稠油油藏水平井不同注汽方式物模實(shí)驗(yàn)研究

劉廷峰，白艷麗，王善堂，梁 偉，郝婷婷，趙 曉

（中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000）

蒸汽熱采是目前稠油開發(fā)最有效的方式之一［1－2］。注入干度較高的蒸汽能夠顯著的降低原油黏度，改善原油流動(dòng)性，從而大幅度提高采收率。蒸汽腔的發(fā)育情況是影響蒸汽驅(qū)采收率的關(guān)鍵因素之一。蒸汽腔溫度越高，波及范圍越大，原油的降黏效果就越明顯，蒸汽驅(qū)開采效果就越好。利用水平井開采稠油油藏［3］，可以有效增加井筒的泄油面積，擴(kuò)大蒸汽腔的波及范圍。對均勻射孔的水平井而言［4－6］，由于水平段沿程壓降的存在，蒸汽出汽不均勻，水平段跟端出汽量大于趾端出汽量，因此，跟端蒸汽腔發(fā)育情況優(yōu)于趾端，導(dǎo)致水平段跟端過早產(chǎn)生氣竄，蒸汽波及范圍減小，原油采收率不高。本文應(yīng)用物理模擬方法，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際區(qū)塊資料，利用水平井蒸汽驅(qū)三維物理模擬系統(tǒng)，分別研究了非均勻注汽與均勻注汽情況下，蒸汽腔溫度場的發(fā)育情況，以及不同注汽方式下的井組的產(chǎn)油量、含水率、采收率、油汽比等參數(shù)的變化規(guī)律，為水平井均勻注汽的現(xiàn)場實(shí)施提供理論基礎(chǔ)。

1 物理模擬實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及參數(shù)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)所用裝置為高溫高壓三維物理模擬裝置（圖1），主要有四部分組成，包括注入系統(tǒng)、模型主體、產(chǎn)出系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。注入系統(tǒng)主要由蒸汽注入單元、藥劑注入單元和氣體注入單元組成。模型本體為三維填砂模型，內(nèi)部尺寸為500 mm×500 mm×200 mm。模型最大工作壓力為7 MPa，布置上中下三層熱電偶，可實(shí)時(shí)監(jiān)測模型內(nèi)部溫度場的變化。

實(shí)驗(yàn)以新疆排601區(qū)塊一典型稠油油藏井組單元為原型，根據(jù)相關(guān)相似準(zhǔn)則［7］和井組地質(zhì)、工藝參數(shù)，確定了三維物理?；瘏?shù)（表1）。

圖1 三維物理模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程

表1 模型參數(shù)設(shè)計(jì)

1.2 實(shí)驗(yàn)過程及方法

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：布置兩口水平井，對稱分布于油藏下方；均勻布置上中下三層共147個(gè)熱電偶。

（2）模型填砂：依據(jù)?；蟮挠筒貐?shù)，建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，恒溫并飽和原油?/p>

（3）蒸汽驅(qū)過程模擬：通過調(diào)整水平井段射孔分布來實(shí)現(xiàn)水平井均勻注汽。實(shí)驗(yàn)采用一注二采的布井方式，中間一口水平井為注汽井，兩側(cè)水平井為生產(chǎn)井。通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與壓力、溫度采集系統(tǒng)，研究了不同注汽方式下，蒸汽腔的形成及發(fā)育過程，以及不同注汽方式下井組的產(chǎn)油量、含水率、采收率、油汽比等各項(xiàng)開發(fā)指標(biāo)的變化特征。

2 蒸汽驅(qū)不同注汽方式實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 溫度場發(fā)育對比分析

非均勻注汽開采，蒸汽腔首先在水平井跟端形成，而后沿井筒方向延伸，并以圓球形向四周擴(kuò)展（圖2）。從中可看出蒸汽腔前緣以單點(diǎn)突進(jìn)的方式向邊井推進(jìn)，至蒸汽驅(qū)中期（圖2c），蒸汽腔前緣已到達(dá)井距的3／4處，到蒸汽驅(qū)后期（圖2d），蒸汽腔前緣已發(fā)育至生產(chǎn)井，此時(shí)，注入蒸汽會直接由生產(chǎn)井產(chǎn)出，蒸汽汽竄嚴(yán)重。蒸汽腔前緣不均勻推進(jìn)的原因是在相同的注汽面積下，由于井筒磨阻的存在，沿水平井筒各段蒸汽注入壓力逐漸降低，導(dǎo)致蒸汽在水平井根部注入量較大，溫度場發(fā)育主要集中在注入端。均勻注汽開發(fā)，蒸汽腔圍繞水平井筒均勻發(fā)育，并以圓柱形向四周擴(kuò)展（圖3）。從中可以看出，蒸汽腔前緣基本平行于水平井均衡向前推進(jìn)，至蒸汽驅(qū)中期（圖3c），蒸汽腔前緣位置不到井距的1／2處，到蒸汽驅(qū)后期（圖3d），蒸汽驅(qū)前緣剛到達(dá)井距的3／4處，與非均勻注汽相比，有效的避免了局部過早汽竄，擴(kuò)大了蒸汽波及范圍。

圖4為蒸汽驅(qū)非均勻注汽溫度場發(fā)育豎切圖。由圖可以看出，非均勻注汽到蒸汽驅(qū)中期（圖4b），蒸汽腔仍位于水平井跟端位置，長度占水平段總長度的1／3，水平井趾端溫度僅為80℃，遠(yuǎn)低于蒸汽腔溫度。至蒸汽驅(qū)后期（圖4c），蒸汽腔長度僅為水平段總長度的1／2，靠近跟端油藏上部溫度為237℃，蒸汽超覆嚴(yán)重。圖5為蒸汽驅(qū)均勻注汽溫度場發(fā)育的豎切圖，從中可看出，蒸汽腔長度為整個(gè)水平段長度，跟端中部溫度為253℃，趾端中部溫度為248℃，發(fā)育比較均衡。至蒸汽驅(qū)后期（圖5c），油藏上部平均溫度僅為71℃，與非均勻注汽相比，有效的避免了蒸汽過早超覆。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)具體油藏和開采方案設(shè)計(jì)要求，對于蒸汽吞吐或蒸汽驅(qū)開發(fā)的注汽井，應(yīng)采用在水平段不同位置開孔或分段配注等工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對地層的均勻注汽，從而擴(kuò)大蒸汽波及范圍，提高蒸汽利用率。

圖2 蒸汽驅(qū)非均勻注汽溫度場發(fā)育平面分布

圖3 蒸汽驅(qū)均勻注汽溫度場發(fā)育平面分布

2.2 不同注汽方式開發(fā)效果對比分析

圖6為蒸汽驅(qū)不同注汽方式下含水率與階段產(chǎn)油量曲線圖。從中可看出，相同注入量下，均勻注汽開發(fā)階段產(chǎn)油量明顯高于非均勻注汽開發(fā)階段產(chǎn)油量。注入階段為0～2.3 PV時(shí)，均勻注汽開發(fā)平均階段產(chǎn)油量為67.1 mL，而非均勻注汽開發(fā)平均階段產(chǎn)油量為37 mL。

圖7為蒸汽驅(qū)開發(fā)不同注汽方式下含水率與采出程度曲線圖。從中可看出：①均勻注汽開發(fā)能夠有效的減緩井組含水率的上升。非均勻注汽開發(fā)，蒸汽注入量為1.5 PV時(shí)，井組含水率達(dá)到98%。而均勻注汽開發(fā)，蒸汽注入量為2 PV時(shí)，井組含水率才達(dá)到98%。②相同含水率下，均勻注汽開發(fā)采出程度高于非均勻注汽開發(fā)。當(dāng)含水率為98%時(shí)，非均勻注汽開發(fā)的采出程度為22.8%；而均勻注汽開發(fā)的采出程度為40.8%，比非均勻注汽開發(fā)提高了18%。

圖4 蒸汽驅(qū)非均勻注汽溫度場發(fā)育軸向豎切剖面

圖5 蒸汽驅(qū)均勻注汽溫度場發(fā)育軸向豎切剖面

圖6 不同注汽方式含水率與階段產(chǎn)油量曲線

圖7 不同注汽方式含水率與采出程度曲線

通過以上分析可以得出：均勻注汽開發(fā)能夠有效的減緩井組含水率的上升，大幅度提高汽驅(qū)采收率。其原因是均勻注汽開發(fā)有效地避免了蒸汽腔前緣的單點(diǎn)突進(jìn)現(xiàn)象，蒸汽腔前緣基本是沿平行于水平井均衡向前推進(jìn)，這便延緩了蒸汽腔前緣到達(dá)生產(chǎn)井的時(shí)間，防止了蒸汽過早汽竄，擴(kuò)大了波及體積，從而提高了熱采采收率。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

截止2013年12月，水平井均勻注汽技術(shù)已在新疆排601區(qū)塊實(shí)施6井次。投產(chǎn)初期平均產(chǎn)液量54 t／d，產(chǎn)油量24.5 t／d，平均含水率為60.2%，其峰值分別為產(chǎn)液量61.6 t／d，產(chǎn)油量30.2 t／d和含水率52%。累積產(chǎn)油量15 042 t，階段油氣比為0.56，取得了良好的開發(fā)效果。與以往水平井開發(fā)相比，平均產(chǎn)液量提高了2.6倍，平均產(chǎn)油量提高了3.5倍，累積產(chǎn)油量提高了4.5倍。

4 結(jié)論

（1）非均勻注汽開發(fā)，蒸汽腔主要發(fā)育在井筒跟端，趾端發(fā)育較差甚至不發(fā)育。蒸汽驅(qū)中期，井筒跟端油藏上部溫度為232℃，蒸汽超覆嚴(yán)重。到蒸汽驅(qū)后期，蒸汽腔沿井筒方向長度僅為水平井段長度的1／2。均勻注汽開發(fā)，蒸汽腔沿整個(gè)水平井段均勻發(fā)育，蒸汽腔前緣基本平行于水平生產(chǎn)井均衡向前推進(jìn)。蒸汽驅(qū)中期，油藏上部平均溫度為70℃，不易發(fā)生蒸汽超覆。

（2）均勻注汽開發(fā)能夠避免蒸汽腔前緣的單點(diǎn)突進(jìn)現(xiàn)象，降低蒸汽腔前緣向生產(chǎn)井推進(jìn)的速度。在相同的井距和注汽量下，非均勻注汽開發(fā)蒸汽腔前緣到達(dá)井距的3／4處時(shí)，均勻注汽開發(fā)蒸汽腔前緣還沒有到達(dá)井距的1／2處，有效防止了過早汽竄。

（3）均勻注汽開發(fā)能夠有效地?cái)U(kuò)大波及體積，增加儲量動(dòng)用程度，對比含水98%時(shí)采出程度，均勻注汽開發(fā)比非均勻注汽開發(fā)提高了14.2%。

［1］ 王大為，周耐強(qiáng)，牟凱.稠油熱采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.西部探礦工程，2008，9（12）：129－131.

［2］ 李力行，戰(zhàn)永平，付春麗.稠油開采方法綜述［J］.應(yīng)用科學(xué)，2008，（12）：86－88.

［3］ 許佩勇.水平井在薄層稠油油藏中的應(yīng)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，（12）：39－41.

［4］ 薛世峰，王海靜，朱桂林，等.改善水平井吸汽剖面的計(jì)算模型［J］.特種油氣藏，2008，15（5）：94－96.

［5］ 陳新民.水平井均勻注汽工藝在濱南油田的研究與應(yīng)用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2009，16（2）：106－110.

［6］ 陳治軍，黃曉東，彭輝.等.稠油水平井均勻注汽工藝技術(shù)研究及應(yīng)用［J］.新疆石油科技，2010，3（2）：9－11.

［7］ Kimber K D，F(xiàn)arouq Ali S M.New option for scaling steam injection experiments［J］.SPE18751，1989：59－67.