非均質(zhì)儲層內(nèi)夾層對SAGD開發(fā)的影響及技術(shù)對策

劉衛(wèi)東 張洪 都炳鋒 趙睿 潘永強(qiáng)

1. 克拉瑪依市富城能源集團(tuán)有限公司；2. 新疆金戈壁油砂礦開發(fā)有限責(zé)任公司；3. 中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院

近年來，我國SAGD技術(shù)逐步從室內(nèi)研究走向礦場試驗并成功實現(xiàn)工業(yè)化推廣［1-2］。與應(yīng)用最廣泛的加拿大商業(yè)化SAGD項目不同，國內(nèi)SAGD技術(shù)面對的多是陸相辮狀河沉積成因儲層，層內(nèi)夾層廣泛發(fā)育，給SAGD生產(chǎn)帶來諸多挑戰(zhàn)［3］。隨著SAGD開發(fā)的深入，夾層對水平段動用、蒸汽腔發(fā)育、日產(chǎn)油和采收率的影響日益凸顯。以多年的室內(nèi)研究和礦場實踐為基礎(chǔ)，以新疆風(fēng)城SAGD開發(fā)為例，從地質(zhì)油藏、生產(chǎn)動態(tài)及操作對夾層給SAGD開發(fā)帶來的影響進(jìn)行分析，提出提高采收率技術(shù)對策，為同類油藏SAGD開發(fā)克服和減輕夾層帶來的影響及改善開發(fā)效果提供參考。

1 夾層特征及分布

1.1 夾層特征

針對新疆風(fēng)城油田SAGD典型開發(fā)區(qū)A1區(qū)，基于巖心資料、野外露頭描述及現(xiàn)代沉積認(rèn)識［4］，利用巖心標(biāo)定測井，劃分出3種成因類型的夾層：泛濫平原沉積、泥質(zhì)半充填與泥質(zhì)充填辮狀河道、心灘壩內(nèi)部落淤層、溝道沉積?，F(xiàn)場實踐表明，夾層發(fā)育位置、規(guī)模、大小及滲透率均會影響SAGD開發(fā)效果。為精細(xì)表征夾層三維空間分布特征，采用嵌入式建模方法建立了A1區(qū)儲層構(gòu)型模型(圖1)［5］。根據(jù)模型統(tǒng)計，單井組夾層數(shù)1～6個，夾層厚度0.3～1.5 m，展布范圍40～300 m，夾層滲透率一般在(2～15)×10?3μm2。根據(jù)夾層分布特征歸結(jié)為3類：夾層發(fā)育相對較少，覆蓋水平井范圍一般小于30%；夾層發(fā)育中等，覆蓋水平井范圍一般在30%～60%；夾層廣泛發(fā)育，垂向上發(fā)育較多，大多超過3個，覆蓋水平井范圍超過60%。

圖1 風(fēng)城油田A1區(qū)夾層空間展布示意圖Fig. 1 Sketch of spatial distribution of interlayers in Block A1 of Fengcheng Oilfield

1.2 夾層分布模式

重點考慮夾層位置、大小和相互關(guān)系，從垂直水平井方向和沿水平井方向2個維度、井間有無夾層出發(fā)，總結(jié)出2大類夾層分布模式。第一類為注采井間或注采井間及注汽井上方發(fā)育夾層：井間發(fā)育范圍較大的夾層，注汽井上方無夾層(圖2a、2d)；井間發(fā)育規(guī)模不等的夾層，注汽井之上發(fā)育不同遮擋面積的夾層(圖2b、2c、2e、2f)。第二類為只在注汽井之上發(fā)育夾層：注汽井上方發(fā)育一個范圍較大的夾層，一般距離注汽井3 m以上(圖2g)；注汽井上方發(fā)育多個不同遮擋面積的夾層，垂向上錯落或疊置分布，單個夾層覆蓋面積10%～80%不等(圖2h、2i、2k、2l)。

2 夾層對SAGD開發(fā)的影響

2.1 對注采動態(tài)的影響

實際生產(chǎn)表明，夾層控制下的SAGD井組注采能力低，生產(chǎn)效果差。以風(fēng)城油田A1區(qū)為例，統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。有夾層發(fā)育時，單井日產(chǎn)油和注汽速度均低于無夾層情況，當(dāng)注汽井上方發(fā)育大規(guī)模夾層時對生產(chǎn)效果影響尤為顯著。對于注采矛盾而言，夾層產(chǎn)生了2個負(fù)面作用：夾層在注汽井上方成為“頂板式”的阻擋面，儲層吸汽能力急劇下降，造成同等操作壓力條件下注汽量大幅下降；夾層在井間直接形成滲流遮擋，垂向滲流阻力大大增加，有效泄流通道減少，造成相同水平段長條件下實際泄油能力大幅降低；夾層的垂向交錯與疊合，使得滲流路徑迂曲延長，等效增加滲流阻力。如圖4所示，為相鄰2口井的生產(chǎn)動態(tài)對比曲線，F(xiàn)1井組注汽井上方發(fā)育夾層，F(xiàn)2井組無夾層發(fā)育，F(xiàn)1井組在同等操作壓力條件下注汽量僅為F2井組的50%左右，產(chǎn)量也較F2低50%。

圖2 研究區(qū)SAGD水平井夾層分布模式Fig. 2 Distribution model of the interlayers in SAGD horizontal wells in the study area

圖3 SAGD開發(fā)區(qū)夾層與注汽速度及日產(chǎn)油的關(guān)系Fig. 3 Relationships of the interlayers of SAGD development area vs. steam injection rate and daily oil production

圖4 SAGD開發(fā)區(qū)典型井生產(chǎn)曲線對比Fig. 4 Comparison between the production curves of typical wells in the SAGD development area

2.2 對蒸汽腔發(fā)育的影響

生產(chǎn)實踐表明，夾層會對SAGD蒸汽腔形成和擴(kuò)展造成嚴(yán)重影響，進(jìn)而降低SAGD生產(chǎn)效果。風(fēng)城油田A1區(qū)M井組為井間和注汽井上方發(fā)育夾層的典型井組，該井組注汽井上方發(fā)育一條長度為150 m、寬度為65 m的物性夾層，為典型的第二類夾層，該井組平均日產(chǎn)油僅20.7 t/d，遠(yuǎn)低于平均日產(chǎn)油41.6 t/d的相鄰井組。采用M井組實際地質(zhì)模型，在對其進(jìn)行生產(chǎn)動態(tài)歷史擬合后，開展蒸汽腔發(fā)育數(shù)值模擬，結(jié)果顯示如圖5所示。水平段不同位置流體流動能力差異較大。夾層發(fā)育處由于蒸汽腔發(fā)育有限，供流量較小，遠(yuǎn)低于蒸汽腔發(fā)育好的部位。隨時間推移，蒸汽腔不斷擴(kuò)展，但夾層處流體流動能力仍然受限，導(dǎo)致夾層上方形成一個含油飽和度較高的死油區(qū)。

2.3 夾層遮擋界限

受監(jiān)測井資料的限制難以確定夾層物性、產(chǎn)狀等下限，而夾層遮擋下限的確定對于制定合理的開發(fā)方案至關(guān)重要。為此，結(jié)合研究區(qū)域的地質(zhì)特征，以夾層滲透率、垂直水平段方向?qū)挾茸鳛橛绊懻羝话l(fā)育的主要因素，采用概念模型，通過數(shù)值模擬得到夾層不同滲透率、垂直水平段方向?qū)挾葪l件下的溫度場，即得到夾層遮擋界限。模型網(wǎng)格大小5 m×2 m×0.5 m，油層孔隙度30%，滲透率1 500×10?3μm2，含油飽和度0.72，夾層分布于注汽井之上5 m和之下2 m。

圖5 夾層影響的SAGD井組流線模擬結(jié)果Fig. 5 Streamline simulation results of SAGD well group under the influence of interlayers

研究結(jié)果顯示，夾層滲透率小于10×10?3μm2，即儲層與夾層滲透率級差大于150時，夾層上方無法形成蒸汽腔，井間無泄油通道建立；夾層滲透率在(10～50)×10?3μm2，即儲層與夾層滲透率級差在30～150時，夾層嚴(yán)重阻礙蒸汽腔的擴(kuò)展及泄油，夾層上方儲層無法動用；夾層滲透率在(50～500)×10?3μm2，即儲層與夾層滲透率級差在3～30時，夾層會阻礙蒸汽腔發(fā)育和泄油，但部分蒸汽可以穿過夾層向上擴(kuò)展，夾層滲透率越大，阻礙作用越??；夾層滲透率大于500×10?3μm2，即儲層與隔夾層滲透率級差小于3時，夾層無阻礙作用。垂直水平段方向夾層延伸寬度影響顯示，寬度半徑小于10 m的夾層，蒸汽可以在2年內(nèi)突破；沿構(gòu)造上傾方向，蒸汽2年內(nèi)可以突破寬度15 m，5年可以突破25 m，10年可突破47 m；沿構(gòu)造下傾方向，蒸汽2年內(nèi)可以突破寬度10 m，5年可突破19 m，10年可突破28 m。結(jié)合實際生產(chǎn)情況，垂直水平段方向半徑10～25 m的夾層對蒸汽腔擴(kuò)展有影響，夾層半徑大于25 m時，有效生產(chǎn)期內(nèi)很難突破。

根據(jù)上述研究，夾層對蒸汽腔擴(kuò)展的影響分為3類，如表1所示。Ⅰ類為蒸汽無法突破的夾層，該類夾層滲透率小于10×10?3μm2，滲透率級差大于150，夾層半徑大于30 m；Ⅱ類為嚴(yán)重阻礙蒸汽腔發(fā)育的夾層，該類夾層滲透率(10～50)×10?3μm2，滲透率級差30～150，夾層半徑25～30 m；Ⅲ類為對蒸汽腔發(fā)育有影響的夾層，后期可以突破，該類夾層的滲透率大于50×10?3μm2，級差3～30，夾層半徑10～25 m。該界限與實際生產(chǎn)的觀察井中蒸汽腔的監(jiān)測數(shù)據(jù)一致，表明結(jié)果較為可靠。

表1 夾層對SAGD開發(fā)蒸汽腔遮擋界限劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of interlayer used as the barrier boundary of steam chamber in SAGD development

3 對策及應(yīng)用實例

3.1 對策

前人已在夾層對SAGD開發(fā)的影響方面開展了一些研究［6-9］，但針對夾層影響下如何提高SAGD采收率的技術(shù)對策尚不明確。根據(jù)前述對夾層在SAGD開發(fā)過程中的影響認(rèn)識，提出通過優(yōu)化井網(wǎng)井型，引入新的增產(chǎn)機(jī)理強(qiáng)化泄油的對策，以消除和減輕夾層影響。該方式優(yōu)點是從方案設(shè)計階段著手，一次部署全生命周期井網(wǎng)，全方位優(yōu)化井網(wǎng)井型和操作參數(shù)，從成本及技術(shù)難度兩方面綜合考慮，均利于實現(xiàn)更高效的開發(fā)，目前已從室內(nèi)研究走向礦場試驗和應(yīng)用，進(jìn)入了不斷完善和深化配套階段。以此對策為基礎(chǔ)，提出直井輔助SAGD、雙層立體井網(wǎng)SAGD、魚骨注汽井SAGD共3種提高采收率技術(shù)并在風(fēng)城油田開展現(xiàn)場試驗，取得了較好效果。

3.2 應(yīng)用實例

3.2.1 直井輔助SAGD

該技術(shù)采用觀察井作為輔助井，或在開發(fā)方案設(shè)計階段根據(jù)夾層發(fā)育情況設(shè)計輔助井，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)通過輔助井注汽動用夾層上部剩余油。A1區(qū)SAGD開發(fā)目的層夾層廣泛發(fā)育，油層厚度平均20 m，滲透率平均1 500×10?3μm2，50 ℃原油黏度平均2.5×104mPa · s，受夾層影響，SAGD水平段動用較差(一般在50%～70%)。試驗采用1口直井輔助2對SAGD井組模式，直井先吞吐后連續(xù)小汽量注汽。通過1輪吞吐生產(chǎn)后，輔助直井與2對SAGD水平井蒸汽腔均實現(xiàn)連通。吞吐過程中，水平段腳尖方向蒸汽腔迅速發(fā)育，并與腳跟方向蒸汽腔融合，井下溫度監(jiān)測顯示水平段動用程度達(dá)到75%～90%，溫度分布更加均衡，生產(chǎn)效果顯著提升。如表2所示，對比輔助前，F(xiàn)4井組日產(chǎn)油提高10 t/d，達(dá)到30 t/d；油汽比提升0.12，達(dá)到0.31。F5井組日產(chǎn)油提高22 t/d，達(dá)到50 t/d；油汽比提升0.19，達(dá)到0.33。

表2 F4、F5井組直井輔助SAGD效果統(tǒng)計表Table 2 Statistical effects of vertical well assisted SAGD in F4 and F5 well groups

3.2.2 雙層立體井網(wǎng)SAGD

風(fēng)城Z區(qū)塊SAGD開發(fā)目的層油層厚度平均40 m，滲透率平均1 200×10?3μm2，50 ℃原油黏度平均2.0×104mPa · s。夾層廣泛發(fā)育，厚度在0.5～4.5 m之間，平均2.0 m，采用常規(guī)SAGD方式部署夾層上部儲量損失大，因此采用雙層立體井網(wǎng)部署［10］。SAGD井部署采用上下兩層平面等距交錯方式，下層井網(wǎng)部署在油層底部，距離底部1～2 m，井距80 m，上層井網(wǎng)與下層井網(wǎng)平行交錯部署，夾層不發(fā)育部位部署在油層中部，夾層發(fā)育部位部署在距離夾層底界1～2 m處，井距80 m，與下層井網(wǎng)構(gòu)成40 m井距的立體井網(wǎng)。

Z區(qū)塊26組試驗井投產(chǎn)后取得了顯著效果，與同區(qū)塊單層常規(guī)部署相比，初期采油速度提高50%，儲量損失減小30%，這是由于夾層上部常規(guī)方式無法動用的儲量在雙層井網(wǎng)方式下有效動用，上下蒸汽腔同時發(fā)育形成了立體開發(fā)模式。此外，由于上層井網(wǎng)位于儲層中上部，儲層條件較好，生產(chǎn)效果更好，日產(chǎn)油量與油汽比均較下層井網(wǎng)高(表3)。數(shù)值模擬預(yù)測該方式最終采收率可由常規(guī)單層井網(wǎng)SAGD部署的60.0% 提高到68.4%；年采油速度可達(dá)到8.4%，有效加快了蒸汽腔發(fā)育速度和提高剩余油動用程度。開發(fā)后期，考慮開發(fā)的綜合效益，還可在上部井組繼續(xù)小汽量注蒸汽及氮氣等非凝析氣，調(diào)整SAGD蒸汽腔，形成水平井汽驅(qū)輔助與重力泄油的雙重開發(fā)效果。

表3 Z區(qū)塊雙層SAGD生產(chǎn)效果統(tǒng)計表Table 3 Statistical effects of double-layer SAGD in Block Z

3.2.3 魚骨注汽井SAGD

風(fēng)城油田C井區(qū)SAGD開發(fā)區(qū)油層有效厚度平均18.0 m，滲透率平均900×10?3μm2，50 ℃原油黏度平均5.4×104mPa · s，受夾層影響，普通SAGD方式開發(fā)效果較差。針對油藏特點，提出魚骨注汽井SAGD，該方式為生產(chǎn)水平井保持不變，將注汽水平井改為帶有分支的魚骨井，通過分支深入儲集層，增強(qiáng)儲集層吸汽能力、提高流體的滲流能力和減少夾層上方的剩余油［11］。

在風(fēng)城油田C井區(qū)開展1井組試驗。設(shè)計注采井垂向間距5 m，水平段長度為450 m；注汽井為4分支水平井，分支交錯對稱分布，單分支長度100 m，平面上分支偏移主井眼最大距離為15 m，垂向上偏移主井眼最大距離5 m，分支鉆穿夾層。試驗井組生產(chǎn)310 d，日產(chǎn)油12.4 t，油汽比0.14，與同區(qū)塊儲集層相似的正常生產(chǎn)5井組對比，平均日產(chǎn)油多2.3 t/d，油汽比高0.02(表4)。

表4 魚骨注汽井SAGD與同區(qū)塊常規(guī)SAGD井組效果對比表Table 4 Effect comparison between fish-bone steam injector SAGD and conventional SAGD in the same block

4 結(jié)論

(1)新疆SAGD開發(fā)區(qū)夾層分布：夾層發(fā)育相對較少，覆蓋水平井范圍一般小于30%；夾層發(fā)育中等，覆蓋水平井范圍在30%～60%；夾層廣泛發(fā)育，垂向上發(fā)育個數(shù)較多，大多超過3個，覆蓋水平井范圍超過60%。

(2)夾層對蒸汽腔擴(kuò)展影響分3類：Ⅰ類為蒸汽無法突破的夾層，該類夾層滲透率小于10×10?3μm2，滲透率級差大于150，夾層半徑大于30 m；Ⅱ類為嚴(yán)重阻礙蒸汽腔發(fā)育的夾層，該類夾層滲透率(10～50)×10?3μm2，滲透率級差30～150，夾層半徑25～30 m；Ⅲ類為對蒸汽腔發(fā)育有影響的夾層，后期可以突破，該類夾層的滲透率大于50×10?3μm2，級差3～30，夾層半徑10～25 m。

(3)夾層發(fā)育時，單井日產(chǎn)油和注汽速度均低于無夾層情況。夾層發(fā)育部位流體的流動能力較弱，遠(yuǎn)低于無夾層蒸汽腔發(fā)育好的部位，夾層上方形成一個含油飽和度較高的死油區(qū)?；谝胄碌脑霎a(chǎn)機(jī)理強(qiáng)化泄油對策的直井輔助SAGD、雙層立體井網(wǎng)SAGD和魚骨注汽井SAGD三種提高采收率技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著，可有效克服和減輕夾層影響，進(jìn)一步提高SAGD采收率。