薄互层稠油油藏直平组合火驱技术

苏磊（中国石油辽河油田公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）



薄互层稠油油藏直平组合火驱技术

苏磊
（中国石油辽河油田公司勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

D区块局部区域水平井连片分布，如何合理有效地利用水平井，使其在火驱中发挥最大效能，是需要研究的重点问题。在水平井蒸汽吞吐开发效果评价的基础上，根据水平井开发效果进行分类。针对不同类型水平井，制定相应的增产策略。运用数值模拟方法，对直井与水平井的配置关系、注气井射孔位置、注气强度、水平井排液量等关键参数进行优化设计，同时采用分层注气、吞吐引效、水平井间歇生产等手段改善火驱开发效果，为转火驱后水平井的合理利用提供了新的思路。

直平组合；数值模拟；增产策略；优化设计；提高采收率

0　引言

目前，国内稠油油藏开发方式以蒸汽吞吐为主，且多数区块已进入高周期吞吐阶段。理论与实践证明，火驱已成为一种吞吐末期有效的接替开发方式。

火驱具有适应范围广、驱油效率高、注入介质成本低等诸多技术优势，在罗马尼亚、美国、加拿大、印度等国家已开展大量的现场试验［1］，国内在新疆、辽河、胜利、吉林等油田也开展了火驱先导试验［2-5］。国内油田的火驱应用具有其特殊性，如区块井网中一般通过部署加密水平井来挖潜井间剩余油，而转火驱后这些水平井应该如何利用，并可使其发挥最大效能，将是本次研究的重点。

成功火驱需要具备两大条件：一是燃烧区必须有充足的燃料和氧气，以实现高温氧化燃烧反应；二是燃烧产生的尾气和可动油需要及时采出。在常规火驱中，注气井和生产井均采用直井，这种组合方式早在1952年就已在现场实践过，其难点在于如何保证燃烧前缘有充足的氧气供给。尽管可通过增大注气量来实现，但是增大注气量也会导致气窜、空气油比过高等问题。近年来，部分学者专家对火驱中引入水平井的可行性进行了相关研究［6］，结果表明，水平井可有效拓展燃烧腔，提高火驱效率和原油采收率［7］。

1　油藏概况

辽河油田D区块油藏为一北西向南东倾伏的单斜构造，主体部位较平缓，地层倾角3～5°，边部地层较陡，地层倾角17～23°。油藏埋深800～1 200 m，纵向含油井段长，油层层数多达30～40层，单层厚度薄，仅为2.2 m，储层非均质性较强［8］，是一个典型的中深层薄-中互层状多层非均质稠油油藏。平均孔隙度19.3%，平均渗透率774×10-3μm2，平均油层厚度30.3 m。50℃地面脱气原油黏度300～2 000 mPa·s，油品属普通稠油。

该区块2005年6月开展火驱先导试验，截至2014年底，采出程度17.3%，平均单井产油2.60 t/d。区块共有14口常规水平井和2口侧钻水平井，其中7口水平井为直井井间加密水平井，分布于区块东部的9 个100 m×141 m反九点面积井组内。转火驱前，所有水平井均处于关停状态。水平井所在井组已转火驱的，平面上井组内火线波及不均［9-10］，窜进明显，纵向动用差异较大，物性好的层位吸气比例高；水平井所在井组未转火驱的，存在油藏压力低、油井供液能力不足等问题。

2　水平井蒸汽吞吐开发效果评价

区块东部、中部和南部均为水平井集中部署的区域，共投产水平井14口，侧钻水平井2口。在吞吐开发阶段，水平井整体开发效果较差［11］，依据水平井百米日产油量情况，可将区块水平井划分为3类（见表1）。

表1　水平井蒸汽吞吐开发效果分类

Ⅰ类井：百米日产油量大于1.0 t，吞吐阶段累产油量4 000 t以上，油汽比0.19以上。该类井有4口，多为区块边部井，占区块水平井的25%。一般分布于区块边部及井网不完善的区域，该区域油藏压力较高，能量充足，油藏条件接近原始油藏状态。

Ⅱ类井：百米日产油量在0.5～1.0 t，吞吐阶段累产油量一般为2 000～4 000 t，油汽比在0.10～0.19。该类井有7口，多为区块边部加密井，占区块水平井的44%。一般分布于区块边部直井井间区域，油藏压力在 1～10 MPa，采出程度在8.6%～31.0%，地层能量和剩余可采储量均差异较大。

Ⅲ类井：百米日产油量小于0.5 t，吞吐阶段累产油量一般在2 000 t以下，油汽比在0.1以下。该类井有5口，多为区块中部加密井，占区块水平井的31%。一般分布于区块中部直井井间区域，该区域油藏压力较低，地层能量低，井间动用程度较高，剩余可采储量较少。

水平井低效的原因主要集中在3个方面：一是地质条件原因（12口），包括储层物性差、油层厚度小、采出程度低等；二是工程工艺原因（1口），包括井况问题、油层污染等；三是生产动态问题（1口），包括生产参数不合理、井网完善程度低等。

3　直平组合火驱技术现状

目前，水平井在火驱开发中主要有3种应用模式，分别为水平井辅助重力泄油（COSH）、“趾端到跟端”火驱（THAI）和自上而下火驱（Top-Down）。

3.1水平井辅助重力泄油技术

水平井辅助重力泄油技术的直井与水平井配置关系［12］为，在油层顶部部署1排注空气直井，两侧各部署1排产气井，且注气井排与产气井排互相平行，水平生产井部署在油层底部，且位于注气井排的正下方。COSH是一个短距离驱油的过程，原油在短距离驱替式中流动，并不流经冷油区。该技术与蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）较为相似，但在现场应用方面更为复杂，需要生产、注气和产气3类井。

3.2“趾端到跟端”火驱技术

“趾端到跟端”火驱技术的直井与水平井配置关系［13］为，在油层底部部署1口水平井，距水平井趾端一定距离处部署1口注空气直井。火驱开始时，燃烧前缘位于水平生产井的趾端，然后从趾端向跟端扩展。

3.3自上而下火驱技术

自上而下火驱技术的直井与水平井配置关系［14］为，在油层顶部部署1排注空气直井，水平生产井部署在油层底部，且位于注气井排的正下方。其与COSH的区别在于，Top-Down火驱不使用产气井。燃烧前缘向下推进的过程相对稳定，可动油通过低部位水平生产井采出。

4　水平井合理利用对策

基于区块水平井现状，结合文献研究成果，针对不同类型的水平井，制定了相应的增产策略。Ⅰ类井，多位于边部，以动用水平井所在层位储量为主，致力于改善该层位火驱燃烧状态。Ⅲ类井，以井组动用为主，水平井动用作为辅助，在火线到达水平井后，水平井转作观察井使用。Ⅱ类井，对于采出程度低、压力适中的区域，采用Ⅰ类井的策略，对于采出程度高、压力低的区域，采用Ⅲ类井的策略。

文献调研发现，目前国内外尚无对薄层水平井在火驱中合理利用方式的相关研究。本次研究通过数值模拟方法，具体提出5条对策。

4.1优选直平配置组合，将井组内观察井转作排气井

适用条件为，水平井所在井组内有观察井，并可转作排气井使用。目前的直平水平井位置关系可衍生出4种配置组合（见图1）［15］，分别为100 m反九点面积井网、100 m反九点面积井网（观察井转排气井）、100 m正对行列井网和100 m五点面积井网。

图1　直井与水平井不同配置组合

数值模拟研究表明，采用100 m反九点面积井网，井组内观察井转作排气井时，火驱阶段采出程度较高，而100 m五点面积井网火驱采油速度较快。

由剩余油饱和度场（见图2）可以看出，在100 m反九点面积井网中，观察井转作排气井使用后，有效牵引火线，扩大波及范围，显著拓展了燃烧腔，实现水平井方向油层的均匀动用。

图2　100 m反九点面积井网（观察井）剩余油饱和度场

4.2优化调整注采参数

4.2.1注气井射孔位置

1）当水平井位于层段中下部时，注气井射开油层顶部，可增加射开位置与水平段的距离，延缓火线到达水平井的时间，同时还可利用原油的重力作用（见图3），阶段采出程度和采油速度均较高。

图3　注气井不同射孔位置示意

2）同理，当水平井位于层段顶部时，注气井射开油层底部，可获得较好的开发效果和较高的采出程度。4.2.2注气速度

通过数值研究发现，在恒速率注气方案下，注气强度为750 m3/（d·m）时累积产油量最高。这是因为：注气强度较小时，供应氧气含量有限，此时前缘温度较低、火线推进速度较慢，甚至可能造成局部灭火；当注气强度较大时，火线推进速度较快，火驱成本提高，同时注入的空气不能在燃烧前缘完全消耗，易发生突破。分段式注入更符合火烧油层驱油机理，火驱阶段采出程度高，但其恒速率阶段注气速度较高。考虑到注气井距水平井较近，易于发生空气突破，因此，推荐采用注气强度750 m3/（d·m）。

4.2.3水平井排液量

过低的排液量无法有效牵引火线及扩展燃烧腔，而过高的排液量则会导致火线过早突破到达水平井。数值模拟优化及现场水平井排液能力统计表明，水平井排液量在15～20 t/d为宜。

4.3分层注气，改善水平井层位燃烧状态

适用储层物性差、采出程度低、剩余油饱和度较高的水平井。

分层注气［16］可保证水平井所在层位燃烧的氧气需求，火线波及范围更大。单独对水平井所在层位进行火驱开发，或将与水平井层位物性、剩余油饱和度相近的层段进行组合开发，避免层数过多、层间物性相差过大而加剧非均质性，可有效缓解层间矛盾，提高火驱开发效果。

4.4水平井吞吐引效

适用转驱后见效差或不见效的水平井。

火驱见效程度及火线推进速度与生产井产液量、产气量有较大的关系，实施吞吐引效可有效改善火驱效果，充分动用水平井附近剩余油，加快火驱见效速度（见图4）。转驱后共实施吞吐引效265口直井（435井次），取得了较好的效果，对水平井吞吐引效具有一定的指导意义。

图4　水平井吞吐引效与未吞吐引效累产油量对比

4.5间歇生产，水平井适时开关

适用位于采出程度高、油藏压力低区域的水平井。

间歇生产指的是，在火驱初期排注比低于0.5时，水平井关井，待排注比增至0.8左右或油藏压力恢复至3～4 MPa时，水平井开井生产。在此过程中，可有效补充地层能量（见图5），改善开发效果（见图6）。

图5　水平井间歇生产压力场

图6　水平井间歇生产与未间歇生产累产油量对比

5　实施效果

截至2014年底，共有5口水平井所在井组已转火驱。其中，Ⅱ类水平井2口，H3井和H4井采出程度分别为29.7%和28.1%，Ⅲ类水平井3口。这5口水平井均采用Ⅲ类井增产策略，间歇生产，逐步恢复地层压力至3 MPa左右，开发效果较好。

火驱前，5口水平井处于关停状态；转火驱后，最高单井产油为16.8 t/d，平均产油为4.9 t/d。水平井有效拓展了该方向的火线推进距离，提高了水平井的产量。H3井和H13井已下入光纤设备，在火线到达水平井后可转作观察井，进行温度、压力测试，监测火线波及情况。

6　结论

1）不同类型的水平井应采取不同的增产策略：位于边部的水平井，应以动用水平井层为主，改善火驱燃烧状态，提升火驱开发效果；位于主体部位的加密水平井，应以井组动用为主，水平井起辅助作用，在火线到达水平井后，将其转作观察井使用。

2）优化了一套兼顾采油速度和采出程度的直井水平井井网配置，井组内观察井转作排气井使用后，有效牵引火线，拓展燃烧腔，提高了该方向油层的动用程度。

3）本研究成果为转火驱开发后水平井的合理利用开辟了新的思路。水平井注空气火驱可能成为今后的主要攻关方向。

［1］Turta A T，Chattopadhyay S K，Bhattacharya R N，et al.Current status of commercial in situ combustion projects worldwide［J］.JCPT，2007，46（11）：8-14.

［2］王弥康，王世虎，黄善波，等.火烧油层热力采油［M］.东营：石油大学出版社，1998：186-196.

［3］黄继红，关文龙，席长丰，等.注蒸汽后油藏火驱见效初期生产特征［J］.新疆石油地质，2010，31（5）：517-520.

［4］刘应忠，胡士清.高3-6-18块火烧油层跟踪效果评价［J］.长江大学学报：自然科学版（理工卷），2009，6（1）：52-56.

［5］蔡文斌，李友平，李淑兰，等.胜利油田火烧油层现场试验［J］.特种油气藏，2007，14（3）：88-90.

［6］张敬华，杨双虎，王庆林.火烧油层采油［M］.北京：石油工业出版社，2000：142-156.

［7］宁奎，袁士宝，蒋海岩，等.火烧油层理论与实践［M］.东营：中国石油大学出版社，2010：124-126.

［8］施尚明，房晓萌，关帅，等.稠油油田开发中后期储层非均质性评价与应用［J］.断块油气田，2013，20（5）：627-630.

［9］张锐.稠油热采技术［M］.北京：石油工业出版社，1999：518-554.

［10］袁士宝，蒋海岩，李秀明，等.示踪剂辅助判断多井组火驱燃烧前缘位置［J］.油气地质与采收率，2014，21（3）：52-54.

［11］李鑫.稠油油藏水平井生产特点及效果影响因素分析［J］.断块油气田，2012，19（增刊1）：36-39.

［12］Bagci S，Aybak T.A laboratory study of combustion override splitproduction horizontal well（COSH）process［J］.JCPT，2000，39（8）：42-50.

［13］Greaves M，Xia T X，Ayasse C.Underground upgrading of heavy oil using thai-′toe-to-heel air injection'［R］.SPE 97728，2005.

［14］Coates R，Lormier S，Ivory J.Experimental and numerical simulations of a novel top down in-situ combustion process［R］.SPE 30295，1995.

［15］关文龙，席长丰，陈亚平，等.稠油油藏注蒸汽开发后期转火驱技术［J］.石油勘探与开发，2011，38（4）：452-462.

［16］许国民.杜66块火驱开发动态调控技术研究［J］.特种油气藏，2014，21（1）：81-83.

（编辑李宗华）

Fire flooding with the combination of vertical and horizontal wells in heavy oil reservoir of thin interbeds

Su Lei
（Research Institute of Exploration and Development，Liaohe Oilfield Company，PetroChina，Panjin 124010，China）

The distribution of horizontal wells is concentrated in Block D.The key of this paper is about how to utilize horizontal well reasonably and stimulate the largest potential of horizontal well during fire flooding.Based on the evaluation of steam huff and puff horizontal wells，development effects were classified.Enhanced recovery strategies have been developed corresponding to different types of horizontal wells.Through numerical simulation method，distribution of vertical and horizontal wells，perforating position of gas injection well，gas intake per unit thickness and production of horizontal well were optimized，meanwhile，separated zone gas injection，cyclic steam injection and periodical production of horizontal well were utilized to improve development effect of fire flooding，which suggests a new clue for reasonable utilization of horizontal well by fire flooding.

combinationofverticalandhorizontalwells；numericalsimulation；enhancedrecoverystrategy；optimizationdesign；EOR

国家科技重大专项“渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范工程”（2011ZX05053）

TE357.44

A

10.6056/dkyqt201601029

2015-07-23；改回日期：2015-11-09。

苏磊，男，1983年生，工程师，硕士，2009年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程专业，现从事稠油开发与研究工作。E-mail：sulei113@126.com。

引用格式：苏磊.薄互层稠油油藏直平组合火驱技术［J］.断块油气田，2016，23（1）：129-132，136.

Su Lei.Fire flooding with the combination of vertical and horizontal wells in heavy oil reservoir of thin interbeds［J］.Fault-Block Oil& Gas Field，2016，23（1）：129-132，136.