直井-水平井SAGD低物性段酸压对提高采收率幅度研究

2020-09-09周志军暴赫

当代化工 2020年8期

周志军暴赫

摘要：在辽河油田超稠油油藏SAGD开发后期，受低物性段隔夹层阻挡作用，蒸汽腔发育迟缓、纵向扩展受限导致产量下降。针对这一问题，可采用直井辅助水平井SAGD开发和对低物性段酸压等手段改善渗透率、促使蒸汽突破低物性段从而进一步提高采收率。本文结合现场数据建立数值模型，采用正交设计法分析不同裂缝参数对产能的影响顺序，依次为裂缝长度、裂缝数量、裂缝宽度、裂缝间距。同时采用控制变量法分析不同裂缝参数对产能的影响并优选出适合目标区块的最佳裂缝参数，裂缝长度160 m，裂缝数量5条，裂缝宽度9 mm，裂缝间距90 m。并对优化方案进行了模拟预测，结果表明：目标区块累计产油量增加5 928.6 t，采收率提高12.2%，累计油气比达到0.228，含水率平均降低8%～12%，研究成果对直井辅助水平井SAGD低物性段开发和提高后期采收率提供了理论指导。

关键詞：SAGD;低物性段;直井水平井;裂缝参数;正交设计;参数优化

中图分类号：TE 341 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2020）08-1745-05

Abstract： In the late stage of the SAGD development of super-heavy oil reservoir in Liaohe oilfield， due to the blocking effect of low-physical interlayer， the steam chamber was stunted and the vertical expansion was limited， resulting in the production decline. To solve this problem， vertical Wells can be used to assist the development of SAGD in horizontal wells and acid fracturing in low physical properties section to improve permeability and promote steam breakthrough in low physical properties section so as to further enhance recovery. In this paper， a numerical model was established based on the field data， and the influence order of different fracture parameters on productivity was analyzed by using the orthogonal design method， which was fracture length， fracture number， fracture width and fracture spacing. At the same time， the control variable method was used to analyze the influence of different fracture parameters on productivity and to optimize the optimal fracture parameters suitable for the target block. The optimal fracture parameters were determined as follows： the fracture length 160 m， the number of fractures 5， the width of fractures 9 mm， and the spacing of fractures 90 m. The results showed that the cumulative oil production in the target block increased by 5 928.6 t， the recovery rate increased by 12.2%， the cumulative oil/gas ratio reached 0.228， and the water content decreased by 8%～12% on average. The research results provide theoretical guidance for the SAGD development of low-physical section and the improvement of the recovery rate in the later period.

Key words： Steam assisted gravity drainage; Low physical property segment; Vertical well and horizontal well; Fracture parameters; Orthogonal design; Parameter optimization

辽河油田属超稠油油藏，同时存在低物性段，原油黏度高、凝固点高、埋藏浅、地层温度低，初期采用蒸汽吞吐方式进行开采。随着吞吐周期的增加油井暴露出许多问题，如产量递减快、油气比低等特点，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，开发效果变差，随后开展了直井辅助水平井SAGD开发低物性段方面的研究，取得初步成效。但是目前国内外对开发参数优化的研究主要采用单变量控制法，不能得出各因素对生产结果的影响顺序，难以准确地指导现场实际生产及后期进行措施调控[1-7]。因此在进行单变量控制分析前，还需采用正交设计法研究各因素对生产结果的影响敏感性，确定合理的优化措施以提高开发效果[8-11]。本文首先结合现场数据建立数值模型，采用正交设计法和方差分析得到裂缝参数对井组产能敏感性大小和影响顺序，然后以采收率和累计油气比优选出最佳裂缝参数并进行了方案预测，优化效果较好，为直井辅助水平井超稠油SAGD开发及提高采收率提供了理论指导。

1 SAGD模型建立

以辽河油田杜84块为目标区块建立模型，采取1口水平井生产、4口直井注气的布井方式，水平井段长500 m，距油层底部14 m，与直井间距为 40 m，直井间距为60 m。模型网格划分如下：X方向为15 m×60=900 m，Y方向为5 m×40=200 m，Z方向为1 m×35=35 m，总网格数60×40×35=84 000个。目标区块低物性段平均渗透率为200 mD，酸压后闭合裂缝的渗透率达到350 mD，模拟计算的热物性参数取值见表1。

2 正交分析下裂缝参数对SAGD产能的影响

2.1 正交设计因素及水平确定

正交设计是将所选因素合理安排，进行最少次数试验的同时保证结论的准确性，用直观分析与方差分析得到各因素影响关系[12-16]。

通过极差能够得出各因素对试验结果的影响大小和顺序，R越大，表示该因素对试验影响越大，R越小则影响越小。

直观分析法可确定各因素对试验结果的影响大小和最优取值，但不能判断出影响的显著程度及区分主、次要影响因素，但方差分析可以做到。考虑因素和误差引起的变异，方差的求解步骤如下：

2.3 正交试验结果分析

直观分析结果如表4所示。

由表4可知，4种因素的极差排序为：裂缝长度>裂缝数量>裂缝宽度>裂缝间距，裂缝长度对低物性段产能影响程度最大，裂缝数量次之，裂缝宽度和裂缝间距影响相对稍小。方差分析结果见表5。

经查阅得知：F0.1（2，8）=9.37，F0.05（2，8）=19.37，F0.01（2，8）=99.36[17-22]。根据上述规律对正交结果分析可知，4种因素的显著程度依次为裂缝长度、裂缝数量、裂缝宽度、裂缝间距。两种分析方法得到影响因素对试验结果作用程度和顺序一致，从试验结果角度说明设计的正交试验是合理的。

3 裂缝参数优化

在原模型上以采收率和累计油气比为评价指标对SAGD裂缝参数进行优化。

对裂缝长度优化时，根据现场地质资料利用软件依次模拟40～200 m共5个方案，设定裂缝数量为3条、裂缝宽度为8 mm、裂缝间距为60 m，时间为3年，模拟结果如图1所示。

由图1可知，采收率和累计油气比随着裂缝长度的增加而变大，但当裂缝长度超过160 m后二者均不再增加，而且裂缝长度增加的同时也伴随施工成本的增加，因此最佳裂缝长度应选用160 m。

对裂缝井数量优化时，分别模拟1～7条共7个方案，设定裂缝长度为160 m、裂缝宽度为8 mm、裂缝间距为60 m，结果如图2所示。

由图2可知，采收率和累计油气比随着裂缝数量增加不断变大，但当裂缝数量超过5条后，二者几乎不再增加，因此最佳裂缝数量应选5条。

对裂缝宽度优化时，分别模拟7～11 mm共5个方案，设定裂缝长度为160 m、裂缝数量为5条、裂缝间距为60 m，结果如图3所示。由图3可知，采收率和累计油气比随着裂缝宽度增加而增大，当裂缝宽度超过9 mm后，采收率增长不大且累计油气比不再变化，因此最佳裂缝宽度应选9 mm。

对裂缝间距优化时，分别模拟30～120 m共4个方案，设定裂缝长度为160 m、裂缝数量为5条、裂缝宽度为9 mm，结果如图4所示。由图4可知，采收率和累计油气比随着裂缝间距增加而增大，当裂缝间距超过90 m后二者增长变缓，考虑到裂缝间距太大会影响裂缝数量而太小会影响产量，因此最佳裂缝间距选为90 m。

4 裂缝优化方案预测及分析

优化方案为裂缝长度160 m，裂缝数量5条，裂缝宽度9 mm，裂缝间距90 m。利用原模型进行预测10年，目标区块在实施参数优化后累计产油量增加5 928.6 t，SAGD采收率达到52.9%，较之前提高了12.2%，累计油气比达到0.228，含水率平均降低8%～12%，提高采收率效果较好。

图5为低物性段实施优化前后各模拟层采出程度对比结果表征图，其中低物性段在第14小层。

由图5可知，低物性段优化前 SAGD 的开发效果不理想，优化后对 SAGD 改善作用较大。实施优化前上部各模拟层采出程度较小，趋势为随层数增加而增大，优化后上部各小层采出程度增幅较大，说明原油受热充分使黏度降低更易流动。下部油层受到高温蒸汽超覆作用影响使原油受热更充分，因重力的存在更易流向生产井被采出。对低物性段采取酸压措施，注入的蒸汽能够通过裂缝与上部油层进行交换作用又可以通过周围无夹层区域进行热流交换，波及面积增大，驱油效率提高，促使蒸汽腔垂向发育使蒸汽突破低物性段，且随着油田开发的进行，原油黏度逐渐降低从而能够更加高效地流向井底被采出，提高了油田储量的动用效果，有利于直井辅助水平井SAGD的开发。

5 结论

1）根据正交设计法设计出16个方案，运用直观分析和方差分析得出不同裂缝参数对SAGD产能影响顺序，依次为裂缝长度、裂缝数量、裂缝宽度、裂缝间距。

2）以采收率和累计油气比为评价指标对目标区块裂缝参数进行优选，应用控制变量法得出目标区块最佳裂缝参数依次为：裂缝长度160 m，裂缝数量5条，裂缝宽度9 mm，裂缝间距90 m。

3）对裂缝参数优化后的方案进行了预测，目标区块累计产油量增加5 928.6 t，采收率达到52.9%，累计油气比达到0.228，含水率平均降低8%～12%，提高采收率效果较好。

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