利用儲層高滲透層提高蒸汽驅(qū)油效果數(shù)值模擬研究

楊 釗， 盧澍韜， 孟祥萍， 龔 瑩

（1.東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶163318；2.大慶天然氣分公司儲運二大隊輸氣四隊，黑龍江大慶163000）

儲層非均質(zhì)性是油藏表征的核心內(nèi)容，其研究水平會直接影響到開發(fā)方案的部署及開發(fā)效果的好壞［1－6］。遼河油田A 區(qū)塊在漫長的地質(zhì)發(fā)育過程中，經(jīng)歷了后期成巖和地質(zhì)構(gòu)造等改造作用，儲層中存在高滲透層，其存在形式對開發(fā)效果有很大影響。該區(qū)塊早期依靠天然能量生產(chǎn)，此后地層能量不足進行注水開發(fā)補充地層能量，到目前該區(qū)塊含水較高，采油速度低。

近年來，水平井技術(shù)及蒸汽驅(qū)熱采技術(shù)在遼河油田實施規(guī)模不斷擴大，由于水平井擁有較大的過流面積，水平井注蒸汽開發(fā)會改善驅(qū)油效果［7］。因此，A 區(qū)塊開展了水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)研究。本文通過數(shù)值模擬建立了研究區(qū)精細地質(zhì)模型，根據(jù)儲層中存在高滲層的實際情況，利用數(shù)值模擬技術(shù)優(yōu)選水平井的位置、水平段層位、射孔層段以及注氣參數(shù)，這將為開發(fā)方案提供理論依據(jù)［8－9］。

1 油田概況及建模

研究區(qū)含油面積0.53km2，油藏埋深1 475～1 700 m，油層有效厚度100 m，平均孔隙度為14.4%，平均滲透率為154.6×10－3μm2。原油為普通稠油，地層條件下原油黏度為57mPa·s，飽和壓力為12.6 MPa。目前開采目的層S32，工區(qū)自1992年5月開始投產(chǎn)，采出程度為16.2%，含水率達到86.5%。

此研究區(qū)塊的模擬模型為三維三相熱采模型，基于Petrel建模軟件建立精細地質(zhì)模型?？紤]工區(qū)面積、地層厚度及井網(wǎng)密度等因素，平面網(wǎng)格步長為22m×22m，垂向上盡量按比例劃分，平均每5 m一個網(wǎng)格，將縱向上劃分為19個模擬層，以滿足可分辨出較薄夾層的要求。整個網(wǎng)格系統(tǒng)為4 4×44×19（見圖1），其中有效網(wǎng)格21 861個。

圖1 網(wǎng)格系統(tǒng)及井位Fig.1 Grid system and wellarray maps

2 歷史數(shù)據(jù)擬合

需要擬合的指標有地質(zhì)儲量及區(qū)塊和生產(chǎn)井的生產(chǎn)動態(tài)［10－11］。初始化參數(shù)場形成以后，結(jié)合地質(zhì)、測井、油藏工程分析資料，對孔隙度、有效厚度、滲透率等不確定參數(shù)進行了修正，經(jīng)過多次預處理檢查、預處理計算，反復進行儲量擬合，最終初始化計算的儲量為4.41×106t，擬合石油地質(zhì)儲量為4.37×106t，相對誤差為0.9%。對區(qū)塊的地層壓力、綜合含水率、累計產(chǎn)油量以及36口單井的含水率進行了擬合計算，相對誤差小于2%，單井擬合程度大于95%的井共19口，占52.8%，擬合程度大于85%的井有27口，占75%，整體擬合情況比較好。

3 水平井井位設(shè)計

3.1 水平井段方向設(shè)計

水平井注蒸汽對于A 區(qū)塊有很大的優(yōu)勢，水平井注蒸汽主要考慮：一是獲得最大的蒸汽驅(qū)控制儲量；二是最大限度的控制儲層油水運動的不均衡性，獲得最大的波及系數(shù)［12］。根據(jù)目前剩余油分布及井網(wǎng)形式，考慮在工區(qū)東北區(qū)域部署平行于井排的注蒸汽的水平井（見圖2），彌補該區(qū)域注采體系。

圖2 水平井段方向Fig.2 The direction of horizontal well

3.2 水平井軌跡優(yōu)化設(shè)計

在設(shè)計水平段方向基礎(chǔ)上，考慮到儲層存在高滲透層的情況，水平段軌跡設(shè)計是按照平行于高滲透層的方向設(shè)計的（見圖3），根據(jù)儲層縱向上劃分19個層，設(shè)計了19種水平段軌跡方案，對各方案的水平段軌跡在不同層位進行計算，計算范圍是對圖2藍色范圍中的井組計算。

圖3 縱向滲透率分布與水平井軌跡Fig.3 The vertical permeability distribution and horizontal well trajectory

蒸汽驅(qū)模擬條件：注汽速率為250 m3／d，井底蒸汽溫度200 ℃、蒸汽干度為40%，水平段全射孔，水平段長度220m；以含水率達到98%為經(jīng)濟極限進行計算。通過數(shù)值模擬計算，得到不同方案的采出程度及油氣比變化（見圖4）。

圖4 水平井軌跡不同層位采出程度油氣比對比Fig.4 Recovery of horizontal well trajectory in different horizon

由圖4可以看出，在相同條件下，水平井軌跡在第9層位時蒸汽驅(qū)油采出程度及油氣比最大。水平段軌跡射開高滲透層（第7層）時計算的采出程度為19.5%，油氣比是0.236；水平段軌跡射開8、9、10或11層時計算的采出程度和油氣比均高于水平段軌跡射開高滲透層的，這說明水平段距高滲層下方一定距離會更有效利用高滲層提高蒸汽驅(qū)的驅(qū)油效果。通過數(shù)值計算得出水平井軌跡在第9層位為最優(yōu)層位。

圖5為水平井注蒸汽縱向剩余油及流線分布情況，由圖5可以看出，水平井注蒸汽時，由于蒸汽的上覆作用，當蒸汽到達高滲層后，在高滲透層快速水平突進，并以較大接觸面積向上繼續(xù)加熱油層，根據(jù)地質(zhì)情況，模型中高滲透層是第7層，當水平段軌跡位于第9層時剛好可以利用蒸汽在油藏中的運動方式對油層進行有效的加熱，增大泄油面積，提高蒸汽驅(qū)油效果。

圖5 水平井注蒸汽縱向剩余油及流線分布Fig.5 Steam injection distribution graph of remaining oil with horizontal wells

3.3 水平段長度優(yōu)化

水平井位在該區(qū)域受到井網(wǎng)井距約束，根據(jù)之前優(yōu)選的水平井軌跡所在第9 層段，分別對180、230、280、330、380m 水平段長度進行計算，得出結(jié)果見圖6。

從圖6可以看出，230 m 的水平段長度為最優(yōu)方案。對于水平井蒸汽驅(qū)來說，水平段長度并不是越長越好，對于一定的注入量來說，水平段越長則單位長度的注汽量減少，使蒸汽在油層中的推進速度減小。另一方由于模擬的水平段全部都射孔，大量蒸汽向高滲透的射孔層段流出，導致過長的水平末端蒸汽量減少，使蒸汽的熱值利用率不高。

圖6 水平段不同長度采出程度及油氣比對比Fig.6 Recovery of different horizontal length

4 注汽參數(shù)優(yōu)化

4.1 注汽速度優(yōu)選

不同的注入速度必然會導致開采效果的不同，根據(jù)之前優(yōu)選的水平段軌跡在第9層，水平段長度230m，在蒸汽干度為40%的情況下，分別計算了150、200、250、300 m3／d四種注汽速度的蒸汽驅(qū)開發(fā)效果（見圖7）。

圖7 不同注汽速度采出程度及油氣比對比Fig.7 Recovery of different steam injection rate

從圖7可以看出，隨著注入速度的增加，注入到地層里的蒸汽量增多，熱量也就增多，原油被加熱后有效的采出地面，提高采出程度。但較高的注入量使油汽比下降較快，影響經(jīng)濟成本。注汽速度在150～250m3／d采出程度大幅度上升，當速度到300 m3／d采出程度上升幅度減少，油氣比大幅度下降，就本例來講，最佳注汽速度為250m3／d。

4.2 注汽干度的優(yōu)選

在蒸汽驅(qū)開采過程中，干度影響著蒸汽的熱能，在注汽速度250m3／d條件下，計算了井底蒸汽干度分別為10%、20%、30%、40%、50%時的蒸汽驅(qū)開發(fā)效果（見圖8）。

圖8 不同蒸汽干度采出程度及油氣比對比Fig.8 Recovery of different steam dryness

從圖8可以看出，隨著蒸汽干度的增加，熱能增加，原油的采出程度增加，油氣比提高。蒸汽干度從10%增加到40%時，采出程度及油氣比均大幅度提高，當蒸汽干度到50%時采出程度及油氣比上升幅度大幅度減小，所以實際注入時應(yīng)盡量提高蒸汽干度，但過高的干度采出程度不但增加有限，而且凈產(chǎn)油下降。也就是說，這時增加蒸汽干度所增加的油量不足以抵消增加蒸汽干度所消耗的燃油量。通過分析得出，40%的蒸汽干度為最優(yōu)方案。

5 結(jié)論

（1）通過對A 區(qū)塊精細數(shù)值模擬，在設(shè)計水平井井位的基礎(chǔ)上進行了水平段軌跡優(yōu)化，得出水平段軌跡打在第9層為最優(yōu)方案。通過分析得出：儲層存在高滲透層時，蒸汽到達高滲層后，在高滲層快速水平突進，并以較大接觸面積向上繼續(xù)加熱油層，最終可以實現(xiàn)油層縱向上的均勻波及。這樣可使油層獲得較大面積的加熱，達到良好的驅(qū)替效果。

（2）對水平井蒸汽驅(qū)水平段長度進行優(yōu)化，得出水平段長度為230m 為最優(yōu)長度。

（3）對注汽參數(shù)進行優(yōu)化得出，其最佳注汽速度為250m3／d，井底蒸汽干度為40%。

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