稠油油藏高輪次蒸汽吞吐汽竄特征實(shí)驗(yàn)研究

魏振國，孫璐(中石化河南油田分公司采油二廠，河南 南陽 473400)

0 引言

河南油田稠油油藏具有油藏埋藏淺，油層厚度薄，原油黏度高，油層膠結(jié)松，油藏面積小等特點(diǎn)，以稠油熱采蒸汽吞吐開發(fā)方式為主，熱采平均單井吞吐22個(gè)輪次，采出程度19.9%。高輪次蒸汽吞吐后，蒸汽竄流加劇，年汽竄發(fā)生400井次以上，影響周期生產(chǎn)效果。在動(dòng)態(tài)特征以及剩余油評(píng)價(jià)角度對(duì)汽竄特征做了評(píng)價(jià)，利用可視化模型對(duì)單井汽竄進(jìn)行描述[1-3]，開發(fā)過程中出現(xiàn)的往往是雙向或多向蒸汽竄流，利用物理模擬方法，研究兩井交替蒸汽吞吐狀況下平剖面蒸汽竄流形態(tài)，認(rèn)識(shí)不同韻律儲(chǔ)層汽竄通道分布特征，描述平面上蒸汽竄流特征以及高輪次吞吐后儲(chǔ)層滲透率變化，為調(diào)剖堵竄治理工藝方案提供優(yōu)化依據(jù)。

1 蒸汽吞吐實(shí)驗(yàn)井選取

按照不同油藏滲透率選取均質(zhì)、正韻律、反韻律油層的油井各一口，復(fù)合韻律油層的油井兩口，依次為樓J1724、樓 J1518、樓 11117、新 H631、古 51107 等共五口油井，油藏埋深147～336 m，滲透率為0.254～7.644 mD，原油黏度 27 014～65 750 mPa·s。

2 不同儲(chǔ)層韻律下蒸汽竄流剖面特征

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

開展兩井蒸汽吞吐高壓二維物理模擬實(shí)驗(yàn)，描述不同儲(chǔ)層韻律下蒸汽竄流剖面特征。依據(jù)稠油蒸汽吞吐注采參數(shù)規(guī)范，按照蒸汽吞吐相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，井距50～100 m，注汽速度120～180 t/d，配汽量100～150 t/m，蒸汽干度75%。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用的高壓二維物理模擬系統(tǒng)主要包括6個(gè)部分，分別由模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、飽和系統(tǒng)、采液系統(tǒng)、注入系統(tǒng)等組成。鋼質(zhì)模型由特殊合金鋼制成，最大水平翻轉(zhuǎn)角度180°，最大傾角角度45°。內(nèi)腔有效尺寸為500×500×40 mm，最高工作溫度為425 ℃，最大工作壓力為25 MPa，模型設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)169個(gè)，壓力測(cè)點(diǎn)13個(gè)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法與過程

(1)物模準(zhǔn)備。不同合適粒徑的石英砂用于充填模型，按照相似準(zhǔn)則的要求進(jìn)行準(zhǔn)備，同時(shí)要滿足滲透率要求，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性；實(shí)驗(yàn)中采用的原油是從油田現(xiàn)場(chǎng)取的油樣。

(2)填裝物模。先安裝模擬井，然后在模型油層的指定位置按照壓力和溫度傳感器，最后將油砂裝入模型。

(3)模型加壓。在模型裝置填裝油砂后，封裝鋼質(zhì)模型上蓋，并使用氮?dú)馐鼓Ｐ捅３忠欢▔毫Α?/p>

(4)模擬油藏溫度與壓力場(chǎng)。模型封裝后，首先對(duì)模型本體升溫，將加熱裝置的加熱溫度設(shè)定為90 ℃，模型內(nèi)部各個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度穩(wěn)定到90 ℃時(shí)，向模型內(nèi)注入原油，泵入時(shí)采用低流量，結(jié)束時(shí)模型內(nèi)的溫度和壓力達(dá)到油藏條件值。

(5)調(diào)試蒸汽發(fā)生器。使注汽壓力、注汽溫度、注汽速度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(6)采出設(shè)置。在出口安裝維壓裝置，由于稠油黏度高阻力大，回壓閥使用快速啟閉閥，設(shè)定測(cè)控系統(tǒng)開啟壓力，確保注汽和采油過程均實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓生產(chǎn)。

(7)實(shí)驗(yàn)過程。在開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，先對(duì)一口井注汽和燜井，同時(shí)另一口井生產(chǎn)，即兩口井輪流進(jìn)行交替吞吐。實(shí)驗(yàn)過程中，采出系統(tǒng)分時(shí)段收集產(chǎn)出液，實(shí)時(shí)計(jì)量油水總量。蒸汽發(fā)生器出口、恒溫箱、模型本體等處的溫度、壓力由測(cè)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在計(jì)算機(jī)屏幕上可適時(shí)觀測(cè)到模型內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化。

(8)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。分離處理產(chǎn)出液，對(duì)產(chǎn)出油和產(chǎn)出水量進(jìn)行計(jì)量和整理，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)束[5]。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在實(shí)驗(yàn)中布置了兩口模擬井，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和分析的過程中分別稱為1井和2井。

(1)均質(zhì)油藏汽竄特征。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進(jìn)行第七輪次注汽，2井第七輪次生產(chǎn)時(shí)，兩井高溫前緣相接觸。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進(jìn)行第八輪次生產(chǎn)，2井進(jìn)行第八輪次注汽時(shí)，兩井之間竄通，形成明顯的汽竄。樓J1724井所處地層為均質(zhì)地層，從溫度場(chǎng)中可見汽竄通道形成在油層上部。

(2)正韻律油藏汽竄特征。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進(jìn)行第六輪次注汽，2井第六輪次生產(chǎn)時(shí)，兩井高溫前緣相接觸。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進(jìn)行第八輪次生產(chǎn)，2井進(jìn)行第八輪次注汽時(shí)，兩井之間竄通，形成明顯的汽竄。由于樓J1518井所在地層是正韻律，油層在縱向上分為兩層，上下層滲透率級(jí)差8.59，下層滲透率高達(dá)7.644 mD，故而在吞吐過程中汽竄發(fā)生在下部高滲透層。實(shí)驗(yàn)中取得模擬井距為100 m，汽竄在經(jīng)歷八個(gè)輪次后才出現(xiàn)。

(3)反韻律油藏汽竄特征。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進(jìn)行第二輪次注汽，2井第二輪次生產(chǎn)時(shí)，兩井高溫前緣相接觸。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進(jìn)行第二輪次生產(chǎn)，2井對(duì)應(yīng)進(jìn)行注汽時(shí)，兩井之間竄通，形成明顯的汽竄。新H631井所在地層為反韻律，上下兩層滲透率級(jí)差較小，汽竄出現(xiàn)在油層中部，同時(shí)由于模擬井距為50 m，在吞吐的第二個(gè)輪次即發(fā)生了汽竄。

(4)低高中型復(fù)合韻律油藏汽竄特征。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進(jìn)行第二輪次生產(chǎn)，2井第二輪次注汽時(shí)，兩井高溫前緣相接觸。兩井繼續(xù)輪流吞吐，從溫度場(chǎng)來看，高溫前緣有沿油層下部突進(jìn)的趨勢(shì)。在1井進(jìn)行第三輪次注汽，2井第二輪次生產(chǎn)時(shí)，兩井之間竄通，形成明顯的汽竄。樓11117井所在地層為復(fù)合韻律，上中下小層滲透率按照低高中分布，縱向上滲透率級(jí)差為17.402。從溫度場(chǎng)來看，汽竄通道在滲透率最高的層位出現(xiàn)。同時(shí)由于模擬井距為50 m，在吞吐到第二輪次即發(fā)生汽竄。

(5)中低高型復(fù)合韻律油藏汽竄特征。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進(jìn)行第二輪次生產(chǎn)，2井第二輪次注汽時(shí)，兩井高溫前緣相接觸，從溫度場(chǎng)來看，高溫前緣有沿油層下部突進(jìn)的趨勢(shì)。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進(jìn)行第三輪次生產(chǎn)，2井第三輪次注汽時(shí)，兩井之間竄通，形成明顯的汽竄。古51107井所在地層為復(fù)合韻律，上中下小層滲透率按照中低高分布，底層滲透率最高，中間層滲透率最低，滲透率級(jí)差為1.865 7，吞吐過程中，蒸汽沿油層中下部突進(jìn)較快，最終形成汽竄。

3 井間蒸汽竄流平面分布特征

3.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)裝置即是可視二維物理模擬系統(tǒng)，描述兩井蒸汽吞吐井間蒸汽竄流分布特征，實(shí)驗(yàn)中使用180目玻璃珠填制模型。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法與過程

裝填模型：先安裝模擬井，然后在模型油層的指定位置按照壓力和溫度傳感器，然后將準(zhǔn)備好的180目玻璃珠填裝到模型中，接下來對(duì)裝滿玻璃珠的模型飽和水，最后進(jìn)行原油驅(qū)替水，模擬油藏油水飽和狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)拍攝與監(jiān)測(cè)模型本體內(nèi)原油、水、水蒸氣的動(dòng)態(tài)分布圖像。在計(jì)算機(jī)屏幕上通過測(cè)控軟件可以清晰觀測(cè)到含油飽和度在模型內(nèi)部的變化。實(shí)驗(yàn)過程中兩角井呈對(duì)角線分布，輪流開展注汽和采油蒸汽吞吐，當(dāng)兩井發(fā)生蒸汽竄通時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)過程中，右下角為1號(hào)井，左上角為2號(hào)井，對(duì)角線上兩角井輪流進(jìn)行蒸汽吞吐，直至兩井竄通，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。從實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情況來看，當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至兩井分別吞吐6輪次后，兩井竄通。

(1)第一輪次吞吐特征。在1號(hào)井第1輪次注汽完畢后，蒸汽波及區(qū)域呈扇形，最遠(yuǎn)處距離井筒10 cm左右。隨后2號(hào)井第1輪次開始注汽，2號(hào)井蒸汽注入后除在井周擴(kuò)散外，還沿一側(cè)邊界附近有所突進(jìn)。

(2)第二輪次吞吐特征。在1號(hào)井第2輪次注汽過程中，蒸汽波及區(qū)域仍呈一個(gè)扇形，但范圍明顯增大。而2號(hào)井第2輪次注汽過程中蒸汽除在井筒周圍擴(kuò)散外，還向兩側(cè)邊界突進(jìn)，形成近似三角形區(qū)域。

(3)第三輪次吞吐特征。當(dāng)1號(hào)井第3輪次注汽后，蒸汽除了繼續(xù)擴(kuò)大扇形區(qū)域外，還有向兩側(cè)邊界突進(jìn)的趨勢(shì)，原有的扇形區(qū)域逐漸趨向于三角形。而2號(hào)井的第3輪次注汽過程中，蒸汽波及區(qū)域仍為三角形，且三角形區(qū)域明顯擴(kuò)大。

(4)第四輪次吞吐特征。在1號(hào)井第4輪次注汽過程中，由于是兩井輪流吞吐，1號(hào)井注汽過程中2號(hào)井正好處于生產(chǎn)過程，故而蒸汽沿兩井連線突進(jìn)變得明顯起來，蒸汽前緣突進(jìn)至兩井連線中點(diǎn)附近。這次注汽過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象也是兩井達(dá)到水力、熱力的聯(lián)通標(biāo)志。而2號(hào)井第4輪次注汽過程中，在兩井相互影響較為明顯的情況下，蒸汽向兩側(cè)突進(jìn)減弱，轉(zhuǎn)而沿兩井連線方向運(yùn)動(dòng)。

(5)第五輪次吞吐特征。在1號(hào)井第5輪次注汽過程中，蒸汽仍沿兩井連線突進(jìn)，但與前一輪次不同的是蒸汽前緣向另一側(cè)偏斜。而2號(hào)井的第5輪次注汽過程中，蒸汽除沿兩井連線突進(jìn)外，還向邊界一側(cè)突進(jìn)。

(6)第六輪次吞吐特征。在1號(hào)井第6輪次注汽過程中，蒸汽前緣呈多分枝狀突進(jìn)，最遠(yuǎn)的地方接近2號(hào)井井筒。2號(hào)井第6輪次注汽過程中，大量蒸汽直接沿兩井連線以及1號(hào)井蒸汽波及過的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，兩井直接竄通，竄通后蒸汽直接沿兩井連線迅速運(yùn)動(dòng)到1井，運(yùn)動(dòng)過程中蒸汽在兩井連線中點(diǎn)處波及范圍有所擴(kuò)大，觀察到一條較寬的汽竄通道。

4 蒸汽竄流時(shí)井間油層滲透率的分布規(guī)律

4.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

兩井吞吐二維物理模型實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)汽竄的吞吐輪次不同，計(jì)算出汽竄時(shí)的蒸汽沖刷倍數(shù)，用于開展兩井蒸汽吞吐一維物理模擬實(shí)驗(yàn)，描述蒸汽竄流時(shí)井間油層滲透率的分布規(guī)律。

4.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料包括礦場(chǎng)實(shí)際砂樣、蒸餾水。實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備為稠油一維驅(qū)替系統(tǒng)，該系統(tǒng)可分為注入模塊、模型主體模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、采出液收集模塊等四部分。模型主體模塊最高工作壓力70 MPa，最高工作溫度200 ℃，是多功能驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的主要場(chǎng)所，數(shù)據(jù)采集模塊由控制柜、差壓傳感器、溫度和壓力傳感器等組成，可調(diào)節(jié)模型壓力和溫度，使其保持穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力值及相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)讀取。計(jì)量儀器、接收容器、背壓閥組成采出液收集模塊，實(shí)時(shí)收集實(shí)驗(yàn)采出液。

4.3 實(shí)驗(yàn)方法與過程

(1)充填填砂管時(shí)采用礦場(chǎng)錄取的砂樣，飽和水后計(jì)算填砂管孔隙度。(2)連接好各種實(shí)驗(yàn)儀器，水驅(qū)填砂管時(shí)，記錄不同水驅(qū)速度下的驅(qū)替壓差，記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算填砂管滲透率。(3)低速飽和油，根據(jù)出水體積計(jì)算束縛水飽和度，并將填砂管置于恒溫箱中老化24小時(shí)以上。(4)在完成模型初始化之后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)運(yùn)行階段。填砂管兩端作為兩口井進(jìn)行模擬，按照設(shè)計(jì)流量向填砂管一端注入一定量的蒸汽而后燜井，燜井結(jié)束后開井生產(chǎn)，而后換另一口井，保持兩口井始終處于一端注汽一端生產(chǎn)的狀態(tài)，直至汽竄。(5)汽竄后提高一端出口回壓，從另一端注入熱水，測(cè)定壓差與流量。(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，依據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)情況，計(jì)算分析汽竄后汽竄通道滲透率。

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

依據(jù)前述二維實(shí)驗(yàn)確定的汽竄層位進(jìn)行了一維填砂管填制，兩井間設(shè)置6個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上按照實(shí)驗(yàn)步驟開展吞吐實(shí)驗(yàn)，依據(jù)注入流量和壓力值，根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算汽竄通道形成后整個(gè)填砂管的滲透率及各段的滲透率。從五口井實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及依據(jù)達(dá)西公式計(jì)算的滲透率數(shù)據(jù)可知，填砂管兩側(cè)分別吞吐以后形成汽竄通道，汽竄通道整體的滲透率明顯高于原始滲透率，平均整體滲透率是原始滲透率2倍，不同位置的滲透率受蒸汽沖刷量的影響出現(xiàn)不同變化，呈現(xiàn)出兩端高中間低的現(xiàn)象，變化倍數(shù)為1.66～3.32倍，填砂管兩端沖刷倍數(shù)最高，故而滲透率也最高，中段由于始終是冷凝的熱水沖刷，沖刷倍數(shù)較低，滲透率變化較小。均質(zhì)油藏采油井樓J1724井原始滲透率1.40 mD，兩端滲透率升高到3.59 mD和3.62 mD，是原始滲透率的2.58倍，中部滲透率升高2.70 mD，是原始滲透率的1.93倍。

5 結(jié)語

(1)高輪次吞吐后儲(chǔ)層韻律對(duì)蒸汽竄流在縱向上的分布影響顯著，蒸汽超覆作用對(duì)均質(zhì)油藏有一定影響，蒸汽吞吐井距越小蒸汽竄流發(fā)生時(shí)間越早。

(2)平面上井間蒸汽竄流形態(tài)呈扇形枝狀分布。

(3)蒸汽竄流時(shí)井間油層平均滲透率上升，近井地帶上升幅度高于井間。