尚 策

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

0 引 言

蒸汽驅(qū)是中深層稠油吞吐開(kāi)發(fā)后期應(yīng)用最廣泛、最有效的接替技術(shù)之一。蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)中后期，矛盾不斷顯現(xiàn)。為了改善汽驅(qū)效果，針對(duì)性開(kāi)展汽驅(qū)調(diào)控、開(kāi)發(fā)階段識(shí)別及動(dòng)態(tài)特征研究，評(píng)價(jià)汽腔發(fā)育狀態(tài)、汽驅(qū)規(guī)律及開(kāi)發(fā)指標(biāo)。

蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析主要根據(jù)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)特征確定蒸汽驅(qū)各開(kāi)發(fā)階段，將蒸汽驅(qū)劃分為4個(gè)階段，即產(chǎn)量下降階段、產(chǎn)量回升階段、穩(wěn)產(chǎn)階段和產(chǎn)量緩慢下降階段[1-2]。該方法基于國(guó)內(nèi)外蒸汽驅(qū)油藏的生產(chǎn)資料所總結(jié)，具有一定的實(shí)踐基礎(chǔ)和代表性。但蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)受油藏地質(zhì)條件影響大，在具體應(yīng)用時(shí)，需結(jié)合自身油藏的開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行調(diào)整[3]。中深層稠油油藏具有埋藏深、開(kāi)發(fā)層數(shù)多、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。例如典型中深層稠油油藏齊40塊，油藏埋深為625～1 050 m，開(kāi)發(fā)層數(shù)多達(dá)8～10個(gè)，凈總比為0.51，因此，蒸汽驅(qū)井組生產(chǎn)特征多樣化，采用上述階段劃分方法無(wú)法滿足中深層稠油油藏開(kāi)發(fā)需求。該研究從蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)機(jī)理入手，以蒸汽腔發(fā)育規(guī)律為基礎(chǔ)，劃分中深層蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段，明確各階段開(kāi)采動(dòng)態(tài)規(guī)律，并通過(guò)對(duì)不同儲(chǔ)層類(lèi)型不同開(kāi)發(fā)階段生產(chǎn)特征綜合分析，建立開(kāi)發(fā)階段判別標(biāo)準(zhǔn)，確定最佳調(diào)控時(shí)機(jī)及調(diào)控方向，有效提高蒸汽波及程度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步提高。

1 中深層蒸汽驅(qū)不同開(kāi)發(fā)階段規(guī)律

1.1 蒸汽腔開(kāi)發(fā)階段劃分

通過(guò)監(jiān)測(cè)資料和數(shù)值模擬等多種研究手段，明確蒸汽驅(qū)過(guò)程中蒸汽和熱水的波及特征，量化計(jì)算蒸汽橫向和縱向的擴(kuò)展速度。根據(jù)汽腔發(fā)育規(guī)律，蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)一般要?dú)v經(jīng)4個(gè)開(kāi)發(fā)階段：①熱連通階段。蒸汽熱量到達(dá)生產(chǎn)井注采井間形成熱量連通的過(guò)程中，汽腔在主力層內(nèi)迅速橫向推進(jìn)，縱向擴(kuò)展緩慢。該階段蒸汽帶體積約占總體積5%左右，蒸汽平面推進(jìn)速度為3.8m/月。②蒸汽驅(qū)替階段。注采井間形成熱量連通至蒸汽到達(dá)生產(chǎn)井的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，汽腔以層內(nèi)縱向擴(kuò)展為主，推進(jìn)速度減緩，為0.9～1.1m/月。該階段蒸汽帶體積可達(dá)總體積的40%以上。③蒸汽突破階段。蒸汽腔發(fā)育達(dá)到生產(chǎn)井，部分蒸汽從井口采出。④蒸汽剝蝕階段。蒸汽腔突破后，汽腔向縱向緩慢發(fā)育，逐步向下部油層波及。對(duì)于中深層油藏這種多層油藏而言，汽腔在主力層發(fā)育，因此，該階段汽腔主要向主力層下部擴(kuò)展，因此汽腔體積占比僅增加5%左右(圖1)。

圖1 不同的汽驅(qū)階段的開(kāi)采特點(diǎn)和規(guī)律Fig. 1 The exploitation characteristics and patterns at different steam flooding stages

1.2 蒸汽驅(qū)各開(kāi)發(fā)階段生產(chǎn)特點(diǎn)

蒸汽驅(qū)不同開(kāi)發(fā)階段具有典型的開(kāi)采特點(diǎn)和規(guī)律：①熱連通階段。油藏由蒸汽吞吐轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)后，蒸汽前緣尚未波及到生產(chǎn)井底，隨著注汽量的增加，在壓力驅(qū)動(dòng)下回采蒸汽吞吐階段的冷凝水，從而出現(xiàn)壓力上升、含水上升、產(chǎn)液量上升、產(chǎn)油量下降的特征。②蒸汽驅(qū)替階段。隨著累計(jì)注汽量的增加，注入蒸汽前緣逐漸向生產(chǎn)井底推進(jìn)，蒸汽吞吐階段的冷凝水已逐漸采出，油井見(jiàn)效愈發(fā)明顯，成為汽驅(qū)開(kāi)發(fā)的主要產(chǎn)油階段，表現(xiàn)為產(chǎn)油量快速上升、含水下降、產(chǎn)液量平穩(wěn)、產(chǎn)液溫度上升。其生產(chǎn)時(shí)間占整個(gè)汽驅(qū)階段的25%，但其產(chǎn)量占汽驅(qū)總產(chǎn)量的40%以上，峰值產(chǎn)量也出現(xiàn)在該階段。③蒸汽突破階段。表現(xiàn)為生產(chǎn)井井口出現(xiàn)高溫蒸汽，伴隨著產(chǎn)油量快速下降、含水下降、壓力下降、井口溫度與產(chǎn)液量先上升后下降。蒸汽突破一般發(fā)生在縱向上一些主力層，此時(shí)汽驅(qū)井組的產(chǎn)量貢獻(xiàn)發(fā)生轉(zhuǎn)移，主力層貢獻(xiàn)產(chǎn)量下降，其他層產(chǎn)量穩(wěn)定，蒸汽突破時(shí)間一般較短，為3～6個(gè)月。④蒸汽剝蝕調(diào)整階段。蒸汽突破后沿著主力層高溫突破通道逐層向下剝蝕，驅(qū)動(dòng)油層下部原油，此時(shí)產(chǎn)量開(kāi)始趨于平穩(wěn)，汽驅(qū)的產(chǎn)量貢獻(xiàn)由橫向驅(qū)替作用變?yōu)榭v向逐層剝蝕作用。由于蒸汽具有超覆作用，主力層油層越厚剝蝕作用越明顯。此時(shí)非主力層處于弱動(dòng)用或未動(dòng)用狀態(tài)，有效調(diào)控可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量接替，產(chǎn)量占比接近驅(qū)替階段，因此，中深層油藏的剝蝕調(diào)整階段仍為重要采油期，是蒸汽突破后長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

1.3 不同儲(chǔ)層特征油藏驅(qū)替規(guī)律

中深層稠油油藏儲(chǔ)層發(fā)育差異大，造成蒸汽腔發(fā)育與汽驅(qū)驅(qū)替規(guī)律迥異[4-5]。根據(jù)儲(chǔ)層分布及特點(diǎn)可將汽腔發(fā)育特征分為4類(lèi)：①箱型汽腔。該類(lèi)型高滲層集中發(fā)育且層間差異小，縱向動(dòng)用比例高，汽腔均勻發(fā)育。②錐型汽腔。該類(lèi)型發(fā)育一個(gè)較厚的高滲層，汽腔主要在該主力層內(nèi)發(fā)育。③雙峰型汽腔。該類(lèi)型發(fā)育2個(gè)高滲層且間隔厚度較大的泥巖夾層，因此，汽腔在2個(gè)主力層分別推進(jìn)。④指進(jìn)型汽腔。該類(lèi)型僅發(fā)育一個(gè)較薄的高滲層，儲(chǔ)層縱向非均值性強(qiáng)，單層汽竄現(xiàn)象明顯[3](圖2)。

圖2 不同汽驅(qū)階段的開(kāi)采特點(diǎn)和規(guī)律

不同儲(chǔ)層特征與蒸汽波及模式開(kāi)發(fā)特征差異較大，主要體現(xiàn)在：①同等注采參數(shù)條件下，高滲層厚、多且集中的油藏，汽腔發(fā)育體積越大，日產(chǎn)油越高、驅(qū)替階段越長(zhǎng)。如箱型油藏峰值產(chǎn)量高，穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)；雙峰型蒸汽驅(qū)替階段包括2個(gè)產(chǎn)量峰值點(diǎn)，第1個(gè)峰值產(chǎn)量低；而錐型和指進(jìn)型油藏高產(chǎn)期出現(xiàn)較早，但是穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短，蒸汽突破較早；②從產(chǎn)量接替上來(lái)看，儲(chǔ)層越厚、高滲層越多，動(dòng)用越好，在剝蝕階段可形成產(chǎn)量接替層位越少，剝蝕階段遞減越明顯。箱型油藏在蒸汽剝蝕階段產(chǎn)量遞減最明顯(圖3)。

圖3 不同儲(chǔ)層發(fā)育油藏井組日產(chǎn)油變化曲線

2 開(kāi)發(fā)階段動(dòng)態(tài)特征研究

通過(guò)不同類(lèi)型儲(chǔ)層驅(qū)替規(guī)律分析，蒸汽驅(qū)各開(kāi)發(fā)階段起始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、形態(tài)特征等存在差異，單純用產(chǎn)量變化來(lái)劃分各階段不可行。為了用統(tǒng)一定性的方法確定中深層油藏蒸汽驅(qū)各開(kāi)發(fā)階段，需要總結(jié)各驅(qū)替模式下汽腔發(fā)育、注采關(guān)系等。

蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段動(dòng)態(tài)特征研究是在分析不同類(lèi)型儲(chǔ)層、不同開(kāi)發(fā)階段生產(chǎn)規(guī)律及主控因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)，建立起來(lái)的開(kāi)發(fā)階段的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 動(dòng)態(tài)參數(shù)選取

通過(guò)對(duì)4種不同驅(qū)替模式的分析可知，影響汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段的主控因素為注入?yún)?shù)、產(chǎn)出參數(shù)、地下油藏三場(chǎng)(壓力、溫度、含油飽和度)及蒸汽波及狀況等[5]。根據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤分析及數(shù)模資料研究成果，油汽比、采注比、壓力、含水率、井底溫度、注入孔隙體積、蒸汽腔體積及可采儲(chǔ)量采出程度8項(xiàng)參數(shù)在開(kāi)發(fā)階段劃分時(shí)，能夠直觀反映汽驅(qū)基本特征，且可操作性強(qiáng)，這些參數(shù)可以作為劃分汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段的基本指標(biāo)。

油汽比、采注比、壓力3個(gè)參數(shù)變化范圍小[6]，蒸汽波及體積參數(shù)需要的監(jiān)測(cè)資料多、不易獲取，僅作為輔助判斷參數(shù)。因此，將注入孔隙體積、采出程度、含水率、溫度4項(xiàng)參數(shù)作為重要參數(shù)指標(biāo)。由于非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層分布范圍小，其所表現(xiàn)的指進(jìn)型驅(qū)替規(guī)律不具備普遍性，在研究過(guò)程中主要以其他3種儲(chǔ)層類(lèi)型及其驅(qū)替規(guī)律為研究對(duì)象。

2.2 關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)的界定

2.2.1 注入孔隙體積

注入孔隙體積是指在油層條件下注入蒸汽水當(dāng)量與油藏孔隙體積的比值，隨著蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，注入孔隙體積不斷增加[7]。

應(yīng)用水驅(qū)特征曲線法繪制曲線，可以明確汽驅(qū)各開(kāi)發(fā)階段注汽量與產(chǎn)量變化之間的關(guān)系(圖4)。由圖4可知：熱連通階段、突破階段和剝蝕調(diào)整階段曲線均呈線性函數(shù)關(guān)系，且截距逐漸增大，斜率逐漸減??；驅(qū)替階段則呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系，曲線斜率較小。說(shuō)明注入孔隙體積與產(chǎn)量在驅(qū)替階段關(guān)系最密切，反應(yīng)出高效汽驅(qū)開(kāi)發(fā)特征，在研究注入孔隙體積時(shí)可結(jié)合井組日產(chǎn)油、轉(zhuǎn)驅(qū)含油飽和度等指標(biāo)進(jìn)行綜合判斷。

圖4 不同類(lèi)型井組累計(jì)注汽量與累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)系曲線

根據(jù)日產(chǎn)油與注入孔隙體積關(guān)系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，當(dāng)注入孔隙體積達(dá)到0.05時(shí)，產(chǎn)油量開(kāi)始緩慢上升，由熱連通階段進(jìn)入驅(qū)替階段；當(dāng)注入孔隙體積為0.40左右時(shí)達(dá)到蒸汽驅(qū)產(chǎn)量高峰；當(dāng)注入孔隙體積達(dá)到0.75時(shí)，產(chǎn)量開(kāi)始急劇下降，此時(shí)發(fā)生蒸汽突破；注入孔隙體積達(dá)到0.80以后，進(jìn)入到剝蝕調(diào)整階段，產(chǎn)量略有回升并保持平穩(wěn)。蒸汽發(fā)生突破時(shí)的臨界注入量為開(kāi)發(fā)階段劃分的一個(gè)重要指標(biāo)界限，在蒸汽驅(qū)井組即將發(fā)生蒸汽突破時(shí)，一般采取相應(yīng)的調(diào)控，利用該臨界值可以輔助判斷最佳的調(diào)整時(shí)機(jī)。

依據(jù)數(shù)值模擬研究結(jié)果，蒸汽突破時(shí)注入孔隙體積與轉(zhuǎn)驅(qū)前含油飽和度呈線性關(guān)系，即隨含油飽和度的增加，蒸汽突破時(shí)注入孔隙體積不斷增加，由此可以確定不同的轉(zhuǎn)驅(qū)含油飽和度條件下蒸汽突破時(shí)的注入孔隙體積。例如齊40塊先導(dǎo)試驗(yàn)轉(zhuǎn)驅(qū)前含油飽和度為0.57，注入孔隙體積達(dá)到0.83時(shí)進(jìn)入剝蝕階段，而規(guī)模蒸汽驅(qū)轉(zhuǎn)驅(qū)前平均含油飽和度為0.50，推測(cè)在注入孔隙體積達(dá)到0.75時(shí)即進(jìn)入剝蝕階段，不同井組的轉(zhuǎn)驅(qū)條件差異較大，應(yīng)針對(duì)性地加以分析。

2.2.2 可采儲(chǔ)量采出程度

蒸汽驅(qū)可采儲(chǔ)量采出程度是汽驅(qū)階段采出油量與汽驅(qū)可采儲(chǔ)量的比值，反映了蒸汽驅(qū)階段可采出的儲(chǔ)量動(dòng)用程度[8]。統(tǒng)計(jì)證實(shí)，注入孔隙體積倍數(shù)與可采儲(chǔ)量采出程度呈截距為零的二階函數(shù)關(guān)系[9](圖5)，關(guān)系式為：

圖5 不同類(lèi)型井組注入孔隙體積倍數(shù)與可采儲(chǔ)量采出程度關(guān)系曲線

R=APV+B(PV)2

(1)

式中：R為可采儲(chǔ)量采出程度，%；PV為注入孔隙體積倍數(shù)；A、B為常數(shù)。

在熱連通階段采出程度較小，一般小于5%左右；在驅(qū)替階段，不同井組采出程度存在較大差異，儲(chǔ)層物性較差、連通程度低的井組，其采出程度一般為15%～20%；儲(chǔ)層縱向非均質(zhì)性較弱且注采連通程度高的井組，其采出程度一般為25%～40%；突破階段持續(xù)時(shí)間較短，階段采出程度一般低于5%；剝蝕調(diào)整階段是一個(gè)長(zhǎng)期的低采油速度開(kāi)發(fā)階段，累計(jì)采出程度可達(dá)50%以上。

2.2.3 含水率

在不同的蒸汽驅(qū)初始含油飽和度條件下，可采儲(chǔ)量采出程度與含水率關(guān)系如圖6所示，含水率在不同開(kāi)發(fā)階段呈現(xiàn)規(guī)律性變化，可以用六階多項(xiàng)式進(jìn)行歸一統(tǒng)計(jì)[10]。

圖6 不同含油飽和度下含水率變化曲線

fw=A1R6+A2R5-A3R4+A4R3-A5R2+A6R+Ko

(2)

式中：fw為含水率，%；A1…A6、Ko為常數(shù)。

通過(guò)不同蒸汽驅(qū)含油飽和度條件下含水率與可采儲(chǔ)量采出程度關(guān)系模版，可用以判斷汽驅(qū)井組所處開(kāi)發(fā)階段及開(kāi)發(fā)規(guī)律。中深層稠油油藏轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)前飽和度平均為0.50～0.60，轉(zhuǎn)驅(qū)后熱連通階段含水率逐漸上升至80%～90%；在蒸汽驅(qū)替階段，含水率逐漸下降至75%～85%，到驅(qū)替階段后期含水率不斷升高；進(jìn)入突破階段后含水率快速上升至85%～90%；進(jìn)入剝蝕調(diào)整階段后，含水率略有下降，隨后呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，直至高含水開(kāi)發(fā)結(jié)束。

初始含油飽和度對(duì)蒸汽驅(qū)含水率有較大影響，初始含油飽和度越高，含水率相對(duì)越低，熱連通和驅(qū)替階段可采儲(chǔ)量采出程度越高，突破和剝蝕調(diào)整階段可動(dòng)油采出量則相應(yīng)減少。

2.2.4 溫度

不同的蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段生產(chǎn)井產(chǎn)液溫度也具有一定規(guī)律性，而井口溫度與井底溫度呈較明顯線性規(guī)律[11-13]。進(jìn)入剝蝕調(diào)整階段后，無(wú)效熱循環(huán)加劇，部分蒸汽被采出，熱利用率降低，生產(chǎn)井產(chǎn)液量及汽腔溫度均有所下降，該階段的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布情況如圖7綠色點(diǎn)所示。因此，在沒(méi)有油藏測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)情況下，可根據(jù)井口溫度判斷井底溫度場(chǎng)分布，從而判別井組所處開(kāi)發(fā)階段。

圖7 不同開(kāi)發(fā)階段井底溫度與井口溫度關(guān)系曲線

在熱連通階段溫度擴(kuò)展范圍小，生產(chǎn)井周邊溫度基本不變，對(duì)于轉(zhuǎn)驅(qū)前注采井間已經(jīng)連通的油層，局部層位溫度會(huì)略有升高，此階段井口溫度一般低于60 ℃，油藏溫度為70～110 ℃，井組進(jìn)入驅(qū)替階段前蒸汽腔體積占總體積的5%左右；蒸汽驅(qū)替階段溫度場(chǎng)范圍不斷擴(kuò)大，蒸汽逐漸靠近生產(chǎn)井，生產(chǎn)井周邊溫度不斷上升，此階段油藏溫度一般為120～190 ℃，井口溫度為60～90 ℃，驅(qū)替階段后期蒸汽腔體積占總體積的40%左右；蒸汽突破階段蒸汽在生產(chǎn)井局部層位發(fā)生突破，突破層溫度達(dá)到200～250 ℃，井口溫度超過(guò)90 ℃，最高可達(dá)100 ℃，井口可見(jiàn)蒸汽采出；蒸汽突破結(jié)束后進(jìn)入到剝蝕調(diào)整階段，鑒于蒸汽突破后產(chǎn)量、油汽比大幅度下降，一般采取降低注汽速度等手段加強(qiáng)剝蝕作用，提高井組油汽比，此時(shí)油藏溫度上升幅度較小，基本保持在180～220 ℃，井口溫度為85～95 ℃，蒸汽腔體積一般維持在總體積50%左右。

根據(jù)對(duì)汽驅(qū)開(kāi)發(fā)規(guī)律及主要注采參數(shù)的認(rèn)識(shí)，建立以含水、溫度、注入孔隙體積倍數(shù)、可采儲(chǔ)量采出程度為核心的蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。該標(biāo)準(zhǔn)涉及參數(shù)多，研究基礎(chǔ)較為扎實(shí)，在汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段劃分過(guò)程中可操作性強(qiáng)，可為不同類(lèi)型蒸汽驅(qū)井組制定調(diào)控對(duì)策提供重要依據(jù)。

表1 蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The standard for dividing the development stage of steam flooding

3 結(jié) 論

(1) 利用蒸汽腔波及規(guī)律確定中深層稠油油藏各開(kāi)發(fā)階段，將蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)劃分為熱連通、蒸汽驅(qū)替、蒸汽突破和蒸汽剝蝕調(diào)整4個(gè)開(kāi)發(fā)階段，明確各開(kāi)發(fā)階段開(kāi)采規(guī)律及特點(diǎn)。

(2) 總結(jié)不同類(lèi)型儲(chǔ)層驅(qū)替規(guī)律，篩選含水、溫度、注入孔隙體積倍數(shù)、可采儲(chǔ)量采出程度為蒸汽驅(qū)階段劃分基本指標(biāo)，明確各階段指標(biāo)變化規(guī)律，首次定量化蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)階段劃分標(biāo)準(zhǔn)。