多層油藏火驅(qū)開發(fā)模式探討

關(guān)文龍，宮宇寧，唐君實，宋 揚(yáng)，李 秋

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

中國火驅(qū)技術(shù)主要應(yīng)用于注蒸汽開發(fā)的稠油老區(qū)，礦場應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大。2019年以遼河油田杜66塊、高3618塊及新疆油田紅淺1井區(qū)為代表的火驅(qū)項目，年產(chǎn)油量達(dá)到40×104t/a。與羅馬尼亞Suplacu、Balol等國外著名的火驅(qū)項目不同，中國火驅(qū)開發(fā)目的層縱向上跨度較大并具有多套含油層系。注蒸汽開發(fā)后期的多層油藏轉(zhuǎn)火驅(qū)時，面臨著井段跨度大、層間非均質(zhì)性強(qiáng)、前期動用不均衡等諸多問題。因此，研究了火驅(qū)末次采油的本質(zhì)特征及其對注氣強(qiáng)度的要求，探討了多層油藏火驅(qū)開發(fā)的主要挑戰(zhàn)和方案設(shè)計原則，以期實現(xiàn)多層油藏的高效開發(fā)。

1 火驅(qū)開發(fā)基本特征及要求

1.1 火驅(qū)的本質(zhì)特征是高溫氧化反應(yīng)

不同的溫度區(qū)間，地層原油與注入空氣中的O2會發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)?；痱?qū)不能稱之為空氣驅(qū)，是因為在火驅(qū)過程中地層原油(確切說是地層中沉積的燃料，即焦炭)與注入空氣中的O2接觸后發(fā)生了高溫氧化(燃燒)反應(yīng)。在空氣供給充足的條件下，可不考慮CO的生成。焦炭燃燒反應(yīng)方程式可以簡單表示如下：

式中：CHn為焦炭的簡化分子式；n為焦碳分子中氫碳原子數(shù)比。

稠油火驅(qū)的本質(zhì)特征為原油的高溫氧化反應(yīng)，原因如下。

(1) 只有在高溫氧化模式下才能獲得最高的驅(qū)油效率。室內(nèi)三維模擬實驗的燃燒帶峰值溫度可達(dá)450～550 ℃[1]，新疆紅淺1井火驅(qū)試驗在距離點(diǎn)火井外70 m的生產(chǎn)觀察井中監(jiān)測到了650 ℃以上的高溫前緣[2]。室內(nèi)實驗和礦場取心證實，在高溫燃燒帶驅(qū)掃下，已燃區(qū)范圍內(nèi)基本沒有剩余油。因此，文獻(xiàn)[3]規(guī)定室內(nèi)實驗中火驅(qū)驅(qū)油效率的計算方法為：

(1)

式中：Do為燃料消耗量，kg/m3；φ為孔隙度；ρo為原油密度，g/cm3；Soi為初始含油飽和度；ηo為驅(qū)油效率，%。

式(1)的物理意義為多孔介質(zhì)中的原油除了被燒掉的部分燃料外，其余部分均被驅(qū)替出來。

(2) 只有在高溫氧化模式下才可以實現(xiàn)油層縱向無差別燃燒?？v向無差別燃燒是指火驅(qū)前油層縱向上在巖性、巖石與流體物性、含油飽和度等方面均存在差別，有時甚至存在較大的差別，當(dāng)某一層段實現(xiàn)了高溫燃燒且注氣強(qiáng)度高于某一界限，其釋放出的熱量足以使最初沒有被點(diǎn)燃的層段發(fā)生高溫燃燒，從而使燃燒的結(jié)果在縱向上近似一致。室內(nèi)三維火驅(qū)物理模擬實驗和礦場取心資料都能觀察到縱向無差別燃燒現(xiàn)象。燃燒帶及其前緣具有天然的重力超覆特性，因此，實現(xiàn)縱向無差別燃燒的條件為整個油層段厚度不超過15 m且各處滿足基本的可燃條件(剩余油飽和度大于25%)[4]。此外，縱向無差別燃燒一般只能在單一的油層內(nèi)發(fā)生，當(dāng)縱向上有連續(xù)隔層的若干小層，即使隔層厚度不大，通常也不會出現(xiàn)先期沒有被點(diǎn)燃的油層后期被鄰近的小層點(diǎn)燃的現(xiàn)象。

(3) 只有在高溫氧化模式下燃燒帶前緣才能夠形成油墻[5]。油墻是指原油被驅(qū)替過程中，在一定時間，多孔介質(zhì)部分區(qū)域內(nèi)形成的含油飽和度增加的區(qū)帶，是原油在滲流過程中局部逐漸富集的結(jié)果。經(jīng)歷過注蒸汽開發(fā)的油藏，地層中普遍存在次生水體和高含水飽和度滲流通道。油墻的形成可以對這些高含水飽和度滲流通道形成有效封堵，防止驅(qū)替前緣在平面上突進(jìn)，從而提高平面及縱向波及系數(shù)。文獻(xiàn)[1]通過三維物理模擬實驗對油墻進(jìn)行了定量表征，同時從滲流理論出發(fā)推導(dǎo)出油墻形成的主控因素[5]。需要注意的是，在火驅(qū)過程中燃燒帶前緣因高溫氧化放熱所形成的溫度區(qū)間和溫度梯度，是油墻形成的必要條件。

1.2 高溫氧化模式對注氣強(qiáng)度有嚴(yán)格要求

高溫氧化模式所帶來的高驅(qū)油效率、縱向無差別燃燒以及油墻的形成是火驅(qū)大幅提高采收率的3個關(guān)鍵機(jī)理。這里面還包含著一個基本前提，即只有在足夠的注氣(通風(fēng))強(qiáng)度下才能保證持續(xù)不間斷的高溫燃燒，才可以充分展現(xiàn)上述3個機(jī)理。因此，注氣強(qiáng)度是火驅(qū)開發(fā)能否取得成功的最關(guān)鍵控制參數(shù)。對于具體火驅(qū)井組，存在高溫燃燒模式的注氣強(qiáng)度下限和確保火驅(qū)前緣穩(wěn)定推進(jìn)不發(fā)生指進(jìn)的注氣強(qiáng)度上限。

在高溫氧化模式下，假設(shè)燃燒帶前緣是以注氣井為中心圓形向四周均勻推進(jìn)，燃燒反應(yīng)過程主要發(fā)生在燃燒帶附近，則根據(jù)物質(zhì)平衡關(guān)系有：

(2)

式中：R為燃燒帶前緣推進(jìn)半徑，m；Ao為通過室內(nèi)實驗測定的單位體積油砂消耗空氣量，m3/m3；h為平均油層厚度，m；p為注氣井井底地層壓力，MPa；pi為大氣壓，MPa；Q為累計注入空氣量，m3；η為平均O2利用率；zp為注氣井井底地層壓力p下空氣的壓縮因子。

對式(2)求導(dǎo)：

(3)

(4)

注氣強(qiáng)度為：

(5)

式中：Ea為注氣強(qiáng)度，m3/(d·m)。

(6)

式中：E1(R)為注氣強(qiáng)度下限，m3/(d·m)。

式(6)表明，給定一個注氣強(qiáng)度，其對應(yīng)的燃燒帶半徑為該注氣強(qiáng)度下燃燒帶前緣的最大半徑。如果不進(jìn)一步提高注氣強(qiáng)度，燃燒帶前緣必然會在局部發(fā)生熄滅。該現(xiàn)象可能發(fā)生在平面上，也可能發(fā)生在縱向上。燃燒帶的圓形邊界將缺失，平面波及系數(shù)變差；在縱向上，某一個或多個小層，燃燒帶縱向變窄，動用程度變差。燃燒帶在平面的缺失或者縱向上的變窄，意味著燃燒帶波及體積的減小，不能發(fā)揮火驅(qū)的潛力。因此，火驅(qū)是依靠較大的注氣強(qiáng)度來保證最大限度波及，而在水驅(qū)、氣驅(qū)等其他驅(qū)替方式中，高強(qiáng)度注入往往意味著放大油層的非均質(zhì)性，使波及變小。

確定火驅(qū)過程中的注氣強(qiáng)度上限成為火驅(qū)開發(fā)的關(guān)鍵。理論上，地層中燃料總是相對過量。O2都會在燃燒帶前緣消耗掉。室內(nèi)一維燃燒管實驗和三維火驅(qū)物理模擬實驗顯示，當(dāng)注氣強(qiáng)度過大時，注采井間的油墻可能發(fā)生突破。注采井連線與燃燒帶交叉位置上沉積的燃料很可能被高速流動的氣體帶走，使局部燃燒中斷。火驅(qū)礦場試驗過程中也能觀察到類似的現(xiàn)象，如在直井火驅(qū)某個階段出現(xiàn)產(chǎn)出氣體猛增、生產(chǎn)氣液比急劇增大、放空取樣過程中發(fā)現(xiàn)油煙。在超稠油油藏水平井火燒輔助重力泄油過程中，注氣強(qiáng)度過大，水平井會直接產(chǎn)出類似瀝青樣的燃料[8]。Nelson和McNeil[7]雖然沒有直接給出注氣強(qiáng)度的上限，但確定了燃燒前緣推進(jìn)速度的上限為0.150 m/d。據(jù)此可以推算出燃燒帶前緣推進(jìn)到半徑R時，對應(yīng)的注氣強(qiáng)度上限為：

(7)

式中：E2(R)為上限注氣強(qiáng)度，m3/(d·m)。

E1(R)、E2(R)均與R呈線性關(guān)系，如圖1所示。對于直井面積井網(wǎng)火驅(qū)，即使為了最大限度地提高最終采收率，也沒有必要讓燃燒帶前緣推進(jìn)到生產(chǎn)井。Nelson和McNeil給出正方形五點(diǎn)面積井網(wǎng)條件下，要實現(xiàn)最理想的最終采收率，其已燃區(qū)至少應(yīng)占整個井網(wǎng)面積的62.6%。折算此時燃燒帶的推進(jìn)半徑Rmax應(yīng)為注采井距的63.7%，此半徑所對應(yīng)的注氣強(qiáng)度下限為E1(Rmax)，則由E1(R)、E2(R)及E1(Rmax)3條線圍成的三角形區(qū)域(圖1中的綠色區(qū)域)，就是火驅(qū)各階段注氣強(qiáng)度的合理運(yùn)行區(qū)間。

圖1 火驅(qū)注氣強(qiáng)度合理運(yùn)行區(qū)間

一般情況下，直井面積井網(wǎng)只有在點(diǎn)火階段和火驅(qū)初期燃燒帶推進(jìn)半徑較小時，其注氣強(qiáng)度才有可能突破注氣強(qiáng)度上限。在后續(xù)火驅(qū)階段，應(yīng)更多地考慮如何將注氣強(qiáng)度控制在注氣強(qiáng)度下限之上。

1.3 火驅(qū)是一種末次采油方式

理論上，只要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件允許，三次采油之后，還可能有“四次”“五次”采油。對于火驅(qū)，燃燒前緣波及范圍內(nèi)(已燃區(qū))基本沒有剩余油，直井火驅(qū)驅(qū)油效率一般在90%左右。合適的井網(wǎng)井距、合理的注氣強(qiáng)度以及高溫氧化條件下，火驅(qū)具有很高的平面波及系數(shù)及體積波及系數(shù)。新疆紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗[9]證明，單層油藏火驅(qū)的平面波及系數(shù)和縱向波及系數(shù)均超過90%，體積波及系數(shù)在80%以上。理論上，直井面積井網(wǎng)和線性井網(wǎng)火驅(qū)都具備實現(xiàn)75%以上最終采收率的潛力。因此，火驅(qū)可以稱為一種末次采油方式，無論將其應(yīng)用于原始油藏、天然能量開采后的油藏，還是水驅(qū)后、注蒸汽后的油藏，都不可能再有其他提高采收率技術(shù)，也完全沒有必要?；痱?qū)的末次采油特征決定了火驅(qū)提高采收率項目在注重經(jīng)濟(jì)效益的同時，要特別注重發(fā)揮出火驅(qū)開發(fā)技術(shù)本身的內(nèi)在潛力，以實現(xiàn)足夠高的最終采收率。

2 多層油藏火驅(qū)開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 油藏點(diǎn)火及注氣過程面臨的挑戰(zhàn)

電加熱點(diǎn)火器通常放置在油管中[10]，油管出口和加熱器的尾端處于火驅(qū)目的層的上方。采用油管注氣，通過調(diào)節(jié)加熱器的加熱功率，可以使油管出口端的空氣溫度被加熱至地層原油的燃點(diǎn)之上，熱空氣進(jìn)入地層后點(diǎn)燃原油。對于單層油藏，電加熱器點(diǎn)火的成功率很高。多層油藏由于縱向上多個油層疊置。實施大跨度點(diǎn)火操作會面臨如下問題。

(1) 縱向上各個小層吸氣溫度不一致，點(diǎn)火溫度控制可能面臨挑戰(zhàn)。多層油藏一般通過油管籠統(tǒng)注氣點(diǎn)火，由于縱向油層跨度大，上部的小層距離點(diǎn)火器尾部最近，吸入的空氣溫度最高，最容易被點(diǎn)燃，下部的小層吸氣溫度可能低于油層的著火點(diǎn)。因此，需加大點(diǎn)火器功率，使油管出口空氣溫度遠(yuǎn)高于著火點(diǎn)，但又可能對上部油層段的套管造成額外傷害。

(2) 點(diǎn)火過程可能面臨頻繁的井筒燃燒。點(diǎn)火之前一般需要清洗井筒，確保油、套管的管壁及環(huán)形空間內(nèi)沒有原油殘留，正常情況下燃燒只發(fā)生在水泥環(huán)之外的地層，井筒內(nèi)不會發(fā)生燃燒。對于縱向上跨度較大的多層油藏，如果存在前期注蒸汽過程中基本未動用的小層，其含油飽和度接近初始含油飽和度，在注氣壓差不足的情況下，容易造成熱空氣自該小層上部射孔孔眼竄進(jìn)，將部分原油由射孔孔眼“鉤回”井筒中，造成井筒燃燒。在礦場實踐過程中，曾經(jīng)多次發(fā)現(xiàn)注氣井在點(diǎn)火期間發(fā)生井筒燃燒的情況。例如吐哈油田某超深層稠油油藏YS3井點(diǎn)火過程中發(fā)生了井筒燃燒，內(nèi)蒙古某油田MX井火燒試驗[11]點(diǎn)火過程中也出現(xiàn)過井筒燃燒并導(dǎo)致油管和套管損壞的情況。

(3) 分層注氣目前尚不成熟，難以滿足礦場需要。近年來，隨著火驅(qū)應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工程領(lǐng)域一直努力攻關(guān)分層注氣。目前，井下機(jī)械節(jié)流等方法都不能很好解決分層定量控制注氣量(速度)問題，更談不上長期有效分層。對于多層油藏，分層注氣需要解決的核心問題是通過注氣井向2套以上的地層提供2種以上的注氣壓力(壓差)，最簡單有效的方法是地面上能提供2套以上的獨(dú)立注氣系統(tǒng)。

2.2 油藏工程方案設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

基于對火驅(qū)本質(zhì)和開發(fā)規(guī)律的認(rèn)識，火驅(qū)油藏工程設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循以下幾個原則：一是火驅(qū)作為末次采油技術(shù)，其油藏工程方案要保證獲得最高的采收率；二是保持高溫氧化(燃燒)，以期獲得最大的驅(qū)油效率、平面波及系數(shù)、縱向波及系數(shù)；三是各個生產(chǎn)階段必須滿足持續(xù)的高溫氧化反應(yīng)的注氣能力，保持超過燃燒帶持續(xù)推進(jìn)所要求的注氣強(qiáng)度下限。對于多層油藏，在縱向上存在非均質(zhì)性，先期注蒸汽開發(fā)往往會放大這種非均質(zhì)性，縱向上動用不均衡，后期火驅(qū)過程可能會進(jìn)一步放大這種縱向動用不均衡情況。即使在點(diǎn)火階段，各個小層都滿足了燃燒所需要的O2、燃料、溫度(著火點(diǎn))條件，能被成功點(diǎn)燃，但是對于儲層物性差、原油黏度大、注蒸汽過程中基本沒有被動用的小層，燃燒帶推進(jìn)過程會嚴(yán)重受制于油墻的阻擋作用，導(dǎo)致其推進(jìn)速度緩慢，而物性好、原油黏度低、注蒸汽過程動用好的小層，油墻形成較慢且阻擋作用弱，燃燒帶推進(jìn)很快。這可能帶來兩方面后果：一方面在單井注氣速度或平均注氣強(qiáng)度一定的情況下，燃燒帶推進(jìn)速度快的小層將對推進(jìn)緩慢的小層產(chǎn)生“虹吸效應(yīng)”，燃燒帶推進(jìn)快的小層吸氣能力進(jìn)一步加大，造成單層突進(jìn)；另一方面，燃燒帶推進(jìn)緩慢的小層吸氣能力進(jìn)一步降低，最終燃燒帶推進(jìn)速度低于下限推進(jìn)速度(0.038 m/d)，導(dǎo)致這些小層燃燒帶熄滅，火驅(qū)過程終止。多個油層間的“虹吸效應(yīng)”造成火驅(qū)油藏工程設(shè)計顧此失彼，難以全面貫徹火驅(qū)開發(fā)基本理念和實現(xiàn)最終采收率目標(biāo)。

2.3 油藏動態(tài)管理面臨的挑戰(zhàn)

目前對燃燒帶前緣展布動態(tài)預(yù)測最有效、性價比最高的方法是油藏跟蹤數(shù)值模擬[12-13]。做好油藏跟蹤數(shù)值模擬的前提是能夠準(zhǔn)確知道每口井的注氣量、產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量。對于面積井網(wǎng)，由于注采井并非一一對應(yīng)，注氣量、產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量都要進(jìn)行劈分。對于多層油藏，上述參數(shù)還要在小層間劈分。不可能有足夠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這種劈分的準(zhǔn)確性很難保證。如果不能通過跟蹤數(shù)值模擬較準(zhǔn)確地預(yù)測各小層中燃燒帶前緣的位置和展布，油藏動態(tài)調(diào)控也就無從談起。

火驅(qū)礦場管理的另一關(guān)鍵是對地下燃燒狀態(tài)的識別和判斷。礦場實踐中主要通過分析各生產(chǎn)井產(chǎn)出氣體組分判斷地下燃燒狀態(tài)。對于多層油藏，即使地層中發(fā)生了燃燒帶的平面缺失和縱向上的單層熄滅，燃燒帶并沒有完全消失，剩下的部分燃燒帶及其前緣仍然處于高溫氧化狀態(tài)。因此，此時的產(chǎn)出氣體組分并不能真實反映地下燃燒狀態(tài)。

3 多層油藏火驅(qū)開發(fā)模式探討

3.1 開發(fā)層系劃分

多層油藏的層間差異性決定了劃分開發(fā)層系的必要性?；痱?qū)開發(fā)層系的劃分，不僅要考慮地質(zhì)因素、生產(chǎn)動態(tài)、技術(shù)工藝及經(jīng)濟(jì)因素，還要體現(xiàn)火驅(qū)本質(zhì)特征和生產(chǎn)規(guī)律，具體包括：①充分體現(xiàn)末次采油的開發(fā)理念，一次性最大限度提高波及體積和提高儲量動用程度；②確保同一層系的各個小層在火驅(qū)開發(fā)全過程都能保持高溫氧化模式，必要時要對前期注蒸汽開發(fā)動用程度過高的小層實施封層作業(yè)，對物性及含油性差的小層予以舍棄；③劃分多套層系時，每套層系對應(yīng)的總油層厚度應(yīng)大致相當(dāng)，這有利于在后續(xù)開發(fā)過程中使產(chǎn)量和地面注氣硬件設(shè)施規(guī)模均保持相對穩(wěn)定，有利于油田全生命周期優(yōu)化和規(guī)劃部署；④層系劃分過程中要考慮目前的點(diǎn)火工藝、分層注氣工藝及其未來相當(dāng)一段時間的技術(shù)水平，盡可能選擇成熟度高、可靠性好的工藝以降低工程風(fēng)險。

為確保全目標(biāo)層段點(diǎn)火成功率和降低后續(xù)層間熄滅風(fēng)險，目標(biāo)層段總的跨度不宜超過30 m，油層累計厚度不宜超過20 m。為減小燃燒帶超覆和最大限度提高縱向波及系數(shù)，單層厚度也不宜超過20 m。如果縱向上存在15 m左右的小層，應(yīng)優(yōu)先考慮將該小層作為獨(dú)立的開發(fā)層系。

對于油層厚度縮短是否會影響火驅(qū)井組的產(chǎn)量，以一個直井面積井組為例，探討火驅(qū)井組產(chǎn)量的決定因素。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，在火驅(qū)的穩(wěn)產(chǎn)階段，其生產(chǎn)井的日產(chǎn)油量qo，等于當(dāng)日燃燒帶向前驅(qū)掃過的區(qū)域ΔV(m3)內(nèi)流出的油量：

(8)

式中：qo為日產(chǎn)油量，m3/d；qa為日注入空氣量，m3/d；Soi為火驅(qū)前地層含油飽和度；Sor為火驅(qū)過程中燒掉的燃料(焦炭)所折算的含油飽和度。

由式(9)推導(dǎo)出空氣油比為：

(9)

式中：AOR為空氣油比。

AOR是衡量火驅(qū)生產(chǎn)效率的一個關(guān)鍵指標(biāo)，表示地層中注多少空氣才能采出1 m3油。對于特定油藏，式(9)中Ao、φ、Soi、Sor均為定值，因此，AOR也是定值。在羅馬尼亞Suplacu油田火驅(qū)開發(fā)的30多年中，AOR長期穩(wěn)定在2 700 m3/m3左右。印度Balol油田礦場試驗表明，在注氣速度從1×105m3/d升至6×105m3/d過程中，AOR基本恒定在1 500 m3/m3左右。新疆紅淺1井區(qū)的火驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)，注氣井點(diǎn)火18個月后進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段，礦場AOR一直穩(wěn)定在2 700 m3/m3左右。Suplacu油田在原始油藏上進(jìn)行火驅(qū)，平均油層厚度為10.0 m；Balol油田是在天然水驅(qū)之后高含水階段進(jìn)行火驅(qū)，平均油層厚度為6.5 m；紅淺1井區(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)是在蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)之后進(jìn)行火驅(qū)，平均油層厚度為8.0 m。盡管火驅(qū)項目所面臨的開發(fā)歷程及采出程度不同，油層厚度也不同，但最終實現(xiàn)了長時間穩(wěn)產(chǎn)且火驅(qū)穩(wěn)產(chǎn)階段的AOR基本保持不變。這就意味著，對于具體油藏來說，火驅(qū)穩(wěn)產(chǎn)期的日產(chǎn)油量取決于注氣速度，不取決于油層厚度。

3.2 縱向開發(fā)程序選擇

多層油藏的開發(fā)程序一般包括平面開發(fā)程序和縱向開發(fā)程序。目前火驅(qū)主要用于注蒸汽開發(fā)稠油老區(qū)，文中討論的開發(fā)程序主要指縱向開發(fā)程序。合理的開發(fā)程序應(yīng)該立足于最大限度利用現(xiàn)有的注蒸汽井網(wǎng)系統(tǒng)，并能以較少的措施工作量、較低的工程風(fēng)險完成火驅(qū)開發(fā)全過程。礦場實踐表明，很多井在注蒸汽開發(fā)過程中出現(xiàn)了不同程度的套管損壞，有的甚至無法修復(fù)，需要側(cè)鉆或鉆更新井。對于多層油藏，在蒸汽吞吐過程中，為了提高蒸汽熱利用率、降低熱損失、提高單井產(chǎn)量，相當(dāng)多的油井采用大井段射孔，全部打開油層籠統(tǒng)注汽；有些井則針對層間動用不均衡的問題，采用了分層注汽。在注汽和采油過程的熱物理和熱化學(xué)作用下，原用于實施分層的井下工具與井筒已無法保證井筒完整性和有效分離。多層油藏縱向開發(fā)程序可以是自下而上逐層上返，也可以是自上而下逐層下返，兩者均是通過層間接替實現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn)。面對稠油老區(qū)注蒸汽后的復(fù)雜油藏及井筒情況，無論采用哪種開發(fā)程序，都面臨一定的工程風(fēng)險。

(1) 自上而下的火驅(qū)開發(fā)程序。對于注蒸汽老井網(wǎng)，其過程為：①通過注氣端和生產(chǎn)端，將上方第1套層系以下的油層及井筒全部封堵，對最上面第1套層系實施火驅(qū)開發(fā)；②第1套層系的火驅(qū)全過程完成后，從注氣端和生產(chǎn)端封閉該層系，并避免上層系注氣端封閉不嚴(yán)的風(fēng)險；③從注氣井和各生產(chǎn)井下鉆，鉆至第2套層系下部，所有井在對應(yīng)第2套層系的位置重新射孔，此次射孔的孔眼會與注蒸汽期間的孔眼重疊，屬于重復(fù)射孔，存在加劇套管損壞的風(fēng)險；④第2套層系實施火驅(qū)，以此類推，逐層下返。對最下方層系實施火驅(qū)過程中，上方各層系可能封閉不嚴(yán)的風(fēng)險是逐層疊加的。

(2) 自下而上的火驅(qū)開發(fā)程序。對于注蒸汽老井網(wǎng)，其過程為：①注氣端和生產(chǎn)端一次性封閉最下方的層系之上的所有層系，同樣存在封閉不嚴(yán)的風(fēng)險；②從最下方層系開始火驅(qū)；③最下方層系火驅(qū)過程完成后，對該層系所在注氣端和生產(chǎn)端實施封層、封井段作業(yè)；④對倒數(shù)第2套層系對應(yīng)的注氣井段、生產(chǎn)井段實施射孔，為重復(fù)射孔；⑤對倒數(shù)第2套層系實施火驅(qū)開發(fā)，以此類推，逐層上返。

在2種開發(fā)程序中都存在當(dāng)前火驅(qū)目的層以外層系封閉不嚴(yán)的風(fēng)險，也都存在老井套管重復(fù)射孔加劇損壞的風(fēng)險。為了最大限度降低這些風(fēng)險，推薦在注氣井的整個含油層段重新側(cè)鉆完井，并采用自下而上的開發(fā)程序。注氣井重新側(cè)鉆完井后，首先在最下面層系射孔，然后實施點(diǎn)火、注氣、火驅(qū)開發(fā)(在確認(rèn)注采端存在連續(xù)隔層的情況下，生產(chǎn)端可以不實施封層、封井段作業(yè))。待最下方層系火驅(qū)完成后，從注、采兩端封閉該層系和該層系對應(yīng)的井筒段，再從注入井一端對倒數(shù)第2套層系實施射孔、點(diǎn)火(生產(chǎn)端除了封閉最下方層段和井筒段外沒有其他作業(yè))。這樣的逐層上返，雖然增加了開發(fā)初期注氣井側(cè)鉆完井的費(fèi)用，但總的施工費(fèi)用不一定增加，還可有效避免注氣井和生產(chǎn)井的重復(fù)射孔，降低非目的層段封閉不嚴(yán)的風(fēng)險。

3.3 注氣強(qiáng)度的選擇

依據(jù)式(6)、(7)計算E1(R)、E2(R)，然后根據(jù)選擇好的井網(wǎng)井距，采用文中推薦的方法計算出燃燒帶前緣需要推進(jìn)的最大半徑Rmax，再根據(jù)Rmax，計算與之對應(yīng)的E1(Rmax)，即面積井網(wǎng)火驅(qū)過程中所應(yīng)達(dá)到的注氣強(qiáng)度上限。最后，結(jié)合層系(油層厚度)劃分結(jié)果，計算出單井最大注氣速度qamax，單井最大注氣速度可以作為地面注氣系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。

直井面積井網(wǎng)條件下，隨著燃燒帶前緣向前推進(jìn)，保持前緣穩(wěn)定燃燒所需要的注氣量是逐漸增大的。因此，采用臺階式提速方案設(shè)計單井注氣速度，如圖2所示。其中，綠色曲線對應(yīng)的是火驅(qū)不同階段的提速方案，三角形的安全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，可以有多種臺階式提速方案。需要注意的是，在點(diǎn)火初期，注氣強(qiáng)度(速度)安全運(yùn)行窗口較小，對注氣速度的控制需要更加謹(jǐn)慎。后期注氣強(qiáng)度安全窗口變大，注氣速度的選擇相對靈活。

圖2 火驅(qū)過程中臺階式注氣提速方案示意圖

在設(shè)計臺階式注氣提速方案時，燃燒帶半徑R由式(10)計算得到。

(10)

4 結(jié)論與認(rèn)識

(1) 火驅(qū)的本質(zhì)特征是地層中持續(xù)的高溫氧化反應(yīng)，只有在高溫氧化反應(yīng)模式下才能最大限度地提高最終采收率。

(2) 為確?；痱?qū)全過程處于高溫氧化模式下，必須嚴(yán)格控制注氣強(qiáng)度，使之始終處于安全運(yùn)行區(qū)間之內(nèi)。

(3) 火驅(qū)開發(fā)方案設(shè)計須立足于最大限度發(fā)揮其技術(shù)潛力，最大限度提高最終采收率，多層油藏火驅(qū)開發(fā)方案應(yīng)細(xì)分開發(fā)層系、控制含油井段；開發(fā)程序上可采用自下而上逐層上返，通過層間接替實現(xiàn)長期穩(wěn)產(chǎn)，可有效減小和規(guī)避工程風(fēng)險。