高倾斜稠油油藏蒸汽驱延缓突破时间方法研究

2015-02-17赖令彬

特种油气藏 2015年5期

关键词：井距生产井油层

胡滨，赖令彬

(1.中国石油大学，北京 102249;2.中国石油规划计划部，北京 100007; 3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

高倾斜稠油油藏蒸汽驱延缓突破时间方法研究

胡滨1，2，赖令彬3

(1.中国石油大学，北京 102249;2.中国石油规划计划部，北京 100007; 3.中国石油勘探开发研究院，北京 100083)

高倾斜油层注采单元的高部位生产井容易率先突破，提前进入汽窜阶段，不利于低部位油层的开采。通过研究多孔介质内蒸汽的受力情况及注采井间蒸汽的渗流速度，根据注采井间瞬时渗流速度相等、平均速度与井距成比例的关系，提出注采单元高、低部位生产井合理配产量及合理注采井距的计算方法。结果表明:注采井附近区域的蒸汽渗流速度受倾角影响较小，但中间区域随着倾角的增大，高、低部位距注汽井相同位置处渗流速度比增大，当储层倾角为30°时，渗流速度比值可达到11。CMG模拟表明，产量及注采井距的调整可有效延缓高部位生产井的突破时间，有利于井组内低部位油层的开采。

高倾斜;稠油油藏;蒸汽驱;蒸汽突破;合理配产;注采井距

0 引言

油藏蒸汽驱注采井网及产量的配置直接影响到油田开发效果［1-6］。目前，蒸汽驱通常采用的井网形状有五点法、反七点法、反九点法及反十三点法等［2-7］，赵洪岩、许心伟等［2-13］根据油藏物性参数及单井采液能力给出了不同井网下的注采井距及配产量，但这些井网井距及配产量通常适用于无倾角或者倾角很小的油藏。K.C.Hong［7］提出在大倾角油层采用行列注采井网，但仍是等井距等配产量生产方式。受蒸汽超覆影响，高、低部位蒸汽分布与渗流速度存在较大的差异性，导致高部位生产井先突破，提前进入汽窜阶段。蒸汽优先向高部位方向运移，不利于低部位油层的开采［8-13］，因此，大倾角油层不适应等注采井距或等配产量的生产方式。

1 倾斜油层蒸汽运移特征

倾斜油藏高渗透率砂岩储层中注入蒸汽主要受到3种力的作用［2］:注采压力梯度、油汽密度差异产生的浮力、界面张力产生的毛管力(图1)。受蒸汽超覆的影响，蒸汽易沿高、低部位生产井方向运移，流动能力取决于高、低部位方向压力梯度的大小［1］。

图1 高、低部位蒸汽受力分析

沿油层高部位方向蒸汽所受的合力为［1］:

式中:Fup为沿油层高部位方向蒸汽所受合力，MPa/cm;(dp/dl)up为沿油层高部位方向压力梯度，MPa/cm;ρo为油的密度，g/cm3;ρg为蒸汽的密度，g/cm3;g为重力加速度，m/s2;α为储层倾角，(°);σ为界面张力，N/m;θ为接触角，(°);rp为孔隙半径，mm。

沿油层低部位方向蒸汽所受的合力为:

式中:Fdown为沿油层低部位方向蒸汽所受的合力，MPa/cm;(dp/dl)down为沿油层低部位方向压力梯度，MPa/cm。

根据达西定律，蒸汽在浮力、毛管力、压力梯度作用下，沿油层高部位方向渗流速度为:

式中:vupg为沿油层高部位方向渗流速度，cm/s;K为绝对渗透率，μm2;Krg为气相相对渗透率;μg为蒸汽黏度，mPa·s;

沿油层低部位方向的渗流速度为:

在高、低部位距注汽井相同位置处渗流速度的比值为:

由式(5)可知，当储层倾角α增大，F增大，距注汽井相同位置处渗流速度差异性增强。结合辽河油田某区块实际数据，绘制高、低部位不同倾角蒸汽渗流速度比值的变化曲线(图2)。

图2 不同倾角下蒸汽渗流速度比值

由图2可知，在距注汽井20 m区域内，倾角对渗流速度比值几乎没有影响;在距注汽井20～80 m区域内，随着倾角的增大，高、低部位蒸汽渗流速度比值越来越大，当储层倾角为30°时，渗流速度比值高达11。在高、低部位井距和配产量都相同的情况下，蒸汽沿高、低部位渗流速度差异较大，高部位蒸汽渗流速度明显快于低部位，高部位生产井率先突破，不利于井组内低部位油层的开采。

2 延缓蒸汽突破调整方法

2.1 生产井配产量的调整

蒸汽驱过程中，适当降低井组内高部位生产井配产量或增加低部位生产井配产量，使低部位沿油层方向压力梯度大于高部位，有利于蒸汽沿低部位方向的流动，提高低部位油层的蒸汽波及范围，使高、低部位生产井尽可能同时突破。

在高、低部位生产井距注汽井距离相等时，若高、低部位蒸汽渗流速度相等，则可使蒸汽同时到达生产井井底。设高、低部位到注汽井的距离为r，瞬时渗流速度相等，即:

将式(3)、(4)带入式(6)，假设高、低部位的渗透率、储层厚度等相同，则

高部位配产量为Q1up，低部位配产量为Q1down，则r处高低部位配产量关系式:

式中:h为油层厚度，m。

为利用瞬时高、低部位配产量之差，对式(8)等式右边在0～L积分取平均，得出平均高、低部位配产量之差:

式中:L为注采井间距离，m;μ为流体黏度，mPa·s。

为保持注采比及地层压力，需保证配产量之和不变，即:

式中:c1为配产量之和，cm3/s。

综合式(9)、(10)可求出Q1up和Q1down。该方法可以有效调节高、低部位井突破时间。

2.2 高、低部位井距的调整

当高、低部位井配产量相同时，如果注汽井与高、低部位生产井的井距相同，在重力超覆作用下，蒸汽易于向高部位方向扩散，导致高部位生产井提前突破，而低部位生产井见效迟，产出少，热效率低。因此，适当下移注汽井位置，在运移速度不同的情况下，可使蒸汽同时到达生产井井底。

设高部位生产井与注气井距离为l1，低部位生产井与注气井距离为l2，蒸汽运移到井底的时间相同。高、低部位的蒸汽在注采井间的平均速度分别为:

相同时间内蒸汽运移到生产井井底，则高、低部位平均渗流速度比值等于井距的比值:

调整前后井距之和不变，即:

式中:c2为井距之和，m。

由式(13)、(14)可以求得l1、l2的值。

3 实例分析

3.1 实例数据

辽河油田齐40块稠油油藏某油层中深为810 m，构造面积为8.5 km2。1987年以蒸汽吞吐方式投入开发，2006年底实行工业化转驱。区块A单元井组A-1为反九点井网，边井井距为70 m，角井井距为100 m，地层倾角15°，2007年1月转驱。储层原油体积系数为1.061，转驱前含油饱和度为0.50～0.55，溶解气油比为 20 m3/t，孔隙度为32.6%，转驱前地层压力为1～2 MPa，转驱前地层温度为50℃，注汽温度为248℃，注汽速度为98.26 m3/d，井底蒸汽干度为58.4%。

3.2 注采井间蒸汽受力与渗流速度

根据式(1)、(2)、(5)得到不同区域蒸汽受力与渗流速度变化曲线(图3)。

由图3可知，在距注汽井20 m范围内，高、低部位蒸汽所受合力几乎相等，渗流速度比值接近1;在距注汽井20～80 m区域内，低部位蒸汽所受合力相对较小，甚至接近0，高部位合力相对较大，渗流速度比值在距注气井43 m处达到最大值2.03。

3.3 调整效果分析

利用CMG软件结合区块A-1井组数据建立概念模型，模拟配产及井距单独调整前后温度场分布情况(图4)。根据原配产量均为40.0 m3/d和式(9)、(10)，高部位生产井产量调整为Q1up=34.3 m3/d，低部位生产井产量调整为Q1down=45.7 m3/d。通过加大低部位生产井产量及减小高部位产量，促进了蒸汽沿低部位生产井的运移，有效缓解了蒸汽超覆导致的影响。

图4 调整前后温度场示意图

在生产井配产量不变的情况下，将高、低部位井距进行调整(原井距为70.0 m)，低部位生产井距注汽井距离l1调整为80.5 m，高部位生产井距注汽井距离l2调整为59.5 m。井距的调整可以有效利用蒸汽的超覆作用，从而有效提高蒸汽在低部位的驱替效率，同时延缓高部位蒸汽的突破时间。经过调整，温度场分布近似一致，大幅度减缓了高部位井率先突破的情况，具有较好的现场应用效果。