超稠油水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化研究

史海濤，王 朔，呂 楠，張佩佩，羅艷紅

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；3.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；4.中國石油長城鉆探工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

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超稠油水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化研究

史海濤1，2，王 朔3，呂 楠4，張佩佩2，羅艷紅2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；3.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；4.中國石油長城鉆探工程有限公司，遼寧 盤錦 124010)

針對(duì)勝利油田Z區(qū)塊水平井蒸汽吞吐開發(fā)采收率低、井間剩余油較多的問題，首選蒸汽驅(qū)作為蒸汽吞吐后的接替方式來進(jìn)一步提高原油采收率。運(yùn)用數(shù)值模擬方法結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)Z區(qū)塊水平井蒸汽驅(qū)井網(wǎng)形式、轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)機(jī)、注汽干度等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。實(shí)施過程中使用了30 t/h超高干度注汽鍋爐，出口注汽干度可高達(dá)95%以上，保證了注汽井的注汽強(qiáng)度為1.6 m3/(d·km2·m)左右。先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)7口水平井蒸汽驅(qū)見到明顯效果，平均日產(chǎn)油增加了4～8 t/d。研究成果為稠油油藏水平井蒸汽驅(qū)在勝利油田的推廣提供了技術(shù)依據(jù)。

超稠油；水平井蒸汽驅(qū)；注采井網(wǎng)；注汽干度；采注比；勝利油田

0 引 言

勝利油田Z區(qū)塊開發(fā)目的層為沙三上亞段一砂體，油藏埋深為1 300～1 350 m，平均油層厚度為7.8 m。油層物性較好，平均孔隙度為32%，平均滲透率為4 000×10-3μm2，屬于高孔、高滲儲(chǔ)層。地面脫氣原油密度為1.043 3 g/cm3，50 ℃時(shí)地面脫氣原油黏度為22×104～38×104mPa·s，屬超稠油油藏。Z區(qū)塊自2007年以來采用水平井蒸汽吞吐方式開發(fā)，區(qū)塊累計(jì)油汽比為0.82，累計(jì)回采水率為157.94%，采油速度保持在2.5%左右。為提高區(qū)塊原油采收率，亟須轉(zhuǎn)換開發(fā)方式，由蒸汽吞吐轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)開發(fā)[1-3]。利用數(shù)值模擬并結(jié)合油藏工程對(duì)超稠油油藏水平井蒸汽驅(qū)的機(jī)理、井網(wǎng)形式、蒸汽驅(qū)參數(shù)等進(jìn)行綜合研究，優(yōu)選出合理的汽驅(qū)技術(shù)參數(shù)[4-15]，實(shí)現(xiàn)蒸汽平面、縱向均衡驅(qū)替，達(dá)到大幅度提高采收率的目的。

1 水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)參數(shù)研究

水平井蒸汽驅(qū)技術(shù)是通過擴(kuò)大油層泄油面積來提高油井產(chǎn)量的一項(xiàng)新的開發(fā)技術(shù)[16-18]。但是開發(fā)效果受到井網(wǎng)井距、轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)機(jī)、注汽速度和蒸汽干度等參數(shù)的影響，只有合理選擇上述參數(shù)，才能取得較好的開發(fā)效果[19-20]。

1.1 井網(wǎng)形式

合理井網(wǎng)形式的部署可以使區(qū)塊發(fā)揮最佳的開發(fā)潛能[21]。Z區(qū)塊在井網(wǎng)方式篩選時(shí)主要考慮了5種井網(wǎng)方式：排狀蒸汽驅(qū)井網(wǎng)、反五點(diǎn)蒸汽驅(qū)井網(wǎng)、反九點(diǎn)蒸汽驅(qū)井網(wǎng)、先反九點(diǎn)后轉(zhuǎn)反五點(diǎn)井網(wǎng)和先反九點(diǎn)后轉(zhuǎn)排狀井網(wǎng)。通過對(duì)這5種井網(wǎng)形式進(jìn)行數(shù)模研究并結(jié)合各井網(wǎng)采收率預(yù)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為先反九點(diǎn)再轉(zhuǎn)排狀的井網(wǎng)方式可使邊部井動(dòng)用有所改善。考慮到現(xiàn)場(chǎng)易于操作管理，推薦該區(qū)水平井蒸汽驅(qū)井網(wǎng)采用先反九點(diǎn)后轉(zhuǎn)排狀井網(wǎng)[22]。推薦方案與原蒸汽吞吐方式相比，可提高采收率20.8%。

1.2 轉(zhuǎn)驅(qū)時(shí)機(jī)

開發(fā)進(jìn)入蒸汽吞吐后期，確立蒸汽吞吐轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的合理時(shí)機(jī)主要取決于：①注采井間形成較好的熱連通；②蒸汽驅(qū)在低壓狀態(tài)下均衡驅(qū)替；③油層在蒸汽吞吐后期具有豐富的剩余油可供驅(qū)替。經(jīng)過數(shù)模和現(xiàn)場(chǎng)資料分析論證，截至2014年，Z區(qū)塊可達(dá)到上述要求，2014年3月底該區(qū)塊3個(gè)井組已同步轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)。

1.3 井底蒸汽干度

井底蒸汽干度是影響水平井蒸汽驅(qū)成敗的關(guān)鍵因素之一。在蒸汽注入壓力與注入流速一定的情況下，隨著蒸汽干度的增加，管線和油藏的熱損失率逐漸降低，水平井蒸汽驅(qū)的開發(fā)效果逐漸變好[13]。不同類型油藏實(shí)例研究結(jié)果表明，蒸汽干度越高，開發(fā)效果越好，因此，在汽驅(qū)時(shí)要采用較高的蒸汽干度。

在壓力為5 MPa、單井注汽速度為145 t/d條件下，設(shè)計(jì)注汽井底干度分別為30%、40%、50%。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著蒸汽干度的增加，蒸汽腔發(fā)育更加充分，油層動(dòng)用和驅(qū)替效果更好，汽驅(qū)階段凈采油量上升，采出程度更高(表1)。Z區(qū)塊原油黏度高、埋藏深、水平段長且非均質(zhì)差異大，各段配汽量要求不同。因此，井底蒸汽干度大于50%才能保證水平段蒸汽干度高、均勻分配，實(shí)現(xiàn)蒸汽驅(qū)預(yù)計(jì)的開發(fā)效果。

表1 不同井底蒸汽干度開發(fā)指標(biāo)對(duì)比

1.4 注汽強(qiáng)度

蒸汽驅(qū)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析表明，油藏在進(jìn)行蒸汽驅(qū)開發(fā)時(shí)，注汽強(qiáng)度直接影響蒸汽驅(qū)替效果。較高的注汽強(qiáng)度可使油層加熱效率高，熱損失較小，蒸汽波及體積大。但注汽強(qiáng)度過高，油層中蒸汽推進(jìn)速度過快，只能驅(qū)掃流度較大的部位，且蒸汽易沿汽竄通道發(fā)生指進(jìn)現(xiàn)象，造成油井水淹水竄。因此，在油層吸汽能力允許的范圍內(nèi)，應(yīng)優(yōu)選最佳的注汽強(qiáng)度[23-24]。

Z區(qū)塊在壓力為5 MPa、井底注汽干度為50%的條件下，設(shè)計(jì)注汽強(qiáng)度為1.4、1.6、1.8 m3/(d·km2·m)，折算注汽速度分別為7.5、8.6、9.6 t/h(表2)。由表2可知，隨著注汽強(qiáng)度的提高，采收率呈上升趨勢(shì)。注汽強(qiáng)度為1.6 m3/(d·km2·m)后，采收率上升幅度變緩，汽驅(qū)階段凈采油量下降，因此，Z區(qū)塊汽驅(qū)合理的注汽強(qiáng)度為1.6 m3/(d·km2·m)，折算注汽速度為8.6 t/h。

表2 反九點(diǎn)不同注汽強(qiáng)度開發(fā)指標(biāo)對(duì)比

1.5 采注比

當(dāng)采注比較低時(shí)，不能完全保證驅(qū)替為蒸汽驅(qū)，造成采收率偏低[25]。因此，提高采注比，可以有效改善蒸汽驅(qū)的開發(fā)效果[26]。根據(jù)蒸汽驅(qū)開采過程中要在油藏中形成蒸汽帶這一基本要求，蒸汽驅(qū)過程中要以較大的采注比形成注采井間的壓力梯度，以保持蒸汽帶前緣向生產(chǎn)井不斷擴(kuò)展。

Z區(qū)塊所有井均為長水平段水平井，設(shè)計(jì)3種采注比(1.1、1.2、1.3)進(jìn)行對(duì)比分析，由反九點(diǎn)井網(wǎng)不同采注比開發(fā)指標(biāo)對(duì)比(表3)可知，采注越大，采出程度和凈采油越高。采注比超過1.2后，增幅變緩。因此，為達(dá)到提高采收率的目的，Z區(qū)塊的采注比采用1.3。

表3 反九點(diǎn)井網(wǎng)不同采注比開發(fā)指標(biāo)對(duì)比

2 實(shí)施情況

2.1 試驗(yàn)區(qū)選擇及概況

在Z區(qū)塊主體部位選擇了3個(gè)井組共22口水平井作為先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)(圖1)。先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)具有以下特點(diǎn)：①邊底水不活躍，受邊底水侵入影響小；②井網(wǎng)完善；③油層壓力較低，試驗(yàn)區(qū)原始地層壓力為13.76 MPa，目前壓力為6.00 MPa；④剩余油飽和度在40%以上，井區(qū)面積為0.57 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量為95×104t。試驗(yàn)區(qū)采用先反九點(diǎn)后轉(zhuǎn)排狀蒸氣驅(qū)井網(wǎng)，井距和排距均為100 m，井底注汽干度大于50%，井組注汽強(qiáng)度為1.6 m3/(d·km2·m)，采注比為1.3。

圖1 Z區(qū)塊先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)井網(wǎng)部署

截至2013年年底，Z區(qū)塊總投產(chǎn)井?dāng)?shù)為34口，單井平均日產(chǎn)油為8.9 t/d，累計(jì)產(chǎn)油27.73×104t，累計(jì)產(chǎn)水45.58×104t，累計(jì)注汽33.68×104t，采出程度為13.0%。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)單井平均日產(chǎn)油為9.2 t/d，綜合含水為70.7%，累計(jì)產(chǎn)油17.21×104t，累計(jì)注汽21.07×104t，采出程度為18.1%。預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)驅(qū)方案實(shí)施后，蒸汽吞吐+蒸汽驅(qū)階段累計(jì)產(chǎn)油41.87×104t，采出程度達(dá)到48.13%。

2.2 蒸汽驅(qū)效果

Z區(qū)塊先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)自2014年5月上旬開始正式轉(zhuǎn)驅(qū)。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的蒸汽吞吐井采用的是活動(dòng)鍋爐注汽，蒸汽驅(qū)井采用固定鍋爐注汽。為了確保蒸汽驅(qū)技術(shù)得到全面實(shí)施，使用了30 t/h超高干度注汽鍋爐，為3口汽驅(qū)井(P61、P65、P5)同時(shí)注汽。該注汽鍋爐(出口)注汽干度可達(dá)95%以上，滿足了注汽需求。截至2014年9月底，累計(jì)注汽47 265 t，部分油井已見到明顯效果。

截至2014年年底，試驗(yàn)區(qū)已見效油井7口，未見效井12口，7口見效井可分2類。

(1) 4口井(P1、P3、P47、P63)注入蒸汽沿吞吐汽竄通道突破，屬快速見效油井。主要表現(xiàn)為快速突破，平均見效時(shí)間為17 d，最快為12 d。生產(chǎn)特點(diǎn)為液面、含水、溫度上升，油量下降。

(2) 3口井(P49、P59、P83)溫和見效，平均見效時(shí)間為26 d。生產(chǎn)特點(diǎn)表現(xiàn)為液面升、油量穩(wěn)定或上升，這類油井是汽驅(qū)的最好典型。P49井屬于距邊水二線井，2013年因邊水推進(jìn)水淹關(guān)井，一線井經(jīng)過2次大劑量封堵后，邊水得到控制。汽驅(qū)1個(gè)月后見效，含水由原來的100%降至80%；日產(chǎn)液為35 t/d，無明顯變化；平均日產(chǎn)油增加4 t/d，說明油井受效明顯，且證實(shí)封堵一線井有效地緩解了邊水推進(jìn)。P59井屬于邊井，該井在P61井轉(zhuǎn)驅(qū)75 d后見到明顯效果。日產(chǎn)液量為35～37 t/d，日產(chǎn)油由原來3.7 t/d上升到11.7 t/d，日產(chǎn)油量增加了8.0 t/d，含水由88%降至67%。

3 結(jié) 論

(1) 通過數(shù)值模擬，對(duì)Z區(qū)塊水平井蒸汽驅(qū)的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選。確定采用先反九點(diǎn)后適時(shí)轉(zhuǎn)排狀的井網(wǎng)形式，蒸汽驅(qū)過程中的井底蒸汽干度大于50%，反九點(diǎn)井網(wǎng)井組注汽強(qiáng)度為1.6 m3/(d·km2·m)，采注比為1.3。

(2) Z區(qū)塊水平井汽驅(qū)試驗(yàn)使用了30 t/h超高干度注汽鍋爐，出口注汽干度可高達(dá)95%以上，確保了注汽干度和強(qiáng)度，保證了超稠油水平井汽驅(qū)的成功實(shí)施。

(3) 先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)已有7口井見到了明顯的汽驅(qū)效果，下步將對(duì)未見效井的影響因素進(jìn)行深入研究，提高汽驅(qū)開發(fā)效果。Z區(qū)塊水平井蒸汽驅(qū)的成功實(shí)施對(duì)稠油水平井蒸汽驅(qū)在勝利油田其他區(qū)塊的推廣和勝利油田稠油開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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編輯 劉 巍

20150331；改回日期：20150615

中國石油化工股份有限公司重點(diǎn)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“特超稠油開發(fā)技術(shù)研究”(P12123)

史海濤(1981-)，男，工程師，2005年畢業(yè)于鄭州大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(xué)(北京)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)在讀博士研究生，現(xiàn)從事稠油開發(fā)地質(zhì)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.04.032

TE345

A

1006-6535(2015)04-0121-04