水平井提高油砂SAGD井組后期開發(fā)效果研究

魏明強(qiáng)，鄭 強(qiáng)，葉 智，任科屹，段永剛，盧 川.

(1.西南石油大學(xué)，四川成都 610500；2.中海石油(中國(guó))有限公司北京研究中心，北京 100028； 3.西安長(zhǎng)慶化工集團(tuán)有限公司，陜西咸陽(yáng) 712042)

我國(guó)分布有較為豐富的稠油/油砂資源，地質(zhì)儲(chǔ)量為59.7×108t，可采儲(chǔ)量為22.58×108t，主要分布在新疆、青海、內(nèi)蒙古等地[1-2]。蒸汽輔助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage, SAGD)技術(shù)是開采超稠油與油砂的主要技術(shù)之一。SAGD技術(shù)是1981年由Bulter首次提出的利用雙水平井開采稠油/油砂的技術(shù)，其基本原理是將蒸汽作為熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流源加熱地層原油，利用蒸汽在儲(chǔ)層中垂向和側(cè)向擴(kuò)展并加熱地層原油，被加熱的原油和冷凝液在重力作用下流向生產(chǎn)井并被采出[3]。目前該技術(shù)已在加拿大以及我國(guó)遼河、新疆稠油開發(fā)中廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展與應(yīng)用，前人已在井眼軌跡控制[4-5]、均勻注采[6-8]、SAGD循環(huán)預(yù)熱操作參數(shù)優(yōu)化[9-11]、隔夾層影響[12-15]、產(chǎn)能評(píng)價(jià)[16-19]、注溶劑提高采收率[20]等方面進(jìn)行了大量探索與研究。目前絕大部分研究是通過(guò)優(yōu)化注采參數(shù)優(yōu)化、注溶劑蒸汽的方法來(lái)提高蒸汽腔的波及范圍，但是在實(shí)際SAGD井組開發(fā)生產(chǎn)后期，井組之間仍存在大量剩余油。

為此，基于SAGD井組開發(fā)后期剩余油分布特征，筆者提出利用輔助水平井的手段提高后期油砂的SAGD開發(fā)效果，采用數(shù)值模擬方法優(yōu)化了輔助水平井垂向和水平方向位置、水平井長(zhǎng)度以及注采參數(shù)對(duì)采收率的影響，并開展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例效果分析。研究結(jié)果對(duì)提高SAGD井組整體動(dòng)用效果具有重要指導(dǎo)意義。

1 數(shù)值模擬模型建立

為了提高油砂SAGD后期開發(fā)效果，建立了水平井輔助提高SAGD后期增產(chǎn)措施的數(shù)值模型。數(shù)值模擬采用的是CMG數(shù)值模擬軟件中的STARS模塊。模型設(shè)置了2個(gè)SAGD井組，油藏范圍為460 m×160 m×30 m，井組間距為80 m，輔助水平井位于2個(gè)相鄰SAGD井組之間，其物理模型示意圖如圖1所示。數(shù)值模擬機(jī)理模型基礎(chǔ)參數(shù)見表1。

為了提高SAGD井組間開發(fā)效果，設(shè)計(jì)了輔助水平井縱向、水平方向不同位置以及輔助水平井吞吐和后期操作注采參數(shù)優(yōu)化研究。

圖1 水平井輔助提高SAGD井組后期產(chǎn)能Fig.1 Improving the late stage productivity of SAGD well group assisted by the horizontal well

表1 機(jī)理模型基礎(chǔ)參數(shù)Table 1 Basic parameters of the mechanism model

2 輔助水平井位置的影響

2.1 水平井水平位置的影響

輔助水平井的平面位置決定著SAGD井組的受效范圍，將輔助水平井分別設(shè)置為在井距的1/2(40 m)、1/3(26.67 m)、1/4(20 m)處。數(shù)值模擬結(jié)果表明輔助水平井離SAGD某井組越近，10年后整體采出程度越低(圖2)。當(dāng)輔助井在SAGD井組井距1/2處時(shí)，10年后的采出程度最高。其主要原因是當(dāng)輔助井離某SAGD井組越近，則輔助水平井與靠近的SAGD井組熱連通時(shí)間提前，而與較遠(yuǎn)的SAGD井組蒸汽腔連通時(shí)間滯后，形成單井組受效模式。當(dāng)輔助水平井位于兩SAGD井組井距的1/2處時(shí)，輔助井同時(shí)向兩組SAGD井組擴(kuò)展，波及更大的受熱區(qū)域，使得采出程度最高。

圖2 輔助水平井不同水平位置對(duì)井組采出程度的影響Fig.2 Influence of different horizontal position of the assisting horizontal well on recovery degree of well group

2.2 水平井縱向位置的影響

輔助水平井位于SAGD井組1/2處，分別討論了輔助水平井位于注入井上方、注入井處、注采井間、生產(chǎn)井處四個(gè)不同位置。模擬研究結(jié)果表明，輔助水平井離儲(chǔ)層頂端越近，兩井組之間蒸汽腔發(fā)生熱連通所需時(shí)間越短，如圖3所示。生產(chǎn)十年的采收率越低，生產(chǎn)效果越差(圖4)。

3 輔助水平井注采參數(shù)優(yōu)化

3.1 水平井長(zhǎng)度優(yōu)化

由于注蒸汽水平井井筒壓降的原因，稠油SAGD開發(fā)過(guò)程中水平井形成的蒸汽腔規(guī)模會(huì)從跟端到趾端逐漸變差，因此輔助水平井從SAGD井組反方向布井。設(shè)置水平井各位置相同注汽流率情

圖3 輔助水平井不同縱向水平位置對(duì)兩井組間蒸汽腔連通時(shí)間對(duì)應(yīng)剖面圖Fig.3 The profile of steam cavity connection time between two well groups in different vertical and horizontal positions of the assisting horizontal well

圖4 輔助水平井縱向不同位置對(duì)井組采出程度的影響Fig.4 Influence of different vertical positions of the assisting horizontal wells on recovery degree of well groups

況下，計(jì)算了水平井長(zhǎng)度比SAGD水平井長(zhǎng)度短50 m、100 m、150 m、200 m以及與SAGD水平井長(zhǎng)度相同情況下的采出程度變化曲線(圖5)。從圖5中可看出：輔助水平井比SAGD水平井短100 m和短200 m的采出程度曲線基本重合；在開發(fā)早中期水平井長(zhǎng)度越長(zhǎng)，采出程度越高，主要原因是輔助水平井越長(zhǎng)，早期蒸汽波及范圍越大，但隨著開發(fā)進(jìn)行，輔助水平井越長(zhǎng)開發(fā)利用效率降低，綜合表現(xiàn)出水平井長(zhǎng)度比SAGD短150 m(即水平井長(zhǎng)度為250 m)的開發(fā)效果最優(yōu)(圖5、圖6)。

3.2 水平井輔助啟動(dòng)時(shí)間

一般地，在蒸汽腔到頂或蒸汽腔擴(kuò)展階段實(shí)施水平井輔助。為了獲得水平井輔助最優(yōu)的啟動(dòng)時(shí)間，下面具體討論了輔助井啟動(dòng)時(shí)間為SAGD蒸汽腔到達(dá)頂部時(shí)、蒸汽腔到達(dá)頂部后1年和2年對(duì)采收率的影響。模擬預(yù)測(cè)10年后整個(gè)井組的生產(chǎn)情況對(duì)比(表2)。

圖5 輔助水平井長(zhǎng)度與采出程度關(guān)系曲線(t=10年)Fig.5 Relation curve between length of the assisting horizontal well and recovery degree (t=10 years)

圖6 輔助水平井不同長(zhǎng)度對(duì)井組采出程度的影響Fig.6 Influence of different length of the assisting horizontal well on recovery degree of well group

表2 輔助水平井啟動(dòng)時(shí)間時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)比

從表中可知輔助水平井在不同時(shí)間啟動(dòng)對(duì)整個(gè)油藏的累積油汽比影響不大，但啟動(dòng)時(shí)間越早，油藏的采收率越高。因此在條件允許的情況下，越早實(shí)施水平井輔助，對(duì)油藏的增產(chǎn)效果越有利。

3.3 熱連通后輔助水平井注汽速度

一般地，輔助水平井與SAGD井組熱連通后轉(zhuǎn)汽驅(qū)，直至兩SAGD井組蒸汽腔完全連通。為此，輔助水平井轉(zhuǎn)汽驅(qū)后，設(shè)計(jì)注汽量為100 t/d、125 t/d、150 t/d、175 t/d和200 t/d，預(yù)測(cè)對(duì)10年后采出程度的影響。從圖7可以看出，隨注汽量增加，10年后的油藏采出程度先增加后降低。其主要原因是增大輔助井注汽量，蒸汽腔擴(kuò)展速度變快，油藏開發(fā)效果變好，但是輔助井注汽量過(guò)大時(shí)，容易導(dǎo)致輔助井與SAGD生產(chǎn)井之間的氣竄，導(dǎo)致輔助井注入的蒸汽過(guò)早進(jìn)入SAGD生產(chǎn)井，影響生產(chǎn)效果。綜合油汽比和采出程度，可綜合確定輔助水平井注氣量為150～175 t/d。

4 實(shí)例分析

以我國(guó)新疆油田某區(qū)塊相鄰兩SAGD井組為例，實(shí)施水平井輔助進(jìn)行預(yù)測(cè)。實(shí)際SAGD井組1和井組2采出程度分別為27.07%和19.59%時(shí)，兩井組蒸汽腔均已發(fā)育到頂并開始橫向擴(kuò)展。為此，在井組間施加水平井進(jìn)行輔助，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，注氣速度為150 t/d，其他輔助井參數(shù)見表3。

根據(jù)輔助措施參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果，預(yù)測(cè)水平井輔助10年后兩井組的生產(chǎn)效果。從圖8生產(chǎn)效果預(yù)測(cè)可以看出，兩井組施加水平井輔助后日產(chǎn)油水平和累產(chǎn)油增加，輔助3～4年時(shí)日產(chǎn)油水平增幅效果最好。同時(shí)從剩余油等值線飽和度圖(圖9)可看出，布置輔助水平井后，SAGD井組趾端由于蒸汽腔發(fā)育得到加強(qiáng)，剩余油大量采出，井組累產(chǎn)油和采收率得到較大提升。綜上所述，施加水平井輔助對(duì)于加大SAGD井組井間剩余油采出，提高后期油砂SAGD開發(fā)效果具有顯著作用。

表3 輔助水平井參數(shù)表Table 3 Parameters of the assisting horizontal well

5 結(jié)論及建議

(1)針對(duì)SAGD井組開發(fā)后期仍存在大量剩余油富集的特征，提出采用輔助水平井提高SAGD井組開發(fā)效果的方法。

(2)建立了輔助水平井-SAGD井組數(shù)值模擬機(jī)理模型，并以井組采出程度為依據(jù)，模擬優(yōu)化了輔助水平井位置：輔助水平井水平方向應(yīng)位于兩SAGD井組1/2處，且縱向位置應(yīng)平行于SAGD生產(chǎn)井。

(3)優(yōu)化確定了輔助水平井注采參數(shù)：當(dāng)SAGD井組蒸汽腔突破時(shí)，輔助水平井開始啟動(dòng)；輔助水平井最優(yōu)長(zhǎng)度為250 m以及最優(yōu)注氣量為150～175 t/d。

(4)根據(jù)輔助水平井?dāng)?shù)值模擬機(jī)理模型優(yōu)化參數(shù)結(jié)果，計(jì)算表明輔助水平井對(duì)實(shí)際SAGD井組增產(chǎn)效果明顯。

圖8 SAGD井組生產(chǎn)效果預(yù)測(cè)Fig.8 Production effect prediction of SAGD well groups

圖9 剩余油飽和度等值線對(duì)比圖Fig.9 Comparison chart of remaining oil saturation isoline