稠油油藏蒸汽驅影響因素數值模擬研究——以齊40塊蒸汽驅為例

劉薇薇，時 光

（1．中國石油冀東油田分公司，河北唐山063004；2．東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室）

蒸汽驅是目前國內外開采稠油油藏比較成熟的開發方式，最終采收率可以達到50%以上［1－5］。但蒸汽波及效率低一直是困擾蒸汽驅開發工程的重大難題，改善蒸汽驅開發效果的關鍵是如何擴大蒸汽波及體積，而影響蒸汽波及體積的因素又非常復雜。通過多年的蒸汽驅開發實踐研究認為，油藏地質因素（油藏的韻律、隔夾層、滲透率各向異性、射孔位置等）和注采工藝（分層注汽）與蒸汽波及體積密切相關［6－10］。為了全面系統地分析眾多因素對蒸汽驅開發效果的影響，本文以齊40塊油藏參數為基礎，運用蒸汽驅基礎模型，應用CMG模擬軟件中的STARS模塊進行數值模擬計算，對各個影響因素做了系統分析。

1 齊40塊基本情況

齊40塊在構造上位于遼河油田西部凹陷西斜坡上臺階中段，構造面積為8．5 km2。油藏埋藏深度為－622～－1 050 m，巖心分析平均孔隙度為31．5%，平均滲透率為2 062×10－3μm2，屬于高孔、高滲儲層。原始地層壓力為8～11 MPa，油層溫度為36．0～43．6℃。原油屬于高黏度、高密度、低凝固點稠油，50℃地面脫氣原油黏度為2 639 mPa·s，20℃原油密度為0．9686 g／cm3，凝固點為2．2℃，屬于斷層遮擋的巖性－構造、邊水中～厚層稠油油藏。齊40塊于1998年開始了國際上首例中深層稠油蒸汽驅先導試驗，并于2003年開始進行擴大蒸汽驅試驗。

2 蒸汽驅基礎模型

根據齊40塊油藏特點，選取油藏基本參數（表1），建立反九點井網蒸汽驅均質模型，模型平面網格為29×29，網格大小為4．83 m，縱向網格為18，網格大小為3 m。

首先采用反五點井網（100 m×140 m）進行蒸汽吞吐開采到油藏壓力約為3 MPa（采出程度接近30%）時再轉入蒸汽驅，蒸汽驅時加密為反九點井網（70 m×100 m）。

表1 油藏基本參數

3 蒸汽驅影響因素分析

3．1 滲透率變異系數的影響

3．1．1 正韻律油藏

研究滲透率變異系數從0變化到0．8時對蒸汽驅開發效果的影響，具體滲透率分布模式見表2。模擬結果表明，隨著滲透率變異系數的增大，采出程度和油汽比逐漸增加，當滲透率變異系數超過0．7后采出程度和油汽比減小（圖1）。數模結果表明，隨著滲透率變異系數的增大，蒸汽波及體積增大，蒸汽突破時間延長；當滲透率變異系數超過0．7后波及體積減小，蒸汽突破加快。

表2 不同滲透率變異系數的滲透率分布

圖1 不同滲透率變異系數的開發效果對比

3．1．2 反韻律油藏

研究滲透率變異系數從0變化到0．8時對蒸汽驅開發效果的影響，具體滲透率分布模式見表3。模擬結果表明，隨著滲透率變異系數的增大，采出程度和油汽比逐漸減小（圖2）。數模結果還表明，隨著滲透率變異系數的增大，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破加快。

表3 不同滲透率變異系數的滲透率分布

3．2 油藏傾角的影響

圖2 不同滲透率變異系數的開發效果對比

研究油藏IJ方向傾角從0°變化到25°時對蒸汽驅開發效果的影響。模擬結果表明，隨著傾角的增大，蒸汽突破加快，截止到蒸汽突破時，隨著傾角的增大，采出程度逐漸減小，生產時間逐漸縮短（圖3）。其中，油汽比逐漸增加是減少注汽量、降低注汽速度的結果。從數模結果還可以看出，隨著傾角的增大，上傾方向的蒸汽波及體積增大，下傾方向的蒸汽波及體積減小，總的波及體積減小。由此可以看出，當油藏傾角很小時，蒸汽的波及形態受構造傾角的影響較小，蒸汽腔能夠在構造高部位和低部位的井間較為均勻的擴展，因此蒸汽驅最終采收率和蒸汽波及體積較高；當構造傾角逐漸增大時，蒸汽腔發育的方向性越來越明顯，構造高部位油井汽竄風險越來越大，汽竄時間越來越早。

圖3 不同油藏傾角下開發效果對比

3．3 層狀油藏隔層厚度的影響

在前面基礎模型的基礎上，修改模型，縱向網格數仍為18，縱向分為7層，其中油層4層，每層3個網格，每個網格3 m，油層的凈毛比為0．869，這樣使該層狀油藏與前面的塊狀油藏的地質儲量相同；隔層3層，每層2個網格，變化隔層每個網格的厚度來改變隔層的厚度從2 m變化到10 m。模擬結果表明，無隔層的開發效果比有隔層的開發效果差很多；隨著隔層厚度的增加，采出程度和油汽比逐漸減小（圖4）。從數模結果還可以看出，隨著隔層厚度的增加，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破較晚，當隔層厚度超過8 m后突破加快。

3．4 射孔位置的影響

3．4．1 油藏無隔層

圖4 不同隔層厚度下開發效果對比

研究油藏全部射孔、射開油藏下部1／2、油藏下部1／3及油藏下部2／3時對蒸汽驅開發效果的影響。模擬結果表明，射開油藏下部1／3的采出程度和油汽比最高；全部射開油層的采出程度和油汽比最低（表4）。數模結果還表明，射開油藏下部1／3的蒸汽波及體積最大，蒸汽突破時間最長；全部射開油層的蒸汽波及體積最小，蒸汽突破時間最短。

3．4．2 油藏有隔層

表4 不同射孔位置的開發效果對比（油藏無隔層）

研究每層全部射孔、射開每層下部1／3及每層下部2／3時對蒸汽驅開發效果的影響。模擬結果表明，射開每層下部1／3的采出程度和油汽比最高；全部射開油層的采出程度和油汽比最低（表5）。數模結果還表明，射開每層下部1／3的蒸汽波及體積最大，蒸汽突破時間最長；全部射開油層的蒸汽波及體積最小，蒸汽突破時間最短。

3．5 平面滲透率各向異性的影響

表5 不同射孔位置的開發效果對比（油藏有隔層）

研究油藏平面上主河道側向滲透率分別為主河道方向滲透率的0．2，0．4，0．6，0．8，1．0倍時對蒸汽驅油效果的影響。模擬結果表明，平面滲透率各向異性越強，采出程度和油汽比越低，開發效果越差（表6）。數模結果還表明，平面滲透率各向異性越強，蒸汽波及體積越小，蒸汽突破越早。

表6 不同滲透率各向異性開發效果對比

3．6 層狀油藏縱向分層注汽的影響

修改模型使縱向分4個油層，3個隔層，每層油層滲透率為2 000×10－3μm2。設計3個分層注汽方案。方案1：不分層注汽，4個層統一注汽100 m3／d；方案2：分2層注汽，其中1－2油層為一個注汽層，3－4油層為一個注汽層，各注50 m3／d；方案3：分4層注汽，每個油層各注25 m3／d。

模擬計算結果表明，分層注汽級數越多，開發效果越好（表7）。從數模結果還可以看出，分層注汽級數越多，蒸汽波及體積越大，蒸汽突破越晚。

4 結論

（1）隨著正韻律油藏滲透率變異系數的增大，采出程度和油汽比逐漸增加，蒸汽波及體積增大，當滲透率變異系數超過0．7后采出程度和油汽比減小，波及體積減小；隨著反韻律油藏滲透率變異系數的增大，采出程度和油汽比減小，蒸汽波及體積減小。

（2）隨著油藏傾角的增大，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破加快，截止到蒸汽突破時，隨著傾角的增大，采出程度逐漸減小；無隔層的開發效果比有隔層的開發效果差很多，隨著隔層厚度的增加，采出程度和油汽比逐漸減小，蒸汽波及體積減小，蒸汽突破較晚，當隔層厚度超過8 m后突破加快。

表7 分層注汽開發效果對比

（3）無論油藏有無隔層情況下，射開下部1／3位置時，蒸汽波及體積最大，開發效果最好；全部射開油層時，蒸汽波及體積最小，開發效果最差；平面滲透率各向異性越強，蒸汽波及體積越小，開發效果越差；分層注汽級數越多，蒸汽波及體積越大，開發效果越好。

［1］岳清山，沈德煌．有關稠油油藏驅油效率的討論［J］．特種油氣藏，2002，9（1）：28－30．

［2］陽鑫軍．稠油開采技術［J］．海洋石油，2003，23（2）：55－60．

［3］趙洪巖．遼河中深層稠油蒸汽驅技術研究與應用［J］．石油鉆采工藝，2009，31（S1）：110－114．

［4］梁作利，唐清山，柴利文．稠油油藏蒸汽驅開發技術［J］．特種油氣藏，2000，7（2）：46－48．

［5］王旭．遼河油區稠油開采技術及下步技術攻關方向探討［J］．石油勘探與開發，2006，33（4）：484－490．

［6］喻高明．水平井蒸汽驅開采稠油數值模擬研究［J］．特種油氣藏，1999，6（11）：18－22．

［7］王中元．齊40塊蒸汽驅蒸汽波及規律研究［J］．特種油氣藏，2007，14（4）：65－67．

［8］李艷玲．稠油油藏蒸汽驅地質影響因素研究［J］．特種油氣藏，2009，16（5）：58－60．

［9］李平科，張俠，岳清山．蒸汽驅中主要工藝參數對開發效果的影響［J］．特種油氣藏，1996，3（2）：13－17．

［10］蘇玉亮，高海濤．稠油蒸汽驅熱效率影響因素研究［J］．斷塊油氣田，2009，16（2）：73－74．

［11］殷代印，張湘娟．朝陽溝油田蒸汽驅數值模擬研究［J］．特種油氣藏，2008，15（1）：59－62．