普通稠油油藏分層注汽配注量計算新方法

王可君，王宇飛，楊艷霞，劉西雷

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257000；2.中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術公司）

注蒸汽開采是稠油開發(fā)的主要方式[1-2]。勝利油田的稠油區(qū)塊大多已經(jīng)進入蒸汽吞吐的中后期，層間矛盾日漸突出[3]。面對這些不確定性因素，采用籠統(tǒng)的配汽方式無法使各注汽單元得到相應的注氣量配給，嚴重影響配汽效果。不同層間的合理注汽，可以減少蒸汽的無效利用，提高原油的采收率[4-6]。目前國內外對稠油分層注汽的研究多集中在工藝技術及注采參數(shù)的優(yōu)化方面[7-9]，而對真正影響吸汽量多少的儲層物性方面研究較少。本次研究綜合了儲層各類影響因素，對分層注汽量有了較為準確的判定。

1 層間動用影響因素

稠油在克服啟動壓力梯度開始流動后，其滲流規(guī)律滿足達西定律[10-12]。假設流過儲層的總液量不變，以水相為例，若忽略毛管壓力和重力的影響時，由每一小層的含水率所表示的分流方程可以表達為[13]：

儲層流過的水量%w為：

式中：'o——油相黏度，mP·a；'(——水相黏度，mP·a；k*——油相滲透率，10-3μm2；k(——水相滲透率，10-3μm2。

在不考慮毛細管力和重力的影響時，分流方程主要取決于油水黏度及相滲透率的比值。而相滲透率又是油水飽和度的函數(shù)，其表達式為：kw=k(fw)krw(k，+w），ko=k(fw)kro(k，+o）。而層間總液量%,又與層厚和地層壓力有關系。因此，在籠統(tǒng)注汽時，對每一個小層，分流量的影響因素包括：滲透率、黏度、厚度等靜態(tài)參數(shù)及含水飽和度、地層壓力等動態(tài)參數(shù)。

以實際稠油油藏作為研究對象，利用數(shù)值模擬技術建立井組模型（圖 1），假設該模型平面均質，縱向設置為2個油層，1個隔層；油層厚度12.5 m，平均滲透率3 600×10-3μm2，孔隙度31%，原始含油飽和度65%，凈總比0.7，地層溫度65 ℃，地下原油黏度300 mPa·s，原始地層壓力13 MPa。分別模擬滲透率非均質性、厚度非均質性、黏度非均質性和含油飽和度的差異在籠統(tǒng)注汽時對層間吸汽量的影響。

圖1 實際油藏井組概念模型

1.1 滲透率的影響

根據(jù)模型計算了層間滲透率級差為 1.1，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0，3.0，4.0，5.0時籠統(tǒng)注汽時低滲透層吸汽所占的比例。通過關系曲線（圖2a）可以看出，隨著滲透率級差變大，低滲層吸汽比例變小，表明其吸氣能力變差。高、低滲層采出程度之差與滲透率級差的關系曲線（圖2b）表明，隨著滲透率級差變大，高、低滲層采出程度之差明顯變大。由于模型設置的上部小層為滲透率較低層，當滲透率級差較小時，受到蒸汽超覆作用的影響，上部小層吸汽能力略好，因此高低滲透層采出程度之差出現(xiàn)負值。

如果上部小層為高層滲透率，則受到蒸汽超覆的影響，高滲層吸汽比例越大。因而隨著滲透率級差變大，高低滲透層之間采出程度之差就越大。

圖2 吸汽比例及采出程度差異與滲透率極差的關系

1.2 油層厚度的影響

利用建立的基礎模型，分別進行層間油層厚度級差為 1.1，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0，3.0，4.0，5.0時籠統(tǒng)注汽模擬計算。統(tǒng)計不同厚度級差下薄層的吸汽占比，可作出薄層的吸汽占比與油層厚度級差的關系曲線（圖3a），該曲線表明，隨著油層厚度級差變大，薄層吸汽明顯變差。統(tǒng)計不同油層厚度級差下厚、薄層采出程度之差，可作出厚、薄層采出程度之差與油層厚度級差的關系曲線（圖3b），該曲線表明，隨著油層厚度級差變大，厚、薄層采出程度之差變大，但兩者之差不大，僅幾個百分點，甚至由于蒸汽超覆效應的存在，油層厚度級差低于2.3時，上部薄層動用程度還高于下部厚層。

1.3 原油黏度的影響

圖3 不同油層厚度級差下的吸汽比例及采出程度差異

原油黏度差異造成蒸汽波及狀況的差異，黏度越高，水油流度比越大，則蒸汽波及系數(shù)越小。利用建立的基礎模型，分別進行層間原油黏度級差為1.12，1.25，1.4，1.57、1.77，2.0，2.6，3.0，3.5，5.0時籠統(tǒng)注汽模擬計算。統(tǒng)計不同原油黏度級差下高黏層的吸汽占比，可作出高黏層的吸汽占比與原油黏度級差的關系曲線（圖4a），該曲線表明，隨著原油黏度級差變大，高黏層吸汽明顯變差。低、高黏層采出程度之差與原油黏度級差的關系曲線圖（4b）也表明，隨著原油黏度級差變大，低、高黏層采出程度之差明顯變大。

圖4 不同原油黏度級差下的吸汽比例及采出程度差異

1.4 剩余油飽和度的影響

利用建立的基礎模型，分別進行層間剩余油飽和度級差為1.04，1.1，1.17，1.23，1.28，1.34，1.41，1.48時籠統(tǒng)蒸汽驅模擬計算。統(tǒng)計不同剩余油飽和度級差下高剩余油飽和度層的吸汽占比，可作出高剩余油飽和度層的吸汽占比與剩余油飽和度級差的關系曲線（圖5a），該曲線表明，隨著剩余油飽和度級差變大，高剩余油飽和度層吸汽占比降低。低、高剩余油飽和度層采出程度之差與剩余油飽和度級差的關系曲線（圖5b）表明，隨著剩余油飽和度級差變大，低、高剩余油飽和度層采出程度之差急劇變大，說明剩余油飽和度差異對層間動用影響顯著。

圖5 不同剩余油飽和度級差下的吸汽比例及采出程度差異

利用正交試驗設計方法和思路，針對滲透率、原油黏度、油層厚度、剩余油飽和度設計縱向層間的級差參數(shù)。分析表明，在所選的參數(shù)范圍內，剩余油飽和度級差對注蒸汽層間動用的影響最為顯著，然后，依次是滲透率級差、原油黏度級差、厚度級差。

2 分層配注量計算

以滲透率級差為例介紹單因素影響下的合理分層配注比計算過程。假設兩個油層間的其他條件都相同，計算某一滲透率級差下不同配注比例的增油量，最大增油量對應的配注比例即為該滲透率級差下的合理配注比例。例如，當滲透率級差為2時（圖6），預測低滲層配注比例分別為50%、55%，60%，65%，70%，75%，80%，85%，90%時的分層注汽效果。計算結果表明，隨著低滲層配注比例的增加，分層注汽增油量先增大再減?。划?shù)蜐B層配注比例為70%時，增油量最大。因此當滲透率級差為2時，低滲層的合理分配比例為70%。依據(jù)此方法，可依次優(yōu)化出滲透率級差為1.1，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0，5.0時低滲層的合理分配比例，便可作出低滲層分配比例與滲透率級差關系曲線（圖7）。

由此可得到低滲層分配比例與滲透率級差關系函數(shù)：

圖6 增油量與低滲透層分配比例關系

圖7 低滲層分配比例與滲透率級差關系

同理可依次優(yōu)化出不同剩余油飽和度級差、原油黏度級差、油層厚度級差下高剩余油飽和度層、高黏層、薄層的合理分配比例關系函數(shù)。

高剩余油飽和度層分配比例與剩余油飽和度級差關系函數(shù)：

高黏層分配比例與原油黏度級差關系函數(shù)：

薄層分配比例與油層厚度級差關系函數(shù)：

根據(jù)分層注汽分配比例與與各單因素級差的函數(shù)關系，通過多元線性擬合回歸出差層合理配注比例定量計算模型：

式中：I2為物性較差層配注比例；Rk為滲透率級差；Rso為剩余油飽和度級差；Rμo為原油黏度級差；RH為油層厚度級差。

3 現(xiàn)場實施效果

勝利油田單10塊單10–22井生產(chǎn)Ng2和Ng3兩個小層，共生產(chǎn)10周期，累計產(chǎn)油0.98×104t，吸汽剖面顯示縱向吸汽嚴重不均，具有較大的增產(chǎn)潛力，可以實施分層注汽工藝。通過本文的分層注汽計算方法，計算出物性較好的 Ng2層配注量為 1 158 m3，物性較差的Ng3層配注量為1 697 m3。實施后注汽量比上一周期減少415 m3，累積產(chǎn)油量提高了524 t，油汽比由上一周期的0.61提高到1.17，生產(chǎn)效果良好。

2015年以來，該區(qū)塊共實施分層注汽16口井，平均單井增油377 t，平均單井注汽量減少412 t，措施費用比單純吞吐增加 3.1×104元，單井周期經(jīng)濟效益增加58.3×104元，油汽比提高0.19。

4 結論

（1）對分層注汽不同影響因素的分析表明，剩余油飽和度級差對注蒸汽層間動用的影響最為顯著，然后依次是滲透率級差、原油黏度級差及厚度級差。

（2）根據(jù)數(shù)值模擬計算結果，可建立多重因素影響下的分層注汽合理配注比例的關系式，指導現(xiàn)場合理注汽。

（3）實踐表明，合理分層注氣可明顯提高開發(fā)效率。