高傾斜稠油油藏蒸汽驅延緩突破時間方法研究

胡 濱，賴令彬

(1.中國石油大學，北京 102249;2.中國石油規劃計劃部，北京 100007; 3.中國石油勘探開發研究院，北京 100083)

高傾斜稠油油藏蒸汽驅延緩突破時間方法研究

胡 濱1，2，賴令彬3

(1.中國石油大學，北京 102249;2.中國石油規劃計劃部，北京 100007; 3.中國石油勘探開發研究院，北京 100083)

高傾斜油層注采單元的高部位生產井容易率先突破，提前進入汽竄階段，不利于低部位油層的開采。通過研究多孔介質內蒸汽的受力情況及注采井間蒸汽的滲流速度，根據注采井間瞬時滲流速度相等、平均速度與井距成比例的關系，提出注采單元高、低部位生產井合理配產量及合理注采井距的計算方法。結果表明:注采井附近區域的蒸汽滲流速度受傾角影響較小，但中間區域隨著傾角的增大，高、低部位距注汽井相同位置處滲流速度比增大，當儲層傾角為30°時，滲流速度比值可達到11。CMG模擬表明，產量及注采井距的調整可有效延緩高部位生產井的突破時間，有利于井組內低部位油層的開采。

高傾斜;稠油油藏;蒸汽驅;蒸汽突破;合理配產;注采井距

0 引言

油藏蒸汽驅注采井網及產量的配置直接影響到油田開發效果［1-6］。目前，蒸汽驅通常采用的井網形狀有五點法、反七點法、反九點法及反十三點法等［2-7］，趙洪巖、許心偉等［2-13］根據油藏物性參數及單井采液能力給出了不同井網下的注采井距及配產量，但這些井網井距及配產量通常適用于無傾角或者傾角很小的油藏。K.C.Hong［7］提出在大傾角油層采用行列注采井網，但仍是等井距等配產量生產方式。受蒸汽超覆影響，高、低部位蒸汽分布與滲流速度存在較大的差異性，導致高部位生產井先突破，提前進入汽竄階段。蒸汽優先向高部位方向運移，不利于低部位油層的開采［8-13］，因此，大傾角油層不適應等注采井距或等配產量的生產方式。

1 傾斜油層蒸汽運移特征

傾斜油藏高滲透率砂巖儲層中注入蒸汽主要受到3種力的作用［2］:注采壓力梯度、油汽密度差異產生的浮力、界面張力產生的毛管力(圖1)。受蒸汽超覆的影響，蒸汽易沿高、低部位生產井方向運移，流動能力取決于高、低部位方向壓力梯度的大小［1］。

圖1 高、低部位蒸汽受力分析

沿油層高部位方向蒸汽所受的合力為［1］:

式中:Fup為沿油層高部位方向蒸汽所受合力，MPa/cm;(dp/dl)up為沿油層高部位方向壓力梯度，MPa/cm;ρo為油的密度，g/cm3;ρg為蒸汽的密度，g/cm3;g為重力加速度，m/s2;α為儲層傾角，(°);σ為界面張力，N/m;θ為接觸角，(°);rp為孔隙半徑，mm。

沿油層低部位方向蒸汽所受的合力為:

式中:Fdown為沿油層低部位方向蒸汽所受的合力，MPa/cm;(dp/dl)down為沿油層低部位方向壓力梯度，MPa/cm。

根據達西定律，蒸汽在浮力、毛管力、壓力梯度作用下，沿油層高部位方向滲流速度為:

式中:vupg為沿油層高部位方向滲流速度，cm/s;K為絕對滲透率，μm2;Krg為氣相相對滲透率;μg為蒸汽黏度，mPa·s;

沿油層低部位方向的滲流速度為:

在高、低部位距注汽井相同位置處滲流速度的比值為:

由式(5)可知，當儲層傾角α增大，F增大，距注汽井相同位置處滲流速度差異性增強。結合遼河油田某區塊實際數據，繪制高、低部位不同傾角蒸汽滲流速度比值的變化曲線(圖2)。

圖2 不同傾角下蒸汽滲流速度比值

由圖2可知，在距注汽井20 m區域內，傾角對滲流速度比值幾乎沒有影響;在距注汽井20～80 m區域內，隨著傾角的增大，高、低部位蒸汽滲流速度比值越來越大，當儲層傾角為30°時，滲流速度比值高達11。在高、低部位井距和配產量都相同的情況下，蒸汽沿高、低部位滲流速度差異較大，高部位蒸汽滲流速度明顯快于低部位，高部位生產井率先突破，不利于井組內低部位油層的開采。

2 延緩蒸汽突破調整方法

2.1 生產井配產量的調整

蒸汽驅過程中，適當降低井組內高部位生產井配產量或增加低部位生產井配產量，使低部位沿油層方向壓力梯度大于高部位，有利于蒸汽沿低部位方向的流動，提高低部位油層的蒸汽波及范圍，使高、低部位生產井盡可能同時突破。

在高、低部位生產井距注汽井距離相等時，若高、低部位蒸汽滲流速度相等，則可使蒸汽同時到達生產井井底。設高、低部位到注汽井的距離為r，瞬時滲流速度相等，即:

將式(3)、(4)帶入式(6)，假設高、低部位的滲透率、儲層厚度等相同，則

高部位配產量為Q1up，低部位配產量為Q1down，則r處高低部位配產量關系式:

式中:h為油層厚度，m。

為利用瞬時高、低部位配產量之差，對式(8)等式右邊在0～L積分取平均，得出平均高、低部位配產量之差:

式中:L為注采井間距離，m;μ為流體黏度，mPa·s。

為保持注采比及地層壓力，需保證配產量之和不變，即:

式中:c1為配產量之和，cm3/s。

綜合式(9)、(10)可求出Q1up和Q1down。該方法可以有效調節高、低部位井突破時間。

2.2 高、低部位井距的調整

當高、低部位井配產量相同時，如果注汽井與高、低部位生產井的井距相同，在重力超覆作用下，蒸汽易于向高部位方向擴散，導致高部位生產井提前突破，而低部位生產井見效遲，產出少，熱效率低。因此，適當下移注汽井位置，在運移速度不同的情況下，可使蒸汽同時到達生產井井底。

設高部位生產井與注氣井距離為l1，低部位生產井與注氣井距離為l2，蒸汽運移到井底的時間相同。高、低部位的蒸汽在注采井間的平均速度分別為:

相同時間內蒸汽運移到生產井井底，則高、低部位平均滲流速度比值等于井距的比值:

調整前后井距之和不變，即:

式中:c2為井距之和，m。

由式(13)、(14)可以求得l1、l2的值。

3 實例分析

3.1 實例數據

遼河油田齊40塊稠油油藏某油層中深為810 m，構造面積為8.5 km2。1987年以蒸汽吞吐方式投入開發，2006年底實行工業化轉驅。區塊A單元井組A-1為反九點井網，邊井井距為70 m，角井井距為100 m，地層傾角15°，2007年1月轉驅。儲層原油體積系數為1.061，轉驅前含油飽和度為0.50～0.55，溶解氣油比為 20 m3/t，孔隙度為32.6%，轉驅前地層壓力為1～2 MPa，轉驅前地層溫度為50℃，注汽溫度為248℃，注汽速度為98.26 m3/d，井底蒸汽干度為58.4%。

3.2 注采井間蒸汽受力與滲流速度

根據式(1)、(2)、(5)得到不同區域蒸汽受力與滲流速度變化曲線(圖3)。

由圖3可知，在距注汽井20 m范圍內，高、低部位蒸汽所受合力幾乎相等，滲流速度比值接近1;在距注汽井20～80 m區域內，低部位蒸汽所受合力相對較小，甚至接近0，高部位合力相對較大，滲流速度比值在距注氣井43 m處達到最大值2.03。

3.3 調整效果分析

利用CMG軟件結合區塊A-1井組數據建立概念模型，模擬配產及井距單獨調整前后溫度場分布情況(圖4)。根據原配產量均為40.0 m3/d和式(9)、(10)，高部位生產井產量調整為Q1up=34.3 m3/d，低部位生產井產量調整為Q1down=45.7 m3/d。通過加大低部位生產井產量及減小高部位產量，促進了蒸汽沿低部位生產井的運移，有效緩解了蒸汽超覆導致的影響。

圖4 調整前后溫度場示意圖

在生產井配產量不變的情況下，將高、低部位井距進行調整(原井距為70.0 m)，低部位生產井距注汽井距離l1調整為80.5 m，高部位生產井距注汽井距離l2調整為59.5 m。井距的調整可以有效利用蒸汽的超覆作用，從而有效提高蒸汽在低部位的驅替效率，同時延緩高部位蒸汽的突破時間。經過調整，溫度場分布近似一致，大幅度減緩了高部位井率先突破的情況，具有較好的現場應用效果。

4 結論

(1)在注采井附近區域，注采壓力梯度較大，傾角對滲流速度影響較小;在注采井中間區域，注采壓力梯度接近0，傾角對滲流速度的影響較大。

(2)蒸汽驅過程中，適當調整生產井配產量或井距，有利于蒸汽沿低部位方向的流動，提高低部位油層的蒸汽波及范圍，使高、低部位生產井盡可能同時突破。

(3)模擬實驗表明，將高、低部位生產井配產量由原來的40.0 m3/d調整為34.3 m3/d和45.7 m3/d或井距由原來的70.0 m調整為80.5 m和59.5 m均能有效延緩高部位井的突破。

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編輯劉 巍

TE345

A

1006-6535(2015)05-0121-04

20150512;改回日期:20150810

中國工程院重點項目“中國油氣供給與管道發展戰略研究”(2013-XZ-23)

胡濱(1984-)，女，工程師，2006年畢業于英國赫德福德大學會計與信息系統專業，現為中國石油大學(北京)石油工程管理專業在讀博士研究生，主要從事油氣田開發規劃與油藏管理的研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.05.027