储层参数对蒸汽辅助重力泄油技术开发效果的影响.

李浩哲，梁琳琳，潘少杰，包建银，刘其鑫

(中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102200)

储层参数对蒸汽辅助重力泄油技术开发效果的影响.

李浩哲，梁琳琳，潘少杰，包建银，刘其鑫

(中国石油大学(北京)石油工程学院，北京 102200)

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术是开采稠油和油砂的重要技术，其开发效果受储层参数的影响。采用数值模拟方法研究了垂向渗透率、储层厚度、孔隙度、含油饱和度等储层参数对SAGD技术开发效果的影响。结果表明，储层厚度、孔隙度、含油饱和度与开发效果呈正相关关系。在水平渗透率一定的情况下，垂向渗透率对开发效果的影响存在最优值。对不同储层参数进行正交试验设计的结果显示，对于油汽比、采出程度、平均日产量等因变量，储层厚度、垂向渗透率、含油饱和度及孔隙度的影响程度不同。根据正交试验分析结果对稠油油藏SAGD技术开发的适应性进行量化评价，可为前期制定开发策略提供参考。

蒸汽辅助重力泄油；储层参数；正交试验；方差分析；量化评价体系

中国稠油资源丰富，探明和控制储量已达16×108t，是继美国、加拿大和委内瑞拉之后的世界第四大稠油生产国[1]。蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术是开采稠油和油砂资源的重要技术，目前已在世界范围内得到了广泛应用。中国辽河油田首先进行了SAGD先导试验并取得了良好的效果，新疆风城油田的SAGD技术已进入规模化开发应用阶段。

SAGD技术的应用效果受地质参数和注采工艺参数的影响，其中地质参数是决定性因素，且属于不可控因素。地质参数中最重要的是储层，其对SAGD技术的应用效果具有重要意义。许多学者已经研究了不同储层参数对双水平井SAGD技术蒸汽腔发育情况、采出程度的影响[2-7]，但均未针对单因素进行理论分析，缺乏对单因素影响程度的定量评价。

本文采用数值模拟方法研究了垂向渗透率、储层厚度、孔隙度、含油饱和度等储层参数对SAGD技术开发效果的影响，为确定SAGD技术开发稠油油藏的界限标准提供参考。采用正交试验设计的方法，对比了4个参数影响程度的大小。最后根据分析结果建立了SAGD技术开发稠油油藏评价体系，对目标油藏进行量化评价与分析。可用于稠油油藏优选，规避开发效果欠佳区块，更有利于充分发挥SAGD技术优势实现稠油油藏的高效经济开发。

1 数值模型

选择加拿大Athabasca油砂中的典型双水平井井组建立基础模型。油藏埋深为500 m，储层厚度为30 m，平均孔隙度为30%，原始含油饱和度为0.87，原始含水饱和度为0.13。油藏水平渗透率为3000 mD，垂直渗透率与水平渗透率之比为0.7。油藏温度为12℃，原始地层压力为3 MPa。油藏温度条件下，原油黏度为3.52×106MPa·s。SAGD井组水平段长度为1000 m，井距为100 m，注采井垂向距离为5 m。基础模型采用笛卡尔坐标系统，I(横向)、K(垂向)方向网格步长均为1 m，J方向(水平井方向)网格步长为50 m，总网格数为50×20×30=30000。

2 储层参数影响分析

对垂向渗透率、储层厚度、孔隙度及含油饱和度等参数进行分析，研究不同参数条件下生产时间为10年时采出程度和油汽比的变化规律，确定单因素变化对SAGD生产效果的影响规律，为综合分析奠定基础。

2.1 垂向渗透率的影响

垂向渗透率主要影响蒸汽腔的上升速度。选择垂向渗透率为300 mD、600 mD、900 mD、1200 mD、1500 mD、2100 mD、2700 mD的储层进行数值模拟，其对开发效果的影响如图1所示。

图1 不同垂向渗透率的开发效果对比图Fig.1 Comparison of development effect under different vertical permeability

随着垂向渗透率增大，采出程度和油汽比均逐渐增大，生产效果逐渐变好。但当垂向渗透率超过1200 mD后，生产效果逐渐变差，采出程度和油汽比出现一定幅度的降低。这是由于蒸汽超覆加重，蒸汽腔垂向发育速度加快，侧向发育较差。这一方面不利于侧向原油的动用，降低了采出程度；另一方面增大了盖层热损失，使热效率变差，生产油汽比减小。数值模拟结果表明，在油藏水平渗透率一定的情况下，垂向渗透率超过一定值才具有经济开发的潜力，但是垂向渗透率并非越大越好，而是有一个界限值，超过界限值时油藏开发效果反而会下降。

2.2 储层厚度的影响

图2 不同储层厚度的开发效果对比图Fig.2 Comparison of development effect under different reservoir thicknesses

选择储层厚度为10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m进行数值模拟，对比不同储层厚度下的开发效果(图2)。从图2中可以看出，随着储层厚度增大，油汽比逐渐增大，但增长幅度逐渐变缓；采出程度则先升高后降低。这是因为重力是SAGD技术中主要的泄油动力，储层厚度越大，重力泄油作用越明显，产量越高；随着储层厚度的增大，上覆、下伏岩层的热损失相应减少，蒸汽热效率提高，油汽比增大，生产效果得到改善。而储层厚度大意味着油藏储量大，尽管采出程度随着储层厚度的增大而逐渐降低，但是平均日产量和油汽比均相应增加，说明生产效果并未变差。这也从侧面证明了产量与储层厚度并非呈简单的线性关系，该结论与Butler的产能公式相吻合。

2.3 孔隙度的影响

选择孔隙度为10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%进行数值模拟，采出程度和油汽比的变化如图3所示。孔隙度主要影响蒸汽热效率，孔隙度越小，蒸汽在地层中的热损失越大，蒸汽扫过的区域含油量越低。模拟结果表明，随着孔隙度增大，油汽比几乎呈线性趋势增长，即孔隙度越大，SAGD开发效果越好；采出程度则先升高后降低，且当孔隙度为15%时，采出程度最高。为保证SAGD开发的经济性，应优先选择孔隙度在20%以上的储层进行开发。孔隙度是影响储量的关键参数，孔隙度增大，原油储量增大，孔隙度增大对日产量的影响幅度小于储量增加的幅度，导致油藏采出程度降低，这与Butler和H.Shin[8]的研究结果相同。

图3 不同孔隙度的开发效果对比图Fig.3 Comparison of development effect under different porosities

2.4 含油饱和度的影响

含油饱和度对开发效果的影响如图4所示。随着含油饱和度的增加，采出程度和油汽比均逐渐增大。含油饱和度较低时，含水饱和度高，蒸汽腔为“高瘦型”，不利于侧向原油的动用，且注入的蒸汽大部分用于加热地层水，蒸汽热效率较低，油汽比较低。含油饱和度增大后，蒸汽腔呈倒置的碗状，开发效果变好。为了提高采出程度，降低热损失，蒸汽辅助重力泄油技术开采的稠油储层含油饱和度应高于50%。

图4 不同含油饱和度的开发效果对比图Fig.4 Comparison of development effect under different oil saturations

3 影响程度综合分析

本研究采用正交试验设计的方法研究各因素对SAGD技术开发效果的影响程度。正交试验设计是科学设计多因素试验的一种方法，其通过挑选有代表性的试验点来进行试验，从而用部分试验代替全面试验，得到的结果再用数理统计方法进行处理，得出科学结论[9-10]。

结合单因素分析结果，对垂向渗透率、储层厚度、孔隙度和含油饱和度进行正交试验设计，参数水平设定见表1。

表1 参数水平设定表

Table 1 Parameters level setting

影响因素参数水平垂向渗透率/mD300、900、1500、2100、2700储层厚度/m20、30、40、50、60孔隙度/%10、20、30、40、50含油饱和度/%50、60、70、80、90

根据正交试验设计的原理，进行“四因素五水平”设计，得到25组结果，分别进行模拟计算得到对应参数条件下的采出程度、油汽比及平均日产量。然后分别以油汽比、采出程度、平均日产量为因变量，对模拟计算的结果进行方差分析(表2)，根据对应因子的F值可以比较各因子对相应开发指标的影响程度。

从表2可以看出，对于不同的因变量，储层厚度、垂向渗透率、含油饱和度及孔隙度的影响程度不同。以油汽比为例，含油饱和度和孔隙度对油汽比的影响极为显著，而储层厚度和垂向渗透率的影响则相对较弱。根据不同因素的F值，这4个因素对双水平井SAGD技术开发油汽比的影响大小依次为：含油饱和度>孔隙度>垂向渗透率>储层厚度。对于采出程度，各因素影响大小为：储层厚度>含油饱和度>垂向渗透率>孔隙度。对于平均日产量，各因素影响大小为：含油饱和度>孔隙度>垂向渗透率>储层厚度。

表2 方差分析结果表(α=0.05)

注：α—显著性水平 ；F—方差分析统计量；P—概率。

4 评价体系建立与应用

根据F值大小，确定油藏评价体系中垂向渗透率、储层厚度、孔隙度、含油饱和度对应的权重分别为0.069、0.037、0.405、0.489。根据各参数权重，结合Athabasca油砂、辽河油田[11]、新疆风城油田[12]的储层参数，计算得到国内外典型稠油油藏的油藏得分，即可采系数(表3)。参照筛选标准，Athabasca油砂、曙一区杜84块馆陶组油层、新疆风城油田重32井区、新疆风城油田重37井区均满足SAGD技术开发的要求。其中曙一区杜84块馆陶组油层可开发性优于Athabasca油砂，SAGD技术具有很大的应用潜力。新疆风城油田典型稠油区块的油藏可采系数虽略低于Athabasca油砂，但采用双水平井SAGD技术开采也可获得理想的产量，且重37井区的开发效果可能优于重32井区。

表3 典型稠油油藏SAGD技术开发评价表

5 结论与建议

(1)SAGD技术的开发效果受储层参数的影响，应在投入开发前对目标油藏进行可开发性评价。

(2)储层厚度、孔隙度、含油饱和度越大，SAGD技术的开发效果越好，在水平渗透率一定的情况下，垂向渗透率对开发效果的影响存在最优值。

(3)垂向渗透率、储层厚度、孔隙度、含油饱和度对不同开发指标影响程度不同，应根据不同的开发指标制定不同的技术界限。

(4)基于储层参数对目标油藏进行量化评价，具有简单直观的优势，可为前期制定开发策略提供参考。后期可针对关键注采参数(如注采井垂向距离、注汽速度、注气量等)进行此类研究，为优化SAGD技术的现场操作参数提供理论支撑，从而充分发挥SAGD技术优势，实现稠油油藏的有效开发。

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Effect of Reservoir Parameters on Development Technology with Steam Assisted Gravity Drainage

Li Haozhe， Liang Linlin， Pan Shaojie， Bao Jianyin， Liu Qixin

(PetroleumEngineeringInstituteofChinaUniversityofPetroleum-Beijing，Beijing102200，China)

The steam assisted gravity drainage (SAGD) is an important technology for the development of heavy oil and oil sands, and the development effect is influenced by reservoir parameters. The numerical simulation method has been used to study the influence of vertical permeability, reservoir thickness, porosity, oil saturation, etc. on the SAGD technology development. The results indicate that reservoir thickness, porosity and oil saturation are positively correlated with the SAGD performance, and there is an optimal value of vertical permeability on the development effect under the condition of constant horizontal permeability. The orthogonal experiment design is carried out for different reservoir parameters, and applied the variance analysis to the testing results. Taking oil vapor ratio, production level, average daily output as the dependent variables respectively, the effect of various parameters on the size of development has been compared. According to the analysis result of orthogonal experiment, the quantitativeevaluation of the applicability of SAGD in heavy oil reservoir, and provide a reference for making the development strategy in the early stage.

SAGD; reservoir parameters; orthogonal test; variance analysis; quantitative evaluation system

TE345

A

*第一作者简介：李浩哲(1990—)，男，硕士研究生，主要从事稠油热采及蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术研究工作。 邮箱：lihaozhe2012@126.com.