稠油火驅(qū)開(kāi)發(fā)敏感性參數(shù)優(yōu)化研究

錢(qián) 真，焦保雷 （中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

陽(yáng) 磊，王 川 （長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

稠油火驅(qū)開(kāi)發(fā)敏感性參數(shù)優(yōu)化研究

錢(qián) 真，焦保雷 （中石化西北油田分公司工程技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011）

陽(yáng) 磊，王 川 （長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100）

火驅(qū)技術(shù)是稠油油藏蒸汽吞吐后期大幅度提高采收率技術(shù)之一，具備適用范圍廣、驅(qū)油效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)火驅(qū)開(kāi)發(fā)時(shí)井網(wǎng)的選擇、注氣速度和射孔位置等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)采收率的提高有著重要影響。以新疆油田紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)為例，基于正交設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)驅(qū)后的井網(wǎng)、注采參數(shù)以及地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了分析研究。研究發(fā)現(xiàn)，注氣速度在保證采油速度的前提下不宜過(guò)大；針對(duì)薄層油藏注氣井和生產(chǎn)井射孔部位可全部射開(kāi)；地質(zhì)參數(shù)對(duì)采油量影響比較大，實(shí)施開(kāi)發(fā)前應(yīng)對(duì)油藏地質(zhì)情況進(jìn)行全面的研究分析。

火驅(qū)技術(shù)；稠油油藏；井網(wǎng)優(yōu)化；正交設(shè)計(jì)；數(shù)值模擬

新疆油田紅淺1井區(qū)稠油油藏目的層存在5°左右的地層傾角，油層中部埋深525m，中部原始地層壓力6.41MPa，原始地層溫度23℃，原始含油飽和度65%，平均油層厚度14m，平均孔隙度23%，平均滲透率700×10－3μm2，原油密度0.93g／cm3，50℃下平均脫氣原油黏度為800mPa·s。

該油藏經(jīng)過(guò)20多年的開(kāi)發(fā)，逐步進(jìn)入蒸汽吞吐的高輪次階段，出現(xiàn)油井含水高，產(chǎn)能低，開(kāi)采難度加大，產(chǎn)量遞減加快，開(kāi)發(fā)效益下降等現(xiàn)狀，為了改善油藏整體開(kāi)發(fā)效果，在試驗(yàn)區(qū)經(jīng)過(guò)一系列相關(guān)試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)塊在注蒸汽后期轉(zhuǎn)火驅(qū)開(kāi)發(fā)［1］效果理想，可行性最高。該區(qū)塊經(jīng)過(guò)井網(wǎng)加密調(diào)整，已形成100m井距正方形井網(wǎng)，平均單井日產(chǎn)液7.026t。

1 井網(wǎng)井距優(yōu)化分析

在原井距為100m的正方形井網(wǎng)的基礎(chǔ)上可以轉(zhuǎn)換為以下幾種井網(wǎng)模型：①70m×100m反五點(diǎn)面積井網(wǎng) （100m交錯(cuò)行列）；②100m正對(duì)行列；③100m×140m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)；④140m×200m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)。

選取火驅(qū)試驗(yàn)區(qū)200m×200m一方形區(qū)塊，利用CMG數(shù)模軟件建立模型進(jìn)行模擬研究。模型共劃分為21×21×7個(gè)網(wǎng)格，平面上網(wǎng)格步長(zhǎng)為10m，縱向上為2m。正上方為地層上傾方向，傾角為5°?？紤]到生產(chǎn)安全，設(shè)定生產(chǎn)井氧氣濃度［2］達(dá)到5%時(shí)關(guān)井。不同井網(wǎng)火驅(qū)數(shù)值模擬結(jié)果如表1所示。

表1 不同井網(wǎng)火驅(qū)數(shù)值模擬對(duì)比

為了維持較高的單井產(chǎn)量，取得較好的火驅(qū)效果，注采井距不宜過(guò)大或過(guò)小，應(yīng)在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。當(dāng)注采井距大于140m后，隨著注采井距的增大，注氣井到燃燒前緣的壓力損失逐漸增大；小于70m時(shí)火線(xiàn)前緣推進(jìn)差異性大，易發(fā)生火竄，生產(chǎn)井在見(jiàn)效時(shí)間提前的同時(shí)，也較快的突破氧氣濃度而關(guān)井。

對(duì)于100m×140m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)，生產(chǎn)井見(jiàn)效時(shí)間較快，火線(xiàn)前緣推進(jìn)均勻，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，驅(qū)油效果好。前期單井日產(chǎn)油量較高，經(jīng)濟(jì)效益好，能縮短投資回收期；后期剩余油分布均勻，在生產(chǎn)后期可再次形成其他形式的井網(wǎng)以保證火線(xiàn)前緣最大限度的向四周推進(jìn)以提高最終采收率。因此在地層傾角較小的情況下，稠油油藏蒸汽吞吐轉(zhuǎn)火驅(qū)生產(chǎn)前期采用100m×140m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)較為合適。

2 注氣速度優(yōu)化分析

對(duì)于一個(gè)給定的井網(wǎng)，火驅(qū)過(guò)程中所需要的空氣總量取決于單位體積地層的耗氧量，以及火驅(qū)過(guò)程中的體積波及系數(shù)。其中耗氧量主要通過(guò)室內(nèi)燃燒試驗(yàn)測(cè)得，體積波及系數(shù)［3］為面積波及系數(shù)與垂向波及系數(shù)之乘積，也可以通過(guò)三維火驅(qū)物理模擬試驗(yàn)獲得。

通過(guò)室內(nèi)燃燒試驗(yàn)，得到了單位地層耗氧量為272m3／m3。根據(jù)室內(nèi)三維物理模型試驗(yàn)測(cè)定燃燒帶波及體積及火線(xiàn)推進(jìn)速度，結(jié)合國(guó)外礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，假定最大燃燒半徑時(shí)火線(xiàn)最大推進(jìn)速度為0.04m／d，100m×140m反九點(diǎn)井網(wǎng)中單井所允許的最大注氣速度Vm可以根據(jù)以下公式［4］計(jì)算：

式中，a為注采井距，m；h為油層厚度，m；v為火線(xiàn)最大推進(jìn)速度，0.04m／d；VR為燃燒所需空氣量，m3／m3。

較大的注氣速度能獲得較大的產(chǎn)油速度并縮短投資回收期，但當(dāng)注氣速度過(guò)大時(shí)，容易造成火線(xiàn)舌進(jìn)，降低平面波及率并使生產(chǎn)井快速突破氧氣濃度而關(guān)井。由式 （1）可知100m×140m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)中心單井最大注氣速度為65280m3／d。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)在此條件下對(duì)注氣速度進(jìn)行優(yōu)化。

通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算100m×140m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)在不同注氣速度下的開(kāi)發(fā)指標(biāo)可知，注氣速度較大時(shí)，火線(xiàn)前緣推進(jìn)較快，在生產(chǎn)前期平均單井日產(chǎn)油量較高，之后生產(chǎn)井氧氣突破關(guān)井后平均單井日產(chǎn)油量降低，累產(chǎn)油增加幅度減小，采收率較低。當(dāng)注氣速度較低時(shí)，火線(xiàn)前緣向四周緩慢的均勻推進(jìn)，單井日產(chǎn)油量變化不大。從表2可知，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)條件和采收率的條件下，較為合適的最大單井注氣速度為15000～30000m3／d。

表2 不同注氣速度數(shù)值模擬對(duì)比

3 射孔井段優(yōu)化研究

3.1 注氣井的射孔井段

100m×140m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)，在注氣速度17000m3／d的條件下，生產(chǎn)井全射開(kāi)，對(duì)注氣井射開(kāi)油層上部 （42%），油層中部 （42%），油層下部 （42%）和油層全射開(kāi)［5］4種方案進(jìn)行了分析研究，并作出了生產(chǎn)效果對(duì)比表 （見(jiàn)表3）。模擬研究表明，注氣井射孔井段對(duì)火驅(qū)整體開(kāi)發(fā)效果影響較小，但是油層段全射開(kāi)注氣，見(jiàn)效時(shí)間最早，開(kāi)發(fā)最好，因此對(duì)于薄層油藏注氣井全射開(kāi)的開(kāi)發(fā)效果較好。

3.2 生產(chǎn)井的射孔井段

反九點(diǎn)面積井網(wǎng)，注氣速度17000m3／d的條件下，注氣井全射開(kāi)，對(duì)生產(chǎn)井射開(kāi)油層上部（42%），油層中部 （42%）油層下部 （42%）和油層全射開(kāi)4種方案進(jìn)行了分析研究，并作出了生產(chǎn)效果對(duì)比表 （見(jiàn)表4）。模擬研究表明，油層全部射開(kāi)時(shí)見(jiàn)效較早，累計(jì)產(chǎn)油量和采收率最高，綜合效益較高，優(yōu)化生產(chǎn)井油層全部射開(kāi)。

表3 注氣井不同射孔位置開(kāi)發(fā)效果表

表4 生產(chǎn)井不同射孔位置開(kāi)發(fā)效果表

4 地質(zhì)因素對(duì)火驅(qū)油藏開(kāi)發(fā)的影響

為了研究地質(zhì)因素對(duì)火驅(qū)油藏產(chǎn)量的影響，利用正交設(shè)計(jì)對(duì)滲透率、地層傾角、累產(chǎn)油和采出程度4個(gè)因素進(jìn)行了分析，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。通過(guò)分析可知，滲透率越大，流體流動(dòng)性越好，累積產(chǎn)油量也越大；地層傾角對(duì)累產(chǎn)油量影響較大，氣體超覆和重力泄油［6］現(xiàn)象隨地層傾角的增大逐漸明顯，地層傾角較大時(shí)，上傾方向由于氣體超覆，生產(chǎn)井快速突破而關(guān)井，同時(shí)由于重力泄油作用，下傾方向生產(chǎn)井產(chǎn)油效果較好。正確處理與應(yīng)用氣體超覆和重力泄油對(duì)采收率的提高有著重要意義。

表5 火驅(qū)地質(zhì)因素正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論與建議

（1）稠油油藏蒸汽吞吐后期轉(zhuǎn)火驅(qū)開(kāi)發(fā)可大幅度提高采收率?；痱?qū)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)區(qū)塊采用火驅(qū)開(kāi)發(fā)后，階段采出程度可達(dá)30%。

（2）在火驅(qū)開(kāi)發(fā)井網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)井網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)選。同時(shí)井距應(yīng)采用一適當(dāng)值，井距太大，注氣井到生產(chǎn)井的壓力損失嚴(yán)重，見(jiàn)效較慢；井距太小見(jiàn)效較快，但易氣竄并較早的突破氧氣濃度而關(guān)井縮短生產(chǎn)時(shí)間。

（3）在火驅(qū)開(kāi)發(fā)中，注氣速度對(duì)采油效果影響較大，針對(duì)該試驗(yàn)區(qū)塊，推薦注氣速度為20000～30000m3／d。

（4）地質(zhì)因素、流體物性對(duì)油藏開(kāi)發(fā)影響較大，由于其復(fù)雜性在火驅(qū)開(kāi)發(fā)前應(yīng)進(jìn)行全面的分析研究，尤其是當(dāng)?shù)貙觾A角較大時(shí)應(yīng)合理應(yīng)用重力泄油，以保證開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行取得較好的開(kāi)發(fā)效果。

［1］孫國(guó)成，錢(qián)振斌，繆遠(yuǎn)晴 .新疆油田紅淺1井區(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)地面工藝技術(shù) ［J］.石油工程建設(shè)，2012，38（6）：2-3.

［2］吉亞娟，周樂(lè)平，任韶然，等 .油田注空氣工藝防爆實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，18（2）：87-92.

［3］劉德華，劉志森 .油藏工程基礎(chǔ) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2007：89-91.

［4］關(guān)文龍，席長(zhǎng)豐，等 .稠油油藏注蒸汽開(kāi)發(fā)后期轉(zhuǎn)火驅(qū)技術(shù) ［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011，38（4）：5-7.

［5］張方禮 .厚層稠油油藏火驅(qū)射孔層段優(yōu)化探討 ［J］.特種油氣藏，2013，2（2）：3-5.

［6］孫永杰 .火驅(qū)輔助重力泄油合理燃燒方式研究 ［D］.青島：中國(guó)石油大學(xué) （華東），2011.

TE345

A

1673-1409（2013）20-0112-03

2013-03-23

錢(qián)真 （1985-），男，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事油藏開(kāi)發(fā)地質(zhì)、采油工藝方面的研究工作。

［編輯］ 洪云飛