SAGD低物性段分支参数优选及对提高采收率影响研究*

2020-09-07闫文华

化学工程师 2020年7期

暴赫，闫文华

（东北石油大学石油工程学院，提高油气采收率教育部重点实验室，黑龙江大庆 163318）

新疆克拉玛依风城油田属超稠油油藏，同时存在低物性段。初期采用蒸汽吞吐方式进行开采，转水平井辅助SAGD后蒸汽腔突破低物性段，产量得到提升但后期含水较高，亟待探索更加高效的采收率提高方法。加拿大博士Butler最早提出SAGD（Steam Assisted Gravity Drainage）技术，用以解决稠油热采技术中出现的问题，在美国、加拿大几大稠油、超稠油油藏已开展了相关试验，而国内SAGD技术开展较短，在开发机理、井型搭配、参数优化、低物性段酸压等领域有待研究[1-5]。与水平井相比多分支井技术能够更加节约油田开采成本，且能以最小井数量保证最大限度的油藏渗流面积，使产油量达到单个井眼的2～3倍[6-8]。因此，本文采取分支井辅助SAGD提高低物性段产能，首先根据现场地质条件建立数值模型，然后采用方差分析法和控制变量法得到分支参数对井组产能敏感性大小，优化出最佳井型参数并进行了方案预测，为分支井辅助SAGD低物性段提高采收率提供了理论指导。

1 SAGD模型建立

以风城油田重十八井区为目标区块建立模型，井组水平井段长500m，生产井距油层底部14m，注汽井与生产井垂向间距8m。模型网格划分如下：X方向为 14m×55=770m，Y 方向为 5 m×40=200m，Z方向为 1m×30=30m，总网格数 55×40×30=66000个。注汽井注汽压力为8MPa，注汽速度为300m3·d-1，蒸汽干度为0.8。模拟计算的热物性参数取值见表1。

表1 模型基本参数Tab.1 Basic parameters of the model

低物性段指砂层内部低孔低渗、成分以泥质粉为主的物性隔夹层，对油气运移起到一定阻碍作用，一般孔隙度小于0.2，渗透率为5～300mD[9-13]。目标区块低物性段位于模型第18小层，渗透率在200～220mD之间，第1～4小层的孔隙度偏低（0.23～0.26），渗透率也偏低（700～1500mD），第 20～24 小层为主力油层，孔隙度与渗透率都最高，其值分别为0.3～0.4与 2000～2600mD。

2 分支参数对SAGD生产指标的影响分析

2.1 正交设计

本文主要考虑4种因素：分支数量、分支长度、分支角度、分支间距，每种因素考虑4个水平，见表2。

表2 SAGD分支参数正交设计表Tab.2 Orthogonal design table of SAGD branch parameters

2.2 正交试验方案及模拟结果

根据正交试验设计原理，结合表2，采用L16（44）正交表规划出16个方案并进行模拟，时间为3a，以增油量为评价指标，结果见表3。

表3 SAGD产能正交设计方案表Tab.3 Orthogonal design scheme of SAGD capacity

2.3 分支参数对SAGD产能影响分析

对得到的试验结果使用方差分析法进行分析，结果见表4。

表4 SAGD增油量方差分析表Tab.4 Variance analysis of the amount of oil added by SAGD

查阅正交设计结果分析表得知：F0.1（2，8）=9.37，F0.05（2，8）=19.37，F0.01（2，8）=99.36。当影响因素的F值大于99.36内时，则试验条件下该因素对结果影响非常显著；当F值在19.37～99.36内时，该因素对结果影响显著；在9.37～19.37内时，该因素对结果影响稍小；如果F值小于9.37，该因素对结果影响较小[14-18]。根据以上规律，结合表4正交结果可知，4种因素的显著程度依次为分支长度、分支数量、分支角度、分支间距。关键因素是分支长度，分支数量、分支角度次之，分支间距对产能影响相对稍小。

3 分支参数优选

运用数模方法以采收率为评价指标，分析分支参数对SAGD开发效果影响大小，对比各方案提高采收率效果，优选出最佳井型参数。因分支井主井筒两侧泄油面积的增加程度要大于同侧分支，故将井型设计为异侧非对称分支。对分支井段长度优化时，结合现场实际情况，分别模拟50～250m共5个方案，设定分支数量为3条、分支角度为30°、分支间距为30m，时间为2年，模拟结果见图1、2。

图1 不同分支长度下的增油量Fig.1 Oil increase at different branch lengths

图2 不同分支长度下的采收率增长幅度Fig.2 Recovery increases of different branch lengths

由图2可知，增油量随着分支长度增加不断变大，当分支长度为250m时增油量达到峰值，但当分支长度超过150m后，采收率增幅开始变缓，增油量与峰值相差不大，因此，考虑到施工成本分支长度应选150m。

对分支井数量优化时，分别模拟1～5条共5个方案，设定分支长度为150m、分支角度为30°、分支间距为30m，结果见图3、4。

图3 不同分支数量下的增油量Fig.3 Oil increase under different branch number

图4 不同分支数量下的采收率增长幅度Fig.4 Recovery increases of different branches

由图4可知，增油量随着分支数量增加不断变大，但当分支数量超过3条后，采收率上升速度变缓，因此最佳分支数量应选3条。

对分支井与主井筒角度优化时，分别模拟15°～90°共6个方案，设定分支长度为150m、分支数量为3条、分支间距为30m，结果见图5、6。

图5 不同分支角度下的增油量Fig.5 Oil increase at different branch angles

图6 不同分支角度下的采收率增长幅度Fig.6 Recovery increases at different branch angles

由图6可知，增油量随着分支角度增加不断变大，分支角度为90°时增油量达到最大值，当分支角度超过30°时，采收率增幅开始变小，因分支井段与主井筒夹角对施工成本并无大影响，所以最佳分支角度应选90°。

对分支间距优化时，分别模拟30～150m共4个方案，设定分支长度为150m、分支数量为3条、分支角度为 90°，结果见图 7、8。

图7 不同分支间距下的增油量Fig.7 Oil increase under different branch spacing

图8 不同分支间距下的采收率增长幅度Fig.8 Recovery increases of different branch spacing

由图8可知，增油量随着分支间距增加不断变大，当分支间距为150m时，增油量和采收率均达到峰值，因此，最佳分支间距应选150m。

4 方案预测

以风城油田重十八井区为例，优化方案为分支长度150m，分支夹角90°，分支数量3条，分支间距150m。在原模型基础上模拟预测了10年，分析优化前后SAGD驱累计产油量及含水率变化规律。目标区块在实施井型优化后，累计产油量增加6247.6t，采收率达到53.4%，提高了12.7%，含水率平均降低8%～12%，提高产能增幅较大，优化效果较好。

图9为低物性段实施优化前后各模拟层采出程度对比结果，其中低物性段在第18小层，因第1～6模拟层未被蒸汽腔波及故未列出1～6层。

图9 分支参数优化前后各模拟层采出程度示意图Fig.9 Schematic diagram of mining degree of each simulated layer before and after branch parameter optimization

由图9可知，低物性段未实施优化前上部各模拟层采出程度较小，下部油层由于受到高温蒸汽超覆作用影响，温度升高使原油受热更充分，具有可流动性，又因原油重力的存在使其流动到下方的生产井被采出，所以靠近低物性段的小层采出程度较高。优化后低物性段上方各小层采出程度均有不同程度的增大，说明高温蒸汽突破低物性段使原油充分受热，黏度降低从而可以流动至生产井被采出。对低物性段采用分支井辅助并实施参数优化措施，主井筒两侧泄油面积有所增加，有利于蒸汽腔的扩展使蒸汽突破低物性段，并大幅缩短突破的时间使产能增加，提高油田的采收率，有利于分支井辅助SAGD低物性段的开发。