蒸汽驅(qū)預(yù)測(cè)新方法及應(yīng)用

趙 杰,陳秋月

(1.中海石油<中國(guó)>有限公司天津分公司鉆完井部，天津300450；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司非常規(guī)技術(shù)研究所，天津300450)

蒸汽驅(qū)預(yù)測(cè)新方法及應(yīng)用

趙 杰*,陳秋月2

(1.中海石油<中國(guó)>有限公司天津分公司鉆完井部，天津300450；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司非常規(guī)技術(shù)研究所，天津300450)

對(duì)蒸汽驅(qū)油藏中蒸汽—液體界面的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了矢量分析，分別利用Jeff Jones和Miller-Leung模型描述汽—液界面的水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)，并引入了調(diào)節(jié)系數(shù)(q1、q2)。綜合以上2個(gè)模型進(jìn)行了蒸汽驅(qū)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合程度更高。此外，調(diào)節(jié)系數(shù)(q1)可以作為判斷油藏合理開(kāi)采方式的一個(gè)手段：當(dāng)q1＞0.5時(shí)，一維水平活塞式驅(qū)油效果較好，Jones蒸汽驅(qū)模型計(jì)算結(jié)果所占比例大，建議采用以蒸汽驅(qū)為主要機(jī)理的生產(chǎn)方式；當(dāng)q1＜0.5時(shí)，易形成蒸汽超覆現(xiàn)象，造成蒸汽過(guò)早突破，建議使用SAGD等以蒸汽超覆為主要機(jī)理的生產(chǎn)方式。

蒸汽驅(qū)；動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；稠油

蒸汽驅(qū)是稠油開(kāi)采的重要方式，由于解析方法工作量相對(duì)較小，投入少，許多學(xué)者都致力于應(yīng)用解析方法預(yù)測(cè)蒸汽驅(qū)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)[1-6]。

Myhill-Stegemeier[7]和Neumann C.H.[8-9]分別建立了一維水平活塞式蒸汽驅(qū)模型和蒸汽超覆驅(qū)替模型，對(duì)于理想的水平均質(zhì)地層，這2個(gè)模型的驅(qū)替方向分別為水平方向和垂直方向。Jeff Jones[10]和Miller-Leung[11]分別對(duì)上述2個(gè)模型進(jìn)行了改進(jìn)，使預(yù)測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際。

然而，Jeff Jones和Miller-Leung的核心理論仍是單純的一維水平蒸汽驅(qū)和重力超覆，而實(shí)際蒸汽驅(qū)過(guò)程會(huì)同時(shí)含有一維蒸汽驅(qū)和重力超覆。由于不同油藏各自的特點(diǎn)，不同的階段每種驅(qū)替機(jī)理所占比例不同。本文綜合上述2個(gè)改進(jìn)模型，引入調(diào)節(jié)系數(shù)(q1、q2)，試圖對(duì)不同油藏開(kāi)采過(guò)程中一維水平蒸汽驅(qū)和重力超覆所占比例進(jìn)行量化處理。

1 預(yù)測(cè)新方法的建立

由于蒸汽的密度小，從注入井注入的蒸汽會(huì)向頂部蓋層運(yùn)移。隨著時(shí)間增加，會(huì)在蓋層之下形成一個(gè)蒸汽帶，汽—液界面的形狀也會(huì)隨著蒸汽帶的不斷擴(kuò)大而發(fā)生變化。對(duì)汽—液界面進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，如圖1所示，a表示蒸汽和液體界面處某一蒸汽質(zhì)量元的運(yùn)動(dòng)方向，它垂直于該處界面并指向液體方向。運(yùn)動(dòng)速度是一個(gè)矢量，可以進(jìn)行分解，如圖1所示，速度a可以分解為J和M，而速度J和M的方向分別為水平方向和垂直方向，可以分別利用Jeff Jones模型和Miller-Leung模型描述這2個(gè)方向上蒸汽驅(qū)替動(dòng)態(tài)變化。

圖1 汽-液界面處蒸汽質(zhì)量元運(yùn)動(dòng)分析

因此，實(shí)際的蒸汽驅(qū)生產(chǎn)可以同時(shí)應(yīng)用Jeff Jones模型和Miller-Leung模型進(jìn)行預(yù)測(cè)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，本文分別引入了調(diào)節(jié)系數(shù)(q1、q2)，計(jì)算日產(chǎn)油量和累積產(chǎn)量，進(jìn)行蒸汽驅(qū)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。公式如下：

式中：q1、q2——調(diào)節(jié)系數(shù)，無(wú)量綱；

qon、Npn——本文計(jì)算的日產(chǎn)油量和累積產(chǎn)量，單位為BOPD和BBL；

qoJ、NpJ——Jones模型中日采油量和原油累積產(chǎn)量，單位為BOPD和BBL；

qo、NpM——Miller模型中日采油量和原油累積產(chǎn)量，單位為BOPD和BBL。其中，0≤p1≤1，0≤p2≤1。

2 預(yù)測(cè)新方法的應(yīng)用

利用Kern-Canfield、Kern San Joaquin和Kern Ten Pattern油田的歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證本文蒸汽驅(qū)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)新方法的實(shí)際應(yīng)用效果，結(jié)果如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 Kern-Canfield油田日采油量對(duì)比

圖3 Kern San Joaquin油田日采油量對(duì)比

圖4 Kern Ten Pattern油田日采油量對(duì)比

可以看出，Jones蒸汽驅(qū)模型預(yù)測(cè)曲線的變化趨勢(shì)為先上升，后下降，中間出現(xiàn)一個(gè)最大值拐點(diǎn)，而Miller模型預(yù)測(cè)曲線較為平滑，它沒(méi)有如Jones模型所示的拐點(diǎn)。

對(duì)于Kern-Canfield和Kern San Joaquin兩個(gè)油田，Jones模型預(yù)測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際；對(duì)于Kern Ten Pattern油田，Miller模型預(yù)測(cè)結(jié)果變化趨勢(shì)與實(shí)際更相符。對(duì)比Jones模型和Miller模型預(yù)測(cè)結(jié)果，本文所建新方法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合程度更高，且在整個(gè)生產(chǎn)周期都是如此。

本文所建的調(diào)節(jié)系數(shù)，作用類似于杠桿，可以調(diào)整Jones模型和Miller模型計(jì)算結(jié)果所占的比例，從而使本文建立的新方法預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際更吻合。表1給出了本文所建新方法計(jì)算Kern-Canfield，Kern San Joaquin和Kern Ten Pattern三個(gè)油田的日采油量和原油累積產(chǎn)量時(shí)，調(diào)節(jié)系數(shù)的取值。

表1 新方法計(jì)算的調(diào)節(jié)系數(shù)

同時(shí)也可以看出，調(diào)節(jié)系數(shù)可以作為一個(gè)手段，判斷采用哪種開(kāi)采方式更為合理。從表1可以看出，對(duì)于同一個(gè)油田，日采油量和原油累積產(chǎn)量的調(diào)節(jié)系數(shù)值相差很大，由于日采油量更能準(zhǔn)確地反映油藏開(kāi)采的動(dòng)態(tài)，所以本文利用q1來(lái)判斷油藏的合理開(kāi)采方式。即，當(dāng)q1＞0.5時(shí)，一維水平活塞式驅(qū)油效果較好，Jones蒸汽驅(qū)模型計(jì)算結(jié)果所占比例較大，對(duì)于這種油藏建議采用以蒸汽驅(qū)為主要機(jī)理的生產(chǎn)方式進(jìn)行開(kāi)采；當(dāng)q1＜0.5時(shí)，說(shuō)明油藏易形成蒸汽超覆現(xiàn)象，如果進(jìn)行蒸汽驅(qū)可能容易造成蒸汽過(guò)早突破的問(wèn)題，建議使用SAGD等其它以蒸汽超覆為主要機(jī)理[12]的生產(chǎn)方式對(duì)該油藏進(jìn)行開(kāi)采。

3 結(jié)論

（1）本文所建立的蒸汽驅(qū)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)新方法預(yù)測(cè)結(jié)果在整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)與歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)吻合程度更高，更適用于判斷實(shí)際生產(chǎn)變化趨勢(shì)；

（2）調(diào)節(jié)系數(shù)(q1)值可以作為判斷油藏合理開(kāi)采方式的一個(gè)手段，當(dāng)q1＞0.5時(shí)，建議采用以蒸汽驅(qū)為主要機(jī)理的生產(chǎn)方式；當(dāng)q1＜0.5時(shí)，建議采用以蒸汽超覆為主要機(jī)理的生產(chǎn)方式。 參考文獻(xiàn)：

[1]蒲海洋,蘇文江,張銳.蒸汽驅(qū)模型的特征分析及合理模型的選擇方法[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2002,26(5):60-63.

[2]吳向紅，許安著，范海亮.稠油油藏過(guò)熱蒸汽吞吐開(kāi)采效果綜合評(píng)價(jià)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2010,37(5):608-613.

[3]李平科,張俠,岳清山.蒸汽驅(qū)開(kāi)發(fā)采收率預(yù)測(cè)新方法[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),1996,23(1):51-54.

[4]Lauwerier,H.A.The Transport of Heat in an Oil Layer Caused by the Injection of Hot Fluid[J].Appl.Sci.Res.A,1955（5）:145-150.

[5]Marx J.W.,Langenheim R.H.Reservoir Heating by Hot Fluid Injection,Trans[J].AIME,1959:312-315.

[6]Mandl C.,Volek C.W.Heat and Mass Transport in Steam-Drive Processes[J].Soc.Pet.Eng.J.1969（3）：59-79.

[7]Myhill N.A.,Stegemeier G.L.Steam Drive Correlation and Prediction[J].J.Pet.Tech.1978（2）:173-182.

[8]Neuman C H.A Mathematical Model of the Steam Drive Process—applications[J].SPE 4757,1975.

[9]Neuman C H.A Mathematical Model of the Steam Drive Process—derivation[J].SPE 5495,1985.

[10]Jones Jeff.Steam Drive Model for Hand-held Programmable Calculators[J].JPT,September,1981:1583-1598.

[11]Miller M A,Leung W K.A Simple Gravity Over-ride Model of Steamdrive[J].SPE 14241,1985.

[12]趙杰.蒸汽驅(qū)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)新方法及其應(yīng)用[D].東北石油大學(xué), 2012.

TE357.7

A

1004-5716(2015)06-0067-03

2014-06-14

2014-06-17

趙杰（1985-），男（漢族），安徽淮南人，助理工程師，現(xiàn)從事鉆完井技術(shù)研究工作。