水平井蒸汽驅技術政策界限優(yōu)化研究

程紫燕 （中石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東 東營257015）

周勇 （中石化勝利油田分公司河口采油廠，山東 東營257000）

“十一五”以來，通過深化水平井熱采滲流模式和技術政策界限研究，勝利油田稠油水平井應用實現(xiàn)了由零散水平井向整體水平井組合開發(fā)的大跨越[1]，動用地質儲量約5600×104t。對于整體水平井組合開發(fā)的區(qū)塊來說，吞吐后期適時轉蒸汽驅是提高采收率的必要手段。目前部分區(qū)塊油藏壓力已降至原始地層壓力的60%左右，地層能量不足，吞吐效果變差，亟待開展水平井蒸汽驅技術研究。但目前國內外對水平井蒸汽驅方面的研究甚少，水平井蒸汽驅井網形式、不同類型油藏水平井蒸汽驅技術政策界限等技術難題亟待解決。在此，筆者采用油藏數(shù)值模擬方法，對不同類型稠油油藏水平井蒸汽驅的技術政策界限進行了系統(tǒng)研究。

1 水平井蒸汽驅技術政策界限研究

1.1 井網形式

合理的井網形式將會使區(qū)塊發(fā)揮最佳的開發(fā)潛能[2]。水平井蒸汽驅數(shù)值模擬研究過程中，設計了水平井組合的7種井網形式，分別是排狀汽驅井網、反五點汽驅井網、排狀交錯汽驅井網、反九點汽驅井網、反九點轉反五點汽驅井網、反九點轉排狀汽驅井網和反七點汽驅井網。利用數(shù)值模擬方法對比計算了7種井網形式的開發(fā)效果，結果見圖1。

從圖1可以看出，水平井組合的類反五點井網的采收率最高，其次為反九點轉反五點井網，反九點轉排狀井網次之；水平井組合的排狀交錯井網的單儲凈產油最高，其次為反九點轉反五點井網，排狀井網次之。除水平井組合的類反九點井網和類反七點井網的采收率和單儲凈產油較小以外，其余5種井網形式水平井蒸汽驅的開發(fā)效果相差不大，采收率都大于50%，單儲凈產油都在1900t/104t以上。

結合數(shù)值模擬研究結果，并考慮到現(xiàn)場易于操作管理，因此在既保證井底干度又要實現(xiàn)合理排液量的條件下，注采井數(shù)比應盡可能地小，推薦水平井蒸汽驅井網形式采用先反九點，后適時轉排狀。

1.2 合理井距

井距是指生產井與注汽井之間的距離。合理的井距應滿足以下幾項原則：①合理的單井控制儲量，較高的采收率；②具有一定的經濟效益；③能夠有效蒸汽驅；④要盡可能為蒸汽突破后或發(fā)生不規(guī)則竄流后留有調整的余地[3]。

圖1 水平井組合不同井網形式時蒸汽驅開發(fā)效果對比圖

利用油藏數(shù)值模擬方法，對比計算了不同原油黏度、不同油層厚度、不同井距時水平井蒸汽驅的開發(fā)效果，建立了相應的合理井距圖版，結果見圖2。從圖2來看，隨著油層厚度的增大，油藏的合理井距逐漸變??；原油黏度越大，井距也得相應地減小。

1.3 油層厚度

數(shù)值模擬研究顯示，油藏油層厚度越大，凈總比越大，蒸汽超覆現(xiàn)象越明顯 （圖3），油層熱損失越小，水平井蒸汽驅的熱利用率越高。通過數(shù)值模擬，建立了不同油層厚度 （2～10m）、不同油性 （普通稠油、特稠油、超稠油、特超稠油）水平井蒸汽驅井組的概念模型，預測了井組凈產油量，篩選了水平井蒸汽驅的有效厚度界限 （圖4）。研究發(fā)現(xiàn)，隨著油層厚度的增大，累積產油量逐漸增加，累積油汽比也出現(xiàn)逐漸遞增的趨勢；當油層厚度增大到一定程度時，增加趨勢變緩；但采出程度則表現(xiàn)為先增加后減小的趨勢。分析原因為：油層厚度與熱采效果的敏感關系在某一油層厚度時較明顯。說明油層厚度太大時，油層縱向動用程度不均勻，部分厚度動用較差。

圖2 不同黏度、厚度水平井蒸汽驅合理井距圖版

圖3 不同厚度水平井蒸汽驅縱向溫度場

實施水平井蒸汽驅時，由于蒸汽橫向驅動作用的加強，使得油層的動用界限有所降低[4]。依據數(shù)模結果 （圖4），隨著原油黏度的增大，油藏動用的極限厚度逐漸變厚，特超稠油油藏動用的極限厚度明顯大于普通稠油和特稠油油藏。油價70U＄/bbl（美元/桶）時普通稠油油藏水平井蒸汽驅的極限厚度4.1m，特稠油油藏4.4m，超稠油油藏5.3m，特超稠油油藏6.3m。

1.4 原油黏度

原油黏度增大，流體在地下滲流的阻力增加，水平井端點間指進明顯，蒸汽波及區(qū)域變小 （圖5），蒸汽驅效果變差。因此，在合理的井距下，肯定存在一個原油黏度動用極限。

圖4 不同原油黏度水平井蒸汽驅極限厚度圖

圖5 不同原油黏度水平井蒸汽驅末溫度場

由數(shù)值模擬研究結果 （圖6）可以看出：隨著原油黏度的增加，井組的單儲凈產油量逐漸遞減，累積油汽比和采收率也呈現(xiàn)遞減的趨勢。分析原因為：原油黏度越大，使其具有流動性需要的熱量越多，開采越困難[5]；原油黏度越大，地層流體滲流阻力越大，滲流能力越小，開發(fā)效果越差[6]。研究認為稠油油藏水平井蒸汽驅黏度的動用界限小于18×104mPa·s。

1.5 井底蒸汽干度

蒸汽驅操作條件對蒸汽驅開發(fā)效果的影響非常大，即使應用合理的操作條件可以取得較好蒸汽驅開發(fā)效果的油藏，如果設計或實施的操作條件不合理，也會使蒸汽驅歸于失敗[7，8]。井底干度是影響水平井蒸汽驅成敗的關鍵因素之一[4]。合理選擇井口蒸汽干度，確保井底各項注汽參數(shù)符合要求，保證向油藏中注入盡可能多的熱量，提高蒸汽驅的驅油效率是十分必要的。從不同干度水平井蒸汽驅采收率變化曲線看 （圖7），隨著井底蒸汽干度的增加，采收率呈上升趨勢，當井底蒸汽干度超過0.4以后，采收率上升幅度變緩；井底蒸汽干度越大，蒸汽加熱體積比 （蒸汽波及后油藏被加熱的孔隙體積與油藏總孔隙體積之比）越大，縱向和平面蒸汽腔越發(fā)育 （圖8、9），采收率越高。

圖6 不同原油黏度水平井蒸汽驅單儲凈產油曲線

圖7 不同干度水平井蒸汽驅采收率變化曲線

圖8 不同干度水平井蒸汽驅縱向溫度場

圖9 不同干度水平井蒸汽驅平面溫度場

分析原因認為，在蒸汽注入壓力與注入流速一定的情況下，隨著蒸汽干度的增加，管線和油藏的熱損失率逐漸降低。這是由于在飽和狀態(tài)下，蒸汽的溫度由蒸汽的壓力決定，在注入壓力與注入流速一定的情況下，隨著蒸汽干度的增加，管線和油藏內蒸汽的溫度將保持不變，所以其熱損失也不變；但干度的增加使蒸汽的熱焓增加，導致蒸汽的總焓增加。因此，在注入壓力與注入流速一定的情況下，隨著蒸汽干度的增加，油藏水平井蒸汽驅的開發(fā)效果逐漸變好。

2 研究結果

通過對水平井蒸汽驅井網形式、合理井距、油層厚度、原油黏度、井底蒸汽干度的系統(tǒng)研究，首次建立了一套完善的不同類型稠油油藏水平井蒸汽驅技術界限篩選標準 （表1），以此可指導水平井蒸汽驅方案編制和現(xiàn)場實施，為稠油油藏水平井蒸汽驅各項關鍵技術參數(shù)選取提供了較強的指導意義和借鑒作用。

表1 油價70美元/桶時水平井蒸汽驅技術界限篩選標準表

[1]程紫燕 .勝利油田稠油熱采數(shù)值模擬研究進展 [J].油氣地質與采收率，2010，17（6）：71～73.

[2]岳清山，趙洪巖，馬德勝 .蒸汽驅最優(yōu)方案設計新方法 [J].特種油氣藏，1997，4（4）：19～23.

[3]劉文章 .熱采稠油油藏開發(fā)模式 [M].北京：石油工業(yè)出版社，1998.195～214.

[4]高麗 .稀油砂巖油藏水驅后蒸汽驅提高采收率技術研究 [D].大慶：大慶石油學院，2010.

[5]郭青 .特超稠油蒸汽吞吐潛力評價 [D].東營：中國石油大學 （華東），2009.

[6]侯健，高達，孫建芳，等 .稠油油藏不同熱采開發(fā)方式經濟技術界限 [J].中國石油大學學報 （自然科學版），2009，33（6）：66～70.

[7]Westermarketal R V.Enhanced oil recovery with downhole vibration stimulation [J].SPE67303，2001.

[8]何艷青 .蒸汽驅技術進展 [J].世界石油工業(yè)，2000，7 （7）：44～47.