普通稠油油藏分層注汽配注量計(jì)算新方法

王可君，王宇飛，楊艷霞，劉西雷

（1.中國石化勝利油田分公司勘探開發(fā)研究院，山東東營 257000；2.中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工程技術(shù)公司）

注蒸汽開采是稠油開發(fā)的主要方式[1-2]。勝利油田的稠油區(qū)塊大多已經(jīng)進(jìn)入蒸汽吞吐的中后期，層間矛盾日漸突出[3]。面對這些不確定性因素，采用籠統(tǒng)的配汽方式無法使各注汽單元得到相應(yīng)的注氣量配給，嚴(yán)重影響配汽效果。不同層間的合理注汽，可以減少蒸汽的無效利用，提高原油的采收率[4-6]。目前國內(nèi)外對稠油分層注汽的研究多集中在工藝技術(shù)及注采參數(shù)的優(yōu)化方面[7-9]，而對真正影響吸汽量多少的儲(chǔ)層物性方面研究較少。本次研究綜合了儲(chǔ)層各類影響因素，對分層注汽量有了較為準(zhǔn)確的判定。

1 層間動(dòng)用影響因素

稠油在克服啟動(dòng)壓力梯度開始流動(dòng)后，其滲流規(guī)律滿足達(dá)西定律[10-12]。假設(shè)流過儲(chǔ)層的總液量不變，以水相為例，若忽略毛管壓力和重力的影響時(shí)，由每一小層的含水率所表示的分流方程可以表達(dá)為[13]：

儲(chǔ)層流過的水量%w為：

式中：'o——油相黏度，mP·a；'(——水相黏度，mP·a；k*——油相滲透率，10-3μm2；k(——水相滲透率，10-3μm2。

在不考慮毛細(xì)管力和重力的影響時(shí)，分流方程主要取決于油水黏度及相滲透率的比值。而相滲透率又是油水飽和度的函數(shù)，其表達(dá)式為：kw=k(fw)krw(k，+w），ko=k(fw)kro(k，+o）。而層間總液量%,又與層厚和地層壓力有關(guān)系。因此，在籠統(tǒng)注汽時(shí)，對每一個(gè)小層，分流量的影響因素包括：滲透率、黏度、厚度等靜態(tài)參數(shù)及含水飽和度、地層壓力等動(dòng)態(tài)參數(shù)。

以實(shí)際稠油油藏作為研究對象，利用數(shù)值模擬技術(shù)建立井組模型（圖 1），假設(shè)該模型平面均質(zhì)，縱向設(shè)置為2個(gè)油層，1個(gè)隔層；油層厚度12.5 m，平均滲透率3 600×10-3μm2，孔隙度31%，原始含油飽和度65%，凈總比0.7，地層溫度65 ℃，地下原油黏度300 mPa·s，原始地層壓力13 MPa。分別模擬滲透率非均質(zhì)性、厚度非均質(zhì)性、黏度非均質(zhì)性和含油飽和度的差異在籠統(tǒng)注汽時(shí)對層間吸汽量的影響。

圖1 實(shí)際油藏井組概念模型

1.1 滲透率的影響

根據(jù)模型計(jì)算了層間滲透率級差為 1.1，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0，3.0，4.0，5.0時(shí)籠統(tǒng)注汽時(shí)低滲透層吸汽所占的比例。通過關(guān)系曲線（圖2a）可以看出，隨著滲透率級差變大，低滲層吸汽比例變小，表明其吸氣能力變差。高、低滲層采出程度之差與滲透率級差的關(guān)系曲線（圖2b）表明，隨著滲透率級差變大，高、低滲層采出程度之差明顯變大。由于模型設(shè)置的上部小層為滲透率較低層，當(dāng)滲透率級差較小時(shí)，受到蒸汽超覆作用的影響，上部小層吸汽能力略好，因此高低滲透層采出程度之差出現(xiàn)負(fù)值。

如果上部小層為高層滲透率，則受到蒸汽超覆的影響，高滲層吸汽比例越大。因而隨著滲透率級差變大，高低滲透層之間采出程度之差就越大。

圖2 吸汽比例及采出程度差異與滲透率極差的關(guān)系

1.2 油層厚度的影響

利用建立的基礎(chǔ)模型，分別進(jìn)行層間油層厚度級差為 1.1，1.2，1.4，1.6，1.8，2.0，3.0，4.0，5.0時(shí)籠統(tǒng)注汽模擬計(jì)算。統(tǒng)計(jì)不同厚度級差下薄層的吸汽占比，可作出薄層的吸汽占比與油層厚度級差的關(guān)系曲線（圖3a），該曲線表明，隨著油層厚度級差變大，薄層吸汽明顯變差。統(tǒng)計(jì)不同油層厚度級差下厚、薄層采出程度之差，可作出厚、薄層采出程度之差與油層厚度級差的關(guān)系曲線（圖3b），該曲線表明，隨著油層厚度級差變大，厚、薄層采出程度之差變大，但兩者之差不大，僅幾個(gè)百分點(diǎn)，甚至由于蒸汽超覆效應(yīng)的存在，油層厚度級差低于2.3時(shí)，上部薄層動(dòng)用程度還高于下部厚層。

1.3 原油黏度的影響

圖3 不同油層厚度級差下的吸汽比例及采出程度差異

原油黏度差異造成蒸汽波及狀況的差異，黏度越高，水油流度比越大，則蒸汽波及系數(shù)越小。利用建立的基礎(chǔ)模型，分別進(jìn)行層間原油黏度級差為1.12，1.25，1.4，1.57、1.77，2.0，2.6，3.0，3.5，5.0時(shí)籠統(tǒng)注汽模擬計(jì)算。統(tǒng)計(jì)不同原油黏度級差下高黏層的吸汽占比，可作出高黏層的吸汽占比與原油黏度級差的關(guān)系曲線（圖4a），該曲線表明，隨著原油黏度級差變大，高黏層吸汽明顯變差。低、高黏層采出程度之差與原油黏度級差的關(guān)系曲線圖（4b）也表明，隨著原油黏度級差變大，低、高黏層采出程度之差明顯變大。

圖4 不同原油黏度級差下的吸汽比例及采出程度差異

1.4 剩余油飽和度的影響

利用建立的基礎(chǔ)模型，分別進(jìn)行層間剩余油飽和度級差為1.04，1.1，1.17，1.23，1.28，1.34，1.41，1.48時(shí)籠統(tǒng)蒸汽驅(qū)模擬計(jì)算。統(tǒng)計(jì)不同剩余油飽和度級差下高剩余油飽和度層的吸汽占比，可作出高剩余油飽和度層的吸汽占比與剩余油飽和度級差的關(guān)系曲線（圖5a），該曲線表明，隨著剩余油飽和度級差變大，高剩余油飽和度層吸汽占比降低。低、高剩余油飽和度層采出程度之差與剩余油飽和度級差的關(guān)系曲線（圖5b）表明，隨著剩余油飽和度級差變大，低、高剩余油飽和度層采出程度之差急劇變大，說明剩余油飽和度差異對層間動(dòng)用影響顯著。

圖5 不同剩余油飽和度級差下的吸汽比例及采出程度差異

利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和思路，針對滲透率、原油黏度、油層厚度、剩余油飽和度設(shè)計(jì)縱向?qū)娱g的級差參數(shù)。分析表明，在所選的參數(shù)范圍內(nèi)，剩余油飽和度級差對注蒸汽層間動(dòng)用的影響最為顯著，然后，依次是滲透率級差、原油黏度級差、厚度級差。

2 分層配注量計(jì)算

以滲透率級差為例介紹單因素影響下的合理分層配注比計(jì)算過程。假設(shè)兩個(gè)油層間的其他條件都相同，計(jì)算某一滲透率級差下不同配注比例的增油量，最大增油量對應(yīng)的配注比例即為該滲透率級差下的合理配注比例。例如，當(dāng)滲透率級差為2時(shí)（圖6），預(yù)測低滲層配注比例分別為50%、55%，60%，65%，70%，75%，80%，85%，90%時(shí)的分層注汽效果。計(jì)算結(jié)果表明，隨著低滲層配注比例的增加，分層注汽增油量先增大再減小；當(dāng)?shù)蜐B層配注比例為70%時(shí)，增油量最大。因此當(dāng)滲透率級差為2時(shí)，低滲層的合理分配比例為70%。依據(jù)此方法，可依次優(yōu)化出滲透率級差為1.1，1.2，1.4，1.6，2.0，3.0，5.0時(shí)低滲層的合理分配比例，便可作出低滲層分配比例與滲透率級差關(guān)系曲線（圖7）。

由此可得到低滲層分配比例與滲透率級差關(guān)系函數(shù)：

圖6 增油量與低滲透層分配比例關(guān)系

圖7 低滲層分配比例與滲透率級差關(guān)系

同理可依次優(yōu)化出不同剩余油飽和度級差、原油黏度級差、油層厚度級差下高剩余油飽和度層、高黏層、薄層的合理分配比例關(guān)系函數(shù)。

高剩余油飽和度層分配比例與剩余油飽和度級差關(guān)系函數(shù)：

高黏層分配比例與原油黏度級差關(guān)系函數(shù)：

薄層分配比例與油層厚度級差關(guān)系函數(shù)：

根據(jù)分層注汽分配比例與與各單因素級差的函數(shù)關(guān)系，通過多元線性擬合回歸出差層合理配注比例定量計(jì)算模型：

式中：I2為物性較差層配注比例；Rk為滲透率級差；Rso為剩余油飽和度級差；Rμo為原油黏度級差；RH為油層厚度級差。

3 現(xiàn)場實(shí)施效果

勝利油田單10塊單10–22井生產(chǎn)Ng2和Ng3兩個(gè)小層，共生產(chǎn)10周期，累計(jì)產(chǎn)油0.98×104t，吸汽剖面顯示縱向吸汽嚴(yán)重不均，具有較大的增產(chǎn)潛力，可以實(shí)施分層注汽工藝。通過本文的分層注汽計(jì)算方法，計(jì)算出物性較好的 Ng2層配注量為 1 158 m3，物性較差的Ng3層配注量為1 697 m3。實(shí)施后注汽量比上一周期減少415 m3，累積產(chǎn)油量提高了524 t，油汽比由上一周期的0.61提高到1.17，生產(chǎn)效果良好。

2015年以來，該區(qū)塊共實(shí)施分層注汽16口井，平均單井增油377 t，平均單井注汽量減少412 t，措施費(fèi)用比單純吞吐增加 3.1×104元，單井周期經(jīng)濟(jì)效益增加58.3×104元，油汽比提高0.19。

4 結(jié)論

（1）對分層注汽不同影響因素的分析表明，剩余油飽和度級差對注蒸汽層間動(dòng)用的影響最為顯著，然后依次是滲透率級差、原油黏度級差及厚度級差。

（2）根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，可建立多重因素影響下的分層注汽合理配注比例的關(guān)系式，指導(dǎo)現(xiàn)場合理注汽。

（3）實(shí)踐表明，合理分層注氣可明顯提高開發(fā)效率。