傾斜泥質夾層對SAGD 開發效果的影響

高禹峰 尹艷樹 潘鵬 于珊 谷雨

1.長江大學地球科學學院；2.中國石油新疆油田分公司；3.中國石油華北油田分公司

加拿大長湖油田McMurray 組油砂儲層為較典型的稠油/超稠油儲層，其開發主要采用SAGD 技術。然而油砂內部廣泛發育傾斜分布的泥質夾層，夾層厚度差異大，發育頻率高、傾角小，對SAGD 開發效果產生重要影響［1-6］。學者們開展了夾層影響下稠油和超稠油的SAGD 開發方式研究，主要是研究水平夾層的物性、韻律、延展長度、厚度及條數等對其蒸汽腔發育狀態及開發效果的影響［7-14］。常規油藏(稀油油藏)傾斜夾層對開發的影響研究是否適用于稠油和油砂儲層還有待進一步探討。

以McMurray 組油砂儲層為研究對象，開展了低角度傾斜泥質夾層中不同傾斜角度、不同泥質夾層間距及不同泥質夾層延伸長度對SAGD 開發中累積產油量、日產油量、壓力場和溫度場等指標的影響數值模擬研究。

1 研究區地質概況

研究區McMurray 組位于加拿大阿爾伯塔省麥克默里堡附近，為河口灣背景下受到潮汐影響的曲流河沉積。水動力強，河流-潮汐沉積交互影響，內部發育大量傾斜泥質層(Inclined heterolithic strata，IHS)、泥礫層以及沖刷面，垂向切割疊置嚴重，隔夾層空間分布復雜。隔夾層的存在改變了整個滲流場的分布，進而對油水運動的空間軌跡、速度和采出狀況造成影響，是SAGD開發主控因素［15-17］。

通過巖心觀察、巖電標定、單井解釋、多井分析及三維地震體內IHS 追蹤，認為研究區潮汐影響的曲流河曲率一般大于1.5，點壩非常發育，點壩最長可達1.5 km,最寬可達1.3 km。平面上點壩砂體連片呈席狀展布。點壩內一般發育3 個以上側積體，間距主要分布在40 m，側積體厚度一般超過3 m，延伸距離為264.56～325.21 m，局部發育距離在20 m左右，側積層(IHS)傾角一般為2°～7°。由于IHS 受潮汐和河流雙重影響，其厚度變化較大，從毫米級到米級均有發育，一般0.4 m，為泥質粉砂巖和粉砂質泥巖互層，很少有純泥巖。IHS 存在降低甚至直接成為流體運動的遮擋，是影響SAGD 開發的重要因素，因此有必要對IHS 模式及其對SAGD 開發影響進行評估，為油砂SAGD 開發提供參考。

2 數值模型的建立

使用數值模擬軟件CMG 中的熱采(STARS)模塊，基于加拿大長湖某區塊Mcmurray 組地質研究成果，建立反映實際地質結構特征的三維精細網格雙水平井組SAGD 開發理論模型［18］。在數值模擬理論模型中，通過巖心中刻畫并引入一種傾斜泥質夾層模型-IBIP (Incline heterolithic strata between injector and producer)，如IBIP3-20-36 表示IHS 位于注采井井間，傾斜角度為3°，夾層間距為20 m，延伸長度為36 m。IBIP 距離注汽井0.5 m，滲透率設為0。每個模型中單井組設置5 個IHS，分別考慮IHS傾斜角度為3°、4°、6°、8°，間距分別為20 m、30 m、40 m、50 m 和延展長度分別為12 m、24 m、36 m 的情況。模型厚度25 m，J方向網格步長3.33 m，I方向和K方向采用局部加密的方式，無夾層發育的區域I方向步長為5 m，K方向步長為1 m。有夾層發育的區域采用等比例模式粗化，I方向步長為2.5 m，K方向步長為0.2 m。從而最大程度的保障夾層的準確程度，模型總網格數為41×122×45=225 090。

注采水平井均采用電加熱方式預熱90 d，后轉入SAGD 生產階段即同時開啟采油井和注汽井。注汽井注入溫度250 ℃、干度90%的蒸汽，其最大井底流壓3.2 MPa。采油井最小井底壓力 1 MPa，產汽速率3 m3/d。數值模擬理論模型參數見表1。

除此之外，選出在夾層間距與傾斜角度不同的情況下的最優模型進行延展長度不同的測試驗證，因此建立夾層間距為20 m、傾斜角度為8°條件下，延展長度分別為12 m、24 m、36 m 的模型。即

IBIP8-20-12、IBIP8-20-24、IBIP8-20-36。

采用單因素分析法，分別固定IHS 間隔、傾斜角度、延伸長度，觀察各因素對開發效果的影響，以期為油田后期的開發工作提供可靠的地質依據。

表1 模擬參數統計Table 1 Reservior properties for numerical simulation

3 開發效果影響因素

3.1 傾斜角度

在注采井之間，夾層間距固定到20 m，延伸距離為36 m，分別模擬傾斜泥質夾層傾斜角度為3°，4°，6°，8°的模型，共4 種情況。即IBIP3-20-36、IBIP4-20-36、IBIP6-20-36、IBIP8-20-36。通過CMG中的熱采模塊進行SAGD 的模擬。對比夾層間距20 m 不同傾斜角度下的傾斜泥質夾層生產指標，在日產油曲線中，夾層傾斜角度不同不影響日產峰值出現時間。蒸汽腔擴展初期，橫向擴展速度要小于垂直方向擴展速度，隨夾層傾斜角度增大，流體只能隨泥質夾層的邊緣流向采油井，其距離水平采油井越近，泥質夾層發揮其自然屏障的作用越強，蒸汽腔繞過夾層所需的損耗越大，自身發育受阻越明顯，日產油高峰值逐漸下降。選取達到日產油量高峰時刻6.8 a 進行對比，傾斜泥質夾層傾角4°、6°、8°比3°傾斜泥質夾層峰值產量分別減產約為1.66%、5.38%、5.92%。最終累積產油量整體差別不明顯，但隨傾斜角度增大，其所隔檔投影覆蓋范圍變小，導致蒸汽腔波及范圍變大，最終累積產油量逐漸增大。傾角8°的泥質夾層模型最終累積產油量最高，與最低累積產油量夾層模型相比平均高出1.4%。

夾層間距20 m 峰值時刻下，泥質夾層傾斜角度越大，遮擋住注采井井間流通通道的能力就越強，降低了泄油速度，影響峰值時間下的日產量。隨夾層傾斜角度增大，溫度突破夾層的阻礙增大，導致夾層對溫度的影響增大。由于原油黏度對溫度的敏感性，溫度升高原油黏度降低加快影響泄油效率。在泥質夾層傾斜角度3°～8°的模型中選取夾層間距20 m 模型最中間夾層上下兩側壓力、溫度最大值與最小值進行量化對比，最值壓差依次為85.1 kPa、92.0 kPa、106.4 kPa、111.8 kPa；最值溫差依次為21.3 ℃、25.0 ℃、52.3 ℃、56.7 ℃。因此隨夾層傾角增大，峰值時刻下的最值溫差和最值壓差均依次增大。可知當夾層間距、延伸長度不變時日產油峰值周期不變。隨泥質夾層傾斜角度增大，日產油峰值逐漸降低，累積產油量逐漸升高。其他間距(30 m、40 m、50 m)下，延伸距離36 m 不同傾斜角度的傾斜泥質夾層的影響，見表2，均與夾層間距到20 m、延伸距離為36 m 不同傾斜角度的規律一致。

3.2 夾層間距

在注采井之間，將泥質夾層傾角固定到8°，延伸距離為36 m，分別模擬傾斜泥質夾層間距20 m，30 m，40 m，50 m 的模型，共3 種情況。即為IBIP8-20-36、IBIP8-30-36、IBIP8-40-36、IBIP8-50-36。通過CMG 中的熱采模塊進行SAGD 的模擬。夾層角度8°是距離水平采油井最近的一組傾斜泥質夾層模型。在IBIP8-40-36 中，峰值達到整體峰值最高峰(IBIP8-40-36 的峰值點為峰值轉折點)。在小于40 m的夾層間距內，隨夾層間距增大，日產油峰值逐漸升高；大于40 m 的夾層間距內，隨夾層間距增大，日產油峰值逐漸回落降低。傾斜夾層阻礙了干度較高蒸汽與油砂的接觸,再加上夾層間距逐漸縮小明顯影響了原油的流動，日產油高峰時間隨夾層間距縮小而逐漸滯后。隨傾斜夾層間距減小，最終累積產油量增大。同比IBIP8-20-36，IBIP8-30-36、IBIP8-40-36、IBIP8-50-36 分別減產2.32%、3.37%、3.65%。由此表明，最終累積產油量主要受到傾斜泥質夾層間距的影響較大，隨夾層間距的減小，日產油高峰時間逐漸滯后，累積產油量逐漸增大。

表2 產油量高峰時期數據Table 2 Data during peak oil production

選取在5.8 a 當IBIP8-40-36 達到峰值時刻下進行溫度場、壓力場對比。選擇泥質夾層間隔20～50 m模型中間夾層上下兩側壓力、溫度最大值與最小值進行量化對比，最值壓差依次為113.1 kPa、129.2 kPa、135.8 kPa、132.4 kPa。最值溫度差依次為57.3 ℃、66.8 ℃、77.1 ℃、83.6 ℃。隨夾層間距增大，最值壓力差逐漸增大，在夾層間距40 m 達到最大。此時溫度場中，隨夾層間距增大，蒸汽腔發育狀態較好，泄油效果較好，最值溫差增大。表明在5.6 a 時刻，IBIP8-50-36 已達到峰值。當處于5.8 a 時，IBIP8-50-36 最值壓差已然回落，產油效能開始降低。因此當模型處于峰值狀態時，夾層間距40 m 與其他間距相比，其最值壓差達到最大值。結果表明，隨夾層間距減小，日產油高峰時間滯后，夾層間距40 m 為不同夾層間距的峰值轉折點，累積產油量逐漸增大。

3.3 延展長度

當傾斜泥質夾層位于注采井組之間時，模擬夾層間距為20 m、傾斜角度為8°、長度沿著J方向擴展，分別為模型J方向長度的1/3、2/3、3/3，對應夾層長度分別為12 m、24 m、36 m，共3 種情況。即IBIP8-20-12、IBIP8-20-24、IBIP8-20-36。通過CMG中的熱采模塊進行SAGD 的模擬，研究不同延展長度下的傾斜泥質夾層生產指標。分析認為，隨傾斜泥質夾層延展長度增加，在蒸汽腔發育的階段，為了突破夾層而進行橫向擴展，待蒸汽腔到達夾層邊緣時，才能繼續開始垂向發育。長度每增加12 m，產量峰值降低約16%；夾層延展長度為36 m 時，產油峰值降低31，7%。因此，傾斜泥質夾層越大，蒸汽腔繞過夾層所需時間越長，潛熱損耗越多。

對比各自峰值時刻下溫度場和壓力場，傾斜泥質夾層延展長度增大，對蒸汽腔的前期發育規模和發育速度的影響也逐漸增大，阻礙原油流動的作用顯著。由此可見，注采井間分布的傾斜泥質夾層遮擋住泄流通道，降低了泄流速度，阻礙流體流動的作用隨其長度增加而越發顯著。選取泥質夾層延展距離12～36 m 模型中中間夾層上下兩側壓力、溫度最大值與最小值進行量化對比，最值壓差依次為38.0 kPa、90.8 kPa、111.8 kPa。最值溫度差依次為12.3 ℃、24.9 ℃、56.7 ℃。因此隨夾層延展長度增大，峰值時刻下的最值溫差和最值壓差均依次增大。表明當傾斜泥質夾層位于注采井之間時，隨夾層長度增加泄油峰值降低，泄油高峰時間推遲，生產初期累積油汽比降低，最終累積產油量相差不大。

4 結論

(1)通過設計傾斜泥質夾層模型，采用單因素分析方法，分別固定IHS 間隔、傾斜角度、延伸長度，來觀察各因素對開發效果的影響，注采井間的傾斜泥質夾層(IBIP)對SAGD 生產指標影響較大，夾層間距在20～40 m 的IBIP 模型，夾層傾斜角度越大、夾層間距越小、延伸長度越長則產量高峰時間越推遲滯后，產油峰值越低。夾層斜角度增大、夾層間距減小則累積產油量會逐漸增大。夾層間距大于40 m 的IBIP 模型，傾斜角度增大、間距增大，產油高峰時間會提前，產油峰值降低。

(2)傾斜角度3°、夾層間距40 m、延伸長度12 m 處達整體日產油峰值最高值；傾斜角度8°、夾層間距20 m 處達整體最終累產油量最高值。