SAGD低物性段分支參數(shù)優(yōu)選及對(duì)提高采收率影響研究*

暴 赫，閆文華

（東北石油大學(xué) 石油工程學(xué)院，提高油氣采收率教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163318）

新疆克拉瑪依風(fēng)城油田屬超稠油油藏，同時(shí)存在低物性段。初期采用蒸汽吞吐方式進(jìn)行開(kāi)采，轉(zhuǎn)水平井輔助SAGD后蒸汽腔突破低物性段，產(chǎn)量得到提升但后期含水較高，亟待探索更加高效的采收率提高方法。加拿大博士Butler最早提出SAGD（Steam Assisted Gravity Drainage）技術(shù)，用以解決稠油熱采技術(shù)中出現(xiàn)的問(wèn)題，在美國(guó)、加拿大幾大稠油、超稠油油藏已開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)，而國(guó)內(nèi)SAGD技術(shù)開(kāi)展較短，在開(kāi)發(fā)機(jī)理、井型搭配、參數(shù)優(yōu)化、低物性段酸壓等領(lǐng)域有待研究[1-5]。與水平井相比多分支井技術(shù)能夠更加節(jié)約油田開(kāi)采成本，且能以最小井?dāng)?shù)量保證最大限度的油藏滲流面積，使產(chǎn)油量達(dá)到單個(gè)井眼的2～3倍[6-8]。因此，本文采取分支井輔助SAGD提高低物性段產(chǎn)能，首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件建立數(shù)值模型，然后采用方差分析法和控制變量法得到分支參數(shù)對(duì)井組產(chǎn)能敏感性大小，優(yōu)化出最佳井型參數(shù)并進(jìn)行了方案預(yù)測(cè)，為分支井輔助SAGD低物性段提高采收率提供了理論指導(dǎo)。

1 SAGD模型建立

以風(fēng)城油田重十八井區(qū)為目標(biāo)區(qū)塊建立模型，井組水平井段長(zhǎng)500m，生產(chǎn)井距油層底部14m，注汽井與生產(chǎn)井垂向間距8m。模型網(wǎng)格劃分如下：X方向?yàn)?14m×55=770m，Y 方向?yàn)?5 m×40=200m，Z方向?yàn)?1m×30=30m，總網(wǎng)格數(shù) 55×40×30=66000個(gè)。注汽井注汽壓力為8MPa，注汽速度為300m3·d-1，蒸汽干度為0.8。模擬計(jì)算的熱物性參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 模型基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of the model

低物性段指砂層內(nèi)部低孔低滲、成分以泥質(zhì)粉為主的物性隔夾層，對(duì)油氣運(yùn)移起到一定阻礙作用，一般孔隙度小于0.2，滲透率為5～300mD[9-13]。目標(biāo)區(qū)塊低物性段位于模型第18小層，滲透率在200～220mD之間，第1～4小層的孔隙度偏低（0.23～0.26），滲透率也偏低（700～1500mD），第 20～24 小層為主力油層，孔隙度與滲透率都最高，其值分別為0.3～0.4與 2000～2600mD。

2 分支參數(shù)對(duì)SAGD生產(chǎn)指標(biāo)的影響分析

2.1 正交設(shè)計(jì)

本文主要考慮4種因素：分支數(shù)量、分支長(zhǎng)度、分支角度、分支間距，每種因素考慮4個(gè)水平，見(jiàn)表2。

表2 SAGD分支參數(shù)正交設(shè)計(jì)表Tab.2 Orthogonal design table of SAGD branch parameters

2.2 正交試驗(yàn)方案及模擬結(jié)果

根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，結(jié)合表2，采用L16（44）正交表規(guī)劃出16個(gè)方案并進(jìn)行模擬，時(shí)間為3a，以增油量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 SAGD產(chǎn)能正交設(shè)計(jì)方案表Tab.3 Orthogonal design scheme of SAGD capacity

2.3 分支參數(shù)對(duì)SAGD產(chǎn)能影響分析

對(duì)得到的試驗(yàn)結(jié)果使用方差分析法進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 SAGD增油量方差分析表Tab.4 Variance analysis of the amount of oil added by SAGD

查閱正交設(shè)計(jì)結(jié)果分析表得知：F0.1（2，8）=9.37，F(xiàn)0.05（2，8）=19.37，F(xiàn)0.01（2，8）=99.36。當(dāng)影響因素的F值大于99.36內(nèi)時(shí)，則試驗(yàn)條件下該因素對(duì)結(jié)果影響非常顯著；當(dāng)F值在19.37～99.36內(nèi)時(shí)，該因素對(duì)結(jié)果影響顯著；在9.37～19.37內(nèi)時(shí)，該因素對(duì)結(jié)果影響稍小；如果F值小于9.37，該因素對(duì)結(jié)果影響較小[14-18]。根據(jù)以上規(guī)律，結(jié)合表4正交結(jié)果可知，4種因素的顯著程度依次為分支長(zhǎng)度、分支數(shù)量、分支角度、分支間距。關(guān)鍵因素是分支長(zhǎng)度，分支數(shù)量、分支角度次之，分支間距對(duì)產(chǎn)能影響相對(duì)稍小。

3 分支參數(shù)優(yōu)選

運(yùn)用數(shù)模方法以采收率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析分支參數(shù)對(duì)SAGD開(kāi)發(fā)效果影響大小，對(duì)比各方案提高采收率效果，優(yōu)選出最佳井型參數(shù)。因分支井主井筒兩側(cè)泄油面積的增加程度要大于同側(cè)分支，故將井型設(shè)計(jì)為異側(cè)非對(duì)稱(chēng)分支。對(duì)分支井段長(zhǎng)度優(yōu)化時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，分別模擬50～250m共5個(gè)方案，設(shè)定分支數(shù)量為3條、分支角度為30°、分支間距為30m，時(shí)間為2年，模擬結(jié)果見(jiàn)圖1、2。

圖1 不同分支長(zhǎng)度下的增油量Fig.1 Oil increase at different branch lengths

圖2 不同分支長(zhǎng)度下的采收率增長(zhǎng)幅度Fig.2 Recovery increases of different branch lengths

由圖2可知，增油量隨著分支長(zhǎng)度增加不斷變大，當(dāng)分支長(zhǎng)度為250m時(shí)增油量達(dá)到峰值，但當(dāng)分支長(zhǎng)度超過(guò)150m后，采收率增幅開(kāi)始變緩，增油量與峰值相差不大，因此，考慮到施工成本分支長(zhǎng)度應(yīng)選150m。

對(duì)分支井?dāng)?shù)量?jī)?yōu)化時(shí)，分別模擬1～5條共5個(gè)方案，設(shè)定分支長(zhǎng)度為150m、分支角度為30°、分支間距為30m，結(jié)果見(jiàn)圖3、4。

圖3 不同分支數(shù)量下的增油量Fig.3 Oil increase under different branch number

圖4 不同分支數(shù)量下的采收率增長(zhǎng)幅度Fig.4 Recovery increases of different branches

由圖4可知，增油量隨著分支數(shù)量增加不斷變大，但當(dāng)分支數(shù)量超過(guò)3條后，采收率上升速度變緩，因此最佳分支數(shù)量應(yīng)選3條。

對(duì)分支井與主井筒角度優(yōu)化時(shí)，分別模擬15°～90°共6個(gè)方案，設(shè)定分支長(zhǎng)度為150m、分支數(shù)量為3條、分支間距為30m，結(jié)果見(jiàn)圖5、6。

圖5 不同分支角度下的增油量Fig.5 Oil increase at different branch angles

圖6 不同分支角度下的采收率增長(zhǎng)幅度Fig.6 Recovery increases at different branch angles

由圖6可知，增油量隨著分支角度增加不斷變大，分支角度為90°時(shí)增油量達(dá)到最大值，當(dāng)分支角度超過(guò)30°時(shí)，采收率增幅開(kāi)始變小，因分支井段與主井筒夾角對(duì)施工成本并無(wú)大影響，所以最佳分支角度應(yīng)選90°。

對(duì)分支間距優(yōu)化時(shí)，分別模擬30～150m共4個(gè)方案，設(shè)定分支長(zhǎng)度為150m、分支數(shù)量為3條、分支角度為 90°，結(jié)果見(jiàn)圖 7、8。

圖7 不同分支間距下的增油量Fig.7 Oil increase under different branch spacing

圖8 不同分支間距下的采收率增長(zhǎng)幅度Fig.8 Recovery increases of different branch spacing

由圖8可知，增油量隨著分支間距增加不斷變大，當(dāng)分支間距為150m時(shí)，增油量和采收率均達(dá)到峰值，因此，最佳分支間距應(yīng)選150m。

4 方案預(yù)測(cè)

以風(fēng)城油田重十八井區(qū)為例，優(yōu)化方案為分支長(zhǎng)度150m，分支夾角90°，分支數(shù)量3條，分支間距150m。在原模型基礎(chǔ)上模擬預(yù)測(cè)了10年，分析優(yōu)化前后SAGD驅(qū)累計(jì)產(chǎn)油量及含水率變化規(guī)律。目標(biāo)區(qū)塊在實(shí)施井型優(yōu)化后，累計(jì)產(chǎn)油量增加6247.6t，采收率達(dá)到53.4%，提高了12.7%，含水率平均降低8%～12%，提高產(chǎn)能增幅較大，優(yōu)化效果較好。

圖9為低物性段實(shí)施優(yōu)化前后各模擬層采出程度對(duì)比結(jié)果，其中低物性段在第18小層，因第1～6模擬層未被蒸汽腔波及故未列出1～6層。

圖9 分支參數(shù)優(yōu)化前后各模擬層采出程度示意圖Fig.9 Schematic diagram of mining degree of each simulated layer before and after branch parameter optimization

由圖9可知，低物性段未實(shí)施優(yōu)化前上部各模擬層采出程度較小，下部油層由于受到高溫蒸汽超覆作用影響，溫度升高使原油受熱更充分，具有可流動(dòng)性，又因原油重力的存在使其流動(dòng)到下方的生產(chǎn)井被采出，所以靠近低物性段的小層采出程度較高。優(yōu)化后低物性段上方各小層采出程度均有不同程度的增大，說(shuō)明高溫蒸汽突破低物性段使原油充分受熱，黏度降低從而可以流動(dòng)至生產(chǎn)井被采出。對(duì)低物性段采用分支井輔助并實(shí)施參數(shù)優(yōu)化措施，主井筒兩側(cè)泄油面積有所增加，有利于蒸汽腔的擴(kuò)展使蒸汽突破低物性段，并大幅縮短突破的時(shí)間使產(chǎn)能增加，提高油田的采收率，有利于分支井輔助SAGD低物性段的開(kāi)發(fā)。

5 結(jié)論

（1）稠油油藏應(yīng)根據(jù)油藏特征對(duì)分支井型進(jìn)行優(yōu)化，增大主井筒兩側(cè)泄油面積以提高SAGD驅(qū)波及體積。

（2）應(yīng)用方差分析法得出分支參數(shù)對(duì)SAGD產(chǎn)能影響順序?yàn)椋悍种чL(zhǎng)度＞分支數(shù)量＞分支角度＞分支間距，分支長(zhǎng)度影響最顯著，分支數(shù)量和分支角度次之，分支間距影響相對(duì)稍小。

（3）應(yīng)用控制變量法以采收率為指標(biāo)對(duì)分支參數(shù)按照影響順序進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳分支井型參數(shù)分別為分支長(zhǎng)度150m，分支數(shù)量3條，分支角度90°，分支間距 150m。

（4）運(yùn)用數(shù)模方法對(duì)井型參數(shù)優(yōu)化后的方案進(jìn)行了預(yù)測(cè)，目標(biāo)區(qū)塊累計(jì)產(chǎn)油量增加6247.6t，采收率提高12.7%，含水率平均降低8%～12%，說(shuō)明低物性段實(shí)施井型優(yōu)化措施后有較好的增油效果。