薄層特超稠油油藏SAGD開發(fā)適應(yīng)性評價

王傳飛

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

薄層特超稠油油藏SAGD開發(fā)適應(yīng)性評價

王傳飛

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

針對春暉油田哈淺1塊油層厚度薄、原油黏度大的特點，開展室內(nèi)物理模擬實驗，研究了薄層特超稠油SAGD開發(fā)生產(chǎn)特征以及開發(fā)效果評價。在實驗擬合基礎(chǔ)上，基于數(shù)值模擬和經(jīng)濟評價，研究了油藏參數(shù)對SAGD開發(fā)效果的影響，并確定了SAGD開發(fā)的油藏參數(shù)界限。研究結(jié)果表明:薄層特超稠油油藏SAGD開發(fā)的主要采油階段為蒸汽腔橫向擴展階段;實驗最終采收率為39.7%，累計油汽比為0.199;在國際油價2 604元/t下，當油藏有效厚度大于15 m，原油黏度大于20×104mPa·s，平面滲透率大于1 000×10-3μm2，垂向滲透率大于50×10-3μm2時，采用SAGD開發(fā)具有較強的油藏適應(yīng)性，能夠取得較高的采收率和內(nèi)部收益率，具有廣闊的應(yīng)用前景。研究成果對目標區(qū)塊開展SAGD先導(dǎo)試驗具有指導(dǎo)意義。

稠油油藏;SAGD;物理模擬;數(shù)值數(shù)模;采收率;經(jīng)濟評價

0 引言

SAGD技術(shù)是特超稠油油藏開發(fā)的有效方法［1-5］。目前SAGD技術(shù)在新疆風(fēng)城油田、遼河油田得到成功應(yīng)用［6-10］。春暉油田哈淺1塊埋藏淺，巖性復(fù)雜，隔夾層發(fā)育，油層厚度為10～25 m，油層溫度23℃下脫氣原油黏度為1 914×104mPa·s，屬于淺薄層特超稠油油藏，常規(guī)的熱采開發(fā)方式難以有效動用。因此，前期開展SAGD開發(fā)先導(dǎo)試驗研究，以期能夠達到有效動用該區(qū)塊儲量的目的。依托室內(nèi)物理模擬實驗和數(shù)值模擬，深入分析了薄層特超稠油油藏SAGD開發(fā)機理，評價油藏適應(yīng)性，為SAGD技術(shù)在該類油藏中的應(yīng)用提供依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。

1 SAGD物理模擬實驗

1.1 實驗裝置與模型

SAGD物理模擬實驗采用了三維實驗裝置，該系統(tǒng)裝置包括注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、測溫測壓元件、產(chǎn)出液分離與計量、數(shù)據(jù)采集與實驗數(shù)據(jù)處理軟件5個部分。模型系統(tǒng)尺寸為50 cm×50 cm×4 cm，內(nèi)部采用隔熱材料，可在不同位置布設(shè)測溫、測壓點。

依據(jù)相似理論［11-13］，對哈淺1塊油藏參數(shù)進行了比例模擬，確定了模型參數(shù)。模型幾何尺寸為50.0 cm×12.0 cm×4.3 cm，油層厚度為12 cm，布置上下2口水平井，上水平井離頂部蓋層5 cm，下水平井離底層2 cm。模型中共設(shè)計68個熱電偶用來監(jiān)測蒸汽腔發(fā)育狀況。

1.2 結(jié)果分析

1.2.1 溫度場發(fā)育特征

通過對溫度場的監(jiān)測，可以看出蒸汽腔整體發(fā)育特點:蒸汽腔上升時間比較短，而橫向擴展和下降時間相對比較長。蒸汽腔發(fā)育過程如圖1所示。

(1)蒸汽腔形成階段。由于油層厚度薄，隨著蒸汽的注入，蒸汽很快到達油層頂部，在注汽井上部形成蒸汽腔，如圖1a所示。

(2)蒸汽腔擴展階段。當蒸汽到達油藏頂部后，蒸汽腔開始橫向擴展，并逐漸到達油藏兩側(cè)邊緣，形成一個“倒三角形”狀蒸汽腔，如圖1b所示。

(3)蒸汽腔下降階段。隨著蒸汽的繼續(xù)注入，蒸汽腔開始緩慢向下擴展。最后下部生產(chǎn)井上方基本都被蒸汽充滿，大量蒸汽從生產(chǎn)井采出，SAGD過程結(jié)束，如圖1c所示。

圖1 SAGD不同開發(fā)階段溫度場

1.2.2 生產(chǎn)動態(tài)特征

物理模擬實驗SAGD的3個開發(fā)階段特征較為顯著，實驗最終采收率能夠達到39.7%，累計油汽比為0.199，如圖2所示。

圖2 SAGD物理模擬生產(chǎn)動態(tài)曲線

(1)蒸汽腔上升階段。該階段含水率快速下降，由初期的93.0%下降至81.6%，階段采出程度只有2.7%。

(2)蒸汽腔擴展階段。該階段含水率主要在70.0%左右波動，產(chǎn)油量穩(wěn)定在8 mL/min左右，穩(wěn)產(chǎn)時間約為40 min，持續(xù)時間比較長，階段采出程度為28.2%，為SAGD開發(fā)的主要產(chǎn)油階段。

(3)蒸汽腔下降階段。該階段隨著蒸汽不斷從下部生產(chǎn)井采出，含水不斷上升，由70.0%逐漸上升至90.0%左右，產(chǎn)油量迅速下降，階段采出程度為8.8%。

2 SAGD油藏經(jīng)濟適應(yīng)性評價

2.1 實驗擬合

實驗擬合采用CMG-STARS數(shù)值模擬軟件，主要擬合了實驗過程中的產(chǎn)液量和產(chǎn)油量，來獲取較為準確的油藏流體與高壓物性參數(shù)，如圖3所示。

2.2 數(shù)值模擬模型

在實驗擬合的基礎(chǔ)上，建立哈淺1塊SAGD數(shù)值模擬模型。油藏埋深為320 m，油層厚度為15m，平面滲透率平均為1 750×10-3μm2，垂向滲透率與水平滲透率比值為0.2，地層原油黏度約為646× 104mPa·s，初始含油飽和度為0.646，地層溫度為23℃，原始地層壓力為3.3 MPa。模型中雙水平井水平段長度各為800 m，上下水平井垂向距離為5 m，預(yù)熱階段采用雙水平井循環(huán)預(yù)熱方式，當井間溫度達到60～80℃后實現(xiàn)井間熱連通，隨之轉(zhuǎn)入SAGD生產(chǎn)階段。

圖3 SAGD產(chǎn)液量和產(chǎn)油量實驗擬合曲線

2.3 經(jīng)濟評價方法

SAGD方案在稠油熱采開發(fā)中屬于高風(fēng)險、高成本技術(shù)，因此，開發(fā)方案需要進行經(jīng)濟評價，謹慎投資。SAGD開發(fā)末期凈現(xiàn)值公式為［14-15］:

式中:ξ為累計財務(wù)凈現(xiàn)值，元;t為開發(fā)年限，a;j為計算時間，a，j=1，…，t;β為原油商品率;Qoj為SAGD年產(chǎn)油量，t/a;Po為原油價格，元/t;n為井數(shù)，口;Cm為單井年操作費用，元;Qsj為SAGD年注汽量，t/a;Rs為資源稅，%;R為綜合稅率，%;ic為基準收益率;Lv為水平井垂直井段長度，m;Lh為水平井水平段長度，m;Pd為單位進尺鉆井成本，元/ m;Is為單井地面投資費用，元;Vr為開采期末地面設(shè)備殘值的折現(xiàn)值，元。

利用該公式即可求出SAGD方案內(nèi)部收益率，當計算內(nèi)部收益率低于石化行業(yè)基準收益率(15%)時，即可認為方案不可行。文中經(jīng)濟評價中的原油價格取2 604元/t。

2.4 影響因素分析

(1)油層厚度。SAGD開發(fā)過程中，流體的重力作用是主要驅(qū)動力。顯然，油層厚度越大，重力作用越明顯，沿著蒸汽腔邊緣流入到生產(chǎn)井的原油越多，開發(fā)效果和經(jīng)濟效益越好。數(shù)值模擬表明，油層厚度越小，SAGD采收率和內(nèi)部收益率越低，當油層厚度小于15 m時，開發(fā)效果和經(jīng)濟效益急劇下降，內(nèi)部收益率低于石化行業(yè)基準收益率(15%)，不適于SAGD開發(fā)。

(2)地層原油黏度。SAGD開發(fā)優(yōu)勢就是適用于原油黏度非常大的油藏。數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果表明，隨著原油黏度的增加，采收率和內(nèi)部收益率雖然均有所降低，但對于地層原油黏度大于20× 104mPa·s以上的油藏，SAGD開發(fā)仍具有較好的開發(fā)效果和可觀的經(jīng)濟效益(內(nèi)部收益率大于石化行業(yè)基準收益率)，這是常規(guī)熱采開發(fā)方式所不能比擬的。

(3)油層滲透率。油層滲透率直接影響SAGD蒸汽腔的空間擴展體積，而蒸汽腔發(fā)育良好是SAGD開發(fā)成功的關(guān)鍵。滲透率影響蒸汽腔的發(fā)育主要體現(xiàn)在2個方面:一方面是平面滲透率，主要影響蒸汽腔在油層中橫向擴展;另一方面是垂向滲透率，主要影響蒸汽的上升速度，影響蒸汽腔的縱向擴展。計算結(jié)果表明，平面滲透率和垂向滲透率越大，采收率和內(nèi)部收益率越高，開發(fā)效果越好。按照石化行業(yè)基準收益率值計算，平面滲透率界限值為1 000.0×10-3μm2，垂向滲透率界限值為50.0×10-3μm2。

3 應(yīng)用前景

4 結(jié)論

(1)室內(nèi)物理模擬實驗表明，對于薄層特超稠油油藏，采用SAGD開發(fā)依然能夠取得比較好的開發(fā)效果，采收率能夠達到39.7%，累計油汽比近0.199。

(2)對于薄層特超稠油油藏，SAGD蒸汽腔形成擴展階段和下降時間所需時間相對較短;蒸汽腔橫向擴展階段相對較長，為薄層特超稠油油藏的主要生產(chǎn)階段。

(3)油層厚度、地層原油黏度和油層滲透率對SAGD開發(fā)效果影響非常顯著。當油價為2 604元/t時，SAGD適用于地層原油黏度比較大(大于20×104mPa·s)、具有一定的油層厚度(大于15 m)、滲透率(平面滲透率大于1 000×10-3μm2，垂向滲透率大于50×10-3μm2)比較高的稠油油藏。

(4)春暉油田哈淺1塊采用SAGD開發(fā)可增加可采儲量229×104t，具有良好的應(yīng)用前景。

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編輯朱雅楠

TE345

A

1006-6535(2015)05-0129-04

20150602;改回日期:20150728

中國石油化工股份公司科研項目“極淺層特超稠油油藏SAGD開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”(P13055)

王傳飛(1984-)，男，工程師，2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，2010年畢業(yè)于該校油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事稠油熱采、油藏數(shù)值模擬相關(guān)的科研與生產(chǎn)工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.029