夾層對SAGD開發(fā)效果影響研究

石蘭香，李秀巒，劉榮軍，周 游，何萬軍

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 2.提高采收率國家重點實驗室，北京 100083; 3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

夾層對SAGD開發(fā)效果影響研究

石蘭香1，2，李秀巒1，2，劉榮軍3，周 游1，2，何萬軍3

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083; 2.提高采收率國家重點實驗室，北京 100083; 3.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

針對油藏內(nèi)部夾層影響SAGD開發(fā)效果的問題，運用分類分析、正交實驗設(shè)計、數(shù)值模擬等方法，確定了夾層影響SAGD開發(fā)效果的主控因素及其影響程度。研究表明:夾層影響熱連通，阻礙蒸汽腔的發(fā)育，進而降低了SAGD前期到中期采油速度;夾層與注采井的相對位置關(guān)系對SAGD生產(chǎn)效果影響顯著;無泄流通道情況下，夾層影響SAGD開發(fā)效果的主控因素是夾層沿水平井方向發(fā)育的長度或者夾層所處位置離注汽井的距離;井間夾層長度達到水平井長度40%或注汽井上方夾層在注汽井上方3 m以內(nèi)，采油速度降低40%以上?？衫弥本o助注汽的方式擴大蒸汽腔發(fā)育體積，提高SAGD采油速度。研究成果對夾層發(fā)育的超稠油油藏實施SAGD開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

夾層;蒸汽腔;采油速度;SAGD

0 引言

中國超稠油儲量豐富，油藏沉積特征為陸相沉積，與國外稠油油藏相比，夾層較為發(fā)育。SAGD (蒸汽輔助重力泄油)開采超稠油油藏的開發(fā)實踐和研究表明，夾層對蒸汽腔的發(fā)育具有明顯的阻礙作用［1-3］。Joshi［4］利用室內(nèi)物理模擬實驗，指出頁巖夾層的存在會延緩SAGD開發(fā)，增大蒸汽消耗量。Yang和Butler通過實驗?zāi)M了油藏內(nèi)部水平井間夾層對SAGD產(chǎn)量的影響［5-10］。目前對夾層影響SAGD開發(fā)的關(guān)鍵因素及其影響程度缺乏深入研究［11-18］。該文將國內(nèi)某超稠油油藏夾層分類，系統(tǒng)研究了夾層類型，夾層的幾何分布特征，以及夾層的物性對超稠油SAGD開發(fā)熱連通、蒸汽腔發(fā)育體積、采油速度等的影響，取得了新認(rèn)識。

1 模型建立

以國內(nèi)某深層超稠油油田實際油藏參數(shù)為基礎(chǔ)(表1)，建立了三維兩相SAGD數(shù)值模擬模型。為模擬地下原油滲流特征，建立了精細(xì)網(wǎng)格單井組模型，模型總網(wǎng)格數(shù)為46×71×24=78 384，垂直于水平井方向和油層縱向均采用1m小網(wǎng)格，水平井方向采用10 m網(wǎng)格。

表1 油藏參數(shù)

考慮到不同類型、不同分布特征的夾層對SAGD生產(chǎn)效果的影響程度不同，在均質(zhì)模型內(nèi)加入夾層，夾層厚度為1 m，采用定壓注汽的方式模擬夾層對SAGD開發(fā)效果的影響。根據(jù)油藏內(nèi)夾層與SAGD水平注采井間的相對位置關(guān)系，SAGD模型中考慮了以下4類夾層:①夾層位于注采井中間(無泄流通道);②夾層位于注采井中間(有泄流通道);③夾層位于注汽井上方(無泄流通道);④夾層位于注汽井上方(有泄流通道)。

2 夾層對SAGD開發(fā)的影響

2.1 不同類型夾層對SAGD熱連通、蒸汽腔發(fā)育的影響

在循環(huán)預(yù)熱階段，注汽時間較短，加熱范圍有限，循環(huán)預(yù)熱后的熱連通主要是指注采井間垂直方向上小范圍的原油具有一定的流動性。顯然，當(dāng)夾層位于注采井間無泄流通道時，垂直方向上無法泄流，注汽井和生產(chǎn)井之間的熱傳導(dǎo)會直接受到阻礙，實現(xiàn)熱連通難度明顯加大;而當(dāng)注采井之間存在泄流通道時，注采井兩側(cè)的夾層對熱連通的影響不明顯。

循環(huán)預(yù)熱結(jié)束后，蒸汽腔開始發(fā)育。如圖1所示，無泄流通道時，蒸汽腔在無夾層區(qū)域獨立發(fā)育，蒸汽腔體積較小，夾層對蒸汽腔發(fā)育影響明顯。有泄流通道時，蒸汽腔能夠沿水平井段整體發(fā)育，夾層對其影響相對較小。

圖1 不同夾層類型下蒸汽腔整體發(fā)育體積

2.2 不同類型夾層對SAGD生產(chǎn)效果的影響

蒸汽腔體積與SAGD生產(chǎn)效果密切相關(guān)。將以上4種夾層類型的蒸汽腔體積、產(chǎn)量進行對比(圖2、3)。由圖2、3可知，含夾層時，前期到中期 (2 500 d內(nèi))的蒸汽腔擴展速度較慢，同期的采油速度明顯降低。其中，夾層位于注采井中間(無泄流通道)對采油速度的影響最大。因此，在SAGD實際布井時，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)該類夾層。

圖2 不同夾層類型的蒸汽腔體積對比

圖3 不同夾層類型的日產(chǎn)油對比

雖然夾層影響了SAGD前期到中期的生產(chǎn)效果，但后期蒸汽能夠繞過夾層，蒸汽腔能夠繼續(xù)擴展，SAGD后期產(chǎn)量有所提升，夾層的影響減弱。以瞬時油汽比為0.12作為截止條件，統(tǒng)計不同類型夾層影響下SAGD全生命周期生產(chǎn)效果(表2)。由表2可知，含夾層時，SAGD生產(chǎn)時間明顯延長，采油速度降低，但是最終采收率差別不大。統(tǒng)計累計油汽比可知，夾層的存在一定程度上提高了油汽比，這可能是因為夾層的存在有利于汽液界面的控制，減少了汽竄發(fā)生。

表2 不同類型夾層影響下SAGD全生命周期生產(chǎn)效果對比

油藏內(nèi)部含無泄流通道夾層時，夾層對SAGD產(chǎn)量影響較大。針對無泄流通道夾層設(shè)計正交實驗，以采油速度為目標(biāo)函數(shù)，進一步深入研究夾層影響SAGD采油速度的主控因素及其影響程度。分析結(jié)果表明，夾層位于注采井中間(無泄流通道)時，夾層的長度對SAGD前期到中期采油速度的影響最大。注采井間夾層長度越大，SAGD采油速度越低，當(dāng)夾層長度大于40%時，產(chǎn)量降低47%;夾層位于注汽井上方(無泄流通道)時，夾層的位置，即夾層離注汽井的距離對SAGD前期到中期采油速度的影響最大。夾層離注汽井越近，產(chǎn)量越低。當(dāng)夾層離注汽井3 m以內(nèi)時，產(chǎn)量降低40%以上。

3 應(yīng)用實例

選取目標(biāo)研究區(qū)內(nèi)SAGD開發(fā)的Z001井組為例，分析夾層對其生產(chǎn)效果影響。該井組循環(huán)預(yù)熱160 d后轉(zhuǎn)SAGD開發(fā)，已轉(zhuǎn)SAGD生產(chǎn)490 d，平均日產(chǎn)油僅25 t/d，目前日產(chǎn)油為31 t/d。井組油層厚度為35 m，SAGD水平井組布置在油層底部。精細(xì)油藏描述研究表明，注汽井正上方大約10 m處分布厚度為2～3 m不連續(xù)的低滲透泥巖夾層，夾層沿水平井方向的連續(xù)分布長度約占水平井長度的40%。跟蹤數(shù)值模擬研究表明，蒸汽腔已經(jīng)擴展至夾層附近，難以再迅速上升，而夾層上部仍有大量原油，夾層的存在影響了該井組產(chǎn)量進一步提升。在擬合前期產(chǎn)量的基礎(chǔ)下進行產(chǎn)量預(yù)測發(fā)現(xiàn)，在含夾層區(qū)域離SAGD井組20 m處鉆一口直井輔助注汽后，蒸汽驅(qū)替夾層上部原油，穩(wěn)產(chǎn)期延長，高峰期產(chǎn)油量提高10 t/d以上;直井輔助注汽后，蒸汽腔能夠在夾層上方發(fā)育(圖4)。因此，直井輔助注汽有利于擴大蒸汽腔體積，從而顯著提高含夾層SAGD采油速度。

圖4 Z001井組4000d蒸汽腔發(fā)育情況

4 結(jié)論與建議

(1)在定壓注汽的條件下，研究不同類型夾層對SAGD開發(fā)效果的影響發(fā)現(xiàn):夾層影響了熱連通范圍、蒸汽腔發(fā)育體積和SAGD前期到中期采油速度。

(2)夾層位于注采井中間(無泄流通道)時，夾層的長度是影響SAGD前期到中期采油速度的主控因素。當(dāng)夾層長度占水平井長度比例大于40%時，采油速度降低47%。

(3)夾層位于注汽井上方(無泄流通道)時，夾層所處位置離注汽井的距離是影響SAGD前期到中期采油速度的主控因素。當(dāng)夾層位于注汽井上方3 m以內(nèi)時，采油速度降低40%以上。

(4)SAGD實際開發(fā)布井時，應(yīng)盡量避免夾層位于注采井中間(無泄流通道)的情況。

(5)針對夾層影響SAGD開發(fā)效果的情況，可利用直井輔助注汽的方式擴大蒸汽腔發(fā)育體積，提高SAGD采油速度，現(xiàn)場效果顯著。

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編輯張耀星

TE345

A

1006-6535(2015)05-0133-04

20150114;改回日期:20150718

國家重大專項“提高蒸汽驅(qū)效率技術(shù)研究”(2011ZX05012-3);中國石油天然氣股份公司科技專項“淺層稠油、超稠油開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用”(2012E-34-05)

石蘭香(1987-)，女，2010年畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為中國石油勘探開發(fā)研究院油氣田開發(fā)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事稠油、超稠油油藏工程研究。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.030