稠油熱采三區(qū)復(fù)合油藏試井解釋技術(shù)及資料的分析應(yīng)用

張 巖

(大慶油田有限責(zé)任公司 測(cè)試技術(shù)服務(wù)分公司，黑龍江 大慶 163853)

0 引言

大慶西部稠油資源是增加外圍產(chǎn)量的重要組成部分，在2010年將達(dá)到20萬(wàn)噸的稠油生產(chǎn)能力。在稠油開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要采用先期蒸汽吞吐后期蒸汽驅(qū)的熱力開(kāi)采方式，但是過(guò)程復(fù)雜、影響因素多，開(kāi)采過(guò)程中壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及飽和度場(chǎng)都要發(fā)生變化[1-2]。江橋地區(qū)江37區(qū)塊屬薄層稠油油藏，大慶油田首次開(kāi)發(fā)此類油藏，國(guó)內(nèi)外又沒(méi)有成型的經(jīng)驗(yàn)可借鑒。所以，在熱力采油的開(kāi)發(fā)調(diào)整中，應(yīng)加大跟蹤分析研究力度，利用稠油熱采井燜井資料評(píng)價(jià)開(kāi)發(fā)方案合理性，優(yōu)化吞吐參數(shù)。

1 稠油熱采井燜井資料的理論

稠油的蒸汽吞吐的過(guò)程十分復(fù)雜，從蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的濕飽和蒸汽攜帶熱量，經(jīng)過(guò)地面管線，到達(dá)油井，從井口注入，加熱地下油層。經(jīng)過(guò)加熱的稠油黏度降低，在采出時(shí)可以改善稠油在井筒中的流動(dòng)性。井筒的一種徑向結(jié)構(gòu)由油管、套管、水泥環(huán)組成；油管與套管間的空間稱為環(huán)空，環(huán)空中經(jīng)常填充隔熱介質(zhì)，稱為環(huán)空介質(zhì)，比如空氣、氮?dú)?、天然氣。有時(shí)為了更好的絕熱效果，在油管、套管之間下入隔熱管。井筒中徑向熱流量，通過(guò)井筒井壁，套管壁及水泥環(huán)的熱流是以熱傳導(dǎo)方式發(fā)生的。當(dāng)井筒中僅有光油管，下段有封隔器，在油套環(huán)空中存在三種傳熱方式，即熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流。當(dāng)環(huán)空中是氣體時(shí)，輻射熱占很大比重，甚至是主導(dǎo)的，其輻射熱量的大小取決于油管外壁和套管內(nèi)壁的表面狀況及散熱與吸熱特性。當(dāng)環(huán)空中是液體時(shí)，除傳導(dǎo)熱外，熱對(duì)流是主要的，這是由于油套管壁間溫度差引起的液體密度差產(chǎn)生的自然對(duì)流很激烈[3]。

在油層多孔介質(zhì)中，在熱流體的作用下，既有熱對(duì)流，又有傳導(dǎo)發(fā)生。注入流體的運(yùn)動(dòng)引起能量傳遞，同時(shí)，油層中，高溫油層部分向低溫部分進(jìn)行熱傳導(dǎo)。在注入流體與地層中的原始流體之間，地層的滲透性引起了熱對(duì)流。注入蒸汽的過(guò)程中，當(dāng)一定干度的飽和蒸汽進(jìn)入油層后，蒸汽加熱油層。在井筒附近，蒸汽驅(qū)走了油層中的可流動(dòng)的油和水，形成了蒸汽帶；蒸汽前沿釋放能量，形成熱水帶；受到加熱的油層形成加熱帶，為加熱的油層則為未受熱帶。

綜上所述，熱損失除井筒熱損失還有地層熱損失，而地層熱損失又包括地層徑向熱損失及頂、底蓋層的熱損失，蒸汽、熱水作為熱量的攜帶者，在油層中發(fā)生的現(xiàn)象是非常復(fù)雜的，是一個(gè)包括物理的、化學(xué)的、熱動(dòng)力學(xué)的綜合的過(guò)程。在油層多孔介質(zhì)中，既有直接地?zé)崃總鬟f，又有通過(guò)流體流動(dòng)伴隨的熱量傳遞。因此，注入油層的蒸汽是通過(guò)傳熱和傳質(zhì)兩種機(jī)理來(lái)加熱油層的。所以蒸汽吞吐的過(guò)程是十分復(fù)雜的。

地層注入蒸汽后，使地層溫度變化，從而使得過(guò)且地層中流體性質(zhì)發(fā)生變化，溫度的變化逐漸向外擴(kuò)散，為描述這種變化，我們采用三區(qū)徑向復(fù)合油藏模型[4-5]。

圖1 三區(qū)域復(fù)合油藏示意圖

根據(jù)圖1所示，我們可以得到蒸汽區(qū)、過(guò)渡區(qū)、冷油區(qū)三個(gè)活動(dòng)區(qū)域壓力滿足的擴(kuò)散方程，再通過(guò)Laplace變換以后，得到Laplace空間下的方程及其邊界條件，定義無(wú)量綱，再經(jīng)過(guò)Laplace空間下第j區(qū)方程的通解，最終得到不同曲線參數(shù)下的三區(qū)復(fù)合油藏典型曲線：

圖2 三區(qū)復(fù)合油藏典型曲線

2 稠油熱采井燜井資料解決的幾個(gè)問(wèn)題

2.1 吞吐?tīng)F井后加熱范圍

2.1.1 試井資料計(jì)算加熱范圍

若油井注汽結(jié)束后進(jìn)行燜井測(cè)試，當(dāng)達(dá)到擬穩(wěn)態(tài)時(shí)，測(cè)試壓力隨時(shí)間線性下降，通過(guò)求該直線段斜率，即可計(jì)算出加熱區(qū)體積：

(4)

式中，qs為標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積注汽速度，(m3/d)；BS為蒸汽體積系數(shù)，(m3/ m3)；CT為加熱區(qū)的綜合壓縮系數(shù)， MPa-1；Φ為孔隙度，%；m為直線斜率。

2.1.2 油藏加熱半徑的確定

若無(wú)燜井測(cè)試資料，可通過(guò)Marx-Langenheim模型計(jì)算出直井的加熱區(qū)體積。但加熱半徑的計(jì)算也存在一定的偏差，Marx-Langenheim 理論的假設(shè)條件是：油層是均質(zhì)的，油層物性及流體飽和度不隨溫度變化，油層中無(wú)垂直溫差。在油層和圍巖中，水平方向的熱傳導(dǎo)為零，注入速度及溫度為常數(shù)。油層中熱水帶的溫度與蒸汽帶的溫度相等，加熱的形狀可以是任意的?？梢园l(fā)現(xiàn)其中關(guān)于溫度的假設(shè)與實(shí)際情況相差比較大，另外，正是由于將這些假設(shè)作為推導(dǎo)前提， 使得在考慮加熱半徑時(shí)沒(méi)有考慮燜井過(guò)程中的變化，而是直接得出燜井時(shí)間對(duì)加熱半徑?jīng)]有影響。所以，有必要對(duì)燜井后加熱半徑的計(jì)算公式進(jìn)行重新修訂。

我們利用勞威爾方法可以得到油層的徑向溫度場(chǎng)分布，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的考慮燜井階段的加熱半徑。

2.2 井底和油層中溫度變化特征

2.2.1井底溫度變化特征

在燜井壓降解釋過(guò)程中，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)特征，分析測(cè)試溫度和測(cè)試壓力的關(guān)系，認(rèn)為存在一個(gè)“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，是以飽和蒸汽的溫度和壓力的理論關(guān)系是否成立作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的?！稗D(zhuǎn)折點(diǎn)”之前存在蒸汽腔，符合飽和蒸汽溫度和壓力的理論關(guān)系，并目井周圍存在汽相流動(dòng)，可動(dòng)介質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)間短，因此，近井地帶能量在徑向上耗散起著控制作用，可按試井原理解釋；而“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”后的數(shù)據(jù)，不再符合飽和蒸汽溫度和壓力的理論關(guān)系，即近井地帶蒸汽腔開(kāi)始或者完全閉鎖，井周圍幾乎不再存在汽相流動(dòng)，可動(dòng)介質(zhì)復(fù)雜，測(cè)試時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，因此，遠(yuǎn)井能量向外徑向耗散和垂向散熱兩種作用導(dǎo)致汽相轉(zhuǎn)化為水，認(rèn)為不能按試井原理解釋，而以汽相轉(zhuǎn)化為水的進(jìn)行解釋。

圖3 實(shí)測(cè)溫度與計(jì)算溫度對(duì)比

2.2.2 油層中溫度變化特征

利用勞威爾(Lauwerier)方法確定油藏中溫度分布特征。其基本假設(shè)砂巖油層是均質(zhì)的；流體不可壓縮，且是一維流動(dòng)；油層物性及流體飽和度不隨溫度變化；油層中在任何水平位置的垂向溫度是一致的；油層及圍巖中沒(méi)有水平方向的熱傳導(dǎo)；注入速度與溫度恒定不變。

(5)

式中，T為量綱的溫度，℃；R為距注入井的徑向距離，m；Qf為注入速度，m3/d。

圖4 生產(chǎn)井徑向溫場(chǎng)分布圖

3 稠油熱采井燜井實(shí)測(cè)資料的分析

江37區(qū)塊位于松遼盆地西部斜坡江橋-泰來(lái)構(gòu)造帶富拉爾基-大興階地中段，主要開(kāi)發(fā)高臺(tái)子油層，油藏埋藏深度585～605m，屬構(gòu)造-巖性油藏。其下部以水層為主，隔層厚度15～20m。油層平均有效厚度3.3m，有效孔隙度33.1%，空氣滲透率783mD，地面50℃脫氣原油粘度為562.9mPa·s，推測(cè)油層溫度下的粘度為18600mPa·s，屬于特高孔隙度、中高滲透率稠油油藏。為了跟蹤分析蒸汽吞吐效果，為下一吞吐周期及規(guī)模開(kāi)發(fā)該類油藏提供參考， 第一周期56%吞吐井進(jìn)行燜井測(cè)試，第二周期40%吞吐井進(jìn)行燜井測(cè)試。

3.1 井口注汽參數(shù)及測(cè)試

油井平均井口注汽參數(shù)：溫度351.8℃，壓力13.171MPa，干度56.632%；平均注汽速率94.4t/d；累計(jì)注汽量1014t；喇叭口處溫度335.9℃，壓力13.814MPa,干度40%。吞吐井停注燜井期間下入儀器進(jìn)行燜井壓降測(cè)試，儀器下深640m，累計(jì)測(cè)試時(shí)間約194h。

3.2 燜井資料分析

以江37-32-S10井油藏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和燜井測(cè)試資料為基礎(chǔ)，應(yīng)用上述方法進(jìn)行分析。第一周期注入總熱量8.87×108kJ，熱水帶熱量1.02×108kJ，上下蓋層熱損失7.42×108kJ，徑向熱散失0.43×108kJ。

試井壓力資料分析：折算油層中部燜井初最高壓力13.899MPa，燜井末期測(cè)試壓力11.127MPa，燜井壓力降2.772MPa左右，平均日降壓0.343MPa。

曲線型態(tài)分析：關(guān)井0.2h內(nèi),井底壓力迅速下降,下降速度為0.87MPa/h。說(shuō)明該井井底流動(dòng)的條件好,也說(shuō)明目前地層的壓力較低,能量有虧空，同時(shí)井底溫度也以較大的速度下降,這可能是由于井筒中存水較多,水閃蒸成蒸汽,吸收了大量的熱量,使溫度迅速降低,同時(shí)又帶動(dòng)了壓力的下降。從雙對(duì)數(shù)導(dǎo)數(shù)曲線可以看出，燜井期間井筒存在汽水相態(tài)轉(zhuǎn)化，井儲(chǔ)效應(yīng)復(fù)雜，徑向流動(dòng)段明顯；中期曲線上升，表現(xiàn)復(fù)合油藏特征，但未出現(xiàn)反映二區(qū)特征的直線段。 在蒸汽區(qū)徑向流結(jié)束后,進(jìn)入擬穩(wěn)態(tài)階段,由于熱區(qū)和冷區(qū)的高流度比, 后期流動(dòng)處于過(guò)渡段。壓力波遇到冷穩(wěn)擬態(tài)階段,表現(xiàn)為導(dǎo)數(shù)持續(xù)向上翹。

曲線模型的選擇：用試井解釋軟件進(jìn)行資料分析。選擇具有熱采變溫影響的三區(qū)復(fù)合油藏模型解釋。從雙對(duì)數(shù)導(dǎo)數(shù)曲線可以看出，燜井初期井筒存在明顯相態(tài)轉(zhuǎn)化，井儲(chǔ)效應(yīng)復(fù)雜主要是受變溫影響，徑向流動(dòng)段明顯，中期曲線上升，表現(xiàn)復(fù)合油藏特征，曲線后期上翹明顯，內(nèi)區(qū)滲透率明顯大于外區(qū)。

結(jié)合試井分析與溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，預(yù)測(cè)蒸汽帶最遠(yuǎn)半徑為9.92m，內(nèi)區(qū)半徑13.72m。井底和油層中溫度變化特征：通過(guò)對(duì)油層上下蓋層及徑向熱損失計(jì)算，預(yù)測(cè)蒸汽腔在停注后22h左右基本消失。利用勞威爾(Lauwerier)方法確定油藏中溫度分布，在距井筒9.92m處油層溫度開(kāi)始急劇下降，到11.5m處溫度由300℃降至原始溫度。

合理燜井時(shí)間：根據(jù)油井注汽熱參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由燜井時(shí)間模型得到合理燜井時(shí)間為4.9d；由試井資料的壓力導(dǎo)數(shù)曲線可知，初期不斷上翹,擬穩(wěn)態(tài)未完全結(jié)束，大約在100h擬穩(wěn)態(tài)結(jié)束,此時(shí)溫度變化平穩(wěn),蒸汽冷凝成水,因此最佳燜井時(shí)間應(yīng)為100h，即4.2d。兩種方法計(jì)算得到燜井時(shí)間接近，平均為4.5d，可見(jiàn)實(shí)際燜井時(shí)間8.1d不合適。

根據(jù)初期投產(chǎn)井燜井資料分析，制定的吞吐?tīng)F井當(dāng)井口壓力穩(wěn)定在5MPa時(shí)開(kāi)始放噴、平均燜井時(shí)間為8.2d不合理，對(duì)后期投產(chǎn)井燜井時(shí)間進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，后期燜井時(shí)間調(diào)整為4.5d，放噴壓力在5.5MPa。燜井時(shí)間調(diào)整后，日產(chǎn)油量基本未受影響，縮短了停產(chǎn)時(shí)間，提高油井利用率。油層加熱半徑為11.5m，接近方案設(shè)計(jì)10.0m；周期產(chǎn)油量240t，達(dá)到了方案設(shè)計(jì)285t的85.0%。

圖5 江37-32-S10井徑向溫度場(chǎng)分布圖

4 結(jié)語(yǔ)

1)考慮了蒸汽吞吐開(kāi)采過(guò)程中,油藏和流體的非均質(zhì)性特點(diǎn)并考慮了變溫影響,建立了包括能量守恒方程在內(nèi)的非均質(zhì)地層二區(qū)、三區(qū)稠油熱采復(fù)合滲流模型。

2)采用徑向溫度場(chǎng)計(jì)算加熱半徑更符合生產(chǎn)實(shí)際。

3)通過(guò)算例分析可知,所采用的理論正確,方法體系適用。

4)應(yīng)用燜井試井資料可以較好指導(dǎo)蒸汽吞吐井吞吐參數(shù)調(diào)整，有利于提高吞吐效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳月明.注蒸汽熱力采油[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社，1996.

[2] 劉能強(qiáng).實(shí)用現(xiàn)代試井解釋方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[3] 曾玉強(qiáng).稠油油藏蒸汽吞吐注汽參數(shù)優(yōu)化及動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法研究[D].南充:西南石油學(xué)院博士學(xué)位論文,2000：3-9.

[4] 劉惠卿，李景梅.熱力采油井現(xiàn)代試井分析方法研究[J].石油鉆探技術(shù),2003,31(4):4-6.

[5] 劉永良，賈永祿，康毅力，等.考慮熱損失的稠油熱采三區(qū)復(fù)合油藏試井模型[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2008, 27(1):78-82.

[6] 楊先勇，李爽，孫玉環(huán)，等. 應(yīng)用試井方法確定蒸汽吞吐最佳燜井時(shí)間[J].特種油氣藏，2000, 7(S1):9-12.