摘要:單水平井蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)有望提高薄層特稠油油藏開發(fā)效果,但開發(fā)效果受儲層特性、工藝參數(shù)等影響大。采用CMG軟件進行薄層特稠油油藏單水平井SAGD開發(fā)的數(shù)值模擬研究,明確油藏特性對單水平井SAGD開發(fā)效果的影響規(guī)律,并以哈淺22塊油藏參數(shù)為基礎(chǔ),優(yōu)化吞吐預(yù)熱輪次、SAGD射孔注汽長度、注汽速度等工藝參數(shù)。結(jié)果表明:單水平井SAGD可實現(xiàn)薄層特稠油油藏的有效開發(fā),最終采收率達21%,但開采油汽比僅約為0.082;在滲透率不小于2530×10-3 μm2,孔隙度不小于30.3%,含油飽和度不小于65%時,單水平井SAGD能達到較好的應(yīng)用效果;優(yōu)選最佳的單水平井SAGD蒸汽吞吐預(yù)熱輪次為8次,趾端注汽長度為100 m,注汽速度為100 m3/d。
關(guān)鍵詞:SAGD; 單水平井; 數(shù)值模擬; 油藏特性; 參數(shù)優(yōu)化
中圖分類號:TE 32"" 文獻標(biāo)志碼:A
引用格式:于田田,梁偉,段龍賓,等.單水平井SAGD開發(fā)效果分析及工藝參數(shù)優(yōu)化[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2024,48(4):175-180.
YU Tiantian, LIANG Wei, DUAN Longbin, et al. Development effect analysis and process parameter optimization of" single horizontal well SAGD[J]. Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science),2024,48(4):175-180.
Development effect analysis and process parameter optimization of" single horizontal well SAGD
YU Tiantian1,2, LIANG Wei1,2, DUAN Longbin3, PAERHATI·Abudukelimu4,
XU Chen5, GAI Pingyuan1,2, CHEN Liyuan1,2, ZHANG Zhaoxiang1,2, WANG Xinwei3
(1.Petroleum Engineering Research Institute of SINOPEC Shengli Oilfield Company, Dongying 257000, China;
2.Shandong Provincial Key Laboratory of Heavy Oil Development Technology, Dongying 257000, China;
3.College of New Energy, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China;
4.Experimental Testing Research Institute, Xinjiang Oilfield Company, Karamay 834000, China;
5.Taizhou Youheng Oil and Gas Engineering Services Co., Ltd., Taizhou 225300, China)
Abstract: The single horizontal well steam assisted gravity drainage(SAGD) technology is a promising replacement technology for improving the development effect of thin layer extra heavy oil reservoirs. However, the specific development effect was greatly affected by reservoir characteristics, process parameters, etc.
The CMG software was used to conduct numerical simulations on the development of the single horizontal well SAGD in thin layer extra heavy oil reservoirs, to clarify the influence of reservoir characteristics on the development effect of the single horizontal well SAGD. Based on the parameters of the Haqian 22 block reservoir, the process parameters such as preheating cycles, the SAGD perforation steam injection length, and the steam injection speed were optimized. The results show that the single horizontal well SAGD can achieve effective development of thin layer extra heavy oil reservoirs, with a final recovery rate of 21%, but the steam to oil ratio for oil recovery is only about 0.082. When the permeability is not less than 2530×10-3 μm2, the porosity is not less than 30.3%, and the oil saturation is not less than 65%, the single horizontal well SAGD can achieve good application results. The optimal single horizontal well SAGD steam stimulation preheating cycle is 8, with a toe end steam injection length of 100 m and a steam injection speed of 100 m3/d.
Keywords: SAGD; single horizontal well; numerical simulation; reservoir characteristics; parameter optimization
世界上蘊藏著豐富的稠油資源,約占剩余油氣資源的70%。稠油熱采技術(shù)不僅能夠提高稠油的開采效率,還能有效降低開采難度,因此得到廣泛應(yīng)用[1-3]。SAGD技術(shù)以蒸汽作為熱源注入地層加熱油層,使原油黏度降低,利用密度差產(chǎn)生的垂向重力差異進行稠油開采[4-8]。目前,國內(nèi)主要在直井-水平井SAGD和雙水平井SAGD開發(fā)等方面開展了實踐研究,但雙井SAGD一般要求油層厚度大于15 m,不適合薄層特稠油油藏[9]。單水平井SAGD技術(shù)采用特殊設(shè)計的完井管柱,僅采用一口井同時完成蒸汽注入及原油采出,更適用于薄層特稠油油藏[10-11]。對于哈淺區(qū)塊儲層厚度為10 ~ 15 m的薄層特稠油油藏的開采,單水平井SAGD技術(shù)具有更強的適用性[12]。SAGD技術(shù)開發(fā)效果受儲層物性條件、預(yù)熱方式及注采工藝參數(shù)的影響,林日億等[13]用數(shù)值模擬方法研究SAGD循環(huán)預(yù)熱沿程溫度、壓力隨時間變化,并對注采參數(shù)進行了優(yōu)選。吳永彬等[14]通過建立數(shù)學(xué)物理模型計算SAGD循環(huán)預(yù)熱及生產(chǎn)過程的溫度演化規(guī)律。李秀巒等[15]通過物模實驗?zāi)M了非均質(zhì)性對蒸汽腔發(fā)育效果及生產(chǎn)動態(tài)的影響,并對操作參數(shù)進行了優(yōu)化?;暨M等[16]采用數(shù)值模擬方法對SAGD啟動階段注采參數(shù)進行了優(yōu)化研究,提出了高壓增溫、低汽降耗的整體調(diào)控思路。但目前國內(nèi)尚沒有系統(tǒng)開展單水平井SAGD開發(fā)薄層特稠油油藏的研究。因此筆者基于CMG軟件模擬研究不同油藏特性對單水平井SAGD開發(fā)效果的影響,并以阿拉德油田哈淺22區(qū)塊地質(zhì)特征為基礎(chǔ),優(yōu)化單水平井SAGD關(guān)鍵技術(shù)參數(shù),探究單水平井SAGD開發(fā)薄層特稠油油藏的開發(fā)效果。
1 技術(shù)原理及模型建立
單水平井SAGD采用同一口水平井完成蒸汽的注入和原油的采出,工藝管柱結(jié)構(gòu)及工藝流程[17]如圖1所示。隔熱連續(xù)油管一直延伸到水平井趾端,距趾端一定的距離內(nèi)均勻開孔配汽,蒸汽向上超覆在油藏內(nèi)形成蒸汽腔并不斷擴展,被加熱的原油在重力作用下泄流入井底,沿井內(nèi)環(huán)空向水平段跟端流動,在泵的抽提作用下從油管產(chǎn)出。
以阿拉德油田哈淺22塊地質(zhì)特征為基礎(chǔ),利用CMG軟件的STARS模塊建立均質(zhì)模型。通過調(diào)研先導(dǎo)試驗區(qū)的流體物性及油藏巖石參數(shù),設(shè)置CMG油藏數(shù)值模型的物性參數(shù)為:有效厚度10 m, 油藏頂深645 m,初始油藏溫度34.35 ℃,巖石熱傳導(dǎo)率7.639 W/(m·K),平均水平滲透率2530×10-3 μm2,水熱傳導(dǎo)率0.619 W/(m·K),縱向滲透率與橫向滲透率之比(kv/kh)0.200,氣體熱傳導(dǎo)率0.058 W/(m·K),平均含油飽和度0.650,原油熱傳導(dǎo)率0.133 W/(m·K),原油密度955.6 kg/m3,巖石壓縮系數(shù)3.0×10-5 kPa-1,平均孔隙度0.303,上覆/下伏地層體積熱容量2.6×106 J/(m3·K)。
圖2為油水和液氣相滲曲線及原油黏溫曲線。由圖2可知,溫度40 ℃時黏度為1.87×104 mPa·s,在溫度50 ℃時地層原油黏度為13767 mPa·s,屬特稠油油藏。在初始均質(zhì)數(shù)值模型中根據(jù)單水平井SAGD生產(chǎn)特點及模擬網(wǎng)格要求,基本網(wǎng)格劃分為130×100×10,數(shù)值模型i方向(水平管管長)網(wǎng)格尺寸為1個×8 m,3個×128 m,1個×8 m;j方向(油層寬度)網(wǎng)格尺寸為1 m,k方向(油層厚度)網(wǎng)格尺寸為1 m,共分為10層。
2 油藏特性對開發(fā)效果影響
2.1 滲透率
油藏儲層滲透率對蒸汽的擴展速度有較大影響,水平滲透率越高,蒸汽腔徑向擴展越快,對SAGD越有利[18]。為分析油藏滲透率對單水平井SAGD開發(fā)效果的影響,設(shè)計不同滲透率的油藏儲層在相同注采參數(shù)條件下模擬生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表1)。由表1可知,在相同生產(chǎn)時間內(nèi)油藏滲透率越高,單水平井SAGD產(chǎn)油量越大,油汽比上升明顯,采收率提高。滲透率由530×10-3 μm2增加至353
0×10-3 μm2,產(chǎn)油量增加了2702 m3,油汽比提高了17.71%,采收率由19.14%提升至22.57%。因此單水平井SAGD開發(fā)油藏優(yōu)選最佳的滲透率建議不低于2500×10-3 μm2。
2.2 孔隙度
原油儲量隨油藏孔隙度的增加而增大,單位體積內(nèi)可開采原油量增多,同等生產(chǎn)條件下累積原油產(chǎn)量增加。不同儲層孔隙度在相同注采參數(shù)和操作條件下模擬的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表2。由表2可知:油藏孔隙度越大,相同生產(chǎn)時間內(nèi)產(chǎn)油量越多,油汽比越高;但油藏孔隙度更大意味著相同的油藏體積下瀝青質(zhì)含量更多,計算采收率偏低。油藏孔隙度由25.3%增加至40.3%,產(chǎn)油量增加了5751 m3,油汽比提升了37.71%,單水平井SAGD油汽比明顯提高。因此單水平井SAGD開發(fā)油藏優(yōu)選最佳的孔隙度建議不低于30%。
2.3 含油飽和度
油藏含油飽和度越高,被加熱的可流動原油量越大,同等時間內(nèi)的泄油量越多。模擬研究了不同儲層含油飽和度時的開發(fā)效果,模擬的生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表3。由表3可知,在相同生產(chǎn)時間內(nèi)油藏含油飽和度增加,油汽比和采收率均明顯提高。含油飽和度由55%增至75%,產(chǎn)油量增加了14793 m3,油汽比提高了146.38%,采收率由15.26%提升至27.46%。因此單水平井SAGD開發(fā)油藏優(yōu)選最佳的含油飽和度建議不低于65%。
3 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)優(yōu)化
3.1 蒸汽吞吐預(yù)熱次數(shù)確定
油藏注汽預(yù)熱轉(zhuǎn)SAGD生產(chǎn)時機的確定一般需要2個指標(biāo):
①地下溫場是否形成;②井與井之間是否形成熱連通,即井間溫度超過80 ℃ [19-20]。
蒸汽吞吐預(yù)熱階段采用水平井均勻開孔進行蒸汽注入,以保證井筒附近油藏的有效預(yù)熱。需要確定合理的蒸汽吞吐輪次,既保證單水平井SAGD的有效預(yù)熱,又能產(chǎn)生較高的預(yù)熱經(jīng)濟效益。選取預(yù)熱階段蒸汽吞吐的注汽速度調(diào)整范圍為100~200 m3/d,SAGD注汽速度初定為100 m3/d,逐周期增加注汽速度,為上一周期注蒸汽速度的110%。模擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)蒸汽吞吐預(yù)熱5次后,水平井附近油藏的溫度可達80 ℃,滿足有效預(yù)熱的基本要求;而蒸汽吞吐輪次超過8次后,產(chǎn)油峰值下降明顯。吞吐預(yù)熱輪次為5~8的蒸汽腔發(fā)育示意圖,如圖3所示。由圖3可見,隨著吞吐輪次增加近井油藏溫度升高,蒸汽腔擴展幅度增加不明顯。
表4為不同吞吐預(yù)熱輪次下的生產(chǎn)指標(biāo)。由表4可知,相同生產(chǎn)時間內(nèi),隨著吞吐預(yù)熱輪次增加,單水平井SAGD累積產(chǎn)油量增加,油汽比和采收率提升幅度逐漸減小。蒸汽吞吐8輪次所需預(yù)熱時間為695 d,SAGD生產(chǎn)2000 d后累積產(chǎn)油量為16954 m3,油汽比為0.08,采收率為21.52%;相比蒸汽吞吐5輪次,所需預(yù)熱時間增加了110 d,但累積產(chǎn)油量上升了5.85%,累積油汽比上升2.56%。綜合考慮預(yù)熱所需時間和開采優(yōu)化效果,建議最佳吞吐輪次為8。
3.2 SAGD趾端注汽長度
單水平井SAGD的注汽井和生產(chǎn)井布置在同一井筒內(nèi),隔熱連續(xù)油管將蒸汽注入到油藏中,井筒中篩管內(nèi)壁和連續(xù)油管外壁之間的環(huán)空為原油流動通道[21],如圖4所示。
SAGD注汽方式采用趾端射孔配汽,趾端射孔長度越長,油藏受熱面積大,但單位面積的蒸汽配給率下降[22],需要探究不同SAGD趾端射孔長度對單水平井SAGD開發(fā)效果的影響。選取不同SAGD趾端射孔注汽長度,在其他操作條件相同的情況下模擬生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表5)。由表5可見,SAGD趾端射孔長度從30 m增加至100 m,油汽比提高了34.43%,采收率由16.32%提高至21.80%,近似符合泄油量與注汽長度的線性關(guān)系[23];當(dāng)SAGD趾端射孔長度大于100 m,若繼續(xù)增加,產(chǎn)油量反而下降,油汽比和采收率均降低,這是因為單水平井SAGD的井筒長度不變,配汽截面面積增加導(dǎo)致生產(chǎn)井段減少,實際泄油量降低。因此單水平井SAGD優(yōu)選最佳的趾端注汽長度為100 m。
3.3 SAGD注汽速度影響
注汽速度是影響單水平井SAGD生產(chǎn)的重要因素。蒸汽注入速度增大,蒸汽橫向擴展系數(shù)大,有利于蒸汽腔邊界泄油,但單水平井SAGD產(chǎn)油方式為環(huán)空泄油,注汽速度過高,容易引起環(huán)空內(nèi)的汽竄,油藏吸汽飽和后易引起蒸汽向環(huán)空縱向流動,因此需要保持合理的SAGD注汽速度。選取不同SAGD注汽速度,模擬生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表6)。由表6可知,隨注汽速度增加,單水平井SAGD累積產(chǎn)油量增加,油藏采收率提高,但油汽比降低。注汽速度從50 m3/d增加到200 m3/d,采收率由14.86%增加到28.72%,但油汽比從0.106下降到0.055。這是由于注汽速度增加導(dǎo)致注蒸汽量大于生產(chǎn)泄油量,蒸汽利用率下降。綜合考慮SAGD注汽速度對單水平井SAGD的采收率和油汽比的影響,優(yōu)選最佳的注汽速度為100 m3/d。
4 結(jié) 論
(1)單水平井SAGD可實現(xiàn)薄層特稠油薄層油藏的有效開發(fā),最終采收率可達到21%,但開采油汽比僅約為0.082,仍需進一步優(yōu)化注采工藝參數(shù)以實現(xiàn)經(jīng)濟開發(fā)。
(2)基于多因素分析形成了適于單水平井SAGD開采的油藏篩選條件,滲透率不小于2500×10-3 μm2,孔隙度不低于30%,含油飽和度不小于65%時,方能達到較好的開發(fā)效果。
(3)優(yōu)選了單水平井SAGD開發(fā)的最佳工藝參數(shù),蒸汽吞吐預(yù)熱輪次為8,趾端注汽長度為100 m,注汽速度為100 m3/d。
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(編輯 沈玉英)
收稿日期:2023-09-16
基金項目:國家自然科學(xué)基金企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金項目(U20B6003);中國石化重點科技攻關(guān)項目(P22033-1)
第一作者:于田田(1982-),男,副研究員,博士,研究方向為稠油開發(fā)及提高采收率。E-mail:yutiantian.slyt@sinopec.com。
通信作者:王新偉(1984-),男,高級實驗師,博士,研究方向為熱力采油、能源高效清潔利用和熱物性表征。E-mail:wangxw@upc.edu.cn。
文章編號:1673-5005(2024)04-0175-06"" doi:10.3969/j.issn.1673-5005.2024.04.019