水平井蒸汽驱技术政策界限优化研究

2013-08-20程紫燕中石化胜利油田分公司地质科学研究院山东东营257015

石油天然气学报 2013年8期

程紫燕（中石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营257015）

周勇（中石化胜利油田分公司河口采油厂，山东东营257000）

“十一五”以来，通过深化水平井热采渗流模式和技术政策界限研究，胜利油田稠油水平井应用实现了由零散水平井向整体水平井组合开发的大跨越[1]，动用地质储量约5600×104t。对于整体水平井组合开发的区块来说，吞吐后期适时转蒸汽驱是提高采收率的必要手段。目前部分区块油藏压力已降至原始地层压力的60%左右，地层能量不足，吞吐效果变差，亟待开展水平井蒸汽驱技术研究。但目前国内外对水平井蒸汽驱方面的研究甚少，水平井蒸汽驱井网形式、不同类型油藏水平井蒸汽驱技术政策界限等技术难题亟待解决。在此，笔者采用油藏数值模拟方法，对不同类型稠油油藏水平井蒸汽驱的技术政策界限进行了系统研究。

1 水平井蒸汽驱技术政策界限研究

1.1 井网形式

合理的井网形式将会使区块发挥最佳的开发潜能[2]。水平井蒸汽驱数值模拟研究过程中，设计了水平井组合的7种井网形式，分别是排状汽驱井网、反五点汽驱井网、排状交错汽驱井网、反九点汽驱井网、反九点转反五点汽驱井网、反九点转排状汽驱井网和反七点汽驱井网。利用数值模拟方法对比计算了7种井网形式的开发效果，结果见图1。

从图1可以看出，水平井组合的类反五点井网的采收率最高，其次为反九点转反五点井网，反九点转排状井网次之；水平井组合的排状交错井网的单储净产油最高，其次为反九点转反五点井网，排状井网次之。除水平井组合的类反九点井网和类反七点井网的采收率和单储净产油较小以外，其余5种井网形式水平井蒸汽驱的开发效果相差不大，采收率都大于50%，单储净产油都在1900t/104t以上。

结合数值模拟研究结果，并考虑到现场易于操作管理，因此在既保证井底干度又要实现合理排液量的条件下，注采井数比应尽可能地小，推荐水平井蒸汽驱井网形式采用先反九点，后适时转排状。

1.2 合理井距

井距是指生产井与注汽井之间的距离。合理的井距应满足以下几项原则：①合理的单井控制储量，较高的采收率；②具有一定的经济效益；③能够有效蒸汽驱；④要尽可能为蒸汽突破后或发生不规则窜流后留有调整的余地[3]。

图1 水平井组合不同井网形式时蒸汽驱开发效果对比图

利用油藏数值模拟方法，对比计算了不同原油黏度、不同油层厚度、不同井距时水平井蒸汽驱的开发效果，建立了相应的合理井距图版，结果见图2。从图2来看，随着油层厚度的增大，油藏的合理井距逐渐变小；原油黏度越大，井距也得相应地减小。

1.3 油层厚度

数值模拟研究显示，油藏油层厚度越大，净总比越大，蒸汽超覆现象越明显（图3），油层热损失越小，水平井蒸汽驱的热利用率越高。通过数值模拟，建立了不同油层厚度（2～10m）、不同油性（普通稠油、特稠油、超稠油、特超稠油）水平井蒸汽驱井组的概念模型，预测了井组净产油量，筛选了水平井蒸汽驱的有效厚度界限（图4）。研究发现，随着油层厚度的增大，累积产油量逐渐增加，累积油汽比也出现逐渐递增的趋势；当油层厚度增大到一定程度时，增加趋势变缓；但采出程度则表现为先增加后减小的趋势。分析原因为：油层厚度与热采效果的敏感关系在某一油层厚度时较明显。说明油层厚度太大时，油层纵向动用程度不均匀，部分厚度动用较差。

图2 不同黏度、厚度水平井蒸汽驱合理井距图版

图3 不同厚度水平井蒸汽驱纵向温度场

实施水平井蒸汽驱时，由于蒸汽横向驱动作用的加强，使得油层的动用界限有所降低[4]。依据数模结果（图4），随着原油黏度的增大，油藏动用的极限厚度逐渐变厚，特超稠油油藏动用的极限厚度明显大于普通稠油和特稠油油藏。油价70U＄/bbl（美元/桶）时普通稠油油藏水平井蒸汽驱的极限厚度4.1m，特稠油油藏4.4m，超稠油油藏5.3m，特超稠油油藏6.3m。

1.4 原油黏度

原油黏度增大，流体在地下渗流的阻力增加，水平井端点间指进明显，蒸汽波及区域变小（图5），蒸汽驱效果变差。因此，在合理的井距下，肯定存在一个原油黏度动用极限。

图4 不同原油黏度水平井蒸汽驱极限厚度图

图5 不同原油黏度水平井蒸汽驱末温度场

由数值模拟研究结果（图6）可以看出：随着原油黏度的增加，井组的单储净产油量逐渐递减，累积油汽比和采收率也呈现递减的趋势。分析原因为：原油黏度越大，使其具有流动性需要的热量越多，开采越困难[5]；原油黏度越大，地层流体渗流阻力越大，渗流能力越小，开发效果越差[6]。研究认为稠油油藏水平井蒸汽驱黏度的动用界限小于18×104mPa·s。

1.5 井底蒸汽干度

蒸汽驱操作条件对蒸汽驱开发效果的影响非常大，即使应用合理的操作条件可以取得较好蒸汽驱开发效果的油藏，如果设计或实施的操作条件不合理，也会使蒸汽驱归于失败[7，8]。井底干度是影响水平井蒸汽驱成败的关键因素之一[4]。合理选择井口蒸汽干度，确保井底各项注汽参数符合要求，保证向油藏中注入尽可能多的热量，提高蒸汽驱的驱油效率是十分必要的。从不同干度水平井蒸汽驱采收率变化曲线看（图7），随着井底蒸汽干度的增加，采收率呈上升趋势，当井底蒸汽干度超过0.4以后，采收率上升幅度变缓；井底蒸汽干度越大，蒸汽加热体积比（蒸汽波及后油藏被加热的孔隙体积与油藏总孔隙体积之比）越大，纵向和平面蒸汽腔越发育（图8、9），采收率越高。

图6 不同原油黏度水平井蒸汽驱单储净产油曲线

图7 不同干度水平井蒸汽驱采收率变化曲线

图8 不同干度水平井蒸汽驱纵向温度场

图9 不同干度水平井蒸汽驱平面温度场

分析原因认为，在蒸汽注入压力与注入流速一定的情况下，随着蒸汽干度的增加，管线和油藏的热损失率逐渐降低。这是由于在饱和状态下，蒸汽的温度由蒸汽的压力决定，在注入压力与注入流速一定的情况下，随着蒸汽干度的增加，管线和油藏内蒸汽的温度将保持不变，所以其热损失也不变；但干度的增加使蒸汽的热焓增加，导致蒸汽的总焓增加。因此，在注入压力与注入流速一定的情况下，随着蒸汽干度的增加，油藏水平井蒸汽驱的开发效果逐渐变好。