考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質平衡方法及其應用

李娜

(中海油研究總院，北京 100028)

考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質平衡方法及其應用

李娜

(中海油研究總院，北京 100028)

稠油油藏流體滲流存在啟動壓力梯度，結合非達西滲流理論，建立了考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采物質平衡方法，給出了考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采采收率計算公式。通過實例計算分析了啟動壓力梯度、加熱半徑、泄油半徑對蒸汽吞吐熱采采收率的影響。研究結果表明，稠油蒸汽吞吐熱采采收率隨啟動壓力梯度的增加近似呈線性規律下降；隨加熱半徑的增加和井距的減小而增加。

啟動壓力梯度；加熱半徑；泄油半徑；蒸汽吞吐；采收率；物質平衡方法

隨著油田開發的深入和技術的發展，稠油投入開發的比例越來越大，尤其是特稠油的有效開發動用是油田開發的一個重要發展方向。 與常規油藏相比，稠油油藏原油的基本滲流規律不符合經典的達西定律。其主要原因是滲流中固、液相互作用明顯，導致滲流時只有在壓力梯度大于啟動壓力梯度時，流體才發生流動。多位學者對稠油啟動壓力梯度進行了研究，隨著稠油黏度的增大，啟動壓力梯度亦增大[1～5]。因此，對于稠油，尤其是特稠油及超稠油，啟動壓力梯度是開發中必須考慮的一個重要因素。

熱采采收率是開發方案設計的一個關鍵參數，行業標準SY/T 5367—2010中給出了蒸汽吞吐采收率預測的經驗公式，該方法是基于多個實際開發稠油油田數據經統計分析而建立的。從該公式可知，熱采采收率與油藏埋深、有效厚度和原油黏度等參數有關，而作為稠油開發重要影響因素的啟動壓力梯度并未考慮在內。

筆者考慮啟動壓力梯度的影響，結合非達西滲流理論和物質平衡原理，建立了稠油蒸汽吞吐熱采物質平衡方法，可用于蒸汽吞吐熱采采收率的預測。與經驗公式相比，所建立的方法是基于物質平衡原理的理論方法。以建立的方法為基礎，對影響稠油蒸汽吞吐熱采采收率的幾個關鍵參數進行了分析，明確了啟動壓力梯度對蒸汽吞吐熱采采收率的影響，可為稠油熱采開發效果預測提供支撐。

1 考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質平衡方法

1.1 基本假設

假設稠油地層中有一口蒸汽吞吐定向井，經多輪次蒸汽吞吐后衰竭生產直至廢棄。因稠油尤其是特稠油溶解氣油比相對較小，且原油飽和壓力低，因此建立方法未考慮溶解氣驅的影響。因稠油熱采一般遠離邊底水，在建立方法中未考慮天然水驅，僅考慮蒸汽注入所補充的部分能量。邊底水驅和溶解氣驅可以在該文方法基礎上進行擴展。筆者所建立的方法假設注入蒸汽可均勻注入地層，且不考慮蒸汽干度及相關參數的影響。

1.2 生產過程分析

圖1 稠油蒸汽吞吐熱采溫度壓力分布示意

如圖1所示，在稠油蒸汽吞吐熱采后，泄油范圍可劃分為2個區[6，7]。在加熱半徑范圍內為線性流區，因蒸汽溫度的加熱，地層原油黏度大幅降低，該區可近似為常規油藏，不考慮啟動壓力梯度。驅動能量包括地層壓力下降而引起的彈性驅和人工注入蒸汽保留在地下部分的水壓驅動。在加熱半徑范圍外為非線性流區，因稠油未被蒸汽加熱，存在啟動壓力梯度，該區驅動能量僅為因地層壓力下降而引起的彈性驅。與常規彈性驅不同，受啟動壓力梯度的影響，彈性開發結束后地層中各點壓力不等，應滿足驅替壓力梯度與啟動壓力梯度相等[8]。易得極限泄油范圍內任一點地層壓力為：

p(r)=pwf+Gr(0

(1)

式中：p(r)為地層內任意點處的地層壓力，MPa；pwf為開發井的最低井底流壓，MPa；G為啟動壓力梯度， MPa/m；r為泄油范圍內任一點到井點的距離，m；rlim為極限泄油半徑，m。

令式(1)中p(r)=pi，則:

(2)

式中:Δp=(pi-pwf)，MPa;pi為原始地層壓力，MPa。

極限泄油半徑與加熱半徑之和為理論泄油半徑。實際若為多井吞吐，實際泄油半徑可由實際井網參數計算，可取為井距之半或等效泄油面積對應的半徑。當實際泄油半徑大于理論泄油半徑時，井間存在不流動區，泄油半徑取為理論泄油半徑。當實際泄油半徑小于理論泄油半徑時，泄油半徑取為實際泄油半徑。

1.3 物質平衡方法建立

對于線性流區，考慮彈性驅和水壓驅動，根據通用物質平衡方程：

(3)

加熱半徑范圍內動用地質儲量可由容積法進行計算：

(4)

式(3)中的第二部分即為留存在地下的水量，在無現場實際注入及采出水量數據時，可由容積法通過下式計算：

(5)

式中：r1為加熱半徑，m；h為油藏有效厚度，m；φ為油層有效孔隙度，1；Sor為蒸汽吞吐加熱范圍內平均殘余油飽和度，1。

對于非線性流區，僅存在彈性驅，因沒有蒸汽加熱，地層原油黏度高，應考慮啟動壓力梯度的影響。

常規計算方法的壓力降為Δp，考慮啟動壓力梯度后，泄油范圍內任一點壓力降為(Δp-Gr)，即啟動壓力梯度的存在減少了地層壓力降，從而減少了彈性驅油量。平均地層壓力降可通過積分計算并對常規計算公式中的Δp進行如下修正[9，10]。

定義M為壓差校正系數：

(6)

平均地層壓力可通過如下積分求得：

(7)

將式(7)代入式(6)，可得壓差校正系數M：

(8)

則對于非線性流區，物質平衡方程修正為：

(9)

式中：Np2為非線性流區內可采儲量，m3；N2為非線性流區內動用地質儲量，m3。

其中，非線性流區內動用地質儲量N2可通過容積法計算：

(10)

由于Np=Np1+Np2，代入式(3)和式(9)，可得:

(11)

式(11)即為考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質平衡方法計算可采儲量的公式。經過推導，可得采收率計算公式如下：

(12)

式中：ER為蒸汽吞吐熱采采收率，%。

2 算例分析

以某稠油油藏A的主要參數為基礎，采用筆者建立方法進行算例計算，并分析影響蒸汽吞吐熱采采收率的關鍵參數。

算例采用參數如下：ct=15×10-3MPa-1,pi=10MPa,pwf=3MPa,Boi=1.1,Bo=1.05,G=0.08MPa/m,r1=30m,rd=100m,h=15m,φ=0.35。

同時，以如上參數為基礎，建立了CMG機理模型(100m徑向模型)，通過模擬預測，蒸汽吞吐采收率可達21.5%。因CMG軟件中不能考慮啟動壓力梯度的影響，與采用筆者方法在啟動壓力梯度為0時計算的20.8%具有可比性，證明了筆者方法的可靠性。筆者方法在考慮啟動壓力梯度后，預測的采收率為15.4%，與通過實際油田類比和動態參數預測的采收率較為接近，證明了筆者方法的合理性。

圖2 啟動壓力梯度對采收率的影響 圖3 加熱半徑對采收率的影響

圖4 泄油半徑對采收率的影響

2.1 啟動壓力梯度對采收率的影響

不同啟動壓力梯度下的采收率如圖2所示。當不考慮啟動壓力梯度時，采收率可達20.8%，隨著啟動壓力梯度的增加，采收率近似呈線性規律下降，啟動壓力梯度每增加0.02MPa/m，采收率下降2.5%左右，可見啟動壓力梯度是稠油熱采采收率重要的影響因素之一，應在稠油熱采開發方案設計中予以考慮。

2.2 加熱半徑對彈性采收率的影響

不同加熱半徑下的采收率如圖3所示，可以看出，采收率隨加熱半徑的增加而增加。這主要是因為隨著加熱范圍的增大，泄油范圍內啟動壓力梯度的影響逐漸減少。實際開發過程中，應盡可能增加加熱半徑，以降低啟動壓力梯度對稠油熱采開發的不利影響。

2.3 泄油半徑對采收率的影響

不同泄油半徑下的采收率如圖4所示，隨著泄油半徑的增加，采收率下降。由于泄油半徑近似為井距之半，因此，可以看出，對于稠油熱采，減小井距可以提高熱采開發效果，這已在開發生產實踐中得到證實。

3 結論

1)所建立的考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采物質平衡方法，給出了考慮啟動壓力梯度的蒸汽吞吐熱采采收率理論計算公式。

2)隨著啟動壓力梯度增加，稠油蒸汽吞吐熱采的采收率近似呈線性規律下降，啟動壓力梯度是稠油熱采采收率重要的影響因素，在稠油熱采開發方案設計中應予以考慮。

3)稠油蒸汽吞吐熱采的采收率隨加熱半徑的增加和井距的減小而增加。應盡可能增加加熱半徑，減小井距，從而減小啟動壓力梯度對稠油熱采開發的不利影響。

[1]王子強，張代燕，楊軍.普通稠油油藏滲流特征實驗研究[J].石油與天然氣地質，2012,33( 2): 302～306.

[2]汪全林，唐海，呂棟梁.低滲透油藏啟動壓力梯度實驗研究[J].油氣地質與采收率，2011, 18( 1) : 104～106.

[3]閆慶來，何秋軒，尉立崗.低滲透油層中單相液體滲流特征的實驗研究[J].西安石油學院學報，1990, 5( 2): 1～6.

[4]宋付權，劉慈群，李凡華.低滲透介質含啟動壓力梯度一維瞬時壓力分析[J].應用數學和力學，1999, 20( 1): 25～32.

[5]呂成遠，王建，孫志剛.低滲透砂巖油藏滲流啟動壓力梯度實驗研究[J].石油勘探與開發，2002, 29( 2): 86～89.

[6]許家峰，程林松，李春蘭.普通稠油油藏啟動壓力梯度求解方法與應用[J].特種油氣藏，2006,13( 4) : 53～57.

[7]時佃海.低滲透砂巖油藏平面徑向滲流流態分布[J].石油勘探與開發，2006,33(4)：491～494.

[8]姜瑞忠，張曉亮.低滲透油藏彈性采收率計算方法研究[J].特種油氣藏，2008,15(4)：70～72.

[9]張曉亮，楊仁鋒，李娜.考慮啟動壓力梯度的彈性采收率計算方法及影響因素[J].油氣地質與采收率，2015,22(2),72～77.

[10]陳光梅，車雄偉.彈性驅低滲透油氣藏的分區物質平衡方法[J].新疆石油地質，2011,32(2)：157～159.

2017-02-11

國家科技重大專項(2016ZX05025-004)。

李娜(1986-),女，工程師，現從事海上油氣田開發方案設計工作，lina_cnooc@sina.cn。

[引著格式]李娜.考慮啟動壓力梯度的稠油蒸汽吞吐熱采物質平衡方法及其應用[J].長江大學學報(自科版), 2017,14(23):76～79.

TE345

A

1673-1409(2017)23-0076-04

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