儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)蒸汽輔助重力泄油技術(shù)開發(fā)效果的影響.

李浩哲，梁琳琳，潘少杰，包建銀，劉其鑫

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102200)

儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)蒸汽輔助重力泄油技術(shù)開發(fā)效果的影響.

李浩哲，梁琳琳，潘少杰，包建銀，劉其鑫

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京 102200)

蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)是開采稠油和油砂的重要技術(shù)，其開發(fā)效果受儲(chǔ)層參數(shù)的影響。采用數(shù)值模擬方法研究了垂向滲透率、儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含油飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)SAGD技術(shù)開發(fā)效果的影響。結(jié)果表明，儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含油飽和度與開發(fā)效果呈正相關(guān)關(guān)系。在水平滲透率一定的情況下，垂向滲透率對(duì)開發(fā)效果的影響存在最優(yōu)值。對(duì)不同儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)果顯示，對(duì)于油汽比、采出程度、平均日產(chǎn)量等因變量，儲(chǔ)層厚度、垂向滲透率、含油飽和度及孔隙度的影響程度不同。根據(jù)正交試驗(yàn)分析結(jié)果對(duì)稠油油藏SAGD技術(shù)開發(fā)的適應(yīng)性進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，可為前期制定開發(fā)策略提供參考。

蒸汽輔助重力泄油；儲(chǔ)層參數(shù)；正交試驗(yàn)；方差分析；量化評(píng)價(jià)體系

中國(guó)稠油資源豐富，探明和控制儲(chǔ)量已達(dá)16×108t，是繼美國(guó)、加拿大和委內(nèi)瑞拉之后的世界第四大稠油生產(chǎn)國(guó)[1]。蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)是開采稠油和油砂資源的重要技術(shù)，目前已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。中國(guó)遼河油田首先進(jìn)行了SAGD先導(dǎo)試驗(yàn)并取得了良好的效果，新疆風(fēng)城油田的SAGD技術(shù)已進(jìn)入規(guī)?；_發(fā)應(yīng)用階段。

SAGD技術(shù)的應(yīng)用效果受地質(zhì)參數(shù)和注采工藝參數(shù)的影響，其中地質(zhì)參數(shù)是決定性因素，且屬于不可控因素。地質(zhì)參數(shù)中最重要的是儲(chǔ)層，其對(duì)SAGD技術(shù)的應(yīng)用效果具有重要意義。許多學(xué)者已經(jīng)研究了不同儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)雙水平井SAGD技術(shù)蒸汽腔發(fā)育情況、采出程度的影響[2-7]，但均未針對(duì)單因素進(jìn)行理論分析，缺乏對(duì)單因素影響程度的定量評(píng)價(jià)。

本文采用數(shù)值模擬方法研究了垂向滲透率、儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含油飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)SAGD技術(shù)開發(fā)效果的影響，為確定SAGD技術(shù)開發(fā)稠油油藏的界限標(biāo)準(zhǔn)提供參考。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，對(duì)比了4個(gè)參數(shù)影響程度的大小。最后根據(jù)分析結(jié)果建立了SAGD技術(shù)開發(fā)稠油油藏評(píng)價(jià)體系，對(duì)目標(biāo)油藏進(jìn)行量化評(píng)價(jià)與分析?？捎糜诔碛陀筒貎?yōu)選，規(guī)避開發(fā)效果欠佳區(qū)塊，更有利于充分發(fā)揮SAGD技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)稠油油藏的高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)。

1 數(shù)值模型

選擇加拿大Athabasca油砂中的典型雙水平井井組建立基礎(chǔ)模型。油藏埋深為500 m，儲(chǔ)層厚度為30 m，平均孔隙度為30%，原始含油飽和度為0.87，原始含水飽和度為0.13。油藏水平滲透率為3000 mD，垂直滲透率與水平滲透率之比為0.7。油藏溫度為12℃，原始地層壓力為3 MPa。油藏溫度條件下，原油黏度為3.52×106MPa·s。SAGD井組水平段長(zhǎng)度為1000 m，井距為100 m，注采井垂向距離為5 m?；A(chǔ)模型采用笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)，I(橫向)、K(垂向)方向網(wǎng)格步長(zhǎng)均為1 m，J方向(水平井方向)網(wǎng)格步長(zhǎng)為50 m，總網(wǎng)格數(shù)為50×20×30=30000。

2 儲(chǔ)層參數(shù)影響分析

對(duì)垂向滲透率、儲(chǔ)層厚度、孔隙度及含油飽和度等參數(shù)進(jìn)行分析，研究不同參數(shù)條件下生產(chǎn)時(shí)間為10年時(shí)采出程度和油汽比的變化規(guī)律，確定單因素變化對(duì)SAGD生產(chǎn)效果的影響規(guī)律，為綜合分析奠定基礎(chǔ)。

2.1 垂向滲透率的影響

垂向滲透率主要影響蒸汽腔的上升速度。選擇垂向滲透率為300 mD、600 mD、900 mD、1200 mD、1500 mD、2100 mD、2700 mD的儲(chǔ)層進(jìn)行數(shù)值模擬，其對(duì)開發(fā)效果的影響如圖1所示。

圖1 不同垂向滲透率的開發(fā)效果對(duì)比圖Fig.1 Comparison of development effect under different vertical permeability

隨著垂向滲透率增大，采出程度和油汽比均逐漸增大，生產(chǎn)效果逐漸變好。但當(dāng)垂向滲透率超過1200 mD后，生產(chǎn)效果逐漸變差，采出程度和油汽比出現(xiàn)一定幅度的降低。這是由于蒸汽超覆加重，蒸汽腔垂向發(fā)育速度加快，側(cè)向發(fā)育較差。這一方面不利于側(cè)向原油的動(dòng)用，降低了采出程度；另一方面增大了蓋層熱損失，使熱效率變差，生產(chǎn)油汽比減小。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在油藏水平滲透率一定的情況下，垂向滲透率超過一定值才具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)的潛力，但是垂向滲透率并非越大越好，而是有一個(gè)界限值，超過界限值時(shí)油藏開發(fā)效果反而會(huì)下降。

2.2 儲(chǔ)層厚度的影響

圖2 不同儲(chǔ)層厚度的開發(fā)效果對(duì)比圖Fig.2 Comparison of development effect under different reservoir thicknesses

選擇儲(chǔ)層厚度為10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)比不同儲(chǔ)層厚度下的開發(fā)效果(圖2)。從圖2中可以看出，隨著儲(chǔ)層厚度增大，油汽比逐漸增大，但增長(zhǎng)幅度逐漸變緩；采出程度則先升高后降低。這是因?yàn)橹亓κ荢AGD技術(shù)中主要的泄油動(dòng)力，儲(chǔ)層厚度越大，重力泄油作用越明顯，產(chǎn)量越高；隨著儲(chǔ)層厚度的增大，上覆、下伏巖層的熱損失相應(yīng)減少，蒸汽熱效率提高，油汽比增大，生產(chǎn)效果得到改善。而儲(chǔ)層厚度大意味著油藏儲(chǔ)量大，盡管采出程度隨著儲(chǔ)層厚度的增大而逐漸降低，但是平均日產(chǎn)量和油汽比均相應(yīng)增加，說明生產(chǎn)效果并未變差。這也從側(cè)面證明了產(chǎn)量與儲(chǔ)層厚度并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，該結(jié)論與Butler的產(chǎn)能公式相吻合。

2.3 孔隙度的影響

選擇孔隙度為10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%進(jìn)行數(shù)值模擬，采出程度和油汽比的變化如圖3所示?？紫抖戎饕绊懻羝麩嵝?，孔隙度越小，蒸汽在地層中的熱損失越大，蒸汽掃過的區(qū)域含油量越低。模擬結(jié)果表明，隨著孔隙度增大，油汽比幾乎呈線性趨勢(shì)增長(zhǎng)，即孔隙度越大，SAGD開發(fā)效果越好；采出程度則先升高后降低，且當(dāng)孔隙度為15%時(shí)，采出程度最高。為保證SAGD開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)優(yōu)先選擇孔隙度在20%以上的儲(chǔ)層進(jìn)行開發(fā)?？紫抖仁怯绊憙?chǔ)量的關(guān)鍵參數(shù)，孔隙度增大，原油儲(chǔ)量增大，孔隙度增大對(duì)日產(chǎn)量的影響幅度小于儲(chǔ)量增加的幅度，導(dǎo)致油藏采出程度降低，這與Butler和H.Shin[8]的研究結(jié)果相同。

圖3 不同孔隙度的開發(fā)效果對(duì)比圖Fig.3 Comparison of development effect under different porosities

2.4 含油飽和度的影響

含油飽和度對(duì)開發(fā)效果的影響如圖4所示。隨著含油飽和度的增加，采出程度和油汽比均逐漸增大。含油飽和度較低時(shí)，含水飽和度高，蒸汽腔為“高瘦型”，不利于側(cè)向原油的動(dòng)用，且注入的蒸汽大部分用于加熱地層水，蒸汽熱效率較低，油汽比較低。含油飽和度增大后，蒸汽腔呈倒置的碗狀，開發(fā)效果變好。為了提高采出程度，降低熱損失，蒸汽輔助重力泄油技術(shù)開采的稠油儲(chǔ)層含油飽和度應(yīng)高于50%。

圖4 不同含油飽和度的開發(fā)效果對(duì)比圖Fig.4 Comparison of development effect under different oil saturations

3 影響程度綜合分析

本研究采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法研究各因素對(duì)SAGD技術(shù)開發(fā)效果的影響程度。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是科學(xué)設(shè)計(jì)多因素試驗(yàn)的一種方法，其通過挑選有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)來進(jìn)行試驗(yàn)，從而用部分試驗(yàn)代替全面試驗(yàn)，得到的結(jié)果再用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理，得出科學(xué)結(jié)論[9-10]。

結(jié)合單因素分析結(jié)果，對(duì)垂向滲透率、儲(chǔ)層厚度、孔隙度和含油飽和度進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，參數(shù)水平設(shè)定見表1。

表1 參數(shù)水平設(shè)定表

Table 1 Parameters level setting

影響因素參數(shù)水平垂向滲透率/mD300、900、1500、2100、2700儲(chǔ)層厚度/m20、30、40、50、60孔隙度/%10、20、30、40、50含油飽和度/%50、60、70、80、90

根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，進(jìn)行“四因素五水平”設(shè)計(jì)，得到25組結(jié)果，分別進(jìn)行模擬計(jì)算得到對(duì)應(yīng)參數(shù)條件下的采出程度、油汽比及平均日產(chǎn)量。然后分別以油汽比、采出程度、平均日產(chǎn)量為因變量，對(duì)模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行方差分析(表2)，根據(jù)對(duì)應(yīng)因子的F值可以比較各因子對(duì)相應(yīng)開發(fā)指標(biāo)的影響程度。

從表2可以看出，對(duì)于不同的因變量，儲(chǔ)層厚度、垂向滲透率、含油飽和度及孔隙度的影響程度不同。以油汽比為例，含油飽和度和孔隙度對(duì)油汽比的影響極為顯著，而儲(chǔ)層厚度和垂向滲透率的影響則相對(duì)較弱。根據(jù)不同因素的F值，這4個(gè)因素對(duì)雙水平井SAGD技術(shù)開發(fā)油汽比的影響大小依次為：含油飽和度>孔隙度>垂向滲透率>儲(chǔ)層厚度。對(duì)于采出程度，各因素影響大小為：儲(chǔ)層厚度>含油飽和度>垂向滲透率>孔隙度。對(duì)于平均日產(chǎn)量，各因素影響大小為：含油飽和度>孔隙度>垂向滲透率>儲(chǔ)層厚度。

表2 方差分析結(jié)果表(α=0.05)

注：α—顯著性水平 ；F—方差分析統(tǒng)計(jì)量；P—概率。

4 評(píng)價(jià)體系建立與應(yīng)用

根據(jù)F值大小，確定油藏評(píng)價(jià)體系中垂向滲透率、儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含油飽和度對(duì)應(yīng)的權(quán)重分別為0.069、0.037、0.405、0.489。根據(jù)各參數(shù)權(quán)重，結(jié)合Athabasca油砂、遼河油田[11]、新疆風(fēng)城油田[12]的儲(chǔ)層參數(shù)，計(jì)算得到國(guó)內(nèi)外典型稠油油藏的油藏得分，即可采系數(shù)(表3)。參照篩選標(biāo)準(zhǔn)，Athabasca油砂、曙一區(qū)杜84塊館陶組油層、新疆風(fēng)城油田重32井區(qū)、新疆風(fēng)城油田重37井區(qū)均滿足SAGD技術(shù)開發(fā)的要求。其中曙一區(qū)杜84塊館陶組油層可開發(fā)性優(yōu)于Athabasca油砂，SAGD技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力。新疆風(fēng)城油田典型稠油區(qū)塊的油藏可采系數(shù)雖略低于Athabasca油砂，但采用雙水平井SAGD技術(shù)開采也可獲得理想的產(chǎn)量，且重37井區(qū)的開發(fā)效果可能優(yōu)于重32井區(qū)。

表3 典型稠油油藏SAGD技術(shù)開發(fā)評(píng)價(jià)表

5 結(jié)論與建議

(1)SAGD技術(shù)的開發(fā)效果受儲(chǔ)層參數(shù)的影響，應(yīng)在投入開發(fā)前對(duì)目標(biāo)油藏進(jìn)行可開發(fā)性評(píng)價(jià)。

(2)儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含油飽和度越大，SAGD技術(shù)的開發(fā)效果越好，在水平滲透率一定的情況下，垂向滲透率對(duì)開發(fā)效果的影響存在最優(yōu)值。

(3)垂向滲透率、儲(chǔ)層厚度、孔隙度、含油飽和度對(duì)不同開發(fā)指標(biāo)影響程度不同，應(yīng)根據(jù)不同的開發(fā)指標(biāo)制定不同的技術(shù)界限。

(4)基于儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)目標(biāo)油藏進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，具有簡(jiǎn)單直觀的優(yōu)勢(shì)，可為前期制定開發(fā)策略提供參考。后期可針對(duì)關(guān)鍵注采參數(shù)(如注采井垂向距離、注汽速度、注氣量等)進(jìn)行此類研究，為優(yōu)化SAGD技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)操作參數(shù)提供理論支撐，從而充分發(fā)揮SAGD技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)稠油油藏的有效開發(fā)。

[1] 王秋語,何胡軍.國(guó)外熱力采油技術(shù)進(jìn)展及新方法[J].中外能源,2013,18(8):33-38.

[2] 高屹.超稠油蒸汽輔助重力泄油開發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià)[D].北京:中國(guó)石油大學(xué),2010.

[3] 崔紅巖,李冬冬,林新宇,等.雙水平井蒸汽輔助重力泄油數(shù)值模擬研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,8(6):47-50,7.

[4] 任寶銘,閻振華,李映艷,等.SAGD技術(shù)開采稠油及影響因素分析[J].吐哈油氣,012,17(4):370-373.

[5] 牟珍寶,唐帥.雙水平井SAGD開發(fā)稠油油藏界限標(biāo)準(zhǔn)[J].科技導(dǎo)報(bào),2014,32(11):71-76.

[6] 劉名,孔軒,孫滕,等.SAGD儲(chǔ)層參數(shù)敏感性分析及應(yīng)用[J].特種油氣藏,2015,22(4):38-41,152.

[7] AlvarezJ, Moreno R, Sawatzky R P. Can SAGD Be Exported? Potential Challenges [C]. Medellin, Colombia, SPE 171089, 2014:24-26.

[8] Shin H. A Reservoir Economic Indicator to Evaluate a SAGD Project [C]. Calgary, Alberta, Canada, PETSOC-2008-072, 2008:17-19.

[9] 鄧振偉,于萍,陳玲.SPSS軟件在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果分析中的應(yīng)用[J].電腦學(xué)習(xí),2009(5):15-17.

[10] 劉瑞江,張業(yè)旺,聞崇煒,等.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2010,27(9):52-55.

[11] 張明波.杜84塊館陶超稠油油藏SAGP開發(fā)研究[D].大慶:東北石油大學(xué),2014.

[12] 何萬軍,陳新文,趙睿,等.水平井軌跡偏移對(duì)蒸汽輔助重力泄油生產(chǎn)的影響[J].新疆石油地質(zhì),2013,34(6):669-671.

Effect of Reservoir Parameters on Development Technology with Steam Assisted Gravity Drainage

Li Haozhe， Liang Linlin， Pan Shaojie， Bao Jianyin， Liu Qixin

(PetroleumEngineeringInstituteofChinaUniversityofPetroleum-Beijing，Beijing102200，China)

The steam assisted gravity drainage (SAGD) is an important technology for the development of heavy oil and oil sands, and the development effect is influenced by reservoir parameters. The numerical simulation method has been used to study the influence of vertical permeability, reservoir thickness, porosity, oil saturation, etc. on the SAGD technology development. The results indicate that reservoir thickness, porosity and oil saturation are positively correlated with the SAGD performance, and there is an optimal value of vertical permeability on the development effect under the condition of constant horizontal permeability. The orthogonal experiment design is carried out for different reservoir parameters, and applied the variance analysis to the testing results. Taking oil vapor ratio, production level, average daily output as the dependent variables respectively, the effect of various parameters on the size of development has been compared. According to the analysis result of orthogonal experiment, the quantitativeevaluation of the applicability of SAGD in heavy oil reservoir, and provide a reference for making the development strategy in the early stage.

SAGD; reservoir parameters; orthogonal test; variance analysis; quantitative evaluation system

TE345

A

*第一作者簡(jiǎn)介：李浩哲(1990—)，男，碩士研究生，主要從事稠油熱采及蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)研究工作。 郵箱：lihaozhe2012@126.com.