稠油油藏水平井不同注汽方式物模实验研究

刘廷峰，白艳丽，王善堂，梁 伟，郝婷婷，赵 晓

（中国石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东东营257000）

蒸汽热采是目前稠油开发最有效的方式之一［1－2］。注入干度较高的蒸汽能够显著的降低原油黏度，改善原油流动性，从而大幅度提高采收率。蒸汽腔的发育情况是影响蒸汽驱采收率的关键因素之一。蒸汽腔温度越高，波及范围越大，原油的降黏效果就越明显，蒸汽驱开采效果就越好。利用水平井开采稠油油藏［3］，可以有效增加井筒的泄油面积，扩大蒸汽腔的波及范围。对均匀射孔的水平井而言［4－6］，由于水平段沿程压降的存在，蒸汽出汽不均匀，水平段跟端出汽量大于趾端出汽量，因此，跟端蒸汽腔发育情况优于趾端，导致水平段跟端过早产生气窜，蒸汽波及范围减小，原油采收率不高。本文应用物理模拟方法，结合现场实际区块资料，利用水平井蒸汽驱三维物理模拟系统，分别研究了非均匀注汽与均匀注汽情况下，蒸汽腔温度场的发育情况，以及不同注汽方式下的井组的产油量、含水率、采收率、油汽比等参数的变化规律，为水平井均匀注汽的现场实施提供理论基础。

1 物理模拟实验

1.1 实验装置及参数设计

实验所用装置为高温高压三维物理模拟装置（图1），主要有四部分组成，包括注入系统、模型主体、产出系统、计算机数据采集及控制系统。注入系统主要由蒸汽注入单元、药剂注入单元和气体注入单元组成。模型本体为三维填砂模型，内部尺寸为500 mm×500 mm×200 mm。模型最大工作压力为7 MPa，布置上中下三层热电偶，可实时监测模型内部温度场的变化。

实验以新疆排601区块一典型稠油油藏井组单元为原型，根据相关相似准则［7］和井组地质、工艺参数，确定了三维物理模化参数（表1）。

图1 三维物理模拟实验系统流程

表1 模型参数设计

1.2 实验过程及方法

（1）实验准备：布置两口水平井，对称分布于油藏下方；均匀布置上中下三层共147个热电偶。

（2）模型填砂：依据模化后的油藏参数，建立实验模型，恒温并饱和原油。

（3）蒸汽驱过程模拟：通过调整水平井段射孔分布来实现水平井均匀注汽。实验采用一注二采的布井方式，中间一口水平井为注汽井，两侧水平井为生产井。通过计算机控制系统与压力、温度采集系统，研究了不同注汽方式下，蒸汽腔的形成及发育过程，以及不同注汽方式下井组的产油量、含水率、采收率、油汽比等各项开发指标的变化特征。

2 蒸汽驱不同注汽方式实验结果分析

2.1 温度场发育对比分析

非均匀注汽开采，蒸汽腔首先在水平井跟端形成，而后沿井筒方向延伸，并以圆球形向四周扩展（图2）。从中可看出蒸汽腔前缘以单点突进的方式向边井推进，至蒸汽驱中期（图2c），蒸汽腔前缘已到达井距的3／4处，到蒸汽驱后期（图2d），蒸汽腔前缘已发育至生产井，此时，注入蒸汽会直接由生产井产出，蒸汽汽窜严重。蒸汽腔前缘不均匀推进的原因是在相同的注汽面积下，由于井筒磨阻的存在，沿水平井筒各段蒸汽注入压力逐渐降低，导致蒸汽在水平井根部注入量较大，温度场发育主要集中在注入端。均匀注汽开发，蒸汽腔围绕水平井筒均匀发育，并以圆柱形向四周扩展（图3）。从中可以看出，蒸汽腔前缘基本平行于水平井均衡向前推进，至蒸汽驱中期（图3c），蒸汽腔前缘位置不到井距的1／2处，到蒸汽驱后期（图3d），蒸汽驱前缘刚到达井距的3／4处，与非均匀注汽相比，有效的避免了局部过早汽窜，扩大了蒸汽波及范围。

图4为蒸汽驱非均匀注汽温度场发育竖切图。由图可以看出，非均匀注汽到蒸汽驱中期（图4b），蒸汽腔仍位于水平井跟端位置，长度占水平段总长度的1／3，水平井趾端温度仅为80℃，远低于蒸汽腔温度。至蒸汽驱后期（图4c），蒸汽腔长度仅为水平段总长度的1／2，靠近跟端油藏上部温度为237℃，蒸汽超覆严重。图5为蒸汽驱均匀注汽温度场发育的竖切图，从中可看出，蒸汽腔长度为整个水平段长度，跟端中部温度为253℃，趾端中部温度为248℃，发育比较均衡。至蒸汽驱后期（图5c），油藏上部平均温度仅为71℃，与非均匀注汽相比，有效的避免了蒸汽过早超覆。在实际生产中，根据具体油藏和开采方案设计要求，对于蒸汽吞吐或蒸汽驱开发的注汽井，应采用在水平段不同位置开孔或分段配注等工艺技术，实现对地层的均匀注汽，从而扩大蒸汽波及范围，提高蒸汽利用率。

图2 蒸汽驱非均匀注汽温度场发育平面分布

图3 蒸汽驱均匀注汽温度场发育平面分布

2.2 不同注汽方式开发效果对比分析

图6为蒸汽驱不同注汽方式下含水率与阶段产油量曲线图。从中可看出，相同注入量下，均匀注汽开发阶段产油量明显高于非均匀注汽开发阶段产油量。注入阶段为0～2.3 PV时，均匀注汽开发平均阶段产油量为67.1 mL，而非均匀注汽开发平均阶段产油量为37 mL。

图7为蒸汽驱开发不同注汽方式下含水率与采出程度曲线图。从中可看出：①均匀注汽开发能够有效的减缓井组含水率的上升。非均匀注汽开发，蒸汽注入量为1.5 PV时，井组含水率达到98%。而均匀注汽开发，蒸汽注入量为2 PV时，井组含水率才达到98%。②相同含水率下，均匀注汽开发采出程度高于非均匀注汽开发。当含水率为98%时，非均匀注汽开发的采出程度为22.8%；而均匀注汽开发的采出程度为40.8%，比非均匀注汽开发提高了18%。

图4 蒸汽驱非均匀注汽温度场发育轴向竖切剖面

图5 蒸汽驱均匀注汽温度场发育轴向竖切剖面

图6 不同注汽方式含水率与阶段产油量曲线

图7 不同注汽方式含水率与采出程度曲线

通过以上分析可以得出：均匀注汽开发能够有效的减缓井组含水率的上升，大幅度提高汽驱采收率。其原因是均匀注汽开发有效地避免了蒸汽腔前缘的单点突进现象，蒸汽腔前缘基本是沿平行于水平井均衡向前推进，这便延缓了蒸汽腔前缘到达生产井的时间，防止了蒸汽过早汽窜，扩大了波及体积，从而提高了热采采收率。

3 现场应用

截止2013年12月，水平井均匀注汽技术已在新疆排601区块实施6井次。投产初期平均产液量54 t／d，产油量24.5 t／d，平均含水率为60.2%，其峰值分别为产液量61.6 t／d，产油量30.2 t／d和含水率52%。累积产油量15 042 t，阶段油气比为0.56，取得了良好的开发效果。与以往水平井开发相比，平均产液量提高了2.6倍，平均产油量提高了3.5倍，累积产油量提高了4.5倍。

4 结论

（1）非均匀注汽开发，蒸汽腔主要发育在井筒跟端，趾端发育较差甚至不发育。蒸汽驱中期，井筒跟端油藏上部温度为232℃，蒸汽超覆严重。到蒸汽驱后期，蒸汽腔沿井筒方向长度仅为水平井段长度的1／2。均匀注汽开发，蒸汽腔沿整个水平井段均匀发育，蒸汽腔前缘基本平行于水平生产井均衡向前推进。蒸汽驱中期，油藏上部平均温度为70℃，不易发生蒸汽超覆。

（2）均匀注汽开发能够避免蒸汽腔前缘的单点突进现象，降低蒸汽腔前缘向生产井推进的速度。在相同的井距和注汽量下，非均匀注汽开发蒸汽腔前缘到达井距的3／4处时，均匀注汽开发蒸汽腔前缘还没有到达井距的1／2处，有效防止了过早汽窜。

（3）均匀注汽开发能够有效地扩大波及体积，增加储量动用程度，对比含水98%时采出程度，均匀注汽开发比非均匀注汽开发提高了14.2%。

［1］ 王大为，周耐强，牟凯.稠油热采技术现状及发展趋势［J］.西部探矿工程，2008，9（12）：129－131.

［2］ 李力行，战永平，付春丽.稠油开采方法综述［J］.应用科学，2008，（12）：86－88.

［3］ 许佩勇.水平井在薄层稠油油藏中的应用［J］.科技创新导报，2011，（12）：39－41.

［4］ 薛世峰，王海静，朱桂林，等.改善水平井吸汽剖面的计算模型［J］.特种油气藏，2008，15（5）：94－96.

［5］ 陈新民.水平井均匀注汽工艺在滨南油田的研究与应用［J］.油气地质与采收率，2009，16（2）：106－110.

［6］ 陈治军，黄晓东，彭辉.等.稠油水平井均匀注汽工艺技术研究及应用［J］.新疆石油科技，2010，3（2）：9－11.

［7］ Kimber K D，Farouq Ali S M.New option for scaling steam injection experiments［J］.SPE18751，1989：59－67.