超重油油藏水平井冷采加密優(yōu)化研究

李星民，陳和平，韓 彬，沈 楊，李松林

(中油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

引 言

委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶超重油油藏原油具有高密度(大于1 g/cm3)、高含瀝青質(zhì)(9% ～24%)、低含膠質(zhì)(小于35%)、較高原始溶解氣油比(大于10 m3/m3)、相對(duì)低黏度，地下冷采過(guò)程中可形成泡沫油流，有一定冷采產(chǎn)能等特點(diǎn)。由于瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量差異，在相同原油密度下，超重油黏度比國(guó)內(nèi)稠油黏度低得多，地層條件下黏度低于10000 mPa·s。目前重油帶已開發(fā)區(qū)塊普遍采用水平井或多分支水平井泡沫油冷采開發(fā)技術(shù)，其中水平井平行布井情況下的排距平均為500～600 m，一般一次采收率可達(dá)到6% ～12%[1－3]。

M區(qū)塊位于委內(nèi)瑞拉奧里諾科重油帶的東端，具有重油帶典型的油藏地質(zhì)和流體特征，油藏中深為880 m，原始地層壓力為8.6 MPa;孔隙度為0.30～0.36，滲透率為5000×10－3～12000×10－3μm2;原油密度為1.016 g/cm3，原始溶解氣油比為16 m3/m3，飽和壓力為5.6 MPa;地層溫度下脫氣原油黏度為14480 mPa·s，含氣原油黏度為5516 mPa·s。區(qū)塊采用整體叢式水平井平行布井冷采開發(fā)，排距為600 m。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)綜合研究該區(qū)塊排距加密技術(shù)策略，研究對(duì)該區(qū)塊及類似區(qū)塊的規(guī)模上產(chǎn)，充分發(fā)揮泡沫油驅(qū)油作用，提高超重油冷采效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益有指導(dǎo)意義。

1 超重油冷采加密物理模擬實(shí)驗(yàn)

1.1 物理模擬模型和模擬方法流程

圖1 井網(wǎng)加密物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

對(duì)常規(guī)一維巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置流程進(jìn)行了改進(jìn)(圖1)，設(shè)計(jì)了2個(gè)驅(qū)替出口A和B，巖心衰竭實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，相對(duì)于關(guān)閉B端口、打開A端口生產(chǎn)而言，A、B兩端口同時(shí)打開生產(chǎn)意味著井網(wǎng)加密。設(shè)計(jì)2組對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案:①方案一不加密，關(guān)閉B端口，打開A端口，A端口流壓控制在2 MPa衰竭生產(chǎn);②方案二加密，同時(shí)打開A、B兩端口，兩端口井底流壓均控制在2 MPa同時(shí)衰竭生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)用油樣采用M區(qū)塊實(shí)際的脫氣原油按地層原始溫度、壓力條件下溶解氣而復(fù)配的模擬油樣。

1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2組實(shí)驗(yàn)的采出程度與累計(jì)生產(chǎn)氣油比變化特征均明顯反映出泡沫油特殊的“三段式”生產(chǎn)特征，即彈性生產(chǎn)階段、泡沫油流階段和油氣兩相流階段，其中泡沫油流階段是主要的產(chǎn)量貢獻(xiàn)階段。對(duì)比分析2組實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖2)可知:不加密情況下，巖心衰竭實(shí)驗(yàn)采出程度為15.8%，累計(jì)氣油比為44 cm3/cm3，加密情況下巖心衰竭實(shí)驗(yàn)采出程度為20.5%，累計(jì)氣油比為47 cm3/cm3，井網(wǎng)加密后采出程度提高4.7個(gè)百分點(diǎn);加密實(shí)驗(yàn)采出程度的增加主要集中在泡沫油流階段，同時(shí)累計(jì)氣油比相差不大。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加密能夠有效地提高泡沫油冷采效果，其原因在于加密增大了巖心壓力衰竭速度，加劇了分散氣泡的產(chǎn)生，同時(shí)油相黏滯力的增大導(dǎo)致了泡沫在原油中分散程度和滯留程度的增加，增強(qiáng)了泡沫油驅(qū)油作用[1]。

圖2 巖心衰竭加密實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2 超重油冷采加密數(shù)值模擬

2.1 數(shù)值模擬方法及關(guān)鍵參數(shù)的確定

描述泡沫油在多孔介質(zhì)中滲流時(shí)氣組分非平衡相間傳質(zhì)過(guò)程及其對(duì)體系滲流特征的影響，是泡沫油數(shù)值模擬的關(guān)鍵所在，基于泡沫油驅(qū)油機(jī)理認(rèn)識(shí)，采用如下模擬思路和方法[2－4]:①定義油、溶解氣、自由氣和水4組分，溶解氣和自由氣均按相平衡計(jì)算其在油、氣兩相中分配;②采用一階化學(xué)反應(yīng)方程式，表征擬泡點(diǎn)壓力之下氣相中的溶解氣傳質(zhì)為氣相中自由氣的過(guò)程，即分散氣泡聚并為連續(xù)氣相過(guò)程;③為氣相中的溶解氣組分設(shè)置低流度相滲來(lái)模擬分散氣泡在油中的滯留現(xiàn)象，為氣相中的自由氣設(shè)置高流度相滲來(lái)模擬分散氣泡聚并后形成連續(xù)流動(dòng)的現(xiàn)象，按氣相中溶解氣組分濃度插值上述2條曲線，修正氣相的相滲曲線形態(tài)。

在建立模型的基礎(chǔ)上，基于CMG數(shù)值模擬軟件中的化學(xué)反應(yīng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)該模擬方法，并進(jìn)行M區(qū)塊水平井生產(chǎn)歷史擬合，擬合產(chǎn)油、產(chǎn)氣、地層壓力和井底流壓。生產(chǎn)歷史擬合調(diào)整的主要參數(shù)包括泡沫油模擬關(guān)鍵參數(shù)(如臨界含氣飽和度、一階反應(yīng)頻率、油氣相滲形態(tài)和端點(diǎn)值)、油藏物性參數(shù)(如壓縮系數(shù)、滲透率)等。

2.2 水平井加密數(shù)值模擬

在歷史擬合的基礎(chǔ)上，建立具有區(qū)塊典型油藏地質(zhì)特征的平臺(tái)井組模型，開展水平井加密數(shù)值模擬研究。區(qū)塊采用平臺(tái)叢式水平井開發(fā)，沿?cái)鄬幼呦蚱叫胁季?，水平井排距?00 m。采用C、D、E 3套開發(fā)層系，600 m水平井排距下，每個(gè)平臺(tái)每套開發(fā)層系部署4口水平井;水平井段長(zhǎng)度為1000 m，水平位移為300 m，區(qū)塊每個(gè)平臺(tái)控制地下油藏面積為3.48 km2。在區(qū)塊目前水平井平行布井的基礎(chǔ)上，綜合考慮平臺(tái)井口集輸管理和將來(lái)轉(zhuǎn)換熱采開發(fā)方式井網(wǎng)調(diào)整等因素，水平井加密優(yōu)化研究主要考慮排距加密。

2.2.1 不同排距下水平井泡沫油冷采效果

模擬水平井平行布井情況下不同排距的冷采開發(fā)效果。300 m排距加密情況下，水平井部署如圖3所示，300 m排距下每個(gè)平臺(tái)部署24口水平井。區(qū)塊冷采數(shù)值模擬結(jié)果表明，對(duì)于天然能量衰竭開采，隨著排距減小，采油速度大幅增加，階段采出程度增加。分析為縮小排距加大了壓力衰竭速度，激勵(lì)了泡沫油驅(qū)油作用，從而提高了整體開發(fā)效果。但隨著排距減小，單井產(chǎn)油量也隨之降低(表1)。其中，300 m排距條件下，區(qū)塊水平井冷采動(dòng)用儲(chǔ)量的一次采收率可達(dá)到12.6%。

圖3 區(qū)塊典型平臺(tái)300m排距加密水平井部署

表1 不同排距下泡沫油冷采效果對(duì)比(折算到單井的指標(biāo))

2.2.2 水平井泡沫油冷采加密時(shí)機(jī)

針對(duì)目前M區(qū)塊600 m排距水平井已開發(fā)區(qū)進(jìn)行了加密時(shí)機(jī)研究，模擬計(jì)算了一個(gè)平臺(tái)D層井組分別在第0、1、2、3、4、5 a 加密到 300 m 排距情況下的整體開發(fā)效果，模擬計(jì)算的井組(8口井)的累計(jì)產(chǎn)油分別為 199.68 ×104、193.32 ×104、187.47 ×104、178.72 ×104、174.54 ×104、171.42 ×104t。加密時(shí)機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果表明，開發(fā)早期加密有利于整體協(xié)同激勵(lì)泡沫油作用，開采效果好于晚期加密。

3 合理加密排距經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

采用研究區(qū)塊實(shí)際的鉆采和地面投資參數(shù)、操作費(fèi)、資源國(guó)一攬子油價(jià)折算的超重油銷售油價(jià)等經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)，并考慮資源國(guó)合同模式及各項(xiàng)財(cái)稅條款，按照折現(xiàn)現(xiàn)金流評(píng)價(jià)方法，建立了單生產(chǎn)單元經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型，在上述數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了研究區(qū)不同加密排距下的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，布倫特油價(jià)為3200元/t和折現(xiàn)率為12%的條件下，300 m排距下內(nèi)部收益率和累計(jì)凈現(xiàn)金流相對(duì)較高，綜合經(jīng)濟(jì)性最佳。

綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，建議研究區(qū)已開發(fā)區(qū)塊冷采階段排距在目前600 m的基礎(chǔ)上加密到300 m，而未開發(fā)區(qū)則直接采用300 m排距水平井平行布井冷采開發(fā)，在提高區(qū)塊采油速度和冷采效果、滿足區(qū)塊下一步規(guī)模上產(chǎn)需求的同時(shí)，也可為將來(lái)熱采接替穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率階段的井網(wǎng)調(diào)整奠定基礎(chǔ)[5－7]。

4 研究區(qū)塊排距加密實(shí)施效果

M區(qū)塊目前已實(shí)施300 m排距加密水平井29口，平均初期產(chǎn)油為125 t/d。以加密井M－09井為例，該井為M－06井和M－14井之間的一口加密井，M－06井和M－14井按600 m排距鉆完井并投產(chǎn)近4 a后，M－09井在2口井之間按300 m排距加密鉆完井并投產(chǎn)，初期產(chǎn)油達(dá)到175 t/d，同時(shí)，加密井投產(chǎn)近2 a的時(shí)間內(nèi)，原2口老井的生產(chǎn)并沒(méi)受到加密井的明顯干擾。

5 結(jié)論

(1)超重泡沫油水平井冷采，縮小排距能夠激勵(lì)泡沫油驅(qū)油作用，提高冷采效果。

(2)開發(fā)早期加密有利于整體協(xié)同激勵(lì)泡沫油驅(qū)油作用，效果好于晚期加密。

(3)M區(qū)塊采用加密至300 m排距的水平井平行布井冷采開發(fā)，水平井一次采收率可提高至12.6%，在大幅提高采油速度，滿足區(qū)塊規(guī)模上產(chǎn)的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)最優(yōu)。

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