超薄层临界稠油油藏蒸汽吞吐注汽参数优选

高君君 王新海， 王涛溪 刘宇

(1.中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102249;2.长江大学地球科学学院，武汉 434023;3.胜利油田有限公司清河采油厂，山东 潍坊 262714)

面22区位于八面河油田的西南部，构造位置处于东营凹陷南斜坡八面河断裂构造带南端翘起部位，本研究区为其主要含油层之一 —— 沙43上3砂组，地层有效厚度为1～3 m，原油地面相对密度为0.955，地下黏度平均为201 mPa·s。根据油田内部定义，该区属于典型的超薄层临界稠油油藏。

稠油油藏作为接替常规能源的一种非常规油藏，多年来产量一直保持千万吨以上［1］。国内开采方法主要包括蒸汽吞吐(约占78%)、蒸汽驱(约占10%)和常规水驱(12%)［2］等。蒸汽吞吐法因其工艺施工简单、易于提高原油流动性、收效快等特点而备受青睐［3-4］，但超薄层临界稠油油藏开发在这方面的可借鉴经验较少。本次研究的目的是通过油藏地质模型对参数进行优化，并分析各参数对开采效果的影响规律。

1 油藏地质模型

面22区沙3上3砂组油藏，平均埋深为1 100 m，地层温度约58℃，平均渗透率约745×10-3μm2，平均孔隙度约0.35，属于高孔高渗储层，地面原油黏度为2 156 mPa·s。基于研究区处于未动用状态的特点，利用以上油藏参数建立典型地质模型。另外，基于研究区沉积微相多为透镜状席状砂的特点，将油层有效厚度由中心向外依次设计为3，2，1 m，原油黏度随温度的增加急剧减小，符合稠油热采的特征。模型采用正交网格，沿东西向的主应力方向，网格步长为20 m×20 m，网格数为80×50×1，共计4 000。数模软件选用加拿大计算机模拟软件集团的CMG数模软件。

2 注汽参数优化

蒸汽吞吐开发实践表明，开发效果主要取决于油层地质参数和注汽参数［5］。油层地质参数由客观地层条件所决定，难以人为改变;而注汽参数作为可控因素可以改变和优选，这些参数能够引起流体及储层动态、采收率等指标的重大变化［6］，因此，可以认为蒸汽吞吐开发效果直接取决于注汽参数的选择［7］。基于此认识，本次研究应用数值模拟的方法对注汽量、蒸汽干度、焖井时间、注汽速度等参数进行优化选择。

2.1 第1周期注汽量

稠油蒸汽吞吐开发实践表明，周期注汽量对开采效果的影响较大［8］，在一定范围内任一周期注汽量与产油量成正比。原因在于，增加注汽量使加热半径扩大，原油流动范围增大，周期产油量上升。周期注汽量太小会导致采出程度过低，而周期注汽量太大又会将原油推向远离井筒的位置［9］，降低热量利用率。因此，为了保证最佳效果，需要确定一个周期注汽量最优范围。

油藏数值模拟结果如图1所示。采出程度随着注入量的增加而增加，到达一定程度后增幅变缓;油汽比(体积比)随着注入量的增加而减小，减小幅度到达一定程度后也呈现出减缓形态。同时考虑采出程度与油汽比的变化幅度，确定第1周期最佳注汽量为1 400 m3左右。

图1 采出程度与油汽比随第1周期注汽量的变化曲线

2.2 蒸汽干度

大量现场实践证明，蒸汽干度是影响蒸汽吞吐开采效果的一项决定性因素。稠油注蒸汽开采的增产机理是，加热油层后会大幅度降低原油黏度［10］。因此，在周期注汽量相同的情况下，蒸汽干度越高才能使蒸汽所携带的热焓值越大［11］，从而使对应油层的加热半径随之扩大，采出程度升高，油汽比增大。

数值模拟结果与理论分析相同，蒸汽干度与蒸汽吞吐的开采效果成正比。图2所示为采出程度与油汽比随蒸汽干度的变化曲线。为了提高蒸汽吞吐的效果，应该尽可能提高井底蒸汽干度。结合油田实际情况，在考虑较高经济效益的前提下，蒸汽干度大于或等于0.7即可取得很好的蒸汽吞吐效果。

图2 采出程度与油汽比随蒸汽干度的变化曲线

2.3 焖井时间

注入蒸汽后的第二个步骤就是焖井，焖井时间的选择也会影响周期生产效果［12］。焖井的目的是将蒸汽所携带的潜热有效地传给油藏，并达到均匀加热油层的效果，以充分提高注入蒸汽的利用率。但是，焖井时间不能过长，以避免热量向顶底层扩散损失而使其利用率降低［13］。

数值模拟结果显示，随着焖井时间的增加，采出程度以及油汽比逐渐增大，焖井时间达5 d以后，采出程度及油汽比呈现下降趋势。但是总体而言，焖井时间对蒸汽吞吐效果的影响不显著，为使蒸汽吞吐效果最佳，建议焖井时间保持在5 d左右。

2.4 注汽速度

在注汽过程中，当蒸汽注入量相同时，如果注汽速度过低，就会增加热量在井筒内的损失［14］，降低井底蒸汽干度，从而严重影响蒸汽吞吐的开采效果;如果注入速度过高，又会引起地层破裂，使注入蒸汽沿裂缝窜流到远离井筒的部位，井底压力降低后裂缝即闭合，使得井底附近油层不能得到充分加热，从而降低蒸汽热量的利用率。所以，有必要利用数值模拟方法优选出合理的注汽速度。

数值模拟结果显示，在一定范围内蒸汽吞吐的开发效果与注汽速度成正比，但当注汽速度达到一定程度后，采出程度和油汽比逐渐减小。图3所示为采出程度与油汽比随注汽速度的变化曲线。结合理论分析与数值模拟结果，认为最优注汽速度应该为240 t/d。

图3 采出程度与油汽比随注汽速度的变化曲线

2.5 多周期注汽量变化

采用蒸汽吞吐方式开采稠油油藏时，注采周期逐步增加(即多周期蒸汽吞吐)。在这个过程中，只有逐个周期性地增加注汽量，使蒸汽的波及范围逐步扩大，从而增加油层的加热半径，才能保证有足够的可流动性原油流入井筒，提高蒸汽吞吐降压采油的采出程度。

应用数值模拟的方法，在前一周期注汽量的基础上将第2、3、4周期注汽量各自分别增加0，5%，10%，15%，20%，然后进行蒸汽吞吐效果对比。从表1可以看出，同周期注汽量对蒸汽吞吐开采效果影响的理论分析相同。一定范围内，每个周期的原油采出程度均随着注汽量的增加而增加，油汽比均随着注汽量的增加而减小，而超过这个范围后，蒸汽将井底附近油层推向远处，甚至可能压裂地层。结合现场实践经验，周期注汽量需逐步增加的特点，建议采用每周期注汽量较前一周期增加10%的方案。

表1 不同周期注汽量的生产参数表

3 蒸汽吞吐开发效果预测

优化后的蒸汽吞吐参数为:第1周期注汽量1 400 m3，此后注汽量按周期递增10%，蒸汽干度为0.7，焖井5 d，注汽速度为240 t/d。在典型地质模型的基础上，结合油田每年注1次蒸汽的实际情况，预测生产期为4 a。生产结果如表2所示，第4年末蒸汽吞吐采出程度比弹性开采采出程度约提高8.28倍，含水率比弹性开采约降低4.98%，因此蒸汽吞吐开采效果较好。

表2 优化参数生产预测数据表

4 结语

周期注入量是影响稠油蒸汽吞吐的一个重要参数，采出程度与注入量成正比，油汽比与注入量成反比。综合考虑采出程度与油汽比变化情况，第1周期最优注入量应为1 400 m3左右。

蒸汽干度是影响水平井蒸汽吞吐的另一个重要参数，较大的蒸汽干度向油层提供了足够的热量，在油田条件允许的情况下，应保持蒸汽干度达到0.7以上。

焖井时间对水平井蒸汽吞吐开发效果的影响不明显，建议将焖井时间控制在5 d左右即可。注汽量相同时，注汽速度对蒸汽吞吐的开采效果影响不大，最优注汽速度应为240 t/d。

蒸汽吞吐开发过程中，只有逐步增加周期注汽量才能保证加热半径不断扩大。模拟结果显示，多周期注汽量增长百分数合理值为10%。

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