稠油油藏蒸汽驅(qū)影響因素數(shù)值模擬研究——以齊40塊蒸汽驅(qū)為例

劉薇薇，時 光

（1．中國石油冀東油田分公司，河北唐山063004；2．東北石油大學(xué)提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實驗室）

蒸汽驅(qū)是目前國內(nèi)外開采稠油油藏比較成熟的開發(fā)方式，最終采收率可以達(dá)到50%以上［1－5］。但蒸汽波及效率低一直是困擾蒸汽驅(qū)開發(fā)工程的重大難題，改善蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的關(guān)鍵是如何擴(kuò)大蒸汽波及體積，而影響蒸汽波及體積的因素又非常復(fù)雜。通過多年的蒸汽驅(qū)開發(fā)實踐研究認(rèn)為，油藏地質(zhì)因素（油藏的韻律、隔夾層、滲透率各向異性、射孔位置等）和注采工藝（分層注汽）與蒸汽波及體積密切相關(guān)［6－10］。為了全面系統(tǒng)地分析眾多因素對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響，本文以齊40塊油藏參數(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用蒸汽驅(qū)基礎(chǔ)模型，應(yīng)用CMG模擬軟件中的STARS模塊進(jìn)行數(shù)值模擬計算，對各個影響因素做了系統(tǒng)分析。

1 齊40塊基本情況

齊40塊在構(gòu)造上位于遼河油田西部凹陷西斜坡上臺階中段，構(gòu)造面積為8．5 km2。油藏埋藏深度為－622～－1 050 m，巖心分析平均孔隙度為31．5%，平均滲透率為2 062×10－3μm2，屬于高孔、高滲儲層。原始地層壓力為8～11 MPa，油層溫度為36．0～43．6℃。原油屬于高黏度、高密度、低凝固點(diǎn)稠油，50℃地面脫氣原油黏度為2 639 mPa·s，20℃原油密度為0．9686 g／cm3，凝固點(diǎn)為2．2℃，屬于斷層遮擋的巖性－構(gòu)造、邊水中～厚層稠油油藏。齊40塊于1998年開始了國際上首例中深層稠油蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗，并于2003年開始進(jìn)行擴(kuò)大蒸汽驅(qū)試驗。

2 蒸汽驅(qū)基礎(chǔ)模型

根據(jù)齊40塊油藏特點(diǎn)，選取油藏基本參數(shù)（表1），建立反九點(diǎn)井網(wǎng)蒸汽驅(qū)均質(zhì)模型，模型平面網(wǎng)格為29×29，網(wǎng)格大小為4．83 m，縱向網(wǎng)格為18，網(wǎng)格大小為3 m。

首先采用反五點(diǎn)井網(wǎng)（100 m×140 m）進(jìn)行蒸汽吞吐開采到油藏壓力約為3 MPa（采出程度接近30%）時再轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)，蒸汽驅(qū)時加密為反九點(diǎn)井網(wǎng)（70 m×100 m）。

表1 油藏基本參數(shù)

3 蒸汽驅(qū)影響因素分析

3．1 滲透率變異系數(shù)的影響

3．1．1 正韻律油藏

研究滲透率變異系數(shù)從0變化到0．8時對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響，具體滲透率分布模式見表2。模擬結(jié)果表明，隨著滲透率變異系數(shù)的增大，采出程度和油汽比逐漸增加，當(dāng)滲透率變異系數(shù)超過0．7后采出程度和油汽比減?。▓D1）。數(shù)模結(jié)果表明，隨著滲透率變異系數(shù)的增大，蒸汽波及體積增大，蒸汽突破時間延長；當(dāng)滲透率變異系數(shù)超過0．7后波及體積減小，蒸汽突破加快。

表2 不同滲透率變異系數(shù)的滲透率分布

圖1 不同滲透率變異系數(shù)的開發(fā)效果對比

3．1．2 反韻律油藏

研究滲透率變異系數(shù)從0變化到0．8時對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響，具體滲透率分布模式見表3。模擬結(jié)果表明，隨著滲透率變異系數(shù)的增大，采出程度和油汽比逐漸減?。▓D2）。數(shù)模結(jié)果還表明，隨著滲透率變異系數(shù)的增大，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破加快。

表3 不同滲透率變異系數(shù)的滲透率分布

3．2 油藏傾角的影響

圖2 不同滲透率變異系數(shù)的開發(fā)效果對比

研究油藏IJ方向傾角從0°變化到25°時對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響。模擬結(jié)果表明，隨著傾角的增大，蒸汽突破加快，截止到蒸汽突破時，隨著傾角的增大，采出程度逐漸減小，生產(chǎn)時間逐漸縮短（圖3）。其中，油汽比逐漸增加是減少注汽量、降低注汽速度的結(jié)果。從數(shù)模結(jié)果還可以看出，隨著傾角的增大，上傾方向的蒸汽波及體積增大，下傾方向的蒸汽波及體積減小，總的波及體積減小。由此可以看出，當(dāng)油藏傾角很小時，蒸汽的波及形態(tài)受構(gòu)造傾角的影響較小，蒸汽腔能夠在構(gòu)造高部位和低部位的井間較為均勻的擴(kuò)展，因此蒸汽驅(qū)最終采收率和蒸汽波及體積較高；當(dāng)構(gòu)造傾角逐漸增大時，蒸汽腔發(fā)育的方向性越來越明顯，構(gòu)造高部位油井汽竄風(fēng)險越來越大，汽竄時間越來越早。

圖3 不同油藏傾角下開發(fā)效果對比

3．3 層狀油藏隔層厚度的影響

在前面基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，修改模型，縱向網(wǎng)格數(shù)仍為18，縱向分為7層，其中油層4層，每層3個網(wǎng)格，每個網(wǎng)格3 m，油層的凈毛比為0．869，這樣使該層狀油藏與前面的塊狀油藏的地質(zhì)儲量相同；隔層3層，每層2個網(wǎng)格，變化隔層每個網(wǎng)格的厚度來改變隔層的厚度從2 m變化到10 m。模擬結(jié)果表明，無隔層的開發(fā)效果比有隔層的開發(fā)效果差很多；隨著隔層厚度的增加，采出程度和油汽比逐漸減?。▓D4）。從數(shù)模結(jié)果還可以看出，隨著隔層厚度的增加，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破較晚，當(dāng)隔層厚度超過8 m后突破加快。

3．4 射孔位置的影響

3．4．1 油藏?zé)o隔層

圖4 不同隔層厚度下開發(fā)效果對比

研究油藏全部射孔、射開油藏下部1／2、油藏下部1／3及油藏下部2／3時對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響。模擬結(jié)果表明，射開油藏下部1／3的采出程度和油汽比最高；全部射開油層的采出程度和油汽比最低（表4）。數(shù)模結(jié)果還表明，射開油藏下部1／3的蒸汽波及體積最大，蒸汽突破時間最長；全部射開油層的蒸汽波及體積最小，蒸汽突破時間最短。

3．4．2 油藏有隔層

表4 不同射孔位置的開發(fā)效果對比（油藏?zé)o隔層）

研究每層全部射孔、射開每層下部1／3及每層下部2／3時對蒸汽驅(qū)開發(fā)效果的影響。模擬結(jié)果表明，射開每層下部1／3的采出程度和油汽比最高；全部射開油層的采出程度和油汽比最低（表5）。數(shù)模結(jié)果還表明，射開每層下部1／3的蒸汽波及體積最大，蒸汽突破時間最長；全部射開油層的蒸汽波及體積最小，蒸汽突破時間最短。

3．5 平面滲透率各向異性的影響

表5 不同射孔位置的開發(fā)效果對比（油藏有隔層）

研究油藏平面上主河道側(cè)向滲透率分別為主河道方向滲透率的0．2，0．4，0．6，0．8，1．0倍時對蒸汽驅(qū)油效果的影響。模擬結(jié)果表明，平面滲透率各向異性越強(qiáng)，采出程度和油汽比越低，開發(fā)效果越差（表6）。數(shù)模結(jié)果還表明，平面滲透率各向異性越強(qiáng)，蒸汽波及體積越小，蒸汽突破越早。

表6 不同滲透率各向異性開發(fā)效果對比

3．6 層狀油藏縱向分層注汽的影響

修改模型使縱向分4個油層，3個隔層，每層油層滲透率為2 000×10－3μm2。設(shè)計3個分層注汽方案。方案1：不分層注汽，4個層統(tǒng)一注汽100 m3／d；方案2：分2層注汽，其中1－2油層為一個注汽層，3－4油層為一個注汽層，各注50 m3／d；方案3：分4層注汽，每個油層各注25 m3／d。

模擬計算結(jié)果表明，分層注汽級數(shù)越多，開發(fā)效果越好（表7）。從數(shù)模結(jié)果還可以看出，分層注汽級數(shù)越多，蒸汽波及體積越大，蒸汽突破越晚。

4 結(jié)論

（1）隨著正韻律油藏滲透率變異系數(shù)的增大，采出程度和油汽比逐漸增加，蒸汽波及體積增大，當(dāng)滲透率變異系數(shù)超過0．7后采出程度和油汽比減小，波及體積減?。浑S著反韻律油藏滲透率變異系數(shù)的增大，采出程度和油汽比減小，蒸汽波及體積減小。

（2）隨著油藏傾角的增大，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破加快，截止到蒸汽突破時，隨著傾角的增大，采出程度逐漸減?。粺o隔層的開發(fā)效果比有隔層的開發(fā)效果差很多，隨著隔層厚度的增加，采出程度和油汽比逐漸減小，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破較晚，當(dāng)隔層厚度超過8 m后突破加快。

表7 分層注汽開發(fā)效果對比

（3）無論油藏有無隔層情況下，射開下部1／3位置時，蒸汽波及體積最大，開發(fā)效果最好；全部射開油層時，蒸汽波及體積最小，開發(fā)效果最差；平面滲透率各向異性越強(qiáng)，蒸汽波及體積越小，開發(fā)效果越差；分層注汽級數(shù)越多，蒸汽波及體積越大，開發(fā)效果越好。

［1］岳清山，沈德煌．有關(guān)稠油油藏驅(qū)油效率的討論［J］．特種油氣藏，2002，9（1）：28－30．

［2］陽鑫軍．稠油開采技術(shù)［J］．海洋石油，2003，23（2）：55－60．

［3］趙洪巖．遼河中深層稠油蒸汽驅(qū)技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．石油鉆采工藝，2009，31（S1）：110－114．

［4］梁作利，唐清山，柴利文．稠油油藏蒸汽驅(qū)開發(fā)技術(shù)［J］．特種油氣藏，2000，7（2）：46－48．

［5］王旭．遼河油區(qū)稠油開采技術(shù)及下步技術(shù)攻關(guān)方向探討［J］．石油勘探與開發(fā)，2006，33（4）：484－490．

［6］喻高明．水平井蒸汽驅(qū)開采稠油數(shù)值模擬研究［J］．特種油氣藏，1999，6（11）：18－22．

［7］王中元．齊40塊蒸汽驅(qū)蒸汽波及規(guī)律研究［J］．特種油氣藏，2007，14（4）：65－67．

［8］李艷玲．稠油油藏蒸汽驅(qū)地質(zhì)影響因素研究［J］．特種油氣藏，2009，16（5）：58－60．

［9］李平科，張俠，岳清山．蒸汽驅(qū)中主要工藝參數(shù)對開發(fā)效果的影響［J］．特種油氣藏，1996，3（2）：13－17．

［10］蘇玉亮，高海濤．稠油蒸汽驅(qū)熱效率影響因素研究［J］．?dāng)鄩K油氣田，2009，16（2）：73－74．

［11］殷代印，張湘娟．朝陽溝油田蒸汽驅(qū)數(shù)值模擬研究［J］．特種油氣藏，2008，15（1）：59－62．