海上稠油油藏多元熱流體吞吐開采氣竄規(guī)律研究

袁玉鳳 宮汝祥 張 偉 王 飛 馮 祥

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院， 天津 300450)

自2008年以來，多元熱流體吞吐開采技術(shù)已在渤海油田稠油開采中應(yīng)用了10余井次，與冷采方式相比，開采程度得到了大幅提升[1-2]。由于油藏中存在大孔道，導(dǎo)致氣竄現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，降低了多元熱擴散效率及氣體協(xié)同作用，因而影響多元熱流體吞吐效果[3-4]。為了更好地治理氣竄問題，進一步提高油田采收率，必須準(zhǔn)確掌握氣竄規(guī)律。本次研究以渤海A油田為例，利用數(shù)值模擬方法，分析大孔道對氣竄規(guī)律的影響，并進行氣竄評價[5]。

1 氣竄評價指標(biāo)

(1) 氣竄量。在海上稠油多元熱流體吞吐開采項目中，目前的日注氣量為50 200 m3。當(dāng)生產(chǎn)井的日產(chǎn)氣量(即氣竄量)大于某一限值(1×104m3)時，可判定該井發(fā)生了氣竄。根據(jù)日產(chǎn)氣量Q劃分氣竄等級：0 ≤Q≤ 1×104m3，為弱氣竄；1×104m35×104m3，為嚴(yán)重氣竄。

(2) 竄流系數(shù)。在注入量一定的條件下，竄流越嚴(yán)重則鄰井日產(chǎn)氣峰值越大，生產(chǎn)結(jié)束時的累計產(chǎn)氣量也越大，在此引入竄流系數(shù)的概念來表征井間竄流程度的大小。竄流系數(shù)的表達式為：

n= (Qmax/Czhu)*(Cq/Czhu)

式中：n—— 竄流系數(shù)；

Qmax—— 鄰井最大日產(chǎn)氣量，m3；

Cq—— 鄰井累計產(chǎn)氣量，104m3；

Czhu—— 中心井注氣總量，104m3。

根據(jù)竄流系數(shù)劃分氣竄等級：0 ≤n≤ 0.1，為弱氣竄；0.12，為嚴(yán)重氣竄。

(3) 氣竄時機。氣竄時機定義為，中心井開始注氣、生產(chǎn)后，鄰井產(chǎn)氣速度開始明顯增大的時間點。

(4) 氣油比變化率。當(dāng)氣竄發(fā)生后，產(chǎn)氣量大幅增加，對應(yīng)的氣油比(體積比)也呈不斷增大的趨勢，利用注氣后氣油比與注氣初期(未氣竄)氣油比的“變化幅度”，也能評價氣竄的嚴(yán)重程度。將氣油比“變化幅度”定義為氣油比變化率[6-7]，即注氣后氣油比與注氣初期穩(wěn)定氣油比之間的變化率：

ΔR=(Rt-R0)/Rt

式中： ΔR—— 氣油比變化率；

Rt—— 注氣后氣油比；

R0—— 注氣初期穩(wěn)定氣油比。

按氣油比變化率劃分氣竄等級：ΔR< 0.5，為弱氣竄；0.5≤ΔR≤ 0.8，為中等氣竄；0.8<ΔR<0.9，為強氣竄；ΔR>0.9，為嚴(yán)重氣竄。

2 氣竄模型建立

2.1 模型基本參數(shù)

以A油田為例建立5口水平井的多元熱流體吞吐均質(zhì)油藏概念模型(見圖1)。為了模擬多元熱流體吞吐過程中的氣竄程度，在均質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，在中心井與其中某口生產(chǎn)井間設(shè)置了高滲條帶(見圖2)[8]。接著，進行網(wǎng)格系統(tǒng)劃分：網(wǎng)格步長為20 m×20 m，將平面劃分為2 745個(61×45)網(wǎng)格，縱向上模擬4個層，共10 980個網(wǎng)格節(jié)點。模型包括5口多元熱流體吞吐水平井，井網(wǎng)分布呈五點法形式。

圖1 氣竄三維模型表征

2.2 油藏參數(shù)

油藏主要參數(shù)如下：平均頂深為950 m;儲層平均有效厚度為8.0 m；平均滲透率為4 000×10-3μm2；平均孔隙度為0.36；原始含油飽和度為0.68；原始地層壓力10.6 MPa；油藏溫度為56 ℃；油藏條件下原油黏度為665 mPa·s。

2.3 注采方式

對4口角井以100 m3/d的排液速度進行天然能量生產(chǎn)，對中心注入井進行多元熱流體多輪次吞吐開發(fā)。其相關(guān)參數(shù)為：注入熱水速度為180 m3/d；注入空氣速度為50 200 m3/d；注入溫度為250 ℃；注入時間為20 d；燜井時間為3 d。同時，在吞吐開發(fā)過程中，根據(jù)海上保壓開發(fā)要求，保持地層壓力不低于5 MPa。生產(chǎn)過程中，按照定產(chǎn)液和定井底流壓方式進行開采，隨著吞吐輪次增加，井底流壓逐漸降低，7個周期的進底流壓分別取8.0、7.2、6.8、6.5、6.1、5.8、5.5 MPa[9-10]。

3 大孔道對氣竄的影響規(guī)律分析

3.1 大孔道長度對氣竄的影響規(guī)律

分析大孔道長度分別為100、160、220、300 m的井間竄流模型。當(dāng)大孔道的長度為300 m時，大孔道將中心注入井與目標(biāo)生產(chǎn)井直接連通，模型的滲透率倍數(shù)為基滲透率的4倍。

(1) 氣竄規(guī)律。根據(jù)不同長度大孔道井間竄流模型對應(yīng)的氣竄井累計產(chǎn)氣量曲線與產(chǎn)氣速度曲線可知：大孔道的長度越長，鄰井見氣越早，周期氣竄量也越大；當(dāng)大孔道長度不變時，隨著吞吐輪次的增加，氣竄量增幅不斷變大，氣竄發(fā)生后，后一周期的產(chǎn)氣量總是高于前一周期；當(dāng)大孔道長度為300 m 時，中心井與鄰井間有一條大裂縫直接連通，此時，最早發(fā)生氣竄且氣竄程度最嚴(yán)重。

(2) 氣竄評價。利用氣竄量、竄流系數(shù)、氣油比變化率及氣竄時機等氣竄評價指標(biāo)，評價大孔道長度對氣竄的影響規(guī)律(見圖3)。

圖3 不同長度的大孔道模型氣竄評價圖

氣竄規(guī)律如下：周期累計產(chǎn)氣量、氣竄系數(shù)、氣油比變化率隨著大孔道長度的增加而增加，第1輪次均發(fā)生氣竄；氣竄量、氣竄系數(shù)、氣油比變化率隨著吞吐的進行不斷增大，后一周期總是大于前一周期，氣竄程度越來越嚴(yán)重；隨著大孔道長度的增加，氣竄發(fā)生越早，氣竄輪次越靠前。

3.2 大孔道滲透率倍數(shù)對氣竄的影響規(guī)律

為了研究大孔道滲透率倍數(shù)對氣竄規(guī)律的影響，在中心注入井與鄰井氣竄井之間添加1條高滲透通道，設(shè)其滲透率分別為基礎(chǔ)滲透率的4倍、8倍、12倍、16倍和20倍，大孔道的長度為160 m，與中心注入井直接連通。

在計算不同滲透率倍數(shù)大孔道模型中氣竄井的產(chǎn)氣速度與累計產(chǎn)氣量時，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：在第1周期均未發(fā)生氣竄現(xiàn)象，在第2周期之后相繼發(fā)生氣竄現(xiàn)象，且同周期的日產(chǎn)氣量與累計產(chǎn)氣量隨著滲透率倍數(shù)的增大而增加，同周期日產(chǎn)氣量與累計產(chǎn)氣量從高到低的滲透率倍數(shù)依次為20倍、16倍、12倍、8倍、4倍。利用氣竄量、竄流系數(shù)、氣油比變化率及氣竄時機等氣竄指標(biāo)，評價大孔道滲透率倍數(shù)對氣竄的影響(見圖4)。

圖4 不同滲透率倍數(shù)的大孔道模型氣竄評價圖

氣竄規(guī)律評價如下：大孔道的滲透率倍數(shù)與氣竄時機、氣竄量、竄流系數(shù)及氣油比變化率呈正相關(guān)；當(dāng)滲透率倍數(shù)達到12倍及以上時，滲透率倍數(shù)將不再是影響氣竄時機、氣竄程度的主要參數(shù)；隨著吞吐的持續(xù)進行，氣竄程度越來越嚴(yán)重。

3.3 大孔道位置對氣竄規(guī)律的影響

在中心注入井與鄰井氣竄井添加1條大孔道，其位置關(guān)系分別為大孔道與兩井相交、平行或垂直。大孔道的長度為160 m，滲透率倍數(shù)為基礎(chǔ)滲透率的4倍。

(1) 大孔道與兩井相交。計算了不同相交位置的大孔道模型中氣竄井的產(chǎn)氣速度與累產(chǎn)氣量，發(fā)現(xiàn)氣竄規(guī)律如下：氣竄均發(fā)生在第5周期，當(dāng)大孔道與注入井相交時，氣竄井累產(chǎn)氣量與日產(chǎn)氣量最大，氣竄現(xiàn)象最嚴(yán)重；3種相交方式對應(yīng)的氣竄時機無差別，均在第五輪發(fā)生氣竄，由此表明相交位置的差異對氣竄時機無影響。利用氣竄量、竄流系數(shù)及氣油比變化率來評價氣竄程度(見圖5)。

圖5 不同相交位置的大孔道模型氣竄評價圖

(2) 大孔道與兩井平行。分別計算了不同平行位置的大孔道模型中氣竄井的產(chǎn)氣速度與累計產(chǎn)氣量，發(fā)現(xiàn)氣竄規(guī)律如下：當(dāng)大孔道平行且靠近注入井時，氣竄井累計產(chǎn)氣量與日產(chǎn)氣量最大，氣竄程度最嚴(yán)重，氣竄時機相對較早；靠近生產(chǎn)井時，氣竄程度居中；當(dāng)大孔道平行且位于兩井之間時，氣竄最弱。利用氣竄量、竄流系數(shù)及氣油比變化率來評價氣竄程度(見圖6)。

圖6 不同平行位置的大孔道模型氣竄評價圖

圖7 不同垂直位置的大孔道模型氣竄評價圖

(3) 大孔道與兩井垂直。 計算不同垂直位置的大孔道模型中氣竄井的產(chǎn)氣速度與累計產(chǎn)氣量，發(fā)現(xiàn)氣竄規(guī)律如下：當(dāng)大孔道垂直且位于兩井之間時，氣竄井累產(chǎn)氣量與日產(chǎn)氣量最大，氣竄現(xiàn)象最嚴(yán)重，氣竄時機相對較早；其次為靠近生產(chǎn)井，氣竄最弱的是大孔道平行且靠近注入井。 利用氣竄量、竄流系數(shù)及氣油比變化率來評價氣竄程度(見圖7)。

4 結(jié) 語

本次研究提出氣竄程度的評價方法，并分別研究了大孔道的長度、滲透率倍數(shù)及相對位置對氣竄規(guī)律的影響。通過分析，得到以下認(rèn)識：(1) 大孔道的長度、滲透率倍數(shù)均與累計產(chǎn)氣量、氣油比變化率、氣竄系數(shù)、氣竄時機呈正相關(guān)；(2) 當(dāng)滲透率倍數(shù)大于12倍時，氣竄時機、氣竄嚴(yán)重程度變化不明顯；(3) 大孔道與兩井的相對位置不同，氣竄規(guī)律也存差異；(4) 氣竄評價指標(biāo)的優(yōu)先順序依次為氣竄量、竄流系數(shù)、氣油比變化率；(5) 影響氣竄程度因素的敏感性由強到弱依次為大孔道長度、滲透率倍數(shù)、大孔道位置。本次研究結(jié)果對油藏特點及開發(fā)方式相近油田的熱采方案具有一定的指導(dǎo)作用，可提前預(yù)警氣竄輪次與氣竄嚴(yán)重程度。