薄互層稠油油藏直平組合火驅(qū)技術(shù)

蘇磊（中國(guó)石油遼河油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

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薄互層稠油油藏直平組合火驅(qū)技術(shù)

蘇磊
（中國(guó)石油遼河油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

D區(qū)塊局部區(qū)域水平井連片分布，如何合理有效地利用水平井，使其在火驅(qū)中發(fā)揮最大效能，是需要研究的重點(diǎn)問(wèn)題。在水平井蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)水平井開(kāi)發(fā)效果進(jìn)行分類。針對(duì)不同類型水平井，制定相應(yīng)的增產(chǎn)策略。運(yùn)用數(shù)值模擬方法，對(duì)直井與水平井的配置關(guān)系、注氣井射孔位置、注氣強(qiáng)度、水平井排液量等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)采用分層注氣、吞吐引效、水平井間歇生產(chǎn)等手段改善火驅(qū)開(kāi)發(fā)效果，為轉(zhuǎn)火驅(qū)后水平井的合理利用提供了新的思路。

直平組合；數(shù)值模擬；增產(chǎn)策略；優(yōu)化設(shè)計(jì)；提高采收率

0　引言

目前，國(guó)內(nèi)稠油油藏開(kāi)發(fā)方式以蒸汽吞吐為主，且多數(shù)區(qū)塊已進(jìn)入高周期吞吐階段。理論與實(shí)踐證明，火驅(qū)已成為一種吞吐末期有效的接替開(kāi)發(fā)方式。

火驅(qū)具有適應(yīng)范圍廣、驅(qū)油效率高、注入介質(zhì)成本低等諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在羅馬尼亞、美國(guó)、加拿大、印度等國(guó)家已開(kāi)展大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)［1］，國(guó)內(nèi)在新疆、遼河、勝利、吉林等油田也開(kāi)展了火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)［2-5］。國(guó)內(nèi)油田的火驅(qū)應(yīng)用具有其特殊性，如區(qū)塊井網(wǎng)中一般通過(guò)部署加密水平井來(lái)挖潛井間剩余油，而轉(zhuǎn)火驅(qū)后這些水平井應(yīng)該如何利用，并可使其發(fā)揮最大效能，將是本次研究的重點(diǎn)。

成功火驅(qū)需要具備兩大條件：一是燃燒區(qū)必須有充足的燃料和氧氣，以實(shí)現(xiàn)高溫氧化燃燒反應(yīng)；二是燃燒產(chǎn)生的尾氣和可動(dòng)油需要及時(shí)采出。在常規(guī)火驅(qū)中，注氣井和生產(chǎn)井均采用直井，這種組合方式早在1952年就已在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐過(guò)，其難點(diǎn)在于如何保證燃燒前緣有充足的氧氣供給。盡管可通過(guò)增大注氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是增大注氣量也會(huì)導(dǎo)致氣竄、空氣油比過(guò)高等問(wèn)題。近年來(lái)，部分學(xué)者專家對(duì)火驅(qū)中引入水平井的可行性進(jìn)行了相關(guān)研究［6］，結(jié)果表明，水平井可有效拓展燃燒腔，提高火驅(qū)效率和原油采收率［7］。

1　油藏概況

遼河油田D區(qū)塊油藏為一北西向南東傾伏的單斜構(gòu)造，主體部位較平緩，地層傾角3～5°，邊部地層較陡，地層傾角17～23°。油藏埋深800～1 200 m，縱向含油井段長(zhǎng)，油層層數(shù)多達(dá)30～40層，單層厚度薄，僅為2.2 m，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)［8］，是一個(gè)典型的中深層薄-中互層狀多層非均質(zhì)稠油油藏。平均孔隙度19.3%，平均滲透率774×10-3μm2，平均油層厚度30.3 m。50℃地面脫氣原油黏度300～2 000 mPa·s，油品屬普通稠油。

該區(qū)塊2005年6月開(kāi)展火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，截至2014年底，采出程度17.3%，平均單井產(chǎn)油2.60 t/d。區(qū)塊共有14口常規(guī)水平井和2口側(cè)鉆水平井，其中7口水平井為直井井間加密水平井，分布于區(qū)塊東部的9 個(gè)100 m×141 m反九點(diǎn)面積井組內(nèi)。轉(zhuǎn)火驅(qū)前，所有水平井均處于關(guān)停狀態(tài)。水平井所在井組已轉(zhuǎn)火驅(qū)的，平面上井組內(nèi)火線波及不均［9-10］，竄進(jìn)明顯，縱向動(dòng)用差異較大，物性好的層位吸氣比例高；水平井所在井組未轉(zhuǎn)火驅(qū)的，存在油藏壓力低、油井供液能力不足等問(wèn)題。

2　水平井蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)

區(qū)塊東部、中部和南部均為水平井集中部署的區(qū)域，共投產(chǎn)水平井14口，側(cè)鉆水平井2口。在吞吐開(kāi)發(fā)階段，水平井整體開(kāi)發(fā)效果較差［11］，依據(jù)水平井百米日產(chǎn)油量情況，可將區(qū)塊水平井劃分為3類（見(jiàn)表1）。

表1　水平井蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)效果分類

Ⅰ類井：百米日產(chǎn)油量大于1.0 t，吞吐階段累產(chǎn)油量4 000 t以上，油汽比0.19以上。該類井有4口，多為區(qū)塊邊部井，占區(qū)塊水平井的25%。一般分布于區(qū)塊邊部及井網(wǎng)不完善的區(qū)域，該區(qū)域油藏壓力較高，能量充足，油藏條件接近原始油藏狀態(tài)。

Ⅱ類井：百米日產(chǎn)油量在0.5～1.0 t，吞吐階段累產(chǎn)油量一般為2 000～4 000 t，油汽比在0.10～0.19。該類井有7口，多為區(qū)塊邊部加密井，占區(qū)塊水平井的44%。一般分布于區(qū)塊邊部直井井間區(qū)域，油藏壓力在 1～10 MPa，采出程度在8.6%～31.0%，地層能量和剩余可采儲(chǔ)量均差異較大。

Ⅲ類井：百米日產(chǎn)油量小于0.5 t，吞吐階段累產(chǎn)油量一般在2 000 t以下，油汽比在0.1以下。該類井有5口，多為區(qū)塊中部加密井，占區(qū)塊水平井的31%。一般分布于區(qū)塊中部直井井間區(qū)域，該區(qū)域油藏壓力較低，地層能量低，井間動(dòng)用程度較高，剩余可采儲(chǔ)量較少。

水平井低效的原因主要集中在3個(gè)方面：一是地質(zhì)條件原因（12口），包括儲(chǔ)層物性差、油層厚度小、采出程度低等；二是工程工藝原因（1口），包括井況問(wèn)題、油層污染等；三是生產(chǎn)動(dòng)態(tài)問(wèn)題（1口），包括生產(chǎn)參數(shù)不合理、井網(wǎng)完善程度低等。

3　直平組合火驅(qū)技術(shù)現(xiàn)狀

目前，水平井在火驅(qū)開(kāi)發(fā)中主要有3種應(yīng)用模式，分別為水平井輔助重力泄油（COSH）、“趾端到跟端”火驅(qū)（THAI）和自上而下火驅(qū)（Top-Down）。

3.1水平井輔助重力泄油技術(shù)

水平井輔助重力泄油技術(shù)的直井與水平井配置關(guān)系［12］為，在油層頂部部署1排注空氣直井，兩側(cè)各部署1排產(chǎn)氣井，且注氣井排與產(chǎn)氣井排互相平行，水平生產(chǎn)井部署在油層底部，且位于注氣井排的正下方。COSH是一個(gè)短距離驅(qū)油的過(guò)程，原油在短距離驅(qū)替式中流動(dòng)，并不流經(jīng)冷油區(qū)。該技術(shù)與蒸汽輔助重力泄油技術(shù)（SAGD）較為相似，但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方面更為復(fù)雜，需要生產(chǎn)、注氣和產(chǎn)氣3類井。

3.2“趾端到跟端”火驅(qū)技術(shù)

“趾端到跟端”火驅(qū)技術(shù)的直井與水平井配置關(guān)系［13］為，在油層底部部署1口水平井，距水平井趾端一定距離處部署1口注空氣直井。火驅(qū)開(kāi)始時(shí)，燃燒前緣位于水平生產(chǎn)井的趾端，然后從趾端向跟端擴(kuò)展。

3.3自上而下火驅(qū)技術(shù)

自上而下火驅(qū)技術(shù)的直井與水平井配置關(guān)系［14］為，在油層頂部部署1排注空氣直井，水平生產(chǎn)井部署在油層底部，且位于注氣井排的正下方。其與COSH的區(qū)別在于，Top-Down火驅(qū)不使用產(chǎn)氣井。燃燒前緣向下推進(jìn)的過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，可動(dòng)油通過(guò)低部位水平生產(chǎn)井采出。

4　水平井合理利用對(duì)策

基于區(qū)塊水平井現(xiàn)狀，結(jié)合文獻(xiàn)研究成果，針對(duì)不同類型的水平井，制定了相應(yīng)的增產(chǎn)策略。Ⅰ類井，多位于邊部，以動(dòng)用水平井所在層位儲(chǔ)量為主，致力于改善該層位火驅(qū)燃燒狀態(tài)。Ⅲ類井，以井組動(dòng)用為主，水平井動(dòng)用作為輔助，在火線到達(dá)水平井后，水平井轉(zhuǎn)作觀察井使用。Ⅱ類井，對(duì)于采出程度低、壓力適中的區(qū)域，采用Ⅰ類井的策略，對(duì)于采出程度高、壓力低的區(qū)域，采用Ⅲ類井的策略。

文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)對(duì)薄層水平井在火驅(qū)中合理利用方式的相關(guān)研究。本次研究通過(guò)數(shù)值模擬方法，具體提出5條對(duì)策。

4.1優(yōu)選直平配置組合，將井組內(nèi)觀察井轉(zhuǎn)作排氣井

適用條件為，水平井所在井組內(nèi)有觀察井，并可轉(zhuǎn)作排氣井使用。目前的直平水平井位置關(guān)系可衍生出4種配置組合（見(jiàn)圖1）［15］，分別為100 m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)、100 m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)（觀察井轉(zhuǎn)排氣井）、100 m正對(duì)行列井網(wǎng)和100 m五點(diǎn)面積井網(wǎng)。

圖1　直井與水平井不同配置組合

數(shù)值模擬研究表明，采用100 m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)，井組內(nèi)觀察井轉(zhuǎn)作排氣井時(shí)，火驅(qū)階段采出程度較高，而100 m五點(diǎn)面積井網(wǎng)火驅(qū)采油速度較快。

由剩余油飽和度場(chǎng)（見(jiàn)圖2）可以看出，在100 m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)中，觀察井轉(zhuǎn)作排氣井使用后，有效牽引火線，擴(kuò)大波及范圍，顯著拓展了燃燒腔，實(shí)現(xiàn)水平井方向油層的均勻動(dòng)用。

圖2　100 m反九點(diǎn)面積井網(wǎng)（觀察井）剩余油飽和度場(chǎng)

4.2優(yōu)化調(diào)整注采參數(shù)

4.2.1注氣井射孔位置

1）當(dāng)水平井位于層段中下部時(shí)，注氣井射開(kāi)油層頂部，可增加射開(kāi)位置與水平段的距離，延緩火線到達(dá)水平井的時(shí)間，同時(shí)還可利用原油的重力作用（見(jiàn)圖3），階段采出程度和采油速度均較高。

圖3　注氣井不同射孔位置示意

2）同理，當(dāng)水平井位于層段頂部時(shí)，注氣井射開(kāi)油層底部，可獲得較好的開(kāi)發(fā)效果和較高的采出程度。4.2.2注氣速度

通過(guò)數(shù)值研究發(fā)現(xiàn)，在恒速率注氣方案下，注氣強(qiáng)度為750 m3/（d·m）時(shí)累積產(chǎn)油量最高。這是因?yàn)椋鹤鈴?qiáng)度較小時(shí)，供應(yīng)氧氣含量有限，此時(shí)前緣溫度較低、火線推進(jìn)速度較慢，甚至可能造成局部滅火；當(dāng)注氣強(qiáng)度較大時(shí)，火線推進(jìn)速度較快，火驅(qū)成本提高，同時(shí)注入的空氣不能在燃燒前緣完全消耗，易發(fā)生突破。分段式注入更符合火燒油層驅(qū)油機(jī)理，火驅(qū)階段采出程度高，但其恒速率階段注氣速度較高?？紤]到注氣井距水平井較近，易于發(fā)生空氣突破，因此，推薦采用注氣強(qiáng)度750 m3/（d·m）。

4.2.3水平井排液量

過(guò)低的排液量無(wú)法有效牽引火線及擴(kuò)展燃燒腔，而過(guò)高的排液量則會(huì)導(dǎo)致火線過(guò)早突破到達(dá)水平井。數(shù)值模擬優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)水平井排液能力統(tǒng)計(jì)表明，水平井排液量在15～20 t/d為宜。

4.3分層注氣，改善水平井層位燃燒狀態(tài)

適用儲(chǔ)層物性差、采出程度低、剩余油飽和度較高的水平井。

分層注氣［16］可保證水平井所在層位燃燒的氧氣需求，火線波及范圍更大。單獨(dú)對(duì)水平井所在層位進(jìn)行火驅(qū)開(kāi)發(fā)，或?qū)⑴c水平井層位物性、剩余油飽和度相近的層段進(jìn)行組合開(kāi)發(fā)，避免層數(shù)過(guò)多、層間物性相差過(guò)大而加劇非均質(zhì)性，可有效緩解層間矛盾，提高火驅(qū)開(kāi)發(fā)效果。

4.4水平井吞吐引效

適用轉(zhuǎn)驅(qū)后見(jiàn)效差或不見(jiàn)效的水平井。

火驅(qū)見(jiàn)效程度及火線推進(jìn)速度與生產(chǎn)井產(chǎn)液量、產(chǎn)氣量有較大的關(guān)系，實(shí)施吞吐引效可有效改善火驅(qū)效果，充分動(dòng)用水平井附近剩余油，加快火驅(qū)見(jiàn)效速度（見(jiàn)圖4）。轉(zhuǎn)驅(qū)后共實(shí)施吞吐引效265口直井（435井次），取得了較好的效果，對(duì)水平井吞吐引效具有一定的指導(dǎo)意義。

圖4　水平井吞吐引效與未吞吐引效累產(chǎn)油量對(duì)比

4.5間歇生產(chǎn)，水平井適時(shí)開(kāi)關(guān)

適用位于采出程度高、油藏壓力低區(qū)域的水平井。

間歇生產(chǎn)指的是，在火驅(qū)初期排注比低于0.5時(shí)，水平井關(guān)井，待排注比增至0.8左右或油藏壓力恢復(fù)至3～4 MPa時(shí)，水平井開(kāi)井生產(chǎn)。在此過(guò)程中，可有效補(bǔ)充地層能量（見(jiàn)圖5），改善開(kāi)發(fā)效果（見(jiàn)圖6）。

圖5　水平井間歇生產(chǎn)壓力場(chǎng)

圖6　水平井間歇生產(chǎn)與未間歇生產(chǎn)累產(chǎn)油量對(duì)比

5　實(shí)施效果

截至2014年底，共有5口水平井所在井組已轉(zhuǎn)火驅(qū)。其中，Ⅱ類水平井2口，H3井和H4井采出程度分別為29.7%和28.1%，Ⅲ類水平井3口。這5口水平井均采用Ⅲ類井增產(chǎn)策略，間歇生產(chǎn)，逐步恢復(fù)地層壓力至3 MPa左右，開(kāi)發(fā)效果較好。

火驅(qū)前，5口水平井處于關(guān)停狀態(tài)；轉(zhuǎn)火驅(qū)后，最高單井產(chǎn)油為16.8 t/d，平均產(chǎn)油為4.9 t/d。水平井有效拓展了該方向的火線推進(jìn)距離，提高了水平井的產(chǎn)量。H3井和H13井已下入光纖設(shè)備，在火線到達(dá)水平井后可轉(zhuǎn)作觀察井，進(jìn)行溫度、壓力測(cè)試，監(jiān)測(cè)火線波及情況。

6　結(jié)論

1）不同類型的水平井應(yīng)采取不同的增產(chǎn)策略：位于邊部的水平井，應(yīng)以動(dòng)用水平井層為主，改善火驅(qū)燃燒狀態(tài)，提升火驅(qū)開(kāi)發(fā)效果；位于主體部位的加密水平井，應(yīng)以井組動(dòng)用為主，水平井起輔助作用，在火線到達(dá)水平井后，將其轉(zhuǎn)作觀察井使用。

2）優(yōu)化了一套兼顧采油速度和采出程度的直井水平井井網(wǎng)配置，井組內(nèi)觀察井轉(zhuǎn)作排氣井使用后，有效牽引火線，拓展燃燒腔，提高了該方向油層的動(dòng)用程度。

3）本研究成果為轉(zhuǎn)火驅(qū)開(kāi)發(fā)后水平井的合理利用開(kāi)辟了新的思路。水平井注空氣火驅(qū)可能成為今后的主要攻關(guān)方向。

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（編輯李宗華）

Fire flooding with the combination of vertical and horizontal wells in heavy oil reservoir of thin interbeds

Su Lei
（Research Institute of Exploration and Development，Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin 124010，China）

The distribution of horizontal wells is concentrated in Block D.The key of this paper is about how to utilize horizontal well reasonably and stimulate the largest potential of horizontal well during fire flooding.Based on the evaluation of steam huff and puff horizontal wells，development effects were classified.Enhanced recovery strategies have been developed corresponding to different types of horizontal wells.Through numerical simulation method，distribution of vertical and horizontal wells，perforating position of gas injection well，gas intake per unit thickness and production of horizontal well were optimized，meanwhile，separated zone gas injection，cyclic steam injection and periodical production of horizontal well were utilized to improve development effect of fire flooding，which suggests a new clue for reasonable utilization of horizontal well by fire flooding.

combinationofverticalandhorizontalwells；numericalsimulation；enhancedrecoverystrategy；optimizationdesign；EOR

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地遼河坳陷中深層稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)示范工程”（2011ZX05053）

TE357.44

A

10.6056/dkyqt201601029

2015-07-23；改回日期：2015-11-09。

蘇磊，男，1983年生，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事稠油開(kāi)發(fā)與研究工作。E-mail：sulei113@126.com。

引用格式：蘇磊.薄互層稠油油藏直平組合火驅(qū)技術(shù)［J］.斷塊油氣田，2016，23（1）：129-132，136.

Su Lei.Fire flooding with the combination of vertical and horizontal wells in heavy oil reservoir of thin interbeds［J］.Fault-Block Oil& Gas Field，2016，23（1）：129-132，136.