雙水平井多源、多元介質(zhì)輔助SAGD驅(qū)注采參數(shù)優(yōu)化

周志軍　閆文華　暴赫

摘????? 要：本文結(jié)合現(xiàn)場實際區(qū)塊數(shù)據(jù)，采用正交設(shè)計試驗和控制變量法分析不同注采參數(shù)對雙水平井SAGD驅(qū)采收率的影響，得到注入介質(zhì)、注入速度、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)和注入溫度對SAGD驅(qū)采收率的影響較大，采注比影響較小的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，通過油藏數(shù)值模擬技術(shù)從多源、多元角度優(yōu)選出該區(qū)塊注入介質(zhì)為柴油，注入速度400 m³·d^-1、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%、注入溫度280 ℃和采注比1.4，并對優(yōu)化后的注采參數(shù)進行了模擬預(yù)測。結(jié)果表明：目標(biāo)區(qū)塊累計產(chǎn)油量增加5 601.3 t，采出程度提高13.7%，含水率平均降低8%～10%，提高采收率效果明顯，研究成果對多源、多元輔助SAGD驅(qū)開發(fā)進一步提高采收率具有理論指導(dǎo)意義。

關(guān)? 鍵? 詞：SAGD驅(qū);雙水平井;正交設(shè)計;數(shù)值模擬;參數(shù)優(yōu)化;采收率

中圖分類號：TE341? ??????文獻標(biāo)識碼： A?????? 文章編號： 1671-0460（2020）06-1203-05

Optimization of SAGD Flooding Parameters Assisted by Multiple?Sources and Multiple Media in Dual Horizontal Wells

?? ZHOU Zhi-jun ^a，b， YAN Wen-hua ^a，b， BAO He^a，b

（a. School of Petroleum Engineering，? b. Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery of Ministry of Education， Northeast Petroleum University， Daqing Heilongjiang 163318， China）

Abstract： Combined with the actual block data in the field， the designed orthogonal test and control variable method were used to analyze the influence of different injection parameters on SAGD flooding recovery rate of dual horizontal wells. The results showed that injection medium， injection speed， injection concentration and injection temperature had greater influence on SAGD flooding recovery rate， while the effect of injection ratio was less. On this basis， based on the numerical reservoir simulation technology， suitable flooding parameters were determined as follows： the injection medium the diesel， the injection rate 400 m³·d^-1， the injection mass fraction 25%， the injection temperature 280 ℃， and the production-injection ratio 1.4.And under optimized injection-production parameters，the production condition was predicted. The results showed that the cumulative oil production of the target block increased by 5 601.3 t， the recovery degree increased by 13.7%， the moisture content reduced by 8%～10% on average， improving oil recovery effect was obvious. The research on multi-source and multi-medium assisted SAGD development has theoretical guidance meaning to further improve oil recovery.

Key words： SAGD flooding; dual horizontal well; orthogonal design; numerical simulation; parameter optimization;? recovery

遼河油田曙一區(qū)杜84塊50 ℃時地層原油黏度是1.916×10⁵ mPa·s，按稠油分類標(biāo)準(zhǔn)屬超稠油油藏。稠油熱采溫室氣體排放量約是常規(guī)油藏3～4倍，且開發(fā)成本較高^[1-5]。為提高SAGD驅(qū)效率和經(jīng)濟性，Nasr等提出溶劑輔助蒸汽重力泄油（ES-SAGD）技術(shù)，將碳氫化合物溶劑與蒸汽混合注入油層，降低稠油黏度，增大蒸汽腔來改善開發(fā)效果^[6]。Gupta S等通過數(shù)值模擬方法，將丙烷、丁烷、戊烷、正己烷、異己烷、庚烷，以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)注入不同油藏來評價驅(qū)油效果^[7]。Ayodele等使用己烷作為溶劑開展了ES-SAGD物模實驗，與SAGD實驗比較，得出ES-SAGD最終采收率較SAGD高11%的結(jié)論^[8]。但以上研究介質(zhì)均為低碳溶劑，目前國內(nèi)在ES-SAGD開發(fā)機理、溶劑優(yōu)選、注采參數(shù)優(yōu)化等領(lǐng)域也有待研究。各大油田開展現(xiàn)場試驗后，在取得良好成果同時也暴露出一些問題，由于低碳溶劑擴散速度較慢，開發(fā)超稠油油藏時后期溶劑保溫能力和降黏能力下降較快，因此亟待探索更加高效的介質(zhì)輔助SAGD驅(qū)方式。本文利用數(shù)值模擬方法從多源、多元介質(zhì)角度，低碳至高碳原則，分析了柴油、地層污水、原油、C₅-C₂₀烴類、非烴類多元介質(zhì)輔助對雙水平井SAGD驅(qū)開發(fā)效果影響，通過對比驅(qū)替前緣溶劑溫度保留能力和原油降黏能力大小，優(yōu)選出最佳注入介質(zhì)，并進行了注采參數(shù)優(yōu)化，為現(xiàn)場SAGD驅(qū)進一步提高采收率提供理論指導(dǎo)。

1? SAGD驅(qū)模型建立

本文以杜84塊為目標(biāo)區(qū)塊，運用CMG軟件建立數(shù)值模型，模型網(wǎng)格劃分為55×13×27，平面網(wǎng)格長度為10 m×10 m。水平井共4口，其中上端水平井注汽，下端水平井產(chǎn)油。水平段長度均為300 m。注汽井的注汽壓力為15 MPa，蒸汽干度為0.7。模型基本參數(shù)見表1。

2? 注采參數(shù)對SAGD驅(qū)生產(chǎn)指標(biāo)的影響分析

2.1? 基礎(chǔ)正交設(shè)計

正交設(shè)計是對選定因素在正交表中進行合理安排，在確定能得到全面結(jié)論的基礎(chǔ)上進行最少次數(shù)的試驗，再利用直觀分析與方差分析找出各影響因素對開發(fā)效果的影響關(guān)系，確定最佳參數(shù)組合^[9-13]。本文主要考慮5種因素：注入介質(zhì)、注入速度、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)（注入介質(zhì)占總注入氣體質(zhì)量百分比）、注入溫度、采注比，每種因素均考慮4個水平，因正交試驗只為求出影響因素排列，故注入介質(zhì)選用了目前研究較多的4種，如表2所示。

2.2? 正交試驗方案及模擬結(jié)果

根據(jù)正交試驗設(shè)計原理，結(jié)合表2，采用L₁₆（4⁵）正交表，規(guī)劃出16個方案，通過數(shù)值軟件對16種方案進行模擬，模擬時間為3年，以采收率為評價指標(biāo)，結(jié)果如表3所示。

2.3? 注采參數(shù)對SAGD采收率的影響分析

采收率直觀分析表見表4。由表4可知，5種因素的極差大小依次為注入介質(zhì)、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入速度、注入溫度、采注比。注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為關(guān)鍵因素，對目標(biāo)區(qū)塊采收率影響程度最大，注入速度次之，注入溫度影響最小。

使用方差分析方法對數(shù)值軟件模擬的試驗結(jié)果進行分析，結(jié)果見表5。

查閱正交設(shè)計結(jié)果分析表得知：F_0.1（2，8）=9.37，F_0.05（2，8）=19.37。當(dāng)影響因素的F值在19.37～99.36范圍內(nèi)時，試驗條件下該因素對結(jié)果影響較大;如果F在9.37～19.37內(nèi)，該因素影響次之;如果F值小于9.37，則該因素對結(jié)果影響較小^[14-17]。根據(jù)以上規(guī)律，結(jié)合表5正交結(jié)果可知，5種因素的顯著程度由高到低依次為注入介質(zhì)、注入速度、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入溫度、采注比。關(guān)鍵因素是注入介質(zhì)，注入速度、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入溫度次之，采注比對采收率影響并不顯著。

3? SAGD注采參數(shù)優(yōu)化

運用數(shù)模方法以采收率與累計油汽比為評價指標(biāo)，分析各因素對開發(fā)效果影響，對比各方案增產(chǎn)效果，優(yōu)化出最佳注入介質(zhì)和注采參數(shù)。

3.1? 注入介質(zhì)

3.1.1 ?多源介質(zhì)優(yōu)選

從多源角度出發(fā)，選用稠油熱采應(yīng)用較多的3種介質(zhì)。模擬注入柴油（C₁₀～C₂₂）、地層污水（以大慶油田污水為例，主要成分為Fe³⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、SO₄^2-、CO₃^2-、H₂S）、原油（C₁～C₂₀），根據(jù)現(xiàn)場實際條件，設(shè)定注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、注入速度為300 m³·d^-1、注入溫度為320 ℃、采注比為1.2，時間為3a，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可看出，注柴油的采收率和累計油汽比與注原油相比均稍高但相差不大，而注地層污水與兩者相差較多，但考慮到經(jīng)濟因素和介質(zhì)來源，應(yīng)優(yōu)先選用污水回注，能更好地控制成本，既能補充地層壓力又能提高原油采出率，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用。

3.1.2 ?多元介質(zhì)優(yōu)選

從多元角度出發(fā)，選用性質(zhì)適合稠油熱采、能夠在軟件中實現(xiàn)的12種烴類和應(yīng)用較多的3種非烴類多元介質(zhì)。模擬注入C₅H₁₂、C₆H₁₄、C₇H₁₆、C₈H₁₈、C₉H₂₀、C₁₀H₂₂、C₁₂H₂₆、C₁₅H₃₂、C₁₆H₃₄、C₁₇H₃₆、C₁₈H₃₈、C₂₀H₄₂、CO、CO₂、N₂ 15種介質(zhì)，設(shè)定注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、注入速度為300 m³·d^-1、注入溫度為320 ℃、采注比為1.2，結(jié)果如圖2所示。由圖2可看出，注入烴類介質(zhì)時采收率和累計油汽比隨碳原子數(shù)增大而增大，但從C₁₇H₃₆開始采收率和累計產(chǎn)油比開始減小，注入C₁₆H₃₄時采收率和累計油汽比為最佳;注入非烴類介質(zhì)時，N₂采收率和累計油汽比相比CO₂和CO較為理想，但和碳數(shù)較大烴類介質(zhì)相比較小。

3.1.3 ?注入介質(zhì)優(yōu)選

圖3為18種注入介質(zhì)前緣處溫度變化。從圖中可看出，前緣處注入介質(zhì)的溫度不再是僅由水蒸氣控制的恒定值，而是與介質(zhì)控制溫度的狀態(tài)有關(guān)。由于蒸汽腔前緣特殊的泄油規(guī)律決定的相態(tài)特征，使得C₅H₁₂、C₆H₁₄等低碳數(shù)烴類更容易聚集在前緣附近，但會明顯降低前緣溫度，而C₁₅H₃₂以上高碳數(shù)烴類可以有效保持溫度。

圖4為溶解18種注入介質(zhì)后稠油黏度變化曲線。溶解注入介質(zhì)后稠油黏度隨壓力升高而降低，但降黏幅度差別很大。根據(jù)下降幅度大小來看，烴類相比非烴類降黏效果要好，烴類中C₁₆H₃₄和柴油降黏效果較好，降黏幅度隨碳原子數(shù)增加而增大。以上所選介質(zhì)均能改善稠油物性，使稠油的黏度降低，而C₁₆H₃₄和柴油對稠油物性影響最大，能夠更顯著地改善稠油流動性，有利于提高地層壓力和流動壓差，提高驅(qū)油效率。柴油為復(fù)雜烴類混合物，成分中含有低碳數(shù)烴，保持前緣溫度效果相比C₁₆H₃₄稍差，但考慮到C₁₆H₃₄在工業(yè)上提煉更為復(fù)雜，而且非烴類和低碳烴類增油效果比C₁₆H₃₄差很多，因此綜合考慮優(yōu)選柴油為注入介質(zhì)。

3.2? 注入速度

注入速度取決于注入壓力、生產(chǎn)井排液能力和蒸汽腔大小等因素，能夠保證足夠的蒸汽干度，通過影響井筒熱損和蒸汽干度來影響開采效果。為了控制汽液界面和維持蒸汽腔穩(wěn)定，設(shè)定注入介質(zhì)為柴油、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、注入溫度為320 ℃、采注比為1.2，模擬注入速度150～450 m³·d^-1共7個方案，結(jié)果如圖5所示。由圖5可看出，采收率隨注入速度的增加不斷增大，但當(dāng)注入速度超過400 m³·d^-1后采收率增幅較小。且當(dāng)注入速度為400 m³·d^-1時，累計油汽比最大，因此最佳注入速度為400 m³·d^-1。

3.3? 注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)

對注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行優(yōu)化時，模擬1%～30%共7個方案，設(shè)定注入介質(zhì)為柴油、注入速度為400 m³·d^-1、注入溫度為320 ℃、采注比為1.2，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，隨著注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，采收率不斷增大，當(dāng)注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到30%，采收率達到最大值，但相對于注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%時增幅較小，且當(dāng)注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時，累計油汽比達到最大值，因此最佳注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。

3.4? 注入溫度

對注入溫度進行優(yōu)化時，模擬200～320 ℃共7個方案，設(shè)定注入介質(zhì)為柴油、注入速度為400 m³·d^-1、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、采注比為1.2，結(jié)果如圖7所示。進行SAGD驅(qū)稠油熱采時，理論上注入溫度越高，油藏加熱越充分，蒸汽腔的擴展速度也越大。由圖7可知，采收率隨溫度增加而增加，但當(dāng)注入溫度高于280 ℃時采收率增幅變小，累計油汽比也不再增加。因此，合理的注入溫度為280 ℃。

3.5? 采注比

對采注比進行優(yōu)化時，模擬采注比0.4～1.6共7個方案，設(shè)定注入介質(zhì)為柴油、注入速度為400 m³·d^-1、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、注入溫度為280 ℃，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，采收率隨采注比增大而增大，累計油汽比在超過1.4時開始減小，說明采注比并不是越大越好。合理的排液量應(yīng)與蒸汽腔的擴展及泄油能力匹配，以滿足蒸汽腔擴展后的泄油速率，這樣汽液界面就能維持在一個合理位置，避免井上方積聚大量冷凝液影響原油的產(chǎn)出，因此合理采注比為1.4。

4? 注采參數(shù)優(yōu)化方案預(yù)測

優(yōu)化方案為注入介質(zhì)柴油、注入速度400 m³·d^-1、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%、注入溫度280 ℃、采注比1.4。在原模型基礎(chǔ)上模擬預(yù)測了10a，分析優(yōu)化前后SAGD驅(qū)累計產(chǎn)油量及含水率變化規(guī)律。目標(biāo)區(qū)塊在實施優(yōu)化參數(shù)后，累計產(chǎn)油量增加5 601.3 t，采出程度提高13.7%，含水率平均降低8%～10%，提高采收率增幅較大，為多源、多元介質(zhì)輔助SAGD驅(qū)提高采收率提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。

5? 結(jié) 論

1）利用方差分析法對正交結(jié)果進行分析，得出各因素對SAGD驅(qū)采收率影響由大到小依次為：注入介質(zhì)、注入速度、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)、注入溫度、采注比。

2）通過油藏數(shù)值模擬方法優(yōu)化SAGD驅(qū)最佳注采參數(shù)：注入介質(zhì)為柴油、注入速度為400 m³·d^-1、注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、注入溫度為280 ℃、采注比為1.4。

3）運用數(shù)值模擬方法對注采參數(shù)優(yōu)化后的方案進行了預(yù)測，目標(biāo)區(qū)塊累計產(chǎn)油量增加5 601.3 t，采出程度提高13.7%，含水率平均降低8%～10%，提高采收率效果明顯，為多源、多元介質(zhì)輔助SAGD驅(qū)提高采收率提供理論指導(dǎo)和依據(jù)。

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