雙水平SAGD井組調(diào)控技術(shù)研究與應(yīng)用

董 婉

(中油遼河油田公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

雙水平井蒸汽輔助重力泄油(SAGD)技術(shù)在加拿大等國(guó)重油開(kāi)采中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，采收率可以達(dá)到50%以上, 最高可達(dá)70%[1]。遼河油田于2005年開(kāi)展了直平組合SAGD的技術(shù)研究及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，目前已規(guī)模實(shí)施，措施效果顯著。但在雙水平井組合蒸汽輔助重力泄油理論研究及動(dòng)態(tài)調(diào)控方面較為欠缺。由于雙水平SAGD井的注采井組距較小，參數(shù)控制要求精確，杜84塊館陶油藏埋藏深、非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致了循環(huán)預(yù)熱時(shí)連通建立較難。通過(guò)對(duì)國(guó)外雙水平SAGD開(kāi)采情況的調(diào)研[2]，并結(jié)合館陶油藏的地質(zhì)特征，建立了循環(huán)預(yù)熱參數(shù)的界限，形成了一系列調(diào)控技術(shù)，確保了雙水平SAGD井的成功實(shí)施。

1 館陶區(qū)塊概況

1.1 地質(zhì)特征

曙一區(qū)杜84塊館陶組油層為巨厚塊狀邊、頂、底水的超稠油油藏，是遼河超稠油生產(chǎn)的主力區(qū)塊之一，探明含油面積1.92 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量2 626×104t，油藏埋深530～640 m，平均油層厚度106 m，平均有效孔隙度36.3%，滲透率5.54 μm2，粒度中值 為 0. 44 cm，屬高孔、高滲、中-強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層。由于館陶油層為一套砂礫巖體，內(nèi)部泥巖夾層發(fā)育不穩(wěn)定。因此，館陶油層內(nèi)部沒(méi)有進(jìn)一步劃分油層組，僅根據(jù)沉積旋回劃分了五個(gè)砂巖組。其中R5、R4、R3組為主力油層，平均25～30 m，R2組含油面積明顯變小，R1僅在中西部解釋為油層。

1.2 儲(chǔ)層沉積特征

隔夾層的分布對(duì)于汽腔的擴(kuò)展具有較大的影響。通過(guò)巖心分析館陶油藏內(nèi)部可以識(shí)別泥質(zhì)和物性兩種夾層，并且?jiàn)A層以物性?shī)A層為主。

通過(guò)測(cè)井曲線識(shí)別及井溫監(jiān)測(cè)資料驗(yàn)證，結(jié)合目前館陶油藏開(kāi)發(fā)效果，分析認(rèn)為影響?zhàn)^陶油層SAGD開(kāi)發(fā)效果主要存在三套夾層，它們分別位于R3，R4，R5組內(nèi)。夾層平面分布連續(xù)性差，只在局部發(fā)育?？v向上夾層為多套低物性段疊加組合而成，厚度一般在0.2～1.5 m[3]。

2 雙水平SAGD開(kāi)發(fā)原理

雙水平井蒸汽輔助重力泄油(SAGD)的原理就是在靠近油藏底部位置鉆一對(duì)上下平行的水平井, 經(jīng)油層預(yù)熱形成熱連通后, 上部水平井注汽, 注入的蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔并不斷向上及側(cè)面擴(kuò)展, 與原油發(fā)生熱交換, 加熱的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄流到下部的生產(chǎn)井中產(chǎn)出 (見(jiàn)圖1)。其生產(chǎn)特點(diǎn)是利用蒸汽的汽化潛熱加熱油藏, 蒸汽的波及體積大，驅(qū)油效率高，以重力作為驅(qū)動(dòng)原油的主要?jiǎng)恿ΓA段采收率高[4]。

3 雙水平井SAGD井網(wǎng)部署及工藝設(shè)計(jì)

3.1 部署方式優(yōu)化

直井動(dòng)用造成地層虧空會(huì)對(duì)SAGD蒸汽腔發(fā)育具有較大影響。隔夾層的發(fā)育狀況對(duì)SAGD開(kāi)發(fā)效果同樣影響較大。隔夾層發(fā)育區(qū)域，蒸汽腔發(fā)育較差，泄有能力較差，因此部署SAGD井布井方式要充分考慮油層采出程度及隔夾層發(fā)育情況。

對(duì)于館陶油藏，直井吞吐生產(chǎn)采出程度較大，隔夾層發(fā)育區(qū)域采用直平組合井網(wǎng)SAGD。直井未動(dòng)用或者低采出并且隔夾層不發(fā)育區(qū)域采用雙水平井網(wǎng)SAGD。通過(guò)精細(xì)地質(zhì)研究，館陶油藏西部隔夾層不發(fā)育，采出程度低，剩余油富集，開(kāi)展雙水平部署研究。利用數(shù)值模擬研究雙水平井組合的垂向注采井距，分別模擬了3、5、7、10 m四種井距(見(jiàn)表1)，模擬結(jié)果顯示，隨著垂向距離的增加，生產(chǎn)時(shí)間、采收率、油汽比隨之下降。同時(shí)借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，確定井組雙水平井垂向距離為5 m[5]。并根據(jù)油層邊部與邊水接觸關(guān)系，制定最安全油水內(nèi)邊界。用數(shù)值模擬方法研究了直井與水平井組合SAGD開(kāi)發(fā)后期，在油藏邊部位置開(kāi)展SAGD開(kāi)發(fā)可行性分析，確定了距離安全油水邊界最低100 m原則(見(jiàn)圖2)。

表1 雙水平井垂向距離生產(chǎn)指標(biāo)對(duì)比表

在不考慮水平井中本身的壓力降和舉升設(shè)備的能力限制時(shí)，SAGD理論得出的高峰日產(chǎn)油量與水平段的長(zhǎng)度成正比。根據(jù)雙水平SAGD產(chǎn)量計(jì)算公式(1)，井組日產(chǎn)油要達(dá)到200 t，水平井段長(zhǎng)度要達(dá)到500 m以上，確定了水平段長(zhǎng)度為593 m。

(1)

式中，q為產(chǎn)油量，t；L為水平段長(zhǎng)度，m；K為油層中油相有效滲透率，mD；α為油層熱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；φ為油層孔隙度，%；ΔS0為蒸汽溫度下可動(dòng)油飽和度，%；Vs為原油運(yùn)動(dòng)黏度，mPa·s；h為生產(chǎn)井以上的純油層厚度，m；m為原油黏度系數(shù)。

3.2 鉆完井工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

為滿足生產(chǎn)井SAGD階段高峰期產(chǎn)液量達(dá)800～1 000 t的舉升需要，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了大尺寸套管及大尺寸篩管(見(jiàn)圖3～圖4)，優(yōu)化篩縫設(shè)計(jì)，提高過(guò)流面積，降低生產(chǎn)壓差[6]。鉆井過(guò)程中利用MGT隨鉆跟蹤技術(shù)保障鉆井精度，解決了“大井眼坍塌、防碰、高溫、軌跡控制”四大難題，確保了該井的順利實(shí)施，上下水平井間距離控制在5.6 m。

4 雙水平SAGD動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)

4.1 循環(huán)預(yù)熱參數(shù)設(shè)計(jì)

影響雙水平SAGD循環(huán)預(yù)熱的關(guān)鍵參數(shù)有蒸汽的循環(huán)速度、操作壓力、井間注采壓差的大小、采注比[7]。為了提高雙水平井SAGD循環(huán)預(yù)熱效果，經(jīng)過(guò)多次研究論證與數(shù)值模擬，借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)循環(huán)預(yù)熱參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了循環(huán)預(yù)熱參數(shù)界限(見(jiàn)表2)，自主編制了循環(huán)預(yù)熱方案，并且為保證舉升，設(shè)計(jì)了機(jī)械舉升管柱，優(yōu)化了下泵深度，距離水平段溫度高點(diǎn)600 m，保證流體以液態(tài)形勢(shì)存在，不發(fā)生閃蒸。在循環(huán)預(yù)熱階段制定了“定注控溫、排液穩(wěn)壓”的調(diào)控思路，建立24小時(shí)值班制度，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)控。循環(huán)預(yù)熱以來(lái)，水平段壓力穩(wěn)定在5.0 MPa，水平段前2/3蒸汽為飽和狀態(tài)，各項(xiàng)參數(shù)基本達(dá)到方案設(shè)計(jì)[8]。制定了轉(zhuǎn)驅(qū)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，首先是井底溫度先降后升并保持較高的溫度，說(shuō)明地下溫場(chǎng)已經(jīng)形成；然后是井底流壓穩(wěn)定在3.5～4.0 MPa，80%長(zhǎng)度的水平段溫度在130 ℃以上，說(shuō)明熱連通已經(jīng)建立，最后是井組采注比大于1，說(shuō)明供液能力充足，為成功轉(zhuǎn)驅(qū)奠定了基礎(chǔ)。

表2 循環(huán)預(yù)熱參數(shù)界限

4.2 生產(chǎn)階段調(diào)控

雙水平井 SAGD生產(chǎn)階段的泄油能力是核心，注汽是前提，采出是保障，三者平衡是關(guān)鍵[9]。首先，SAGD生產(chǎn)階段主要利用蒸汽的汽化潛熱加熱油藏，操作壓力越低，蒸汽中可利用的潛熱越多，蒸汽體積更大，可有效提高蒸汽熱利用率(見(jiàn)圖5)。

在轉(zhuǎn)驅(qū)初期采用4.0 MPa的操作壓力，加速蒸汽腔擴(kuò)展速度，降低原油黏度，提高井組的泄油能力(見(jiàn)圖6)。在生產(chǎn)時(shí)保持穩(wěn)定的汽液界面，即控制合理的SUBCOOL，不同開(kāi)發(fā)階段，控制不同的SUBCOOL，防止水平段流體閃蒸，提高蒸汽的熱利用率。在轉(zhuǎn)驅(qū)初期，泄油不穩(wěn)定，將SUBCOOL控制在15～20 ℃；泄油穩(wěn)定期，將SUBCOOL控制在5～10 ℃(見(jiàn)圖7)；并通過(guò)優(yōu)化注汽參數(shù)，維持1.2～1.3的采注比，促進(jìn)蒸汽腔的均衡擴(kuò)展[10]。

5 取得的效果

通過(guò)對(duì)地質(zhì)體的精細(xì)刻畫(huà)、部署方式的優(yōu)化，成功在館陶油藏邊部部署一口雙水平SAGD井組，并創(chuàng)新設(shè)計(jì)循環(huán)預(yù)熱參數(shù)界限，成功建立了地下溫場(chǎng)與注采井之間的連通，確保了水平段的均勻動(dòng)用，達(dá)到了循環(huán)預(yù)熱效果。在生產(chǎn)階段通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控，油藏泄油能力增強(qiáng)，井組產(chǎn)量快速上升至100 t/d以上(見(jiàn)圖8)，成為國(guó)內(nèi)第一口雙水平SAGD百噸井。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)通過(guò)對(duì)地質(zhì)體深化研究，充分認(rèn)識(shí)館陶油藏及隔夾層發(fā)育情況，確定剩余油富集區(qū)域，為雙水平SAGD井組部署提供依據(jù)。

2)優(yōu)化水平段長(zhǎng)度及鉆完井工藝設(shè)計(jì)，滿足SAGD油井高峰期高液量排液需求，保障高產(chǎn)井基礎(chǔ)。

3)優(yōu)化循環(huán)預(yù)熱方案編制，制定現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控思路，強(qiáng)化過(guò)程跟蹤管理，確保循環(huán)預(yù)熱階段效果。

4)穩(wěn)定的汽液界面控制及蒸汽腔的均衡擴(kuò)展是SAGD生產(chǎn)階段的關(guān)鍵因素。