SAGD開發(fā)效果影響因素研究

田 軻 鄭 強(qiáng) 田 冀

(1. 西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院， 成都 610500; 2. 中海油研究總院， 北京 100028)

世界上油砂資源儲(chǔ)量占總原油儲(chǔ)量的30%[1]。加拿大擁有全球85%的油砂儲(chǔ)量，為全世界之首[2-3]。蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)是目前油砂工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的開發(fā)技術(shù)[4-5]。SAGD的基本原理是把熱傳導(dǎo)和流體熱對(duì)流相結(jié)合，將蒸汽作為熱源來加熱地層原油，注汽水平井置于生產(chǎn)水平井的上方，通過“上方注汽、下方采油”的方式進(jìn)行開采。通過預(yù)熱形成熱連通后，注入的蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔。蒸汽腔向上及側(cè)面移動(dòng)，與油層中的原油發(fā)生熱交換，加熱的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄至下面的生產(chǎn)井中產(chǎn)出[6]。一般來說，雙水平井SAGD開發(fā)過程按照產(chǎn)油剖面可劃分為4個(gè)階段：預(yù)熱階段、蒸汽腔上升階段、平臺(tái)生產(chǎn)階段以及遞減生產(chǎn)階段。

SAGD開發(fā)過程中，由于其驅(qū)油機(jī)理較為復(fù)雜，其開發(fā)效果也受諸多因素影響。隨著SAGD開發(fā)的進(jìn)行，水平段沿程蒸汽腔發(fā)育程度往往存在較大差異，從而導(dǎo)致沿程動(dòng)用不均勻及動(dòng)用程度低等問題。研究發(fā)現(xiàn)，SAGD蒸汽腔發(fā)育程度主要受控于油藏參數(shù)、井參數(shù)、操作參數(shù)等因素[7-13]，而關(guān)于影響SAGD開發(fā)效果主控因素的研究尚未見報(bào)道。

本次研究以加拿大L油田油藏地質(zhì)特征建立機(jī)理模型。首先從地質(zhì)因素、完井方式和操作策略出發(fā)，分析了井筒沿程滲透率分布、滲透率級(jí)差、管柱結(jié)構(gòu)、預(yù)熱方式、注采參數(shù)等因素對(duì)SAGD開發(fā)效果的影響；其次通過正交設(shè)計(jì)方法，確定了影響SAGD開發(fā)效果的主控因素。研究結(jié)果為SAGD開發(fā)方案的編制提供合理依據(jù)。

1 機(jī)理模型

加拿大L油田油藏埋深220 m，有效厚度為 15 m，滲透率為1 500×10-3μm2，孔隙度為30%，原始含油飽和度為75%，初始地層溫度為10 ℃，原始油層溫度下脫氣原油黏度約為100×104mPa·s?；谝陨蠀?shù)，利用油藏?cái)?shù)值模擬CMG軟件建立單井模型，水平井長度為400 m。

2 影響因素分析

2.1 低滲帶位置

保持模型平均滲透率為1 500×10-3μm2，井筒沿程滲透率設(shè)置3種分布類型：(1) 水平井跟端鉆遇寬度為100 m的低滲透條帶；(2) 水平井中部鉆遇寬度為100 m的低滲透條帶；(3) 水平井趾端鉆遇寬度為100 m的低滲透條帶。低滲帶滲透率為500×10-3μm2。圖1為生產(chǎn)8 a后不同滲透率分布下采出程度和累計(jì)油汽比對(duì)比圖。

由圖1可知，當(dāng)?shù)蜐B帶分布在水平段中部時(shí)，水平段動(dòng)用不均勻程度最嚴(yán)重，采出程度和累計(jì)油汽比最低，SAGD開發(fā)效果最差。

圖1 低滲帶位于水平井不同位置時(shí)開發(fā)效果對(duì)比圖

設(shè)定低滲帶位于水平井跟端，保持其他位置滲透率為2 000×10-3μm2，低滲帶滲透率分別設(shè)置為(100、500、800、1 000、1 200)×10-3μm2。圖2為生產(chǎn)8 a后低滲帶不同滲透率條件下采出程度和累計(jì)油汽比對(duì)比圖。

圖2 低滲帶滲透率不同時(shí)開發(fā)效果對(duì)比圖

由圖2可知，隨著低滲帶滲透率的增加，采出程度和累計(jì)油汽比都逐漸增加。當(dāng)?shù)蜐B帶滲透率小于800×10-3μm2時(shí)，二者變化不大，說明該情況下水平段低滲帶動(dòng)用程度較低；當(dāng)滲透率大于 1 000×10-3μm2時(shí)，滲透率越大，開發(fā)效果越好；當(dāng)滲透率大于1 200×10-3μm2時(shí)，采出程度和累計(jì)油汽比增加幅度變緩，低滲帶對(duì)開發(fā)效果影響程度變小。

2.3 管柱結(jié)構(gòu)

SAGD階段分別選取4種管柱結(jié)構(gòu)：(1) 單管注汽，采油井無尾管；(2) 長短雙管注汽，采油井無尾管；(3) 長短雙管注汽，采油井有尾管；(4) 單管三點(diǎn)注汽，采油井有尾管。圖3為生產(chǎn)8 a后不同管柱結(jié)構(gòu)下的采出程度和累計(jì)油汽比對(duì)比圖。

圖3 不同管柱結(jié)構(gòu)下的開發(fā)效果對(duì)比圖

由圖3可知，管柱結(jié)構(gòu)采取(1)開發(fā)效果最差；管柱結(jié)構(gòu)采取(3)采出程度和累計(jì)油汽比最大；管柱結(jié)構(gòu)采取(2)和(4)的開發(fā)效果較接近，但累計(jì)油汽比較小。可見，雙管注汽可以提高趾端動(dòng)用程度，改善吸汽剖面；采油井泵后下尾管可有效緩解跟端汽竄，改善趾端動(dòng)用程度。

2.4 預(yù)熱方式

預(yù)熱階段分別選取(1) 注蒸汽循環(huán)預(yù)熱、(2) 蒸汽吞吐預(yù)熱、(3) 電加熱3種預(yù)熱方式。假設(shè)預(yù)熱時(shí)間及SAGD階段參數(shù)設(shè)置相同，對(duì)比不同預(yù)熱方式對(duì)SAGD開發(fā)效果的影響。圖4為生產(chǎn)8 a后不同預(yù)熱方式下采出程度和累計(jì)油汽比對(duì)比圖。

圖4 不同預(yù)熱方式下開發(fā)效果對(duì)比圖

由圖4可知，采取蒸汽循環(huán)預(yù)熱和電加熱的預(yù)熱方式，其采出程度差別不大，由于電加熱不注蒸汽，故其累計(jì)油汽比較大；采取蒸汽吞吐方式需要注汽、燜井和采油3個(gè)階段，其注蒸汽量較小，累計(jì)油汽比較大，但預(yù)熱較慢，且容易產(chǎn)生井筒沿程注采剖面的不均勻，故采出程度較低。

2.5 注采參數(shù)

2.5.1 循環(huán)預(yù)熱時(shí)間

保持其他條件不變，設(shè)定循環(huán)預(yù)熱時(shí)間分別為2個(gè)月、4個(gè)月、6個(gè)月、8個(gè)月和10個(gè)月，對(duì)比不同循環(huán)預(yù)熱時(shí)間對(duì)SAGD開發(fā)效果的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 不同循環(huán)預(yù)熱時(shí)間下開發(fā)效果對(duì)比圖

由圖5可知，循環(huán)預(yù)熱時(shí)間小于4個(gè)月時(shí)，會(huì)導(dǎo)致趾端動(dòng)用程度明顯下降，從而大幅度降低采出程度；循環(huán)預(yù)熱時(shí)間大于4個(gè)月時(shí)，采出程度變化不大，但累計(jì)油汽比逐漸降低，故推薦預(yù)熱時(shí)間為4個(gè)月左右。

2.5.2 最大注汽量

保持其他條件不變，設(shè)定SAGD階段最大注汽量分別為100、150、200、250、300 td，對(duì)比不同最大注汽量對(duì)SAGD開發(fā)效果的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 不同最大注汽量下開發(fā)效果對(duì)比圖

由圖6可知，隨著最大注汽量的逐漸增加，采出程度逐漸增加，累計(jì)油汽比逐漸降低。當(dāng)最大注汽量大于150 td時(shí)，開發(fā)效果變化不大，故推薦SAGD階段最大注汽量為150 td。

2.5.3 最大排液量

保持其他條件不變，設(shè)定SAGD階段最大排液量分別為100、150、200、250、300 td，對(duì)比不同最大排液量對(duì)SAGD開發(fā)效果的影響，結(jié)果見圖7。

由圖7可知，隨著最大排液量的逐漸增加，采出程度逐漸增加，累計(jì)油汽比逐漸降低。當(dāng)最大排液量大于100 td時(shí)，開發(fā)效果急劇變差；當(dāng)最大排液量大于150 td時(shí)，開發(fā)效果變化不大。故推薦SAGD階段最大排液量保持在150 td。

3 主控因素分析

采用正交數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法，分析低滲帶位置、低滲帶滲透率、管柱結(jié)構(gòu)、預(yù)熱方式、循環(huán)預(yù)熱時(shí)間、最大注汽量、最大排液量對(duì)SAGD開發(fā)效果的影響程度，并對(duì)其大小進(jìn)行排序，從而確定SAGD開發(fā)效果的主控因素。設(shè)計(jì)了7因素3水平正交試驗(yàn)，共18組。根據(jù)正交數(shù)值實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)各因素不同水平的采出程度進(jìn)行平均化處理，然后計(jì)算各因素不同水平下的平均采出程度的級(jí)差值，由級(jí)差值判斷各因素的影響程度。分析結(jié)果見表1。

通過分析可知，管柱結(jié)構(gòu)對(duì)SAGD開發(fā)效果影響程度最大。影響程度由大到小的因素依次為：管柱結(jié)構(gòu)、預(yù)熱時(shí)間、低滲帶滲透率、預(yù)熱方式、SAGD階段最大排液量、滲透率分布、SAGD階段最大注汽量。

4 結(jié) 語

(1) 低滲帶位于水平段中部時(shí)，SAGD開發(fā)效果最差；雙管注汽、采油井泵后下尾管可以改善吸汽剖面、有效緩解跟端汽竄、改善SAGD開發(fā)效果；蒸汽循環(huán)預(yù)熱最佳時(shí)間為4個(gè)月，建議SAGD階段最大注汽量保持在150 td、最大排液量保持在150 td。

(2) 影響程度由大到小的因素依次為：管柱結(jié)構(gòu)、預(yù)熱時(shí)間、低滲帶滲透率、預(yù)熱方式、SAGD階段最大排液量、低透帶位置、SAGD階段最大注汽量。

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