直井-水平井SAGD低物性段酸壓對提高采收率幅度研究

周志軍 暴赫

摘 ? ? ?要：在遼河油田超稠油油藏SAGD開發后期，受低物性段隔夾層阻擋作用，蒸汽腔發育遲緩、縱向擴展受限導致產量下降。針對這一問題，可采用直井輔助水平井SAGD開發和對低物性段酸壓等手段改善滲透率、促使蒸汽突破低物性段從而進一步提高采收率。本文結合現場數據建立數值模型，采用正交設計法分析不同裂縫參數對產能的影響順序，依次為裂縫長度、裂縫數量、裂縫寬度、裂縫間距。同時采用控制變量法分析不同裂縫參數對產能的影響并優選出適合目標區塊的最佳裂縫參數，裂縫長度160 m，裂縫數量5條，裂縫寬度9 mm，裂縫間距90 m。并對優化方案進行了模擬預測，結果表明：目標區塊累計產油量增加5 928.6 t，采收率提高12.2%，累計油氣比達到0.228，含水率平均降低8%～12%，研究成果對直井輔助水平井SAGD低物性段開發和提高后期采收率提供了理論指導。

關 ?鍵 ?詞：SAGD;低物性段;直井水平井;裂縫參數;正交設計;參數優化

中圖分類號：TE 341 ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2020）08-1745-05

Abstract： In the late stage of the SAGD development of super-heavy oil reservoir in Liaohe oilfield， due to the blocking effect of low-physical interlayer， the steam chamber was stunted and the vertical expansion was limited， resulting in the production decline. To solve this problem， vertical Wells can be used to assist the development of SAGD in horizontal wells and acid fracturing in low physical properties section to improve permeability and promote steam breakthrough in low physical properties section so as to further enhance recovery. In this paper， a numerical model was established based on the field data， and the influence order of different fracture parameters on productivity was analyzed by using the orthogonal design method， which was fracture length， fracture number， fracture width and fracture spacing. At the same time， the control variable method was used to analyze the influence of different fracture parameters on productivity and to optimize the optimal fracture parameters suitable for the target block. The optimal fracture parameters were determined as follows： the fracture length 160 m， the number of fractures 5， the width of fractures 9 mm， and the spacing of fractures 90 m. The results showed that the cumulative oil production in the target block increased by 5 928.6 t， the recovery rate increased by 12.2%， the cumulative oil/gas ratio reached 0.228， and the water content decreased by 8%～12% on average. The research results provide theoretical guidance for the SAGD development of low-physical section and the improvement of the recovery rate in the later period.

Key words： Steam assisted gravity drainage; Low physical property segment; Vertical well and horizontal well; Fracture parameters; Orthogonal design; Parameter optimization

遼河油田屬超稠油油藏，同時存在低物性段，原油黏度高、凝固點高、埋藏淺、地層溫度低，初期采用蒸汽吞吐方式進行開采。隨著吞吐周期的增加油井暴露出許多問題，如產量遞減快、油氣比低等特點，轉水平井輔助SAGD后蒸汽腔突破低物性段，產量得到提升，但后期含水較高，開發效果變差，隨后開展了直井輔助水平井SAGD開發低物性段方面的研究，取得初步成效。但是目前國內外對開發參數優化的研究主要采用單變量控制法，不能得出各因素對生產結果的影響順序，難以準確地指導現場實際生產及后期進行措施調控[1-7]。因此在進行單變量控制分析前，還需采用正交設計法研究各因素對生產結果的影響敏感性，確定合理的優化措施以提高開發效果[8-11]。本文首先結合現場數據建立數值模型，采用正交設計法和方差分析得到裂縫參數對井組產能敏感性大小和影響順序，然后以采收率和累計油氣比優選出最佳裂縫參數并進行了方案預測，優化效果較好，為直井輔助水平井超稠油SAGD開發及提高采收率提供了理論指導。

1 ?SAGD模型建立

以遼河油田杜84塊為目標區塊建立模型，采取1口水平井生產、4口直井注氣的布井方式，水平井段長500 m，距油層底部14 m，與直井間距為 40 m，直井間距為60 m。模型網格劃分如下：X方向為15 m×60=900 m，Y方向為5 m×40=200 m，Z方向為1 m×35=35 m，總網格數60×40×35=84 000個。目標區塊低物性段平均滲透率為200 mD，酸壓后閉合裂縫的滲透率達到350 mD，模擬計算的熱物性參數取值見表1。

2 ?正交分析下裂縫參數對SAGD產能的影響

2.1 ?正交設計因素及水平確定

正交設計是將所選因素合理安排，進行最少次數試驗的同時保證結論的準確性，用直觀分析與方差分析得到各因素影響關系[12-16]。

通過極差能夠得出各因素對試驗結果的影響大小和順序，R越大，表示該因素對試驗影響越大，R越小則影響越小。

直觀分析法可確定各因素對試驗結果的影響大小和最優取值，但不能判斷出影響的顯著程度及區分主、次要影響因素，但方差分析可以做到。考慮因素和誤差引起的變異，方差的求解步驟如下：

2.3 ?正交試驗結果分析

直觀分析結果如表4所示。

由表4可知，4種因素的極差排序為：裂縫長度>裂縫數量>裂縫寬度>裂縫間距，裂縫長度對低物性段產能影響程度最大，裂縫數量次之，裂縫寬度和裂縫間距影響相對稍小。方差分析結果見表5。

經查閱得知：F0.1（2，8）=9.37，F0.05（2，8）=19.37，F0.01（2，8）=99.36[17-22]。根據上述規律對正交結果分析可知，4種因素的顯著程度依次為裂縫長度、裂縫數量、裂縫寬度、裂縫間距。兩種分析方法得到影響因素對試驗結果作用程度和順序一致，從試驗結果角度說明設計的正交試驗是合理的。

3 ?裂縫參數優化

在原模型上以采收率和累計油氣比為評價指標對SAGD裂縫參數進行優化。

對裂縫長度優化時，根據現場地質資料利用軟件依次模擬40～200 m共5個方案，設定裂縫數量為3條、裂縫寬度為8 mm、裂縫間距為60 m，時間為3年，模擬結果如圖1所示。

由圖1可知，采收率和累計油氣比隨著裂縫長度的增加而變大，但當裂縫長度超過160 m后二者均不再增加，而且裂縫長度增加的同時也伴隨施工成本的增加，因此最佳裂縫長度應選用160 m。

對裂縫井數量優化時，分別模擬1～7條共7個方案，設定裂縫長度為160 m、裂縫寬度為8 mm、裂縫間距為60 m，結果如圖2所示。

由圖2可知，采收率和累計油氣比隨著裂縫數量增加不斷變大，但當裂縫數量超過5條后，二者幾乎不再增加，因此最佳裂縫數量應選5條。

對裂縫寬度優化時，分別模擬7～11 mm共5個方案，設定裂縫長度為160 m、裂縫數量為5條、裂縫間距為60 m，結果如圖3所示。由圖3可知，采收率和累計油氣比隨著裂縫寬度增加而增大，當裂縫寬度超過9 mm后，采收率增長不大且累計油氣比不再變化，因此最佳裂縫寬度應選9 mm。

對裂縫間距優化時，分別模擬30～120 m共4個方案，設定裂縫長度為160 m、裂縫數量為5條、裂縫寬度為9 mm，結果如圖4所示。由圖4可知，采收率和累計油氣比隨著裂縫間距增加而增大，當裂縫間距超過90 m后二者增長變緩，考慮到裂縫間距太大會影響裂縫數量而太小會影響產量，因此最佳裂縫間距選為90 m。

4 ?裂縫優化方案預測及分析

優化方案為裂縫長度160 m，裂縫數量5條，裂縫寬度9 mm，裂縫間距90 m。利用原模型進行預測10年，目標區塊在實施參數優化后累計產油量增加5 928.6 t，SAGD采收率達到52.9%，較之前提高了12.2%，累計油氣比達到0.228，含水率平均降低8%～12%，提高采收率效果較好。

圖5為低物性段實施優化前后各模擬層采出程度對比結果表征圖，其中低物性段在第14小層。

由圖5可知，低物性段優化前 SAGD 的開發效果不理想，優化后對 SAGD 改善作用較大。實施優化前上部各模擬層采出程度較小，趨勢為隨層數增加而增大，優化后上部各小層采出程度增幅較大，說明原油受熱充分使黏度降低更易流動。下部油層受到高溫蒸汽超覆作用影響使原油受熱更充分，因重力的存在更易流向生產井被采出。對低物性段采取酸壓措施，注入的蒸汽能夠通過裂縫與上部油層進行交換作用又可以通過周圍無夾層區域進行熱流交換，波及面積增大，驅油效率提高，促使蒸汽腔垂向發育使蒸汽突破低物性段，且隨著油田開發的進行，原油黏度逐漸降低從而能夠更加高效地流向井底被采出，提高了油田儲量的動用效果，有利于直井輔助水平井SAGD的開發。

5 ?結 論

1）根據正交設計法設計出16個方案，運用直觀分析和方差分析得出不同裂縫參數對SAGD產能影響順序，依次為裂縫長度、裂縫數量、裂縫寬度、裂縫間距。

2）以采收率和累計油氣比為評價指標對目標區塊裂縫參數進行優選，應用控制變量法得出目標區塊最佳裂縫參數依次為：裂縫長度160 m，裂縫數量5條，裂縫寬度9 mm，裂縫間距90 m。

3）對裂縫參數優化后的方案進行了預測，目標區塊累計產油量增加5 928.6 t，采收率達到52.9%，累計油氣比達到0.228，含水率平均降低8%～12%，提高采收率效果較好。

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