浅薄层超稠油水平井蒸汽驱汽窜控制因素研究

杨元亮

(中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，新疆 乌苏 833300)



浅薄层超稠油水平井蒸汽驱汽窜控制因素研究

杨元亮

(中国石化新疆新春石油开发有限责任公司，新疆 乌苏 833300)

针对排601北区水平井网转蒸汽驱后蒸汽突破导致油汽比低的现状，运用数值模拟方法，结合油藏动态分析手段，研究了全水平井井网蒸汽驱突破影响参数和汽窜通道形成控制因素，明确了水平井汽窜通道3种模式(侧峰型、双峰型、中间单峰型)，制订了“立足高温、高液量、高含水”，“微汽窜采油、变速度注汽、间歇注汽试验、氮气泡沫调驱、井组封窜治理”等配套措施的调整方案。矿场试验表明：该调整方案有效改善了蒸汽驱试验井组蒸汽热利用率、蒸汽波及系数和驱油效率，调整前后月度油汽比由0.12增加至0.27，达到了全水平井井网蒸汽驱提质增效的目的，为该类油藏后续转蒸汽驱开发调控提供了技术支撑。

浅薄层超稠油油藏；数值模拟；水平井；汽窜通道；排601北区

0 引 言

排601北区蒸汽驱先导试验区[1-3]是浅薄层低温常压超稠油油藏。试验区开发层系为白垩系吐谷鲁群组，含油面积为0.87 km2，石油地质储量为104×104t，构造形态为向南东倾斜的单斜构造，构造平缓，倾角为1～2 °。埋藏浅，埋深为420～510 m。油层薄，有效厚度为5～7 m。储层为单层3段结构[4]，粒度自下而上逐渐变细，粒序呈正韵律，纵向上分为3段：顶部为灰质细砂岩，中部为富含油细砂岩，底部为泥质充填砾岩，中部砂体为主力产层，孔隙度为32%～36%，渗透率为5 000×10-3～10 000×10-3μm2。储层纵向非均质性较强，层内渗透率级差高达30倍[5]，弱速敏、中等偏弱水敏、无酸敏、弱碱敏，敏感性可使储层渗透率降低40%。含油饱和度为65%，油藏温度低，地层温度条件下(28 ℃)脱气原油黏度为5×104～9×104mPa·s，凝固点为10～16 ℃，压力系数为1.0，地层水总矿度为34 911 mg/L，氯离子含量为21 380 mg/L，水型为氯化钙型。试验区共有蒸汽驱井6口，采油井23口井，观察井3口，类反九点法井网，井距、排距均为100 m。

排601北区蒸汽驱先导试验区首次采用全水平井井网裸眼筛管完井，成功开展了蒸汽驱。针对排601北区蒸汽驱阶段含水高、汽窜井多、油汽比低的现状，研究全水平井井网蒸汽驱突破影响参数、形成汽窜通道控制因素势在必行，以改善水平井井网蒸汽驱开发效果。

1 水平井蒸汽驱数值模拟

1.1 蒸汽驱井组汽窜影响因素

为定量描述汽窜发生的速度和强度， 探索不同因素对汽窜特征的影响规律，进行蒸汽驱试验井组数值模拟，引入汽窜时间和热侵体积概念(汽窜时间：油藏从吞吐转驱开始到汽窜发生所经历的时间，用来刻画汽窜发生速度；热侵体积：描述汽窜程度的物理量，指在生产井发生汽窜时，地层中该时刻所有温度高于生产井汽窜位置处温度的井间总储层体积占地层总体积的比值)。定量描述不同地质及开发因素对汽窜时间、热侵体积的影响规律及程度。

1.1.1 数值模型的建立

建立基于排601北区油藏物性、流体参数、井网参数的数值模型，井网形式为排状井网，水平井水平段长为200 m，井距、排距均为100 m。

考虑油藏开发方式及区块大小、形状等参数的限制，数值模拟采用了角点网格系统划分网格。平面上每个网格步长设置为5 m，纵向上设置6层网格，每个网格步长为1 m，建立60×21×6网格系统，水平井设置在纵向上的第4层中。理论上，该网格系统能够较准确地体现含水饱和度变化以及蒸汽驱不同时刻不同层位含汽饱和度变化等，能够满足油藏数值模拟的需要。模型中相渗曲线和黏温曲线等都参照排601北区基础数据进行设置。

1.1.2 参数敏感性分析

井组汽窜影响因素主要是地质因素和开发因素[6-7]，研究渗透率、含油饱和度、注汽速度、注汽温度和注汽干度5个因素对汽窜时间、热侵体积的影响[8-9]。

(1) 渗透率的影响。渗透率分别设置为3 000×10-3、5 000×10-3、7 000×10-3、9 000×10-3μm2，模拟汽窜特征(表1)。由表1可知：蒸汽突破时间随着渗透率的升高而减小，渗透率越高，渗透能力越强，越容易在注采井间形成热连通，蒸汽突破时间变短；随着渗透率的增大，热侵体积相应增大。

表1 渗透率、含油饱和度对汽窜时间、热侵体积的影响

表2 注汽速度、温度、干度对汽窜时间、热侵体积的影响

(2) 含油饱和度的影响。含油饱和度分别设置为0.3、0.4、0.5、0.6，模拟汽窜特征(表1)。由表2可知，含油饱和度越高，汽窜时间越短，热侵体积越小。其原因主要是地层条件下原油黏度高，原油流动性低，渗流阻力大，注入蒸汽推进不均匀，汽窜容易发生，导致热侵体积相应减小。

(3) 注汽速度的影响。注汽速度分别设置为50、75、100、125 t/d，模拟汽窜特征(表2)。由表2可知：注汽强度越大，蒸汽腔越发育，温度场越发育，注采井间生产压差增大，流量增大，注入温度和热水更快到达生产井，汽窜时间变短，热侵体积相应增大。

(4) 注汽温度。注汽温度分别设置为250、275、300、325 ℃，模拟汽窜特征(表2)。由表2可知，注汽温度越高，汽窜时间越长，汽窜越不容易发生。由不同温度下汽窜时间可知，温度的影响较小。温度越高，热侵体积越大，即对地层加热作用越强。

(5) 注汽干度。注汽干度分别设置为0.2、0.4、0.6、0.8，模拟汽窜特征(表2)。由表1可知，注汽干度越高，注入蒸汽携带能量越大，对地层原油加热降黏作用越强，蒸汽在注入井和生产井间热连通、汽窜越快，汽窜时间缩短，相应地层的热侵体积增大。

1.2 蒸汽驱井组汽窜通道形成影响因素

(1) 井距的影响。为研究井距对蒸汽驱中汽窜的影响，建立了数值模型，中间设置一口生产井，两侧为注汽井，距生产井的距离分别为100、120 m。模拟表明，井距越小，越易发生汽窜。

(2) 储层非均质性的影响。排601北区平面渗透率分布不均匀，中部渗透率较高，为5 000×10-3～10 000×10-3μm2。建立油藏非均质性对蒸汽驱汽窜影响的数值模型，设置高渗条带渗透率为10 000×10-3μm2，其余渗透率为5 000×10-3μm2。模拟结果表明，储层为非均质的情况下，蒸汽容易沿着高渗段窜进。

(3) 饱和度的影响。排601北区储层为单层3段结构，纵向含油饱和度分布不均匀，开发钻井过程中水平段含油饱和度分布不均。注入蒸汽沿含油饱和度较低层段推进，水平段吸汽不均，导致汽窜发生。建立P601-37、P601-39井钻井轨迹及对应饱和度分布数值模型，模拟可知饱和度对汽窜通道形成产生了影响，蒸汽沿着饱和度小的井段窜进。

(4) 靶间距的影响。理论上两井排间距离为100 m，由于造斜段等的存在，实际上水平井跟端靶点与趾端靶点的最短距离小于100 m。靶间距小的位置容易发生汽窜。

(5) 原油黏度的影响。原油黏度越高，越容易发生汽窜[10]。排601北区地下原油黏度为5×104～9×104mPa·s，原油可流动性低，易造成吸汽不均，发生汽窜。

1.3 汽窜通道模式分类

排601北区油层较薄且采取水平井单层开发，故忽略其纵向非均质性，主要采用数值模拟方法对不同平面非均质性情况下汽窜通道的形成和平面展布规律进行研究。水平井蒸汽驱注采井间汽窜通道的平面展布可分为3种类型：侧峰型、双峰型和中间单峰型。

(1) 侧峰型。不存在高渗透条带或者饱和度特别低的均质储层，且注汽速度较低(通常小于100 m3/d)时汽窜通道在水平井跟端形成。不存在高渗透条带或者饱和度特别低的非均质储层，若水平井跟端区域渗透率高于趾端，则汽窜通道会在跟端形成；反之，则在趾端形成。在注入蒸汽作用下，汽窜通道在平面上不断扩大，向水平段另一端逐渐推进，将地层原油不断驱替并携带出地面(图1)。

图1 侧峰型汽窜通道平面展布

(2) 双峰型。不存在高渗透条带或者饱和度特别低的均质储层，在注入井注汽速度较高(通常大于100 m3/d)时，蒸汽沿水平井水平段跟端和趾端同时向生产井对应端窜进并形成汽窜。在注入蒸汽作用下，汽窜通道在平面上不断从跟端、趾端向中间、边部逐渐扩大(图2)。

图2 双峰型汽窜通道平面展布

(3) 中间单峰型。存在高渗透条带或者饱和度较低的非均质储层，通常注入蒸汽会沿该对应层位向生产井窜进，形成汽窜通道。蒸汽沿水平井水平段中间的某个位置向生产井汽窜，在注入蒸汽的不断作用下，汽窜通道在平面上不断从中间向跟端和趾端逐渐扩大(图3)。

图3 中间单峰型汽窜通道平面展布

2 现场应用

排601北区于2012年8月转蒸汽驱，驱替阶段时间短，截至2014年6月，受效井17口， 综合含水高达94%，单井日产油量为3.1 t/d，油汽比仅为0.12，其中，6口生产井蒸汽突破。2014年10月，根据文中研究成果采取措施[11-20]。实施了“立足高温、高液量、高含水”，“微汽窜采油[11]、间歇注汽试验[12]、氮气泡沫调驱[13-14]、井组封窜治理[15]”等配套措施[21-29]的调整方案。截至2016年5月，综合含水由93.5%下降至88.9%，日产油由45.9 t/d增至68.5 t/d，月度油汽比由0.12增加至0.27，开发效果得到明显改善。

3 结论及认识

(1) 总结了排601北区蒸汽驱水平井井组汽窜规律，提出了汽窜通道的3种模式：侧峰型、双峰型、中间单峰型。

(2) 排601北区蒸汽突破时间与渗透率、含油饱和度、注汽强度、注汽干度正相关，与注汽温度负相关；热侵体积与渗透率、注汽速度、注汽温度、注汽干度正相关，与含油饱和度负相关。

(3) 排601北区蒸汽驱汽窜通道形成与储层非均质性、原油黏度正相关，与井距、靶间距、含油饱和度负相关。

[1] 朱桂林，王学忠.准噶尔盆地春风油田薄浅层超稠油水平井蒸汽驱试验[J].科技导报， 2014， 32(31)：55-60.

[2] 王学忠，王金铸，乔明全.水平井、氮气及降黏剂辅助蒸汽吞吐技术——以准噶尔盆地春风油田浅薄层超稠油为例[J].石油勘探与开发， 2013， 40(1)：97-102.

[3] 杨元亮，任福生，孙立柱，等.裸眼筛管完井水平井酸洗工艺改进在春风油田的应用[J].复杂油气藏， 2012， 5(1)：80-82.

[4] 刁刚田，杨元亮，宋文芳，等.低电阻率油层测井识别技术[J].特种油气藏， 2003， 10(2)：53-55.

[5] 于建梅.浅薄层超稠油油藏水平井蒸汽驱开发规律[J].内江科技，2015，36(3)：26，50.

[6] 刘晏飞，唐亮，熊海云，等.化学蒸汽驱不同温度区域的驱油特征[J].油气地质与采收率， 2015， 22(3)：115-118.

[7] 李卉，李春兰，赵启双，等.影响水平井蒸汽驱效果地质因素分析[J].特种油气藏， 2010， 17(1)：75-77.

[8] 程紫燕.水平井蒸汽驱影响因素及作用机理[J].大庆石油地质与开发， 2015， 34(3)：147-151.

[9] 杨元亮，王辉，张建，等.基于最优化原理的热流体循环数学模型求解方法[J].西安石油大学学报(自然科学版)， 2013， 28(5)：75-79.

[10] 张弦，刘建英，王海波.蒸汽驱汽窜物理模拟实验研究[J].油气藏评价与开发，2012，2 (5)：46-50.

[11] 杨元亮，宋文芳，杨胜利，等.单六东深层超稠油油藏蒸汽驱先导试验[J].石油地质与工程， 2007， 21(4)：43-45.

[12] 杨元亮.胜利单56超稠油油藏蒸汽驱先导性试验[J].石油天然气学报， 2011， 33(1)：142-144.

[13] 杨元亮，沈国华，宋文芳，等.注氮气控制稠油油藏底水水锥技术[J].油气地质与采收率， 2002， 9(3)：83-84.

[14] 杨元亮.石油磺酸盐在深层热采超稠油油藏驱油试验[J].特种油气藏， 2008， 15(5)：87-88.

[15] 王怀明，何燕，杨元亮，等.油管输送测压工艺技术与应用[J].化学工程与装备， 2010，39(11)：40，62.

[16] 曹嫣镔，刘冬青，张仲平，等.胜利油田超稠油蒸汽驱汽窜控制技术[J].石油勘探与开发， 2012， 39(6)：739-743.

[17] 李文会，刘鹏程，沈德煌，等.稠油油藏尿素泡沫辅助蒸汽驱三维物理模拟实验[J].油气地质与采收率，2015，22(4)：118-122.

[18] 刘晏飞，唐亮，熊海云，等.化学蒸汽驱不同温度区域的驱油特征[J].油气地质与采收率，2015，22(3)：115-118.

[19] 杨戬，李相方，张晓林，等.预测蒸汽驱后期转接替方式时机的新方法[J].油气地质与采收率，2015，22(2)：83-87.

[20] 孙建芳，刘东，李丽，等.孤岛油田驱油剂辅助蒸汽驱对稠油性质的影响[J].油气地质与采收率，2014，21(3)：55-57.

[21] 尚朝辉.大孔道非均质油藏调堵封窜参数优化模拟研究[J].油气地质与采收率，2014，21(3)：62-65.

[22] 丁玉娟.胜利油区配注污水水质对化学驱效果的影响[J].油气地质与采收率，2014，21(3)：66-69.

[23] 尚宝兵，廖新维，卢宁，等.CO2驱水气交替注采参数优化——以安塞油田王窑区块长6 油藏为例[J].油气地质与采收率，2014，21(3)：70-72,77.

[24] 李星红，刘敏，蒲春生，等.低频振动对聚合物凝胶交联过程的影响[J].油气地质与采收率，2014，21(3)：86-88,91.

[25] 李爱芬，任晓霞，江凯亮，等.表面活性剂改善稠油油藏水驱开发效果实验研究——以东辛油田深层稠油油藏为例[J].油气地质与采收率，2014，21(2)：18-21.

[26] 刘广为，姜汉桥，王敏，等.聚合物驱增油量评价方法及应用[J].油气地质与采收率，2014，21(2)：29-31.

[27] 黄金山.宝浪油田宝北区块Ⅰ—Ⅱ油组合理注采井距研究[J].油气地质与采收率，2014，21(2)：38-40.

[28] 杨树人，于超，刘丽丽，等.交替注入聚合物驱油的水动力学机理[J]. 大庆石油地质与开发，2014，33 (3)：118-121.

[29] 侯吉瑞，吴晨宇，赵凤兰，等. 高温高盐油藏复合驱体系优选及性能评价[J].大庆石油地质与开发， 2014，33 (2)：121-126.

编辑 张耀星

20160602；改回日期：20160907

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05011-002)

杨元亮(1967-)，男，高级工程师，《特种油气藏》编委，1990年毕业于石油大学(华东)石油地质专业，2011年毕业于中国科学院矿物学、岩石学、矿床学专业，获博士学位，现从事油气藏开发研究和管理工作，出版专著1部。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.015

TE345

A

1006-6535(2016)06-0068-04