氣驅(qū)特征曲線在稠油油藏火驅(qū)開發(fā)中的應(yīng)用

袁士寶，楊鳳祥，師耀利，刁長軍，施小榮，蔣海巖（.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安70065；.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

氣驅(qū)特征曲線在稠油油藏火驅(qū)開發(fā)中的應(yīng)用

袁士寶1，楊鳳祥2，師耀利2，刁長軍2，施小榮2，蔣海巖1
（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安710065；2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000）

火驅(qū)是稠油油藏一次和二次開發(fā)的有效手段，火驅(qū)比水驅(qū)過程更復(fù)雜，利用油藏工程方法研究火驅(qū)油藏的開采動(dòng)態(tài)的方法更少。提出了利用氣驅(qū)特征曲線研究火驅(qū)稠油油藏開發(fā)動(dòng)態(tài)的新方法，較好地解決火驅(qū)稠油油藏開發(fā)過程中的動(dòng)態(tài)分析問題。經(jīng)克拉瑪依油田紅淺1井區(qū)和羅馬尼亞Suplacu等油藏的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，根據(jù)此氣驅(qū)特征曲線可建立累計(jì)產(chǎn)油量與累計(jì)產(chǎn)氣量、生產(chǎn)氣油比的關(guān)系式。在火驅(qū)達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限條件時(shí)，依據(jù)此關(guān)系式可確定火驅(qū)可采儲(chǔ)量。

氣驅(qū)特征曲線；氣油比；稠油油藏；火驅(qū)；試驗(yàn)

火燒油層（火驅(qū)）技術(shù)是稠油油藏一次和二次開發(fā)的有效手段，已經(jīng)成為國內(nèi)繼注蒸汽開采稠油油藏之后的一項(xiàng)重要技術(shù)。中國石油自2005年相繼在新疆油田紅淺1井區(qū)和重18井區(qū)，遼河油田杜66塊、高3-6-18塊、高3塊和曙光1-38-32塊等多個(gè)稠油區(qū)塊開展了火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目［1］。

火驅(qū)過程中通過注氣井注入地層大量空氣，用空氣中的氧氣作為氧化劑，一部分空氣參與地下燃燒反應(yīng)；燃燒反應(yīng)在油層中以燃燒帶的形式存在，通過燃燒產(chǎn)熱、熱水熱氣等熱作用于前方的原油，從而形成熱降黏、蒸餾汽化、氣驅(qū)等一系列復(fù)雜的驅(qū)油作用；重質(zhì)組分燃燒發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO，CO2，H2O及烴類氧化物，和降黏后的原油一起從生產(chǎn)井產(chǎn)出。由于空氣的注入和產(chǎn)出最終影響火驅(qū)燃燒狀態(tài)和原油生產(chǎn)，有必要從油藏工程角度探尋它們之間的關(guān)系［2］。

筆者在收集具有代表性的火驅(qū)開發(fā)油藏生產(chǎn)資料的基礎(chǔ)上，提出利用氣驅(qū)特征曲線研究火驅(qū)稠油油藏的開發(fā)動(dòng)態(tài)的新方法，可以較好地解決火驅(qū)開發(fā)過程中建立區(qū)塊的氣驅(qū)特征曲線和分析油藏開采動(dòng)態(tài)并進(jìn)行預(yù)測的2個(gè)問題。

1　火驅(qū)特征曲線的建立

為了定量描述火驅(qū)油藏的動(dòng)態(tài)特征，在童氏甲型水驅(qū)特征曲線理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上［3-7］，引入了氣驅(qū)特征曲線對(duì)油藏動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。氣驅(qū)特征曲線與童氏水驅(qū)特征曲線公式基本相同，所不同的是用累計(jì)產(chǎn)氣量代替累計(jì)產(chǎn)水量。同時(shí)引入氣油比的概念，在火驅(qū)達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限條件時(shí)，計(jì)算其火驅(qū)后的可采儲(chǔ)量，即

此曲線稱為氣驅(qū)特征曲線，利用火驅(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)時(shí)稱為火驅(qū)特征曲線。如文獻(xiàn)［5］所述，（1）式可以變換為生產(chǎn)氣油比Rgo和累計(jì)產(chǎn)油量Np之間的關(guān)系式，即

應(yīng)用（2）式可以預(yù)測注氣后在不同氣油比時(shí)的累計(jì)產(chǎn)油量。上述火驅(qū)特征曲線整理時(shí)需要產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)，如果缺乏此類數(shù)據(jù)，用注氣量數(shù)據(jù)替代以完成后續(xù)研究。

2　火驅(qū)特征曲線在國內(nèi)外油田中的應(yīng)用

2.1克拉瑪依油田紅淺1井區(qū)

克拉瑪依油田紅淺1井區(qū)于1991年正式投產(chǎn)，先后經(jīng)歷蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)開采，但由于日產(chǎn)量低、油汽比低、經(jīng)濟(jì)效益差，于1999年廢棄。在廢棄10年之后，于2009年開展了火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)，成為一個(gè)注蒸汽后轉(zhuǎn)火驅(qū)開采的典型試驗(yàn)區(qū)［3］。由于火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)生產(chǎn)效果顯著，克拉瑪依油田紅淺1井區(qū)將于“十三五”期間全面部署火驅(qū)工業(yè)化試驗(yàn)［1］。

在不同時(shí)間點(diǎn)擬合紅淺1井區(qū)累計(jì)產(chǎn)氣量和時(shí)間的關(guān)系曲線的直線段，火驅(qū)9 mon后直線段相關(guān)系數(shù)即達(dá)到0.898（圖1a），29 mon后則高達(dá)0.997（圖1b），說明火驅(qū)特征曲線直線段的出現(xiàn)大致在火驅(qū)1年之后，且火驅(qū)特征曲線的可靠性很高，可以據(jù)此計(jì)算火驅(qū)稠油油藏的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量，預(yù)測火驅(qū)稠油油藏的開發(fā)效果。

圖1　紅淺1井區(qū)未來累計(jì)產(chǎn)氣量預(yù)測

油藏火驅(qū)過程中生產(chǎn)氣油比的變化特征一般都呈現(xiàn)兩端高，中間平穩(wěn)的特征［5］，故選擇生產(chǎn)氣油比擬合曲線類型時(shí)應(yīng)該符合火驅(qū)特征。由于火驅(qū)區(qū)塊開采歷史不同會(huì)使生產(chǎn)氣油比與時(shí)間之間的關(guān)系無法形成一個(gè)固定的函數(shù)形式，應(yīng)用時(shí)只能根據(jù)曲線的形態(tài)和趨勢進(jìn)行擬合預(yù)測。

整理紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)塊實(shí)施時(shí)間與Gp和Np數(shù)據(jù)，結(jié)合火驅(qū)特點(diǎn)擬合函數(shù)關(guān)系，最終選用相關(guān)系數(shù)達(dá)0.998的Hoerl模型（圖2）來預(yù)測動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量。

式中a=3 095.6，b=0.292，c=-33.221.

預(yù)測到未來120 mon的產(chǎn)氣量，進(jìn)而根據(jù)火驅(qū)特征曲線相關(guān)關(guān)系預(yù)測對(duì)應(yīng)累計(jì)產(chǎn)氣量下的累計(jì)產(chǎn)油量（圖3），因?yàn)橛?jì)算時(shí)輸入數(shù)據(jù)為累計(jì)氣油比，故需要根據(jù)已知上一步的Np和Gp代入（1）式，不滿足計(jì)算精度時(shí)調(diào)整輸入值，是一種利用已知數(shù)據(jù)預(yù)測下一時(shí)刻生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的顯式方法。

圖2　紅淺1井區(qū)未來累計(jì)氣油比預(yù)測

圖3　紅淺1井區(qū)未來累計(jì)產(chǎn)油量預(yù)測

預(yù)測到2019年累計(jì)產(chǎn)油9.31×104t，累計(jì)生產(chǎn)氣油比3 031 m3/t，根據(jù)火驅(qū)經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性計(jì)算結(jié)果分析，此時(shí)刻火驅(qū)已經(jīng)處于經(jīng)濟(jì)極限邊緣，應(yīng)該在此時(shí)間點(diǎn)之前適當(dāng)考慮降低注氣量并拓展新區(qū)。

2.2羅馬尼亞Suplacu油田

羅馬尼亞Suplacu油田的火驅(qū)項(xiàng)目是世界上規(guī)模最大的火驅(qū)項(xiàng)目，自1964年開始在Suplacu油田進(jìn)行火驅(qū)試驗(yàn)以來，經(jīng)歷擴(kuò)大試驗(yàn)和工業(yè)化應(yīng)用，火驅(qū)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)期超過25 a，產(chǎn)油量峰值為1 600 t/d，取得了十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前Suplacu油田的火驅(qū)開發(fā)仍在進(jìn)行中［8-11］。

因?yàn)闊o法取得Suplacu油田的產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)，且注氣量和產(chǎn)氣量存在一個(gè)穩(wěn)定的比例關(guān)系，故使用注氣量Ap代替（1）式中的Gp，在火驅(qū)的后半程同樣出現(xiàn)了直線段（圖4）。

選取Suplacu油田前30 a的累計(jì)注氣量Ap和累計(jì)產(chǎn)油量Np數(shù)據(jù)，回歸Ap/Np與時(shí)間的關(guān)系（圖5），得到關(guān)系式

式中a=0.095 6，b=1 184.721，c=2.756，d=2.211.

圖4　Suplacu油田火驅(qū)特征曲線

圖5　Suplacu油田Ap/Np隨時(shí)間變化規(guī)律

利用Ap/Np的預(yù)測值，代入（1）式，利用火驅(qū)特征曲線擬合直線段規(guī)律預(yù)測后續(xù)時(shí)間段的產(chǎn)量，由圖

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（編輯葉良）

圖6　Suplacu油田預(yù)測月產(chǎn)油量與實(shí)際月產(chǎn)油量對(duì)比

3　結(jié)論

（1）以水驅(qū)特征曲線理論為基礎(chǔ)，建立的氣驅(qū)特征曲線與水驅(qū)特征曲線公式基本相同，所不同的是用累計(jì)產(chǎn)氣量代替累計(jì)產(chǎn)水量，必要時(shí)可以用累計(jì)注氣量替代累計(jì)產(chǎn)氣量。

（2）火驅(qū)進(jìn)行1 a左右時(shí)間后，火驅(qū)特征曲線才能出現(xiàn)直線段。

（3）不同油田的生產(chǎn)歷史決定了在預(yù)測生產(chǎn)動(dòng)態(tài)時(shí)需要結(jié)合火驅(qū)特征選取適當(dāng)?shù)念A(yù)測函數(shù)。

符號(hào)注釋

Ap——累計(jì)注氣量，104m3；

a——曲線直線段截距的對(duì)數(shù)值；

b——曲線直線段斜率；

Gp——累計(jì)產(chǎn)氣量，104m3；

Np——累計(jì)產(chǎn)油量，104m3；

Rgo——生產(chǎn)氣油比，m3/t；

t——時(shí)間，mon.

Application of Gas-Drive Type Curves to Fire-Flooding Development of Heavy Oil Reservoirs.

YUAN Shibao1，YANG Fengxiang2，SHI Yaoli2，DIAO Changjun2，SHI Xiaorong2，JIANG Haiyan1
（1.School of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an，Shaanxi 710065，China；
2.Research Institute of Exploration and Development，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

Fire-flooding or in-situ combustion is an effective process for primary and secondary development of heavy oil reservoirs.Compared with water drive，this process is more complex，and few engineering methods can be used for studying production performance in fireflooding reservoirs.The paper proposes a new method to study fire-flooding reservoir's productoin performance with gas-drive type curves，by which the problems in dynamic analysis during production can be well solved.This new method has been proved by production performance data obtained from Wellblock Hongqian-1 in Karamay oilfield and Suplacu oilfield in Rumania.Relations among cumulative oil production，cumulative gas production and produced GOR can be established on the basis of the gas-drive type curve.Finally，recoverable reserves by fire-flooding process can be determined with the relations as the fire-flooding reaches the economic limits.

gas-drive type curve；gas-oil ratio；heavy oil reservoir；fire-flooding；in-situ combustion；test

TE357.41

A

1001-3873（2016）03-0318-03

10.7657/XJPG20160314

2015-11-10

2016-02-29

國家自然科學(xué)基金（51404199）；陜西省自然科學(xué)基金（2016JM5031）

袁士寶（1977-），男，黑龍江賓縣人，副教授，油氣田開發(fā)，（Tel）029-88382673（E-mail）pcysb@126.com