縱向×垂向)。設(shè)置長度為900 m、兩端距離邊界50 m、注采間距5 m的兩口平行水平井。生產(chǎn)條件設(shè)置為注汽井最大注汽量為600 m3/d，生產(chǎn)井定最大蒸汽量為10 m3/d，最小井底流壓為1 000 kPa。循環(huán)預(yù)熱4個月，燜井階段半個月，以單井組瞬時汽油比小于0.1時結(jié)束生產(chǎn)，分析并預(yù)測SAGD開發(fā)生產(chǎn)的蒸汽腔的發(fā)育特征和生產(chǎn)動態(tài)，建立好的模型如圖2和圖3所示。

圖2 機(jī)理模型示意圖Fig.2 Schematic diagram of mechanism model

加拿大長湖油田平均滲透率為4 500 mD，原始含油飽和度為75%，平均孔隙度為32%，油層中深為200 m，油層有效厚度約為30 m，油藏的原始壓力為1 000 kPa。基礎(chǔ)參數(shù)和熱物性參數(shù)分別見表1、表2，黏溫關(guān)系和相滲曲線如圖4和圖5所示。

圖3 雙水平井示意圖Fig.3 Schematic diagram of well groups

表1 數(shù)值模擬機(jī)理模型基本參數(shù)表Table 1 Basic parameters of numerical simulation mechanism model

表2 油藏?zé)嵛镄詤?shù)Table 2 Reservoir thermophysical parameters

圖4 原油黏溫曲線Fig.4 Viscosity-temperature curve

圖5 相對滲透率曲線Fig.5 Relative permeability curves

3 剖面蒸汽腔的發(fā)育特征

本文考慮夾層的剖面寬度和與井組的垂向距離兩個重要影響因素，對剖面蒸汽腔的發(fā)育特征進(jìn)行了研究。

通過建立機(jī)理模型評價了夾層距注汽井分別為5 m和10 m時的蒸汽腔發(fā)育特征。從圖6可以看出，當(dāng)夾層距離SAGD井組越近時，蒸汽腔繞過夾層發(fā)育到頂?shù)臅r間越晚，汽腔到頂后擴(kuò)展到邊的時間越晚，汽腔形態(tài)與沒有夾層阻擋時的汽腔形態(tài)相比越不規(guī)則。

通過建立機(jī)理模型評價了夾層寬度分別為30 m和70 m時的蒸汽腔發(fā)育特征。從圖7可以看出，當(dāng)夾層寬度越大時，蒸汽腔繞過夾層發(fā)育到頂?shù)臅r間越晚，汽腔到頂后擴(kuò)展到邊的時間越晚，汽腔形態(tài)與沒有夾層阻擋時的汽腔形態(tài)相比越不規(guī)則。

4 夾層沿程分布的生產(chǎn)動態(tài)影響界限

在建立的機(jī)理模型基礎(chǔ)上，本節(jié)針對夾層展布長度占水平井長度25%、50%和75%三種情況，分別計算夾層距注汽井3 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m、10 m和15 m以及夾層寬度10 m、20 m、30 m、50 m和70 m多個模型，選取峰值產(chǎn)量和平臺期結(jié)束時對應(yīng)的采出程度兩個重要指標(biāo)，分析夾層沿程分布對SAGD生產(chǎn)動態(tài)的影響。

圖6 夾層到注汽井垂向距離對蒸汽腔發(fā)育特征的影響Fig.6 Influence of the vertical distance between the interlayer and injector on the development characteristics of steam chamber

圖7 夾層寬度對蒸汽腔發(fā)育特征的影響Fig.7 Influence of the interlayer width on the development characteristics of steam chamber

從圖8、圖9可以看出，當(dāng)沿程夾層分布越少時，夾層距離SAGD井組的距離和夾層寬度影響越?。划?dāng)沿程夾層分布越多時，夾層距離SAGD井組的距離和夾層寬度的影響越大。當(dāng)夾層展布占水平井長度25%時，夾層寬度在0～30 m或者距注汽井距離>10 m時，生產(chǎn)效果基本相同；夾層寬度在30～60 m或者距注汽井距離4～10 m時，生產(chǎn)出現(xiàn)明顯差異，采出程度最大降低4%；當(dāng)夾層寬度>60 m或者距注汽井距離<4 m時，巔峰產(chǎn)油速度下降30%，采出程度降低7%，生產(chǎn)效果極差。當(dāng)夾層展布為50%時，夾層寬度在0～20 m或者距注汽井距離>11 m時，生產(chǎn)效果基本相同；夾層寬度在20～50 m或者距注汽井距離5～11 m時，生產(chǎn)出現(xiàn)明顯差異，采出程度最大降低5%；當(dāng)夾層寬度>50 m或者距注汽井距離<5 m時，巔峰產(chǎn)油速度下降35%，采出程度降低10%，生產(chǎn)效果極差。當(dāng)夾層展布為75%時，夾層寬度在0～20 m或者距注汽井距離>12 m時，生產(chǎn)效果基本相同；夾層寬度在20～40 m或者距注汽井距離6～12 m時，生產(chǎn)出現(xiàn)明顯差異，采出程度最大降低5%；當(dāng)夾層寬度>40 m或者距注汽井距離<6 m時，巔峰產(chǎn)油速度下降42%，采出程度降低15%，生產(chǎn)效果極差。

5 模型驗證

以加拿大長湖油田為基礎(chǔ)，選取同一區(qū)塊地質(zhì)油藏參數(shù)基本類似的X1、X2兩個SAGD井組進(jìn)行對比。其中X1井組水平井長約為1 000 m，有效EBIP厚度約為29 m，地層中深205 m，滲透率約為4 800 mD，孔隙度為32.8%，含油飽和度為73%；X2井組水平井長約為1 050 m，有效EBIP厚度約為29 m，地層中深202 m，滲透率約為4 600 mD，孔隙度為32%，含油飽和度為72%。通過地質(zhì)資料顯示，X1井沿水平井段夾層占比約為5%，X2井夾層較為分布，占比約為65%。兩井組注采參數(shù)相近，生產(chǎn)10年后進(jìn)入平臺期末期。通過歷史生產(chǎn)情況對比，X1井組峰值產(chǎn)量約為250 m3/d，X2井組約為160 m3/d，X2井組下降約為36%；截至2018年1月，X1井組采出程度為48%，X2井組約為39%，X2井組下降約為18.75%?？梢钥闯?，實(shí)際生產(chǎn)指標(biāo)差異與模型預(yù)測值基本吻合(圖10)。

圖8 夾層展布長度的生產(chǎn)指標(biāo)界限Fig.8 Production index boundary of interlayer spreading length

圖9 不同夾層沿程占比平臺期結(jié)束采出程度Fig.9 Recovery of different interlayer distributions

6 結(jié)論

(1)夾層分布模式劃分為3類，第一類沿水平井夾層展布占比小于25%，生產(chǎn)效果佳，為主力產(chǎn)油井；第二類沿水平井夾層展布占比介于25%～50%，生產(chǎn)效果一般；第三類沿水平井夾層展布占比介于50%～75%，生產(chǎn)效果差，調(diào)整潛力小。

(2)當(dāng)夾層距離SAGD井組越近、夾層越寬時，夾層對蒸汽腔發(fā)育的影響越顯著，蒸汽腔繞過夾層發(fā)育到頂?shù)臅r間越晚，汽腔到頂后擴(kuò)展到邊的時間越晚，汽腔形態(tài)與沒有夾層阻擋時的汽腔形態(tài)相比越不規(guī)則。

(3)當(dāng)沿程夾層展布占比越大時，夾層距離SAGD井組的距離和夾層寬度的影響越大。隨著夾層沿程展布占比從25%到75%增大，生產(chǎn)效果呈現(xiàn)差異：指標(biāo)界限夾層距離井組分別為10 m、11 m和12 m，夾層寬度為30 m、20 m和20 m；指標(biāo)界限夾層距離井組分別為4 m、5 m和6 m，夾層寬度為60 m、50 m和40 m。

圖10 實(shí)際井組生產(chǎn)情況對比Fig.10 Comparison of production effect among actual well groups