邊底水稠油油藏多元熱流體吞吐水竄規(guī)律研究

袁玉鳳，戎凱旋，高 杰，阮 迪，寇雙燕，李 振，孟小芳

（1.中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450；2.海洋高效開發(fā)國家重點實驗室試驗與分析室，天津 300450）

2008 年來，渤海地層原油黏度在350 mPa·s 以上的稠油經歷了傳統(tǒng)的天然能量和注水方式進行開發(fā)向多元熱流體吞吐開采過渡和轉變，很大程度上提高了采油速度，改善了經濟效益[1-4]。同時對于大的邊底水稠油油藏，大孔道的存在將會嚴重影響吞吐效率，造成被竄油井產量下降，使多元熱流體吞吐開采達不到預期效果[5-7]。為了更好的預警水竄的問題，本文以渤海S 油田為例，利用數(shù)值模擬的方法，建立多元熱流體吞吐開采井間竄流機理模型，利用水竄時機、周期末含水率、水竄系數(shù)三個指標來研究水竄規(guī)律，同時開展大孔道長度、大孔道滲透率倍數(shù)，大孔道位置及生產井距邊底水距離對水竄規(guī)律的影響。

1 水竄評價指標

水竄定義：將注汽量與采水量的關系作為判斷依據(jù)，當累計產水大于累計注蒸汽量時，則判斷生產井見水；當累計產水小于累計注蒸汽量時，但計算前幾個周期注入蒸汽在該期的存水量后，并發(fā)現(xiàn)該周期中的產水總量大于前期存水量與本期注入總量之和，且此后各周期的產水量和含水率進一步上升，則可判斷邊底水突破[8]。

（1）水竄時機：吞吐周期開始生產到含水率明顯上升的時機，反映局部水竄速度，直接與大孔道的物性參數(shù)有關。

（2）周期末含水率：當水竄發(fā)生后，油井的含水率將大幅度上升，吞吐周期末含水率曲線將出現(xiàn)拐點，通常可認為油井見水。

（3）水竄系數(shù)：定義為單位壓降、單位時間下，周期的水竄量。水竄系數(shù)小于10，為輕微水竄；水竄系數(shù)大于10 且小于20，為嚴重水竄；水竄系數(shù)大于20，為極強水竄[9]。

2 水竄模型建立

2.1 模型基本參數(shù)

以S 油田為例建立了五口水平井多元熱流體吞吐的均質油藏概念模型，為了模擬多元熱流體吞吐過程中的水竄現(xiàn)象，在概念模型基礎上，添加解析水體，水體倍數(shù)30，并在邊底水與生產井之間添加大孔道，得到水竄油藏模型（見圖1），其中解析水體的相關參數(shù)取值（見表1）。網(wǎng)格系統(tǒng)劃分：網(wǎng)格步長為20 m×20 m，將平面劃分為2 745 個（61×45）網(wǎng)格，縱向上模擬4 個層，共10 980 個網(wǎng)格節(jié)點。

圖1 解析水體水竄油藏二維模型

表1 解析水體參數(shù)取值

2.2 油藏參數(shù)

數(shù)值模型參數(shù)取值：油藏平均頂深為1 050 m；平均有效厚度為8.2 m；平均滲透率為4 000×10-3μm2；平均孔隙度為0.35；原始含油飽和度為0.63；原始地層壓力10.4 MPa；油藏溫度為54 ℃；地層條件下原油黏度為660 mPa·s，屬于Ⅰ-2 類普通稠油[10-11]。

2.3 注采方式

對4 口生產井以120 m3/d 的采液速度進行天然能量生產，對中心注入井進行多元熱流體多輪次吞吐開發(fā)。其相關注采參數(shù)為：注入熱水速度為160 m3/d；注入空氣速度為50 000 m3/d；注入溫度為260 ℃；注入時間為20 d；燜井時間為4 d。按照定液和定井底流壓方式進行開采，隨著吞吐輪次增加，井底流壓逐漸降低，7個周期的井底流壓分別取8.0 MPa、7.2 MPa、6.8 MPa、6.5 MPa、6.1 MPa、5.8 MPa、5.5 MPa[12]。

3 大孔道對水竄的影響規(guī)律研究

3.1 大孔道長度對水竄的影響規(guī)律

分析大孔道的長度分別為80 m、120 m、160 m 的邊底水竄流模型，當大孔道長度為160 m 時，生產井與邊底水直接連通；大孔道的滲透率為基礎滲透率的20倍。

3.1.1 水竄規(guī)律 水竄發(fā)生前，各長度的大孔道對應的周期末含水率無差異；水竄發(fā)生后，周期末的含水率急劇上升，周期末含水率曲線出現(xiàn)明顯拐點；水竄發(fā)生后，周期末的含水率不斷上升，水竄越來越嚴重（見圖2）。大孔道越長，水竄發(fā)生的越早，大孔道長度為80 m、120 m、160 m 的水竄輪次對應在第6 周期、第5 周期及第3 周期；水竄發(fā)生后，隨著吞吐的進行，之后每一周期的水竄時機均比前一輪要提前，如當大孔道長度為160 m 時，在第3 輪的第110 d 發(fā)生了明顯的水竄，往后的4 個輪次中，發(fā)生水竄的時機分別為：第80 d、第70 d、第70 d、第64 d（見圖3）。

圖2 不同長度的大孔道模型對應的周期末含水率曲線

圖3 不同長度的大孔道模型對應的周期水竄時機曲線

3.1.2 水竄評價 同一周期中，大孔道的長度越長、水竄系數(shù)越大，水竄越嚴重；隨著吞吐的進行，水竄越來越嚴重，水竄系數(shù)呈不斷增大的趨勢；根據(jù)水竄系數(shù)的等級劃分來分析，大孔道長度為160 m 的竄流模型在第3 周期發(fā)生了較為嚴重的水竄現(xiàn)象，第5 周期開始，發(fā)生了極強水竄（見圖4）。

圖4 不同長度的大孔道模型對應的水竄系數(shù)

3.2 大孔道滲透率倍數(shù)對水竄的影響規(guī)律

為了研究大孔道滲透率倍數(shù)對水竄規(guī)律的影響，在邊底水與生產井之間添加了一條垂直于生產井的高滲透通道，大孔道的滲透率倍數(shù)分別為4 倍、8 倍、12倍、16 倍及20 倍；大孔道的長度為160 m，生產井與邊底水直接連通。

3.2.1 水竄規(guī)律 大孔道的滲透率倍數(shù)越大、水竄發(fā)生的越早；當大孔道的滲透率倍數(shù)不變時，水竄一旦發(fā)生，往后每一周期的水竄時機不斷“靠前”（見圖5）。水竄發(fā)生前，大孔道的滲透率不同，對應周期末的含水率無差異；水竄發(fā)生后，周期末的含水率急劇上升，出現(xiàn)明顯拐點；隨著吞吐的進行，周期末的含水率不斷上升，水竄越來越嚴重（見圖6）。

圖5 不同滲透率倍數(shù)的大孔道模型對應的水竄時機曲線

圖6 不同滲透率倍數(shù)的大孔道模型對應的周期末含水率曲線

3.2.2 水竄評價 同一周期中，大孔道的滲透率倍數(shù)越長、水竄系數(shù)越大，水竄越嚴重；隨著吞吐的進行，油層壓力的不斷下降，水竄越來越嚴重，對應的水竄系數(shù)也是呈不斷增大的趨勢；根據(jù)水竄系數(shù)的等級劃分來分析，當滲透率倍數(shù)為20 倍時，在前2 個周期中只發(fā)生了輕微水竄；從第3 周期開始往后，均發(fā)生了較為嚴重的水竄現(xiàn)象（見圖7）。

圖7 不同滲透率倍數(shù)的大孔道模型對應的水竄系數(shù)曲線

3.3 大孔道位置對水竄的影響規(guī)律

為了研究大孔道的位置對水竄規(guī)律的影響，在邊底水與生產井之間添加了一條大孔道，大孔道的位置分別為：與生產井平行、與生產井垂直、與生產井相交；大孔道長度為160 m，滲透率倍數(shù)為基礎滲透率的20倍，生產井距邊水的距離為160 m，生產井與邊底水直接連通。

3.3.1 水竄規(guī)律 當大孔道與生產井平行或相交時，周期末含水率曲線未出現(xiàn)明顯的拐點，判斷均未發(fā)生明顯水竄現(xiàn)象；當大孔道與生產井垂直（生產井與邊底水直接連通）時，在第3 周期含水率明顯上升，判斷在該周期發(fā)生了水竄現(xiàn)象，水竄發(fā)生后，后周期的含水率總是高于前周期，同時也表明水竄程度不斷加?。ㄒ妶D8）。

圖8 不同位置的大孔道模型對應的周期末含水率曲線

3.3.2 水竄評價 同一周期中，當大孔道與生產井垂直時，水竄系數(shù)最大，水竄最嚴重，且越來越嚴重，對應的水竄系數(shù)也是呈不斷增大的趨勢；當大孔道與生產井平行或相交時，水竄系數(shù)均小于10，且二者相差不大，判定二者在整個吞吐周期中均未發(fā)生明顯的水竄現(xiàn)象（見圖9），因此在實際布井生產中，應盡量避免生產井與大孔道直接垂直連通，降低水竄風險。

圖9 不同位置的大孔道模型對應的水竄系數(shù)曲線

3.4 生產井距邊水距離的水竄規(guī)律的影響

為了研究生產井距邊水的距離對水竄規(guī)律的影響，在邊底水與生產井之間添加了一條垂直于生產井且直接連通的高滲透通道，滲透率為基礎滲透率的20倍，生產井距邊水的距離分別為：50 m、130 m、160 m、200 m 及300 m。

3.4.1 水竄規(guī)律 距邊水距離越近水竄發(fā)生的越早，且同周期的周期末含水率越高，如距離邊底水距離分別為50 m、130 m、160 m、200 m 及300 m 時，水竄輪次分別為：第1 輪，第2 輪，第3 輪，第4 輪及未水竄，對應的第五周期末的含水率分別為：93.6%、80.4%、77.8%、64.8%、28%；同一邊水距離，水竄發(fā)生后，每輪的水竄時機不斷靠前，后周期末的含水率總是高于前周期末，水竄越嚴重；同一周期中，距邊底水距離越近，水竄時機越靠前，如：距離邊底水距離分別為50 m、130 m、160 m、200 m，第五輪的水竄時機分別為：第50 d、第60 d、第70 d、第90 d（見表2、圖10）。

圖10 不同邊水距離的大孔道模型對應的周期末含水率

表2 不同邊水距離的大孔道模型對應的周期水竄時機 單位：d

3.4.2 水竄評價 同一周期中，距離邊底水越近、水竄系數(shù)越大，水竄越嚴重，且隨著吞吐的進行水竄越來越嚴重，對應的水竄系數(shù)也是呈不斷增大的趨勢；當距離邊底水50 m 時，在第一周期就發(fā)生了極強水竄；當距離為200 m 時，在第四周期發(fā)生了水竄，且往后3 個輪次均只發(fā)生了輕微水竄，因此200 m 被視為安全距離，（見圖11）。

圖11 不同邊水距離的大孔道模型對應的水竄系數(shù)

4 結語

本文提出了水竄的評價方法，并分別研究了大孔道長度、滲透率倍數(shù)、相對位置及生產井與邊底水距離對水竄規(guī)律的影響。通過分析，得到以下幾點認識：（1）大孔道長度、滲透率倍數(shù)與水竄時機、周期末含水率及水竄系數(shù)呈正相關；（2）水竄一旦發(fā)生，每周期的水竄時機不斷靠前、周期末含水率不斷攀升、水竄系數(shù)不斷增大；（3）大孔道相對位置不同，水竄規(guī)律差異較大，實際生產中，生產井與邊底水應保持一定的角度，避免直接垂直連通，降低水竄風險；（4）水竄程度與生產井距邊水的距離呈正比關系，經分析，200 m 被視為安全距離。本次研究結果對油藏特點及開發(fā)方式相近的熱采油田具有一定的指導意義，對類似的油田開發(fā)布井、水竄預警工作起到重要的指導作用。