淺薄層超稠油水平井蒸汽驅汽竄控制因素研究

楊元亮

(中國石化新疆新春石油開發有限責任公司，新疆 烏蘇 833300)

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淺薄層超稠油水平井蒸汽驅汽竄控制因素研究

楊元亮

(中國石化新疆新春石油開發有限責任公司，新疆 烏蘇 833300)

針對排601北區水平井網轉蒸汽驅后蒸汽突破導致油汽比低的現狀，運用數值模擬方法，結合油藏動態分析手段，研究了全水平井井網蒸汽驅突破影響參數和汽竄通道形成控制因素，明確了水平井汽竄通道3種模式(側峰型、雙峰型、中間單峰型)，制訂了“立足高溫、高液量、高含水”，“微汽竄采油、變速度注汽、間歇注汽試驗、氮氣泡沫調驅、井組封竄治理”等配套措施的調整方案。礦場試驗表明：該調整方案有效改善了蒸汽驅試驗井組蒸汽熱利用率、蒸汽波及系數和驅油效率，調整前后月度油汽比由0.12增加至0.27，達到了全水平井井網蒸汽驅提質增效的目的，為該類油藏后續轉蒸汽驅開發調控提供了技術支撐。

淺薄層超稠油油藏；數值模擬；水平井；汽竄通道；排601北區

0 引 言

排601北區蒸汽驅先導試驗區[1-3]是淺薄層低溫常壓超稠油油藏。試驗區開發層系為白堊系吐谷魯群組，含油面積為0.87 km2，石油地質儲量為104×104t，構造形態為向南東傾斜的單斜構造，構造平緩，傾角為1～2 °。埋藏淺，埋深為420～510 m。油層薄，有效厚度為5～7 m。儲層為單層3段結構[4]，粒度自下而上逐漸變細，粒序呈正韻律，縱向上分為3段：頂部為灰質細砂巖，中部為富含油細砂巖，底部為泥質充填礫巖，中部砂體為主力產層，孔隙度為32%～36%，滲透率為5 000×10-3～10 000×10-3μm2。儲層縱向非均質性較強，層內滲透率級差高達30倍[5]，弱速敏、中等偏弱水敏、無酸敏、弱堿敏，敏感性可使儲層滲透率降低40%。含油飽和度為65%，油藏溫度低，地層溫度條件下(28 ℃)脫氣原油黏度為5×104～9×104mPa·s，凝固點為10～16 ℃，壓力系數為1.0，地層水總礦度為34 911 mg/L，氯離子含量為21 380 mg/L，水型為氯化鈣型。試驗區共有蒸汽驅井6口，采油井23口井，觀察井3口，類反九點法井網，井距、排距均為100 m。

排601北區蒸汽驅先導試驗區首次采用全水平井井網裸眼篩管完井，成功開展了蒸汽驅。針對排601北區蒸汽驅階段含水高、汽竄井多、油汽比低的現狀，研究全水平井井網蒸汽驅突破影響參數、形成汽竄通道控制因素勢在必行，以改善水平井井網蒸汽驅開發效果。

1 水平井蒸汽驅數值模擬

1.1 蒸汽驅井組汽竄影響因素

為定量描述汽竄發生的速度和強度， 探索不同因素對汽竄特征的影響規律，進行蒸汽驅試驗井組數值模擬，引入汽竄時間和熱侵體積概念(汽竄時間：油藏從吞吐轉驅開始到汽竄發生所經歷的時間，用來刻畫汽竄發生速度；熱侵體積：描述汽竄程度的物理量，指在生產井發生汽竄時，地層中該時刻所有溫度高于生產井汽竄位置處溫度的井間總儲層體積占地層總體積的比值)。定量描述不同地質及開發因素對汽竄時間、熱侵體積的影響規律及程度。

1.1.1 數值模型的建立

建立基于排601北區油藏物性、流體參數、井網參數的數值模型，井網形式為排狀井網，水平井水平段長為200 m，井距、排距均為100 m。

考慮油藏開發方式及區塊大小、形狀等參數的限制，數值模擬采用了角點網格系統劃分網格。平面上每個網格步長設置為5 m，縱向上設置6層網格，每個網格步長為1 m，建立60×21×6網格系統，水平井設置在縱向上的第4層中。理論上，該網格系統能夠較準確地體現含水飽和度變化以及蒸汽驅不同時刻不同層位含汽飽和度變化等，能夠滿足油藏數值模擬的需要。模型中相滲曲線和黏溫曲線等都參照排601北區基礎數據進行設置。

1.1.2 參數敏感性分析

井組汽竄影響因素主要是地質因素和開發因素[6-7]，研究滲透率、含油飽和度、注汽速度、注汽溫度和注汽干度5個因素對汽竄時間、熱侵體積的影響[8-9]。

(1) 滲透率的影響。滲透率分別設置為3 000×10-3、5 000×10-3、7 000×10-3、9 000×10-3μm2，模擬汽竄特征(表1)。由表1可知：蒸汽突破時間隨著滲透率的升高而減小，滲透率越高，滲透能力越強，越容易在注采井間形成熱連通，蒸汽突破時間變短；隨著滲透率的增大，熱侵體積相應增大。

表1 滲透率、含油飽和度對汽竄時間、熱侵體積的影響

表2 注汽速度、溫度、干度對汽竄時間、熱侵體積的影響

(2) 含油飽和度的影響。含油飽和度分別設置為0.3、0.4、0.5、0.6，模擬汽竄特征(表1)。由表2可知，含油飽和度越高，汽竄時間越短，熱侵體積越小。其原因主要是地層條件下原油黏度高，原油流動性低，滲流阻力大，注入蒸汽推進不均勻，汽竄容易發生，導致熱侵體積相應減小。

(3) 注汽速度的影響。注汽速度分別設置為50、75、100、125 t/d，模擬汽竄特征(表2)。由表2可知：注汽強度越大，蒸汽腔越發育，溫度場越發育，注采井間生產壓差增大，流量增大，注入溫度和熱水更快到達生產井，汽竄時間變短，熱侵體積相應增大。

(4) 注汽溫度。注汽溫度分別設置為250、275、300、325 ℃，模擬汽竄特征(表2)。由表2可知，注汽溫度越高，汽竄時間越長，汽竄越不容易發生。由不同溫度下汽竄時間可知，溫度的影響較小。溫度越高，熱侵體積越大，即對地層加熱作用越強。

(5) 注汽干度。注汽干度分別設置為0.2、0.4、0.6、0.8，模擬汽竄特征(表2)。由表1可知，注汽干度越高，注入蒸汽攜帶能量越大，對地層原油加熱降黏作用越強，蒸汽在注入井和生產井間熱連通、汽竄越快，汽竄時間縮短，相應地層的熱侵體積增大。

1.2 蒸汽驅井組汽竄通道形成影響因素

(1) 井距的影響。為研究井距對蒸汽驅中汽竄的影響，建立了數值模型，中間設置一口生產井，兩側為注汽井，距生產井的距離分別為100、120 m。模擬表明，井距越小，越易發生汽竄。

(2) 儲層非均質性的影響。排601北區平面滲透率分布不均勻，中部滲透率較高，為5 000×10-3～10 000×10-3μm2。建立油藏非均質性對蒸汽驅汽竄影響的數值模型，設置高滲條帶滲透率為10 000×10-3μm2，其余滲透率為5 000×10-3μm2。模擬結果表明，儲層為非均質的情況下，蒸汽容易沿著高滲段竄進。

(3) 飽和度的影響。排601北區儲層為單層3段結構，縱向含油飽和度分布不均勻，開發鉆井過程中水平段含油飽和度分布不均。注入蒸汽沿含油飽和度較低層段推進，水平段吸汽不均，導致汽竄發生。建立P601-37、P601-39井鉆井軌跡及對應飽和度分布數值模型，模擬可知飽和度對汽竄通道形成產生了影響，蒸汽沿著飽和度小的井段竄進。

(4) 靶間距的影響。理論上兩井排間距離為100 m，由于造斜段等的存在，實際上水平井跟端靶點與趾端靶點的最短距離小于100 m。靶間距小的位置容易發生汽竄。

(5) 原油黏度的影響。原油黏度越高，越容易發生汽竄[10]。排601北區地下原油黏度為5×104～9×104mPa·s，原油可流動性低，易造成吸汽不均，發生汽竄。

1.3 汽竄通道模式分類

排601北區油層較薄且采取水平井單層開發，故忽略其縱向非均質性，主要采用數值模擬方法對不同平面非均質性情況下汽竄通道的形成和平面展布規律進行研究。水平井蒸汽驅注采井間汽竄通道的平面展布可分為3種類型：側峰型、雙峰型和中間單峰型。

(1) 側峰型。不存在高滲透條帶或者飽和度特別低的均質儲層，且注汽速度較低(通常小于100 m3/d)時汽竄通道在水平井跟端形成。不存在高滲透條帶或者飽和度特別低的非均質儲層，若水平井跟端區域滲透率高于趾端，則汽竄通道會在跟端形成；反之，則在趾端形成。在注入蒸汽作用下，汽竄通道在平面上不斷擴大，向水平段另一端逐漸推進，將地層原油不斷驅替并攜帶出地面(圖1)。

圖1 側峰型汽竄通道平面展布

(2) 雙峰型。不存在高滲透條帶或者飽和度特別低的均質儲層，在注入井注汽速度較高(通常大于100 m3/d)時，蒸汽沿水平井水平段跟端和趾端同時向生產井對應端竄進并形成汽竄。在注入蒸汽作用下，汽竄通道在平面上不斷從跟端、趾端向中間、邊部逐漸擴大(圖2)。

圖2 雙峰型汽竄通道平面展布

(3) 中間單峰型。存在高滲透條帶或者飽和度較低的非均質儲層，通常注入蒸汽會沿該對應層位向生產井竄進，形成汽竄通道。蒸汽沿水平井水平段中間的某個位置向生產井汽竄，在注入蒸汽的不斷作用下，汽竄通道在平面上不斷從中間向跟端和趾端逐漸擴大(圖3)。

圖3 中間單峰型汽竄通道平面展布

2 現場應用

排601北區于2012年8月轉蒸汽驅，驅替階段時間短，截至2014年6月，受效井17口， 綜合含水高達94%，單井日產油量為3.1 t/d，油汽比僅為0.12，其中，6口生產井蒸汽突破。2014年10月，根據文中研究成果采取措施[11-20]。實施了“立足高溫、高液量、高含水”，“微汽竄采油[11]、間歇注汽試驗[12]、氮氣泡沫調驅[13-14]、井組封竄治理[15]”等配套措施[21-29]的調整方案。截至2016年5月，綜合含水由93.5%下降至88.9%，日產油由45.9 t/d增至68.5 t/d，月度油汽比由0.12增加至0.27，開發效果得到明顯改善。

3 結論及認識

(1) 總結了排601北區蒸汽驅水平井井組汽竄規律，提出了汽竄通道的3種模式：側峰型、雙峰型、中間單峰型。

(2) 排601北區蒸汽突破時間與滲透率、含油飽和度、注汽強度、注汽干度正相關，與注汽溫度負相關；熱侵體積與滲透率、注汽速度、注汽溫度、注汽干度正相關，與含油飽和度負相關。

(3) 排601北區蒸汽驅汽竄通道形成與儲層非均質性、原油黏度正相關，與井距、靶間距、含油飽和度負相關。

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編輯 張耀星

20160602；改回日期：20160907

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”(2011ZX05011-002)

楊元亮(1967-)，男，高級工程師，《特種油氣藏》編委，1990年畢業于石油大學(華東)石油地質專業，2011年畢業于中國科學院礦物學、巖石學、礦床學專業，獲博士學位，現從事油氣藏開發研究和管理工作，出版專著1部。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.015

TE345

A

1006-6535(2016)06-0068-04