稠油油藏组合蒸汽吞吐的分区方法

赵红雨

(中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)

0 引 言

蒸汽吞吐是中国国内稠油油藏最主要的开发方式[1-2]，开发初期可获得较高的周期油汽比，但随蒸汽吞吐周期的增加，周期开发效果逐渐变差，其中，蒸汽吞吐井间汽窜是热利用率降低，周期产油量下降的重要原因[3-7]。组合蒸汽吞吐将邻近的几口油井划为一个组合蒸汽吞吐区，同一组合蒸汽吞吐区内的油井同时注汽、同时生产，消除井间驱替压差，有效抑制蒸汽窜流，提高热利用率和周期产油量，矿场实践取得较好的开发效益[8-9]。

但矿场注汽锅炉数量有限，无法满足一个蒸汽吞吐区块的几十口甚至上百口井同时组合吞吐，以往矿场实施组合蒸汽吞吐，多是人为划分组合蒸汽吞吐区，操作主观性强，缺少科学的分区方法。在数值模拟的基础上，明确蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期的主控因素，定量分析单因素与蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期的关系，利用多元非线性回归方法建立多因素影响下蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期的预测模型，实现汽窜发生所在周期的定量计算，根据汽窜发生所在周期划分组合吞吐区，较好地解决了组合蒸汽吞吐技术科学分区的问题，为组合蒸汽吞吐的矿场实施提供有效的技术支持。

1 数值模型建立

利用CMG软件中STARS模块，依据王庄油田坨82块地质情况，建立包含2口油井的数值模型。油藏埋深为1 230 m，油层厚度为10.2 m，平均孔隙度为30.6 %，平均渗透率为1.86 μm2，初始含油饱和度为0.6，地层温度为54 ℃，地层压力为12.3 MPa，地层条件下原油黏度为3 789 mPa·s。

为准确反映蒸汽吞吐井间汽窜规律，在该模型中考虑油井出砂[10-18]，砂粒分为可动砂和骨架砂，骨架砂在任何条件下都不会发生运移，可动砂初始位置固定，当地层流体流速大于临界流速时可以发生溶蚀、脱落并运移。油井出砂后，会造成地层近井地带孔隙度和渗透率的升高，加剧地层的非均质性，蒸汽吞吐井注汽过程中蒸汽易沿高渗通道快速突进到邻近井，从而发生井间汽窜。

2 汽窜发生所在周期影响因素分析

影响蒸汽吞吐井间汽窜的因素除地层非均质、原油黏度、油层厚度等静态因素，还应包括投产时间、蒸汽吞吐周期、注汽量、采液量、井距等动态因素，井间压力梯度综合了各动态因素对汽窜发生所在周期的影响，因此，文中采用井间压力梯度表征动态因素的综合影响。

2.1 渗透率突进系数

渗透率突进系数是汽窜方向的渗透率与平均渗透率比值，表征地层非均质的大小。利用上述数值模型，计算渗透率突进系数分别为1.1、1.2、1.4、1.6、2.0时井间汽窜发生所在周期(图1)。结果表明，汽窜发生所在周期随渗透率突进系数的增加显著提前，汽窜发生所在周期与渗透率突进系数呈较好的幂率关系。

2.2 原油黏度

原油黏度是影响地下原油流动能力的主要因素，模拟计算地层原油黏度分别为3789、9136、20537、27128、35426 mPa·s时蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期(图2)。结果表明，随原油黏度的增加，蒸汽和热水越易发生窜流，汽窜发生所在周期越早，且汽窜发生所在周期与原油黏度呈较好的线性关系。

图1汽窜发生所在周期与渗透率突进系数关系曲线

图2汽窜发生所在周期与原油黏度关系曲线

2.3 油层厚度

选取油层厚度分别为5、10、15、20、30 m，研究油层厚度对汽窜发生所在周期的影响(图3)。结果表明，汽窜发生所在周期随油层厚度的增加而提前，两者间呈对数关系，但油层厚度对汽窜发生所在周期的影响幅度相对较小。

图3汽窜发生所在周期与油层厚度关系曲线

2.4 井间压力梯度

模拟计算井间压力梯度分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa/m时蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期(图4)。结果表明，井间压力梯度越大，注入蒸汽受到流向采油井的驱动力越大，汽窜发生所在周期越早。

图4汽窜发生所在周期与井间压力梯度关系曲线

3 预测模型建立

3.1 影响权重分析

在汽窜发生所在周期影响因素分析的基础上，采用变异系数对各因素进行汽窜发生所在周期的影响权重评价，变异系数定义为一组样本数据的标准差与平均值绝对值的比值，变异系数反映一组样本数据分散和差异程度，数值越大说明该样本数据间差异程度越大，否则越集中。

变异系数计算公式为：

(1)

(2)

利用上式计算渗透率突进系数、井间压力梯度、原油黏度、油层厚度对蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期影响的变异系数分别为0.375、0.355、0.176、0.077。因此，井间汽窜发生所在周期影响由大到小依次为渗透率突进系数、井间压力梯度、原油黏度、油层厚度，其中渗透率突进系数和井间压力梯度的影响显著，而油层厚度的影响非常小。

3.2 预测模型建立

为使建立的预测模型科学、准确、便捷，根据影响权重分析结果，选取影响程度较大的渗透率突进系数、原油黏度、井间压力梯度作为预测模型考虑的表征参数，各影响因素与汽窜发生所在周期呈现良好的数学关系，且相关性较高，为建立可靠的预测模型奠定了基础。

根据单因素与汽窜发生所在周期的数学关系，采用LSTOPT软件进行多元非线性回归，得到如下汽窜发生所在周期的预测模型：

(3)

式中：Th为蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期；KR为渗透率突进系数，取值为1.1～2.0；ph为井间压力梯度，MPa/m，取值为0.01～0.05 MPa/m；μo为地层条件原油黏度，mPa·s，取值为3 789～3 5426 mPa·s。

该预测模型实现了在不进行数值模拟的情况下，仅利用渗透率突进系数、原油黏度、井间压力梯度计算蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期，再依据现场锅炉注汽能力，优先将汽窜发生所在周期早的井，划分为一个组合蒸汽吞吐区。

3.3 组合分区方法

针对某一具体蒸汽吞吐单元，通过式(3)可以计算蒸汽吞吐井与所有关联井的井间汽窜发生所在周期，从而进行井间热干扰预判和分级，一般认为第1～3周期属一级热干扰，影响蒸汽吞吐产量大于20%；第4～6周期属二级热干扰，影响蒸汽吞吐产量10%～20%；第7～10周期属三级热干扰，影响蒸汽吞吐产量小于10%；第10周期以后不易产生热干扰，影响蒸汽吞吐产量少。注汽时，原则上应将所有汽窜关联井划分为一个组合蒸汽吞吐区，但实际计算表明，某一蒸汽吞吐井的汽窜关联井相对较多，往往达到10口井以上，受现场锅炉注汽能力限制，难以满足同时注汽。为此，按热干扰级别对组合分区进一步细化，汽窜发生所在周期早、影响产量大的关联井优先组合，实施组合蒸汽吞吐，组合井数一般控制在2～4口。细化组合分区后，矿场可操作性更强。

4 应用实例

王庄油田坨82块为受构造控制的层状普通稠油油藏，埋深为1150～1 260 m，地层条件下原油黏度为1 000～6 900 mPa·s，油层厚度为6～12 m，平均孔隙度为34.4 %，平均渗透率为1.38μm2，渗透率突进系数为0.6～2.3。2004年开始热采开发，目前大部分井处于第5周期，部分井已发生汽窜，整体采出程度为18.2%。

以该区块2X16、2CPX17井为例，地层条件下原油黏度为6 200 mPa·s，井间渗透率突进系数为1.7，注汽压力约为14 MPa，井间距离为149 m，平均井底流压为8.1 MPa，井间压力梯度为0.040 6 MPa/m，利用该预测模型计算2X16井与2CPX17井的井间汽窜发生所在周期为第2.9周期。2X16井于2012年年底进行第3周期注汽时，2CPX17井井口温度由40 ℃升至113 ℃，产液量由22.8 t/d升至32.5 t/d,含水由62.4%突升至95.1%，表现出明显的汽窜现象，导致该井日产油由8.6 t/d降至1.6 t/d，严重影响产量，表明井间汽窜发生所在周期预测结果与实际吻合较好。

利用井间汽窜发生所在周期预测方法计算了坨82块东区各蒸汽吞吐井与周围邻井间汽窜发生所在周期(图5)。为了清晰地说明利用汽窜发生所在周期进行组合蒸汽吞吐区的划分，汽窜发生所在周期大于10周期的井间关系未标注。图5a为现场注汽锅炉能够满足10口井同时注汽，可将坨82块东区有汽窜关联的10口井划分为一个组合蒸汽吞吐区；图5b为现场注汽锅炉无法满足10口井同时注汽，按井间汽窜发生所在周期早晚将蒸汽吞吐井细分为3个不同的组合蒸汽吞吐区。如分区二的2X16、2CPX17、3X18、3-19井汽窜发生所在周期为第2.9～5.3周期，针对2X16井第3周期注汽与2CPX17井汽窜问题，2X16井第4周期与2CPX17井实施组合蒸汽吞吐。开井后，2CPX17井含水稳定在70%左右，周期产量增加150t，油汽比提高0.05；根据对各井汽窜发生所在周期的预判，2CPX17井第5周期与3X18、3-19、2X16井进行组合，实施组合蒸汽吞吐后3X18、3-19井井口温度保持在42～45 ℃，避免了汽窜的发生，提高了热利用率，日产油量比上一周期分别提高0.7、1.2 t/d。根据以上思路，实现了稠油蒸汽吞吐单元组合蒸汽吞吐的科学分区，达到蒸汽吞吐井间汽窜后治理和防止汽窜的效果。2015年低油价以来，胜利油田共实施组合蒸汽吞吐465个井组、1320井次，平均单井周期增油97t，油汽比提高0.04，保障效益稳产。

图5 坨82块组合蒸汽吞吐分区

5 结 论

(1) 单因素影响分析表明，蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期随透率突进系数、井间压力梯度、原油黏度和油层厚度的增大而缩短；各因素对蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期影响由大到小依次为渗透率突进系数、井间压力梯度、原油黏度、油层厚度，其中，渗透率突进系数和井间压力梯度的影响显著，而油层厚度的影响非常小。

(2) 采用多元非线性回归方法建立蒸汽吞吐井间汽窜发生所在周期的预测方法，实例验证计算结果与矿场实际情况吻合性较好；通过汽窜发生所在周期和热干扰级别建立了组合蒸汽吞吐的分区方法，实现汽窜防治理结合，应用简单方便，可操作性强，效果明显，能够满足矿场应用需要。

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