稠油油藏高輪次蒸汽吞吐汽竄特征實驗研究

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，油層膠結松，油藏面積小等特點，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。在動態(tài)特征以及剩余油評價角度對汽竄特征做了評價，利用可視化模型對單井汽竄進行描述[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)，認識不同韻律儲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 蒸汽吞吐實驗井選取

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 不同儲層韻律下蒸汽竄流剖面特征

2.1 實驗參數(shù)設計

開展兩井蒸汽吞吐高壓二維物理模擬實驗，描述不同儲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則設計實驗參數(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 實驗材料與設備

實驗裝置應用的高壓二維物理模擬系統(tǒng)主要包括6個部分，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，模型設置溫度測點169個，壓力測點13個。

2.3 實驗方法與過程

(1)物模準備。不同合適粒徑的石英砂用于充填模型，按照相似準則的要求進行準備，同時要滿足滲透率要求，確保實驗結果的可靠性；實驗中采用的原油是從油田現(xiàn)場取的油樣。

(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，并使用氮氣使模型保持一定壓力。

(4)模擬油藏溫度與壓力場。模型封裝后，首先對模型本體升溫，將加熱裝置的加熱溫度設定為90 ℃，模型內(nèi)部各個測溫點溫度穩(wěn)定到90 ℃時，向模型內(nèi)注入原油，泵入時采用低流量，結束時模型內(nèi)的溫度和壓力達到油藏條件值。

(5)調(diào)試蒸汽發(fā)生器。使注汽壓力、注汽溫度、注汽速度達到設計要求。

(6)采出設置。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，設定測控系統(tǒng)開啟壓力，確保注汽和采油過程均實現(xiàn)穩(wěn)壓生產(chǎn)。

(7)實驗過程。在開展實驗時，先對一口井注汽和燜井，同時另一口井生產(chǎn)，即兩口井輪流進行交替吞吐。實驗過程中，采出系統(tǒng)分時段收集產(chǎn)出液，實時計量油水總量。蒸汽發(fā)生器出口、恒溫箱、模型本體等處的溫度、壓力由測控系統(tǒng)實時監(jiān)測，并在計算機屏幕上可適時觀測到模型內(nèi)部溫度場的變化。

(8)實驗結束。分離處理產(chǎn)出液，對產(chǎn)出油和產(chǎn)出水量進行計量和整理，完成實驗方案設計內(nèi)容，實驗結束[5]。

2.4 實驗結果與分析

在實驗中布置了兩口模擬井，實驗觀測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。實驗開始時先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進行第七輪次注汽，2井第七輪次生產(chǎn)時，兩井高溫前緣相接觸。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進行第八輪次生產(chǎn)，2井進行第八輪次注汽時，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。實驗開始時先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進行第六輪次注汽，2井第六輪次生產(chǎn)時，兩井高溫前緣相接觸。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進行第八輪次生產(chǎn)，2井進行第八輪次注汽時，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，上下層滲透率級差8.59，下層滲透率高達7.644 mD，故而在吞吐過程中汽竄發(fā)生在下部高滲透層。實驗中取得模擬井距為100 m，汽竄在經(jīng)歷八個輪次后才出現(xiàn)。

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

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

(5)中低高型復合韻律油藏汽竄特征。實驗開始時先從1井注汽，2井生產(chǎn)，兩井輪流吞吐生產(chǎn)直至汽竄，在1井進行第二輪次生產(chǎn)，2井第二輪次注汽時，兩井高溫前緣相接觸，從溫度場來看，高溫前緣有沿油層下部突進的趨勢。兩井繼續(xù)輪流吞吐，在1井進行第三輪次生產(chǎn)，2井第三輪次注汽時，兩井之間竄通，形成明顯的汽竄。古51107井所在地層為復合韻律，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，滲透率級差為1.865 7，吞吐過程中，蒸汽沿油層中下部突進較快，最終形成汽竄。

3 井間蒸汽竄流平面分布特征

3.1 實驗材料與設備

實驗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，實驗中使用180目玻璃珠填制模型。

3.2 實驗方法與過程

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，然后將準備好的180目玻璃珠填裝到模型中，接下來對裝滿玻璃珠的模型飽和水，最后進行原油驅(qū)替水，模擬油藏油水飽和狀態(tài)。實驗過程：實驗進行時，計算機測控系統(tǒng)實時拍攝與監(jiān)測模型本體內(nèi)原油、水、水蒸氣的動態(tài)分布圖像。在計算機屏幕上通過測控軟件可以清晰觀測到含油飽和度在模型內(nèi)部的變化。實驗過程中兩角井呈對角線分布，輪流開展注汽和采油蒸汽吞吐，當兩井發(fā)生蒸汽竄通時實驗結束。

3.3 實驗結果與分析

實驗過程中，右下角為1號井，左上角為2號井，對角線上兩角井輪流進行蒸汽吞吐，直至兩井竄通，實驗結束。從實驗進行情況來看，當實驗進行至兩井分別吞吐6輪次后，兩井竄通。

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

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

(3)第三輪次吞吐特征。當1號井第3輪次注汽后，蒸汽除了繼續(xù)擴大扇形區(qū)域外，還有向兩側邊界突進的趨勢，原有的扇形區(qū)域逐漸趨向于三角形。而2號井的第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)域明顯擴大。

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

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

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

4 蒸汽竄流時井間油層滲透率的分布規(guī)律

4.1 實驗參數(shù)設計

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

4.2 實驗材料與設備

實驗材料包括礦場實際砂樣、蒸餾水。實驗使用的設備為稠油一維驅(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)替實驗的主要場所，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，同時對系統(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力值及相關數(shù)據(jù)實時讀取。計量儀器、接收容器、背壓閥組成采出液收集模塊，實時收集實驗采出液。

4.3 實驗方法與過程

(1)充填填砂管時采用礦場錄取的砂樣，飽和水后計算填砂管孔隙度。(2)連接好各種實驗儀器，水驅(qū)填砂管時，記錄不同水驅(qū)速度下的驅(qū)替壓差，記錄數(shù)據(jù)，計算填砂管滲透率。(3)低速飽和油，根據(jù)出水體積計算束縛水飽和度，并將填砂管置于恒溫箱中老化24小時以上。(4)在完成模型初始化之后，進入實驗運行階段。填砂管兩端作為兩口井進行模擬，按照設計流量向填砂管一端注入一定量的蒸汽而后燜井，燜井結束后開井生產(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，測定壓差與流量。(6)實驗結束后，依據(jù)實驗記錄數(shù)據(jù)情況，計算分析汽竄后汽竄通道滲透率。

4.4 實驗結果與分析

依據(jù)前述二維實驗確定的汽竄層位進行了一維填砂管填制，兩井間設置6個測壓點，在此基礎上按照實驗步驟開展吞吐實驗，依據(jù)注入流量和壓力值，根據(jù)達西公式計算汽竄通道形成后整個填砂管的滲透率及各段的滲透率。從五口井實驗數(shù)據(jù)以及依據(jù)達西公式計算的滲透率數(shù)據(jù)可知，填砂管兩側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 結語

(1)高輪次吞吐后儲層韻律對蒸汽竄流在縱向上的分布影響顯著，蒸汽超覆作用對均質(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)蒸汽竄流時井間油層平均滲透率上升，近井地帶上升幅度高于井間。