考虑启动压力梯度的稠油蒸汽吞吐热采物质平衡方法及其应用

2017-12-21李娜

长江大学学报(自科版) 2017年23期

关键词：压力梯度稠油采收率

李娜

(中海油研究总院，北京 100028)

考虑启动压力梯度的稠油蒸汽吞吐热采物质平衡方法及其应用

李娜

(中海油研究总院，北京 100028)

稠油油藏流体渗流存在启动压力梯度，结合非达西渗流理论，建立了考虑启动压力梯度的蒸汽吞吐热采物质平衡方法，给出了考虑启动压力梯度的蒸汽吞吐热采采收率计算公式。通过实例计算分析了启动压力梯度、加热半径、泄油半径对蒸汽吞吐热采采收率的影响。研究结果表明，稠油蒸汽吞吐热采采收率随启动压力梯度的增加近似呈线性规律下降；随加热半径的增加和井距的减小而增加。

启动压力梯度；加热半径；泄油半径；蒸汽吞吐；采收率；物质平衡方法

随着油田开发的深入和技术的发展，稠油投入开发的比例越来越大，尤其是特稠油的有效开发动用是油田开发的一个重要发展方向。与常规油藏相比，稠油油藏原油的基本渗流规律不符合经典的达西定律。其主要原因是渗流中固、液相互作用明显，导致渗流时只有在压力梯度大于启动压力梯度时，流体才发生流动。多位学者对稠油启动压力梯度进行了研究，随着稠油黏度的增大，启动压力梯度亦增大[1～5]。因此，对于稠油，尤其是特稠油及超稠油，启动压力梯度是开发中必须考虑的一个重要因素。

热采采收率是开发方案设计的一个关键参数，行业标准SY/T 5367—2010中给出了蒸汽吞吐采收率预测的经验公式，该方法是基于多个实际开发稠油油田数据经统计分析而建立的。从该公式可知，热采采收率与油藏埋深、有效厚度和原油黏度等参数有关，而作为稠油开发重要影响因素的启动压力梯度并未考虑在内。

笔者考虑启动压力梯度的影响，结合非达西渗流理论和物质平衡原理，建立了稠油蒸汽吞吐热采物质平衡方法，可用于蒸汽吞吐热采采收率的预测。与经验公式相比，所建立的方法是基于物质平衡原理的理论方法。以建立的方法为基础，对影响稠油蒸汽吞吐热采采收率的几个关键参数进行了分析，明确了启动压力梯度对蒸汽吞吐热采采收率的影响，可为稠油热采开发效果预测提供支撑。

1 考虑启动压力梯度的稠油蒸汽吞吐热采物质平衡方法

1.1 基本假设

假设稠油地层中有一口蒸汽吞吐定向井，经多轮次蒸汽吞吐后衰竭生产直至废弃。因稠油尤其是特稠油溶解气油比相对较小，且原油饱和压力低，因此建立方法未考虑溶解气驱的影响。因稠油热采一般远离边底水，在建立方法中未考虑天然水驱，仅考虑蒸汽注入所补充的部分能量。边底水驱和溶解气驱可以在该文方法基础上进行扩展。笔者所建立的方法假设注入蒸汽可均匀注入地层，且不考虑蒸汽干度及相关参数的影响。

1.2 生产过程分析

图1 稠油蒸汽吞吐热采温度压力分布示意

如图1所示，在稠油蒸汽吞吐热采后，泄油范围可划分为2个区[6，7]。在加热半径范围内为线性流区，因蒸汽温度的加热，地层原油黏度大幅降低，该区可近似为常规油藏，不考虑启动压力梯度。驱动能量包括地层压力下降而引起的弹性驱和人工注入蒸汽保留在地下部分的水压驱动。在加热半径范围外为非线性流区，因稠油未被蒸汽加热，存在启动压力梯度，该区驱动能量仅为因地层压力下降而引起的弹性驱。与常规弹性驱不同，受启动压力梯度的影响，弹性开发结束后地层中各点压力不等，应满足驱替压力梯度与启动压力梯度相等[8]。易得极限泄油范围内任一点地层压力为：

p(r)=pwf+Gr(0

(1)

式中：p(r)为地层内任意点处的地层压力，MPa；pwf为开发井的最低井底流压，MPa；G为启动压力梯度， MPa/m；r为泄油范围内任一点到井点的距离，m；rlim为极限泄油半径，m。

令式(1)中p(r)=pi，则:

(2)

式中:Δp=(pi-pwf)，MPa;pi为原始地层压力，MPa。

极限泄油半径与加热半径之和为理论泄油半径。实际若为多井吞吐，实际泄油半径可由实际井网参数计算，可取为井距之半或等效泄油面积对应的半径。当实际泄油半径大于理论泄油半径时，井间存在不流动区，泄油半径取为理论泄油半径。当实际泄油半径小于理论泄油半径时，泄油半径取为实际泄油半径。

1.3 物质平衡方法建立

对于线性流区，考虑弹性驱和水压驱动，根据通用物质平衡方程：

(3)

加热半径范围内动用地质储量可由容积法进行计算：

(4)

式(3)中的第二部分即为留存在地下的水量，在无现场实际注入及采出水量数据时，可由容积法通过下式计算：

(5)

式中：r1为加热半径，m；h为油藏有效厚度，m；φ为油层有效孔隙度，1；Sor为蒸汽吞吐加热范围内平均残余油饱和度，1。

对于非线性流区，仅存在弹性驱，因没有蒸汽加热，地层原油黏度高，应考虑启动压力梯度的影响。

常规计算方法的压力降为Δp，考虑启动压力梯度后，泄油范围内任一点压力降为(Δp-Gr)，即启动压力梯度的存在减少了地层压力降，从而减少了弹性驱油量。平均地层压力降可通过积分计算并对常规计算公式中的Δp进行如下修正[9，10]。

定义M为压差校正系数：

(6)

平均地层压力可通过如下积分求得：

(7)

将式(7)代入式(6)，可得压差校正系数M：

(8)

则对于非线性流区，物质平衡方程修正为：

(9)

式中：Np2为非线性流区内可采储量，m3；N2为非线性流区内动用地质储量，m3。

其中，非线性流区内动用地质储量N2可通过容积法计算：

(10)

由于Np=Np1+Np2，代入式(3)和式(9)，可得:

(11)

式(11)即为考虑启动压力梯度的稠油蒸汽吞吐热采物质平衡方法计算可采储量的公式。经过推导，可得采收率计算公式如下：

(12)

式中：ER为蒸汽吞吐热采采收率，%。

2 算例分析

以某稠油油藏A的主要参数为基础，采用笔者建立方法进行算例计算，并分析影响蒸汽吞吐热采采收率的关键参数。

算例采用参数如下：ct=15×10-3MPa-1,pi=10MPa,pwf=3MPa,Boi=1.1,Bo=1.05,G=0.08MPa/m,r1=30m,rd=100m,h=15m,φ=0.35。

同时，以如上参数为基础，建立了CMG机理模型(100m径向模型)，通过模拟预测，蒸汽吞吐采收率可达21.5%。因CMG软件中不能考虑启动压力梯度的影响，与采用笔者方法在启动压力梯度为0时计算的20.8%具有可比性，证明了笔者方法的可靠性。笔者方法在考虑启动压力梯度后，预测的采收率为15.4%，与通过实际油田类比和动态参数预测的采收率较为接近，证明了笔者方法的合理性。