稠油热采油藏一体化设计研究与应用

董亮

辽河油田钻采工艺研究院 辽宁盘锦 124010

注汽是提高稠油油藏开发效果的有效技术。为了提高经济效益，应根据油藏特点和技术水平，优化油藏动态、注汽工艺和举升工艺。油藏动态优化设计是注汽工艺和举升工艺设计的基础。注汽工艺设计一方面是为了降低注汽井筒的热损失，提高注汽质量，另一方面为油藏动态设计提供准确的注汽参数。井筒举升效果的好坏直接关系到储层动态，除工艺配套优化外，注汽工艺和举升工艺对储层动态也有影响[1]。

1 设计原理

目前，注汽热采优化设计的主要方法是基于注汽过程、油藏动态和井筒举升过程。由于稠油热采机理复杂，注采过程可能与油藏动态不匹配，即注采井与油藏的质量能量不平衡，在设计和应用过程中会出现以下情况。首先，油藏工程不能充分考虑不同油田注汽工艺的实际情况，油藏动态研究中采用的蒸汽参数可能与实际的注汽参数不一致。二次开采过程可能与设计的储层参数不匹配。因为不能充分考虑设计在提升过程中流体动力的变化，当起重能力的提升过程不能满足储层流体产能，将失去蒸汽注入体积和储层产能，部分应该不能回收矿产资源，当起重设备产能储层流体的起重能力，可以对储层造成掠夺性开发，油藏工程设计目标无法实现，最终采收率将会降低。根据稠油注汽热采过程，动态模拟中使用的油藏井底蒸汽参数（蒸汽干度、流量等）应作为注汽过程模拟的输出，并根据井下条件（井底流动压力、产液能力、应作为注汽过程模拟的输出升汽过程设计应作为油藏动态模拟结果的输出。注汽过程与储层的耦合参数为注汽量和蒸汽量[2]。注汽率与井底流动压力和储层吸汽能力有关。蒸汽焓与注汽量、蒸汽干燥度、压力和温度有关。采油过程与储层的耦合参数为产液速度和产液量，产液量与储层压力、产液指数和井底流动压力有关，产液焓与含水率、温度和产液量有关。因此，为了保证注采过程与油藏动力学之间的质量、能量平衡，有必要将注采过程优化设计与油藏动力学模拟相结合进行综合研究。

2 设计模型

稠油热采储层与技术集成模拟是以成熟的注汽技术、储层动力学和举升过程优化设计技术为基础的。由于采用隐式井底流动压力进行油藏动态模拟，因此在油井生产过程中首先要确定产液量和井底流动压力，在注汽前要确定井底蒸汽的干度和注汽量。油藏模拟可以自动计算井底流量压力、生产指数、注水指数等参数。因此，重油热回收技术集成的设计是如何提供井口蒸汽干燥和注汽速度获得模拟储层注蒸汽过程的动态模拟，以及如何提供仿真结果的井底流动压力和流体生产起重过程（这些参数是由人类在单独的设计）。根据注采工艺设计和油藏模拟技术的特点，综合设计模型由以下耦合方程组成： 在模拟过程中，井底流压变量、注汽时和生产时计算公式如下所示：

式中：M1 为注汽期间油藏模拟算子模型；σ 为油藏模拟变量，包括油藏压力、温度、饱和度、各相各组分的摩尔分数；PI 为注汽时井底流动压力，MPa；X 为注汽时井底蒸汽干度；M2 为生产过程中的油藏模拟算子模型；PO 为生产过程中的井底流动压力，MPa；q 为生产过程中的日产液量，t/d。当已知井底流动压力、注汽速度和井口干度时，井底蒸汽干燥度和注汽井筒模拟变量可以通过试射法得到

式中： 算子模型m3 为模拟注汽过程；α 是模拟变量为注汽井筒，包括蒸汽压力，温度，干度等，当井底压力和生产指数、产液量是已知的，利用试射法可以得到油井产液量和井筒举升模拟量算子表示为

式中：算子模型M4 为模拟井筒举升工艺；模拟变量β 为井筒举升，包括井筒压力、温度等，对每种算法进行调整，通过油藏模拟、注汽工艺设计和筒举升设计得到σ，α，β 参数。Pi，Po，x，Q 的主要参数与注采过程和油藏动态相匹配，并采用同时求解的方法求解。式（1）-（4）输入模型结构、性能、注汽油管注汽量、井口蒸汽干燥速度、油藏压力、温度、孔隙度、渗透率、饱和度和通过对举升工艺管柱的结构、泵深、泵径、冲程、井口油压等参数的计算，可以同时模拟出注汽过程、油藏动态和井筒举升工艺。通过对注采工艺系统的效率分析和油田产量变化规律的研究，可以优化油藏工程方案和注采工艺，最大限度地提高注采系统的采油效率。这种综合设计方法不仅充分利用了现有注汽工艺、油藏动态和举升工艺设计技术，而且保证了注采工艺与油藏动态的耦合匹配[3]。

3 应用效果分析

将稠油热采储层与工艺一体化设计技术应用于红柳、孤岛、滨南、河口等油田稠油区块的双低单元综合治理及胜利油区重点试油试采井，优化设计达到95% 以上。如521 块油藏厚度大、层薄、净总比小，影响油藏的发育。以52-22 井为例，从馆陶组6 层注入18．5米。为了提高生产井的影响，建立了油藏与工艺一体化模型，并对第一周期生产动态进行了模拟。在此基础上，利用综合模型研究了注汽过程中井筒举升过程与油藏动态的关系，以及油井产量的预测效果。在注汽过程中，储层压力、含水饱和度和相对渗透率的连续变化影响注汽压力，注汽压力的变化对井底蒸汽干度有影响。因此，即使井口蒸汽干度不变，井底蒸汽干度也会因储层动态的影响而发生变化，这必然会影响油井的生产。如果不能考虑注汽过程随注汽时间的变化，可以考虑注汽过程的动态变化。

4 结语

稠油热采注采一体化设计技术建立了稠油热采、生产过程和油藏动态的综合耦合设计模型，确定了注汽过程、井筒采出过程与油藏动态之间的关系。现场应用表明，一体化设计方案更符合油田实际情况，结果更具针对性和可操作性。