樂安油田草20區(qū)塊邊水稠油油藏水平井注汽量優(yōu)化技術研究與應用

馮慶偉，楊玉珍，萬惠平，許德廣，殷方好，王金芝

（1.中國石化勝利油田分公司現河采油廠，山東東營 257000；2.中國石化勝利油田分公司石油工程技術研究院；3.山東省稠油開采技術省級重點實驗室）

樂安油田草 20區(qū)塊西北部是典型的邊底水稠油油藏，油藏平均滲透率（1 000～3 000）×10-3μm2，孔隙度10%～30%，泥質含量6.2%～8.9%，原始含油飽和度65%，油層厚度6～10 m。

草 20區(qū)塊目前有水平井 34口，水平段長度150～250 m，平均單井日產液33.5 t，單井日產油1.9 t，綜合含水94.3%，平均動液面209 m。該區(qū)塊多輪次吞吐后，水平段熱量分布不均、造成儲層動用不均衡，油汽比逐年下降，因此，需要開展原油的黏–溫[1-2]、相對滲透率的測試及原油在儲層中流動能力[3]的實驗研究，然后根據動用程度、儲層物性、邊底水侵入程度等變化因素對儲層需要的熱量進行優(yōu)化，提升開發(fā)效益。

1 草20區(qū)塊油藏的滲流特征

1.1 實驗材料與方法

1.1.1 實驗樣品與裝置

實驗樣品（稠油）取自草20區(qū)塊，密度為0.991 7 g/cm3；巖心孔隙度為28.8%，滲透率為1 860×10–3μm2，。

啟動壓力及油水相對滲透率測試裝置主要由巖心部分、注入部分和采出部分等組成（圖1），滲流實驗在Memmert UF450型恒溫箱中完成。稠油的黏–溫曲線由Brookfield DV–III+黏度–流變儀測量得到。

圖1 巖心驅替實驗流程

1.1.2 實驗方法

（1）不同溫度下的啟動壓力梯度測定步驟： ①以一定流量（0.01 mL/min）水驅地層，測定滲透率；②某一溫度下，先以0.001 mL/min的速度用原油驅替至驅出水量不再增加（回壓要大于該溫度下的飽和蒸汽壓），然后加大排量至某一最大注入壓力驅至地層條件下的束縛水飽和度；③停泵，卸掉巖心上游壓力，恒溫狀態(tài)下老化24 h；④以0.001 mL/min的速度油驅，待巖心出口端有原油流出后，停泵，觀察入口端壓力表讀數變化情況。然后記錄穩(wěn)定后的壓力讀數，此壓力即為最小啟動壓力，計算最小啟動壓力梯度；⑤調整泵的排量，每一流量下待巖心兩端壓力穩(wěn)定后記錄壓差、流量。⑥繪制啟動壓力梯度隨流速的關系曲線；⑦改變實驗溫度，重復實驗步驟②～⑥。

（2）相對滲透率曲線測定的實驗步驟：①填制巖心、抽真空，抽真空壓力達10–3MPa后再連續(xù)抽1～2 h，然后飽和水條件下，計算巖心孔隙體積和孔隙度；②在實驗設定溫度和飽和油條件下，測定該束縛水飽和度下的油相滲透率；③在實驗設定的溫度條件下，以恒定的注入速度，進行巖心驅替實驗，記錄實驗時間、注入壓差和流速、巖心入口壓力、巖心出口壓力、產油量、產液量等；④當含水率達到99.5%以上，壓差穩(wěn)定后，測定殘余油狀態(tài)下的水相（蒸汽相）滲透率。⑤應用數值模擬方法計算油水相對滲透率[4-5]。

1.2 實驗結果分析

1.2.1 原油黏–溫特性

原油的黏–溫曲線顯示（圖2），草20區(qū)塊原油在50 ℃時黏度為30 000～100 000 mPa·s，屬于特–超稠油。低溫下黏度很大，基本沒有流動性，對溫度具有較強的敏感性，隨著溫度的增加，其黏度大幅下降。溫度大于70 ℃后，原油黏度下降幅度明顯變慢。

圖2 原油黏–溫曲線

1.2.2 啟動壓力梯度

稠油油藏的主要特征是原油黏度大，油中富含膠質、瀝青質等高分子化合物。由于受溫度、儲層滲透率、邊界層、壓差等因素的影響，稠油油藏滲流規(guī)律復雜，最顯著的特征是稠油的滲流不符合達西定律。實驗測定了該區(qū)塊脫水原油在不同溫度下的啟動壓力梯度。

從圖3可以看出，溫度越低，啟動壓力梯度越大。分析認為，溫度越低，稠油黏度越大，流體滲流所需克服的阻力也越大；隨溫度增加，啟動壓力梯度下降；溫度達到110 ℃，啟動壓力梯度接近于零，流動能力增強。

1.2.3 油水相對滲透率

圖3 啟動壓力梯度與溫度的關系

為了考察溫度對油水相滲的影響，進行了不同溫度下的油–水相對滲透率測試，并進行油水相對滲透率計算。

圖4顯示，巖心油–水相對滲透率曲線呈現如下特征：①隨溫度升高，巖心的束縛水飽和度逐漸增加。分析認為，溫度升高導致油相流動性增加，從而使原來吸附在巖石表面的原油逐漸解吸；水分子的聚集使得巖石表面的潤濕性逐漸向親水轉變，水油界面張力降低，小孔中充滿水，其中的油被驅替出來，導致束縛水飽和度增加，殘余油飽和度降低，兩相共滲區(qū)逐漸減小。②油相相對滲透率曲線較陡、下降速度快，水相相對滲透率上升緩慢。分析認為，主要是草20區(qū)塊原油與水的流度比較大，造成較大的流動阻力，使得水相相對滲透率曲線增幅平緩，而油相相對滲透率曲線降幅很快[6-8]。

圖4 不同溫度下相滲曲線

低溫時，油水兩相共滲范圍較窄，等滲點較低。隨溫度升高，油水兩相共滲范圍變寬，等滲點有所升高，原油滲流能力增強。

2 “三場”展布規(guī)律

應用稠油油藏數值模擬軟件，對研究區(qū)域進行開發(fā)動態(tài)的跟蹤模擬，并據此進行相應的開發(fā)技術政策研究。

2.1 模型建立及歷史擬合

根據草 20區(qū)塊邊水稠油油藏典型井的數據建立地質模型。依據前期對該井附近邊水的認識以及在擬合過程中對能量的來源分析，設置數值水體+解析水體相結合的方法，保證了邊水水體的準確性。

2.2 不同周期“三場”分布規(guī)律

利用地質模型計算結果，對以往周期生產過程中的“三場”分布規(guī)律進行分析，為儲層需要的熱量優(yōu)化奠定基礎。

2.2.1 壓力場分布規(guī)律

從周期內壓力場的變化情況可以看出，吞吐前3個周期，邊水未影響，周期內壓力逐漸降低；多輪次注入后，邊水有能量補充，周期內壓力先下降后上升；周期內壓力場總是先降低后升高，說明邊水的侵入起到了能量補充的作用（圖5）。

2.2.2 溫度場分布規(guī)律

各周期注汽結束后的溫度場顯示，吞吐初期，隨著原油的不斷產出，井底周圍含油飽和度減小，注汽時更有利于溫度場擴散，蒸汽的加熱范圍不斷增加（圖6）。

圖6 各周期注汽結束后溫度場分布

2.2.3 含油飽和度分布規(guī)律

周期結束后飽和度場顯示，第3周期從水平井A端開始有底水侵入，到第5，6周期，底水均有脊進現象（圖7）。

圖7 各周期生產結束后含油飽和度

3 儲層需要熱量的優(yōu)化

3.1 水平井吞吐轉周時機優(yōu)化

利用草 20–平 37井所建立的地質模型，選取含水率為94%，95%，96%，97%四種情況，通過對比第七和第八兩個周期的產油量，優(yōu)選最佳轉周時機（表1）。

表1 不同轉周時機周期生產情況對比

轉周時機優(yōu)化時，考慮周期內、周期間的開發(fā)規(guī)律，按照前后兩個周期產油量最大化的原則，優(yōu)化轉周時機，提高熱利用率和效益。對比前后兩個周期的產油量，結合周期生產效益，可以看出，含水率為95%～96%時，為最佳轉周時機。

3.2 水平井吞吐儲層熱量需求的優(yōu)化

在轉周時機為含水率 95.5%的條件下，通過數值模擬得到了該井第七周期不同熱量下的產油量（表2）。

當熱量增加到一定水平以后，產量增幅變緩，油汽比呈下降態(tài)勢。在50 USD/bbl油價條件下，當井底熱焓值為508 000×104kJ時，增加注汽量的投入費用與增加產出油的收益相等，該熱量即為效益最大化時儲層的熱量需求。

表2 不同井底熱焓值第七周期生產情況對比

按照以上的優(yōu)化方法，結合三場變化，對不同周期的儲層需要的熱量進行了優(yōu)化，得到了不同周期儲層需要熱量優(yōu)化模板（圖8）。在吞吐初期，邊水影響小，井底壓力不斷降低，注汽強度需要不斷增加，每米油層需要的熱量不斷增大；邊水入侵后，井底壓力趨于穩(wěn)定，為了防止邊水大規(guī)模入侵，儲層需要的熱量也隨之趨于穩(wěn)定。

圖8 儲層需要的熱量優(yōu)化模板

4 現場應用

在室內物模研究、數學建模的基礎上，通過“三場”展布規(guī)律研究，確定草20區(qū)塊某水平井本周期儲層需要的熱量為505 000×104kJ；同時采用B級隔熱管、隔熱管接箍配套隔熱襯套、加深隔熱管下深等手段減少井筒熱損失，地面提升注汽干度至86%時注汽。通過井筒熱力學計算，最終優(yōu)化井口注汽量為2 228 t，注汽速度12.5 t/h，實現按需注汽。從生產效果上看，本周期生產238 d，延長48 d；排水期16 d，縮短3 d；累計產油1 287 t，增加508 t；油汽比0.58，提高0.29，效果顯著。

2017年以來，在草 20區(qū)塊邊底水油藏累計實施注汽量優(yōu)化20井次，平均單井注汽2 095 t，平均周期注汽量減少210 t，階段產油327 t，較上周期同期增油31 t，油汽比提高了0.04。

5 結論

（1）草20區(qū)塊原油對溫度具有較強的敏感性，溫度大于70 ℃后，原油黏度下降幅度明顯變慢。隨溫度增加，啟動壓力梯度下降。溫度達到 110 ℃，啟動壓力梯度接近于零，流動能力增強。

（2）“三場”展布規(guī)律研究表明，草20區(qū)塊邊水稠油油藏多輪次吞吐后，邊水存在入侵的現象，水平段動用不均衡，通過油藏數值模擬，可以準確預測不同周期儲層熱量的需求。

（3）草20區(qū)塊邊水稠油油藏在吞吐初期，邊水影響小，井底壓力不斷降低，注汽強度不斷增加，每米油層需要的熱量不斷增大；經多輪次吞吐邊水入侵后，井底壓力趨于穩(wěn)定，為防止大規(guī)模邊水入侵，儲層需要的熱量也隨之趨于穩(wěn)定?，F場應用取得了較好的效果。