薄層稠油蒸汽驅數值模擬研究

魏超平

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

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薄層稠油蒸汽驅數值模擬研究

魏超平

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

為解決林東館三塊薄層稠油油藏轉蒸汽驅后老井利用及注采參數優化的問題，利用區塊實際地質特征，建立油藏數值模擬模型，研究了薄層稠油油藏蒸汽驅中油、汽、水3相分布規律并優化最佳注汽強度，同時分析薄層和厚層蒸汽驅的不同點及原因。研究表明：薄層稠油油藏蒸汽驅過程中由于頂底蓋層熱損失嚴重，與厚層稠油油藏相比，蒸汽超覆不明顯，熱水驅的影響要遠大于蒸汽驅，蒸汽驅段只占30%左右，受水驅影響底部原油也能被動用；為保證蒸汽驅效果，薄層稠油油藏應加大注汽強度；對于林東館三塊油藏，目前老井均位于油藏上部，但蒸汽驅時仍可以繼續利用，其最佳注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)，不能直接采用中厚層稠油油藏蒸汽驅經驗進行設計。研究成果對薄層稠油油藏轉蒸汽驅設計具有重要的借鑒意義。

薄層稠油油藏；水平井；蒸汽驅；數值模擬；剩余油分布；勝利油田；林東館三塊油藏

0 引 言

蒸汽驅是稠油油藏大幅提高采收率的重要手段，其開發實踐主要在中厚層油藏[1-9]，對于這類油藏一般采用直井開發，井距為70～100m，例如遼河油田齊40、曙1-7-5等區塊，油層有效厚度均在30m以上，而目前對薄層稠油油藏進行蒸汽驅開發的實踐和研究卻很少。勝利油田對具有蒸汽驅潛力的薄層稠油油藏已部署了水平井井網，部分油藏通過多輪次蒸汽吞吐后，壓力已經下降到了5MPa以下，滿足轉蒸汽驅的壓力要求，并且目前蒸汽吞吐生產周期日產油及油汽比都比較低。如何有效地對薄層稠油油藏進行蒸汽驅，是一個亟待解決的問題。

1 薄層稠油油藏蒸汽驅研究

1.1 模型建立

若采用物理模型研究方法，由于油層太薄，對于6m以下的油層，三維物理模型很難在縱向上放置3個探針研究油汽水縱向上的分布規律，故文中研究主要采用數值模擬完成。模型參數設置以區塊實際地質和開發狀況為準：模型大小為36×15×5，模型步長為10m×10m×1m，孔隙度為31%，含油飽和度為56%，滲透率為1 250×10-3μm2，2口水平井井距為150m，水平段長度為200m，位于油層上部，即模型的第1層(圖1)，生產中采用先蒸汽吞吐后轉蒸汽驅的開采模式，當壓力下降至4.5MPa時轉蒸汽驅，注入井井底蒸汽干度為0.5，巖石流體的熱物理性質參考中國石油大學蘇玉亮教授測定值[10-12]。

圖1 薄層水平井蒸汽驅模型

1.2 研究成果

1.2.1 薄層稠油油藏蒸汽驅主要受水驅影響

(1) 大部分孔隙體積內沒有汽相，只有油水兩相。模型中以油汽比0.1作為蒸汽驅的截止條件。當蒸汽驅結束時，地層流體體積為7.94×104m3，蒸汽腔體積為0.95×104m3，占總流體體積的12.0%。從面積上看，由于蒸汽超覆作用，模型中第1層蒸汽所占的面積最大，但只占整個層的39.6%(圖2)。數據表明：在蒸汽驅的經濟有效期內，大部分孔隙沒有蒸汽，只有油水兩相，油藏主要是受蒸汽冷凝的熱水驅動。

(2) 剩余油分布規律主要受水驅影響。由于油、汽、水密度的差異，蒸汽驅和熱水驅對剩余油分布的影響也不一樣[13-20]。以圖2中第1、2、3號點處縱向上剩余油飽和度為例，在1號點由于離注汽井比較近，蒸汽飽和度比較高，此區域主要受蒸汽超覆影響，縱向上向下剩余油飽和度變高(表1)。蒸汽接著向2號點推進，由于蒸汽熱損失，一部分蒸汽變成熱水，此區域受蒸汽超覆影響的同時也受熱水驅影響，縱向上向下剩余油飽和度先變高(蒸汽超覆影響)后變低(水驅影響)。蒸汽在驅動力的作用下繼續向前，隨著蒸汽熱量的散失，干度進一步降低，直至變成熱水，蒸汽影響消失，熱水驅是生產井附近的驅油方式，縱向上向下剩余油飽和度變低。不同于中厚層稠油油藏上部剩余油飽和度低、下部高的特點，薄層稠油油藏下部剩余油飽和度低、中部高，蒸汽驅時剩余油分布受熱水驅影響明顯。

圖2 蒸汽驅結束時第1層含汽飽和度場

層號剩余油飽和度1號點2號點3號點小層平均第1層0.21730.23500.51560.4823第2層0.21970.23860.48190.4832第3層0.22190.25440.42760.4926第4層0.22220.38820.34780.4906第5層0.24050.28230.26930.4545

林東館三塊水平井雖然大部分位于油藏中上部，但在蒸汽驅過程中，熱水驅的影響大于蒸汽驅，特別是在生產井附近，受水驅影響，底部原油仍能得到動用。

1.2.2 薄層稠油油藏蒸汽驅注汽強度

模型設定儲層有效厚度為5、15m，對比厚、薄2種不同油藏開發效果，可以得出以下結論：①不論薄層稠油油藏還是厚層稠油油藏，隨著注汽速度增加，熱損失均下降[21-24]，但薄層稠油油藏的熱損失為厚層的2倍左右，當注汽速度為7t/h時，薄層熱損失率(熱損失率=頂底蓋層熱損失量/凈注入量)為64.6%，厚層為33.8%。②薄層稠油油藏需要更大的注汽強度(圖3)。由圖3可知，隨注汽強度增加，薄層稠油油藏采收率增加明顯，當注汽強度為1.22t/(d·hm2·m)時，采收率為28.4%，當注汽強度為2.05t/(d·hm2·m)時，采收率能達到35.8%，兩者相差7.4%，其最優的注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)，而厚層稠油油藏最優值為1.6t/(d·hm2·m)。薄層稠油油藏需要更大的注汽強度，以降低熱損失，從而達到較高的采收率。

圖3 不同注汽強度下厚、薄層油藏采收率

薄層稠油油藏不能完全按照中厚層的參數進行蒸汽驅設計，薄層稠油油藏由于井距大、熱損失大，其注汽強度應該大于中厚層油藏。

1.2.3 薄層稠油油藏蒸汽驅驅油模式

根據數值模擬計算結果分析，薄層稠油油藏蒸汽驅模式為：通過蒸汽把注入井周圍的原油推向生產井一側，然后由熱水把原油推進井底。整個驅油過程沿注入井到生產井分為3段：蒸汽驅、蒸汽及熱水驅、熱水驅；縱向上(向下)剩余油分布規律也分為3段：增加、先增加后降低、降低(圖4)。與中厚層相比，薄層稠油油藏蒸汽驅段較短，約占30%左右，縱向上受蒸汽超覆作用影響小，下部剩余油飽和度低。

圖4 薄層蒸汽驅驅油模式及剩余油飽和度分布規律

1.3 礦場驗證

勝利油田西部油區P塊，油藏埋深為420～610m，有效厚度為2～8m，同樣屬于薄層稠油油藏。2010年開始采用水平井開發，井距為100m，轉蒸汽驅前壓力為3.4MPa，采出程度為15.2%。2012年底采用反九點井網進行蒸汽驅。區塊取心井化驗分析和實際開發動態研究表明，上述數值模擬理論研究成果與礦場實際一致。

2013年設計密閉取心井G3，目的為分析蒸汽驅驅替狀況。該井與最近注汽井P36井相距90m，與最近采油井P50井相距35m，取心前P36井累計注汽2.7×104t。由含油飽和度分析可知，上部、中部和下部剩余油飽和度分別為77.7%、66.0%、56.1%，取心點所在位置的剩余油分布規律與上述薄層稠油油藏蒸汽驅驅油模式中熱水驅段一致(圖4)。

全區含水高，分析認為實為熱水竄，而非汽竄。P27井井底流壓為2MPa，日產液為51t/d，生產井附近要形成蒸汽，井口溫度至少需要達到138 ℃，而實際井口溫度為112 ℃，對比表明，靠近生產井一側實際為熱水驅。區塊注汽過程中采用高干度鍋爐，蒸汽出口干度在90%以上，并且全程實施保干度處理，在注汽井周圍能形成蒸汽驅。區塊驅替過程和薄層稠油油藏蒸汽驅驅油模式中“蒸汽驅、蒸汽及熱水驅、熱水驅”3段一致。

全區初始注汽強度為1.5t/(d·hm2·m)，含水上升快、日產油能力低，蒸汽驅開發效果差。2014年6月，注汽強度升至2.2t/(d·hm2·m)，蒸汽驅效果變好。如P11井組，初期日注汽為67t/d，后期日注汽提高至96t/d后，受效油井P12井日產油由1.2t/d提高至15.5t/d，含水由88.4%下降至58.2%。這說明，薄層蒸汽驅確實需要更大注汽強度。

2 林東館三塊薄層稠油蒸汽驅設計

在精細油藏描述的基礎上，采用建模數模一體化技術、利用歷史擬合后的模型對區塊進行蒸汽驅設計：利用目前水平井采用反九點井網進行蒸汽驅，設計注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)，平均單井注汽速度為10.9t/h；同時結合勝利油田中二北化學蒸汽驅成功的先例，設計在蒸汽驅3a后、區塊含水達到85.9%時，轉N2泡沫輔助蒸汽驅，預測最終采收率為47.1%，比蒸汽吞吐到底的開發方式采收率提高19.5%。

3 結 論

(1) 薄層稠油油藏蒸汽驅，由于頂底蓋層熱損失大，熱水驅的影響要遠大于蒸汽驅，即薄層稠油油藏蒸汽驅過程中熱水驅為主要驅動類型。

(2) 為了充分加熱油層，抵消頂底蓋層熱損失過大造成的影響，相比厚層稠油油藏，薄層稠油油藏需要更大的注汽強度來提高蒸汽驅的開發效果。

(3) 薄層稠油油藏蒸汽驅驅油模式中驅油過程分為3段：蒸汽驅、蒸汽及熱水驅、熱水驅；縱向上(向下)剩余油分布規律也分為3段：增加、先增加后降低、降低。與厚層稠油油藏相比，蒸汽驅段較短。

(4) 林東館三塊轉蒸汽驅后，即使目前水平井均位于油藏中上部，油藏底部原油仍能得到動用，其合理注汽強度為2.0t/(d·hm2·m)。

[1] 趙洪巖.遼河中深層稠油蒸汽驅技術研究與應用[J].石油鉆采工藝，2009，31(1)：110-114.

[2] 李卉，李春蘭，趙啟雙，等.影響水平井蒸汽驅效果地質因素分析[J].特種油氣藏，2010，17(1)：75-77.

[3] 任芳祥，孫洪軍，戶昶昊.遼河油田稠油開發技術與實踐[J].特種油氣藏，2012，19(1)：1-8.

[4] 袁明琦.王莊油田強水敏性稠油油藏開發方式研究[J].大慶石油地質與開發，2006，25(6)：56-58.

[5] 周鷹，宋陽，孫洪安，等.稠油油藏轉蒸汽驅開采的特殊性分析[J].特種油氣藏，2009，16(2)：62-66.

[6] 陳杰，錢昱，李士平.葡南葡淺12區塊蒸汽驅礦場試驗[J].大慶石油地質與開發，2007，26(5)：68-71.

[7] 蔣生健.齊40塊中深層稠油蒸汽驅技術研究及其應用[D].大慶：大慶石油學院，2008.

[8] 任芳祥，周鷹，等.深層巨厚稠油油藏立體井網蒸汽驅機理初探[J].特種油氣藏，2011，18(6)：61-65.

[9] 任芳祥.油藏立體開發探討[J].石油勘探與開發，2012，39(3)：320-325.

[10] 蘇玉亮，高海濤.稠油蒸汽驅熱效率影響因素研究[J].斷塊油氣田,2009,16(2)：73-74.

[11] 程紫燕.勝利油田稠油熱采數值模擬研究進展[J].油氣地質與采收率，2010，17(6)：71-73.

[12] 韓梅.曙一區杜84塊SAGD開發三維建模和數值模擬研究[J].石油地質與工程，2010，24(3)：43-45.

[13] 程忠釗，李春蘭，等.稠油油藏水平井蒸汽驅合理井網形式研究[J].特種油氣藏，2009，16(3)：55-58.

[14] 廖廣志，羅梅鮮，石國新.蒸汽驅密閉取心實踐及認識[J].石油勘探與開發，1994，21(1)：75-81.

[15] 高永榮，閆存章，劉尚奇，等.利用蒸汽超覆作用提高注蒸汽開發效果[J].石油學報，2007，28(4)：91-94.

[16] 束青林，王宏，孫建芳.孤島油田稠油油藏高輪次吞吐后提高采收率技術研究與實踐[J].油氣地質與采收率，2010，17(6)：61-64.

[17] 趙金亮.孤氣9斷塊蒸汽驅技術研究[D].東營：中國石油大學，2010.

[18] 邵先杰.河南油田低品位稠油油藏蒸汽吞吐后進一步提高采收率研究[J].大慶石油地質與開發，2005，24(6)：84-86.

[19] 賴令彬，潘婷婷，胡文瑞，等.基于蒸汽超覆的稠油蒸汽驅地層熱效率計算模型[J].重慶大學學報，2014，37(5)：90-97.

[20] 王敬，劉慧卿，王增林，等.稠油油藏熱力泡沫復合驅數值模擬研究[J].特種油氣藏，2011，18(5)：75-78.

[21] 宋志學，鄭繼龍，陳平，等.稠油蒸汽驅三維物模實驗影響因素分析[J].應用科技，2014，41(3)：73-76.

[22] 劉薇薇，劉永建，王明學.大慶西部稠油水平井蒸汽驅數值模擬研究[J].科學技術與工程，2011，11(20)：4762-4766.

[23] 唐亮.遼河油田杜229塊蒸汽驅技術研究[D].大慶：東北石油大學，2010.

[24] 史海濤，王朔，呂楠，等.超稠油水平井蒸汽驅技術參數優化研究[J].特種油氣藏，2015，22(4)：121-124.

編輯 張耀星

20160215；改回日期：20160509

中國石油化工集團公司重點科研項目“水平井蒸汽驅提高采收率關鍵技術研究”(P12123)

魏超平(1982-)，男，工程師，2005年畢業于大慶石油學院石油工程專業，2008年畢業于俄羅斯國立古伯金石油天然氣大學油氣田開發專業，獲碩士學位，現主要從事稠油熱采開發研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.04.027

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