非均质超稠油油藏双水平井SAGD布井方式研究

石兰香,席长丰,马德胜

李秀峦,刘春泽,吴键 (提高石油采收率国家重点实验室;中国石油勘探开发研究院,北京100083)

木合塔尔,杨凤祥,师耀利 (中石油新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依834000)

非均质超稠油油藏双水平井SAGD布井方式研究

石兰香,席长丰,马德胜

李秀峦,刘春泽,吴键 (提高石油采收率国家重点实验室;中国石油勘探开发研究院,北京100083)

木合塔尔,杨凤祥,师耀利 (中石油新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依834000)

超稠油油藏的储层非均质性对SAGD(蒸汽辅助重力泄油)开发效果影响较大,尤其当储层内发育形态各异的夹层时,将对蒸汽腔的发育起到不同程度的阻挡作用,造成蒸汽腔发育迟缓。以国内某油田Z1区块储层特征为基础,通过数值模拟研究了非均质油藏不发育夹层、夹层位于SAGD井对上方以及夹层位于SAGD井对之间这3种情况下的布井方式,详细论述了储层非均质性对SAGD布井的影响,确定了非均质油藏SAGD布井的渗透率下限、夹层闭合度上限,并通过SAGD开发现场跟踪实例对布井方式进行了验证。

超稠油油藏;非均质性;夹层;SAGD(蒸汽辅助重力泄油);布井方式;双水平井

双水平井SAGD(蒸汽辅助重力泄油)作为超稠油有效开发技术具有采油速度快、油汽比高的特点,在国内外已经得到了广泛应用[1～4]。加拿大目前有1500对SAGD井对,年产油6000×104t,预计2015年有SAGD井对1600对,年产油6500×104t;中国新疆风城油田自2008年开始SAGD开发试验[2],目前已进入工业化开发阶段。典型的双水平井SAGD开发一般要求连续油层厚度在10～12m以上[5],布井形式是将垂距为5m的水平井对布置在油层底部,以便最大限度地提高储层动用率,提高泄油高度,从而提高产量和最终采收率。然而对于非均质性较强的油层,并且油层物性从上到下变差且发育夹层的情况,如何合理布置井对位置,尽可能提高采油速度和最终采收率仍需进一步研究。前人研究表明[6～9],超稠油油藏的储层非均质性对SAGD开发效果影响较大,层间渗透率级差较大,层内渗透率变异系数较大,尤其储层内发育形态各异的夹层时,对蒸汽腔的发育起到不同程度的阻挡作用,造成蒸汽腔发育迟缓,对重力泄油起到天然屏障作用,这就要求SAGD布井时应充分考虑储层的非均质性[10],尤其是夹层的发育特征,从而针对不同类型的储层提出较为合理的SAGD布井方式。笔者以国内某油田Z1区块储层特征为基础,对不同类型的储层展开了布井方式研究,确定了Z1区块合理的布井方式,对有效指导Z1区块及国内外类似油藏高效开发具有重要意义。

1 Z1区块储层特征

Z1区块储层为辫状河三角洲沉积,SAGD开发主力油层为侏罗系齐古组2-1和2-2两个油层,连续油层厚度为24～44m,平均34.2m,平均孔隙度30%,平均渗透率2100m D。油层纵向物性差异大, 2-1油层渗透率较高(2000mD以上),2-2油层渗透率较低(1000mD左右)。主力油层以中细砂岩为主,横向分布比较稳定;2-1与2-2油层之间发育泥岩夹层,夹层呈南北方向分布,局部具有连续性,厚度在5m以内,宽度在200～400m之间;2-2油层内部发育零星夹层,且多发育在油层底部。基于SAGD井对优先考虑布置在油层底部的原则,Z1区块SAGD布井时主要将面临3种情况:油藏无明显夹层、油藏有明显夹层且夹层位于井对上方、油藏有明显夹层且夹层位于井对之间。由于SAGD开发效果受夹层影响较大,因此需要针对不同储层条件进行布井方式研究,提出新的适用性标准,以期获得最佳的SAGD开发效果。

2 油藏没有明显夹层时SAGD布井方式研究

对于非均质油藏上下油层之间没有明显夹层,但层间渗透率非均质性严重,上部渗透率较高,下部渗透率较低的情况(如图1所示),需要考虑单层开发和合层开发的问题。从油层动用的角度来看,SAGD井对应该布置在下部油层,采用1对SAGD井对合层开采;但是当下部油层渗透性较差,严重影响SAGD产量时,需要进一步研究是否适合布置SAGD井对合层开发的问题。笔者设计了5种考虑下部储层不同渗透率的油藏数值模拟方案 (上部油层渗透率均为2300m D,下部油层渗透率分别为1500、1000、700、500、300m D),从而筛选出SAGD布井合理的渗透率下限值。

模拟结果如图2、3所示,当井对位于上部油层时,产油高峰达到56m3/d,采收率达到47%以上;当井对位于下部油层时,下部油层渗透率越低,采油速度越低、生产时间越长、采收率越低、产油高峰越低、高峰时间也越后;对比不同布井位置的模拟结果可以看出,SAGD井对的注入和采出能力主要取决于井对所在位置的油层物性。当下部油层渗透率小于500m D或上下油层渗透率级差大于4时,井对在下部油层时的产油峰值远远低于井对在上部油层时的情况,且峰值时间严重滞后,因此不适合将SAGD井对布置在下部油层进行合层开采。

图1 非均质油藏SAGD布井方式示意图

图2 不同渗透率值的日产油曲线图

图3 不同渗透率值的采收率曲线图

3 油藏具有明显夹层时SAGD布井方式研究

3.1 夹层位于SAGD井对上方时SAGD布井方式研究

针对上部油层与下部油层之间有明显夹层,上部渗透率较高,下部渗透率较低的情况,主要考虑了2种SAGD开发方式:①上下油层被夹层完全隔开,如果上下部油层具备SAGD单层开发的条件,上下部油层可以分别布置SAGD井对单独开发;②上下油层没有完全被夹层隔开,下部油层不具备单层开发条件,将SAGD井对布置在油层底部实现上下油层合采时,需要进一步研究夹层闭合度 (夹层闭合度是指水平井方向上夹层长度占水平井长度的百分比)对SAGD开发效果的影响,从而确定合理的SAGD布井方式。笔者设计了4种考虑不同夹层闭合度的油藏数值模拟方案,从而确定适合上下油层SAGD合层开采的夹层闭合度上限值。如图4所示,上部油层16m,渗透率2300m D;下部油层8m,渗透率1500mD;夹层厚1m,渗透率10m D,具有不同闭合度。

模拟结果如图5、6所示。当夹层位于井对上方的顶部油层时,随着夹层闭合度的增加,产油高峰不断降低,高峰时间也不断滞后,采收率也随之降低。综合考虑产量大小和储量动用程度,夹层闭合度小于50%时,可以将SAGD井对布在下部油层。

图4 SAGD井对上方不同夹层闭合度示意图

图5 不同夹层(位于井对上方)闭合度的SAGD日产油曲线

图6 不同夹层(位于井对上方)闭合度的SAGD采收率曲线

3.2 夹层位于SAGD井对之间时SAGD布井方式研究

针对泥砂互层的油层 (夹层零星分布),有时SAGD井对不可避免地会穿过夹层,或者在SAGD井对之间有夹层分布,这时就要充分考虑SAGD井对之间的夹层闭合度对SAGD的影响。设计了4种考虑不同夹层闭合度的油藏数值模拟方案,如图7所示,从而确定适合SAGD布井方式的夹层闭合度上限值。

模拟结果如图8、9所示,可以看出当夹层位于井对中间时,随着夹层闭合度的增加,产油高峰不断降低,高峰时间也不断滞后,采收率也随之降低;从产量和储量动用综合考虑,当井间夹层闭合度小于40%时,SAGD生产井可布在夹层下部油层。

图7 SAGD井对之间不同夹层闭合度示意图

图8 不同夹层(位于井对之间)闭合度的SAGD日产油曲线

图9 不同夹层(位于井对之间)闭合度的SAGD采收率曲线

4 应用实例

从Z1区块目前SAGD生产效果来看,大部分井组布井方式与笔者研究结果相符,取得了较好的开发效果;个别井组由于前期对地质特征认识不足,导致实际布井方式与研究得到的布井方式相悖,开发效果较差。

1)层间无明显夹层,但渗透率级差大,下部油层渗透率低时,SAGD井对布置在上部油层生产效果好,产量高——Z001井组。

Z001井组范围内,侏罗系齐古组2-1油层和2-2油层之间无明显夹层,2-1油层渗透率高(2000m D左右),2-2油层渗透率低(500mD左右),SAGD水平井对布置在2-1油层。目前该井组已转SAGD开发,平均日产油31.54t,油汽比0.26。从图10可以看到,实际产量与预测产量符合度较高,目前处于产量上升阶段;数值模拟计算的水平井对布置在2-2油层的产量明显低于布置在2-1油层时的产量,生产10a之后才能到达产量高峰,产量高峰低于30t/d。Z001井组实际生产动态表明:对于无明显夹层发育的非均质油藏,当下部油层渗透率低于500m D并且渗透率级差较大时,将双水平井SAGD井对布置在渗透率较大的上部油层可实现快速上产、改善开采效果的目的。

2)上部油层与下部油层之间有明显夹层,夹层闭合度较大时,SAGD井对布置在上部油层生产效果好——Z002井组。

Z002井组范围内,侏罗系齐古组2-1油层与2-2油层之间存在明显夹层,且夹层闭合度达到了65%,SAGD水平井对布置在物性好的2-1油层。目前该井组已转SAGD生产,平均日产油27t,油汽比0.25。从图11可以看到,井组实际产量与预测产量符合度较高,与SAGD水平井对布置在2-2油层相比产量优势显著。若布置在2-2油层,生产10a仍未出现产油高峰,日产油量仅10t左右。

图10 Z001井组实际与预测产量对比

图11 Z002井组实际与预测产量对比

3)注采井间夹层范围较大时,初期产量低,产油高峰推迟——Z003井组。

Z003井组范围内,2-2油层连续油层厚度较大(27m左右),2-1油层与2-2油层之间发育明显夹层,且夹层较连续,设计单独开采2-2油层。实际钻井取心发现,2-2油层底部钻遇泥砂互层,下部储层物性较差,且井间夹层较发育。对比实际与预测产量曲线 (图12)可以看到,该井组目前处于SAGD初期生产阶段,初期产量较低,平均日产油5.35t,油汽比0.11,数值模拟预测10a后的产量高峰仅10t/d左右。后期精细地质研究表明,井间夹层闭合度大于60%。Z003井组生产动态和夹层特征表明:注采井间夹层的存在极大地影响了井组的注入和采出能力。该井组需要研究地质力学突破注采井间夹层的对策,才有可能实现快速上产[11]。

图12 Z003井组实际与预测产量对比

5 结论

1)Z1区块采用SAGD开发的油层纵向非均质性严重,具有上部油层渗透率高、下部油层渗透率低的特点;上下油层间发育南北分布的泥质夹层,夹层在局部具有连续性,下部油层发育零星夹层。

2)针对研究区块的地质特点,数值模拟研究了3种典型油藏的布井开发效果,确定了相应的布井界限:油藏无明显夹层,合层开采的渗透率下限为500mD;油藏具有明显夹层,夹层闭合度小于50%时,SAGD井对可布置在夹层下方;油藏具有明显夹层,夹层闭合度小于40%时,SAGD生产井可布置在夹层下方。

3)SAGD开发现场跟踪实例表明:研究结果能有效指导非均质油藏条件的布井开发,实现了油藏的经济有效开发。

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[编辑] 黄鹂

TE324

A

1000-9752(2014)12-0149-05

2014-07-16

中国石油重大科技专项(2014-40216-0000005)。

石兰香(1987-),女,2010年东北石油大学毕业,硕士生,现主要从事稠油/超稠油油藏工程研究。