稠油火驅開發敏感性參數優化研究

2013-01-25 08:29:30焦保雷中石化西北油田分公司工程技術研究院新疆烏魯木齊830011

長江大學學報(自科版) 2013年20期

錢真，焦保雷（中石化西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830011）

陽磊，王川（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

稠油火驅開發敏感性參數優化研究

錢真，焦保雷（中石化西北油田分公司工程技術研究院，新疆烏魯木齊 830011）

陽磊，王川（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

火驅技術是稠油油藏蒸汽吞吐后期大幅度提高采收率技術之一，具備適用范圍廣、驅油效率高、成本低等優勢。轉火驅開發時井網的選擇、注氣速度和射孔位置等關鍵參數對采收率的提高有著重要影響。以新疆油田紅淺1井區火驅先導試驗區為例，基于正交設計和數值模擬技術對轉驅后的井網、注采參數以及地質參數進行了分析研究。研究發現，注氣速度在保證采油速度的前提下不宜過大；針對薄層油藏注氣井和生產井射孔部位可全部射開；地質參數對采油量影響比較大，實施開發前應對油藏地質情況進行全面的研究分析。

火驅技術；稠油油藏；井網優化；正交設計；數值模擬

新疆油田紅淺1井區稠油油藏目的層存在5°左右的地層傾角，油層中部埋深525m，中部原始地層壓力6.41MPa，原始地層溫度23℃，原始含油飽和度65%，平均油層厚度14m，平均孔隙度23%，平均滲透率700×10－3μm2，原油密度0.93g／cm3，50℃下平均脫氣原油黏度為800mPa·s。

該油藏經過20多年的開發，逐步進入蒸汽吞吐的高輪次階段，出現油井含水高，產能低，開采難度加大，產量遞減加快，開發效益下降等現狀，為了改善油藏整體開發效果，在試驗區經過一系列相關試驗后，發現該區塊在注蒸汽后期轉火驅開發［1］效果理想，可行性最高。該區塊經過井網加密調整，已形成100m井距正方形井網，平均單井日產液7.026t。

1 井網井距優化分析

在原井距為100m的正方形井網的基礎上可以轉換為以下幾種井網模型：①70m×100m反五點面積井網（100m交錯行列）；②100m正對行列；③100m×140m反九點面積井網；④140m×200m反九點面積井網。

選取火驅試驗區200m×200m一方形區塊，利用CMG數模軟件建立模型進行模擬研究。模型共劃分為21×21×7個網格，平面上網格步長為10m，縱向上為2m。正上方為地層上傾方向，傾角為5°。考慮到生產安全，設定生產井氧氣濃度［2］達到5%時關井。不同井網火驅數值模擬結果如表1所示。

表1 不同井網火驅數值模擬對比

為了維持較高的單井產量，取得較好的火驅效果，注采井距不宜過大或過小，應在一個合適的范圍內。當注采井距大于140m后，隨著注采井距的增大，注氣井到燃燒前緣的壓力損失逐漸增大；小于70m時火線前緣推進差異性大，易發生火竄，生產井在見效時間提前的同時，也較快的突破氧氣濃度而關井。

對于100m×140m反九點面積井網，生產井見效時間較快，火線前緣推進均勻，穩產時間較長，驅油效果好。前期單井日產油量較高，經濟效益好，能縮短投資回收期；后期剩余油分布均勻，在生產后期可再次形成其他形式的井網以保證火線前緣最大限度的向四周推進以提高最終采收率。因此在地層傾角較小的情況下，稠油油藏蒸汽吞吐轉火驅生產前期采用100m×140m反九點面積井網較為合適。

2 注氣速度優化分析

對于一個給定的井網，火驅過程中所需要的空氣總量取決于單位體積地層的耗氧量，以及火驅過程中的體積波及系數。其中耗氧量主要通過室內燃燒試驗測得，體積波及系數［3］為面積波及系數與垂向波及系數之乘積，也可以通過三維火驅物理模擬試驗獲得。

通過室內燃燒試驗，得到了單位地層耗氧量為272m3／m3。根據室內三維物理模型試驗測定燃燒帶波及體積及火線推進速度，結合國外礦場試驗結果，假定最大燃燒半徑時火線最大推進速度為0.04m／d，100m×140m反九點井網中單井所允許的最大注氣速度Vm可以根據以下公式［4］計算：

式中，a為注采井距，m；h為油層厚度，m；v為火線最大推進速度，0.04m／d；VR為燃燒所需空氣量，m3／m3。

較大的注氣速度能獲得較大的產油速度并縮短投資回收期，但當注氣速度過大時，容易造成火線舌進，降低平面波及率并使生產井快速突破氧氣濃度而關井。由式（1）可知100m×140m反九點面積井網中心單井最大注氣速度為65280m3／d。實際生產中，應在此條件下對注氣速度進行優化。

通過數值模擬計算100m×140m反九點面積井網在不同注氣速度下的開發指標可知，注氣速度較大時，火線前緣推進較快，在生產前期平均單井日產油量較高，之后生產井氧氣突破關井后平均單井日產油量降低，累產油增加幅度減小，采收率較低。當注氣速度較低時，火線前緣向四周緩慢的均勻推進，單井日產油量變化不大。從表2可知，在綜合考慮經濟條件和采收率的條件下，較為合適的最大單井注氣速度為15000～30000m3／d。

表2 不同注氣速度數值模擬對比

3 射孔井段優化研究

3.1 注氣井的射孔井段

100m×140m反九點面積井網，在注氣速度17000m3／d的條件下，生產井全射開，對注氣井射開油層上部（42%），油層中部（42%），油層下部（42%）和油層全射開［5］4種方案進行了分析研究，并作出了生產效果對比表（見表3）。模擬研究表明，注氣井射孔井段對火驅整體開發效果影響較小，但是油層段全射開注氣，見效時間最早，開發最好，因此對于薄層油藏注氣井全射開的開發效果較好。

3.2 生產井的射孔井段

反九點面積井網，注氣速度17000m3／d的條件下，注氣井全射開，對生產井射開油層上部（42%），油層中部（42%）油層下部（42%）和油層全射開4種方案進行了分析研究，并作出了生產效果對比表（見表4）。模擬研究表明，油層全部射開時見效較早，累計產油量和采收率最高，綜合效益較高，優化生產井油層全部射開。

表3 注氣井不同射孔位置開發效果表

表4 生產井不同射孔位置開發效果表

4 地質因素對火驅油藏開發的影響

為了研究地質因素對火驅油藏產量的影響，利用正交設計對滲透率、地層傾角、累產油和采出程度4個因素進行了分析，試驗結果如表5所示。通過分析可知，滲透率越大，流體流動性越好，累積產油量也越大；地層傾角對累產油量影響較大，氣體超覆和重力泄油［6］現象隨地層傾角的增大逐漸明顯，地層傾角較大時，上傾方向由于氣體超覆，生產井快速突破而關井，同時由于重力泄油作用，下傾方向生產井產油效果較好。正確處理與應用氣體超覆和重力泄油對采收率的提高有著重要意義。