中深層稠油蒸汽驅開發階段動態特征

尚 策

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

蒸汽驅是中深層稠油吞吐開發后期應用最廣泛、最有效的接替技術之一。蒸汽驅開發中后期，矛盾不斷顯現。為了改善汽驅效果，針對性開展汽驅調控、開發階段識別及動態特征研究，評價汽腔發育狀態、汽驅規律及開發指標。

蒸汽驅開發動態分析主要根據動態生產特征確定蒸汽驅各開發階段，將蒸汽驅劃分為4個階段，即產量下降階段、產量回升階段、穩產階段和產量緩慢下降階段[1-2]。該方法基于國內外蒸汽驅油藏的生產資料所總結，具有一定的實踐基礎和代表性。但蒸汽驅開發受油藏地質條件影響大，在具體應用時，需結合自身油藏的開發動態變化進行調整[3]。中深層稠油油藏具有埋藏深、開發層數多、非均質性強的特點。例如典型中深層稠油油藏齊40塊，油藏埋深為625～1 050 m，開發層數多達8～10個，凈總比為0.51，因此，蒸汽驅井組生產特征多樣化，采用上述階段劃分方法無法滿足中深層稠油油藏開發需求。該研究從蒸汽驅開發機理入手，以蒸汽腔發育規律為基礎，劃分中深層蒸汽驅開發階段，明確各階段開采動態規律，并通過對不同儲層類型不同開發階段生產特征綜合分析，建立開發階段判別標準，確定最佳調控時機及調控方向，有效提高蒸汽波及程度，實現產量和經濟效益的穩步提高。

1 中深層蒸汽驅不同開發階段規律

1.1 蒸汽腔開發階段劃分

通過監測資料和數值模擬等多種研究手段，明確蒸汽驅過程中蒸汽和熱水的波及特征，量化計算蒸汽橫向和縱向的擴展速度。根據汽腔發育規律，蒸汽驅開發一般要歷經4個開發階段：①熱連通階段。蒸汽熱量到達生產井注采井間形成熱量連通的過程中，汽腔在主力層內迅速橫向推進，縱向擴展緩慢。該階段蒸汽帶體積約占總體積5%左右，蒸汽平面推進速度為3.8m/月。②蒸汽驅替階段。注采井間形成熱量連通至蒸汽到達生產井的整個開發過程，汽腔以層內縱向擴展為主，推進速度減緩，為0.9～1.1m/月。該階段蒸汽帶體積可達總體積的40%以上。③蒸汽突破階段。蒸汽腔發育達到生產井，部分蒸汽從井口采出。④蒸汽剝蝕階段。蒸汽腔突破后，汽腔向縱向緩慢發育，逐步向下部油層波及。對于中深層油藏這種多層油藏而言，汽腔在主力層發育，因此，該階段汽腔主要向主力層下部擴展，因此汽腔體積占比僅增加5%左右(圖1)。

圖1 不同的汽驅階段的開采特點和規律Fig. 1 The exploitation characteristics and patterns at different steam flooding stages

1.2 蒸汽驅各開發階段生產特點

蒸汽驅不同開發階段具有典型的開采特點和規律：①熱連通階段。油藏由蒸汽吞吐轉為蒸汽驅后，蒸汽前緣尚未波及到生產井底，隨著注汽量的增加，在壓力驅動下回采蒸汽吞吐階段的冷凝水，從而出現壓力上升、含水上升、產液量上升、產油量下降的特征。②蒸汽驅替階段。隨著累計注汽量的增加，注入蒸汽前緣逐漸向生產井底推進，蒸汽吞吐階段的冷凝水已逐漸采出，油井見效愈發明顯，成為汽驅開發的主要產油階段，表現為產油量快速上升、含水下降、產液量平穩、產液溫度上升。其生產時間占整個汽驅階段的25%，但其產量占汽驅總產量的40%以上，峰值產量也出現在該階段。③蒸汽突破階段。表現為生產井井口出現高溫蒸汽，伴隨著產油量快速下降、含水下降、壓力下降、井口溫度與產液量先上升后下降。蒸汽突破一般發生在縱向上一些主力層，此時汽驅井組的產量貢獻發生轉移，主力層貢獻產量下降，其他層產量穩定，蒸汽突破時間一般較短，為3～6個月。④蒸汽剝蝕調整階段。蒸汽突破后沿著主力層高溫突破通道逐層向下剝蝕，驅動油層下部原油，此時產量開始趨于平穩，汽驅的產量貢獻由橫向驅替作用變為縱向逐層剝蝕作用。由于蒸汽具有超覆作用，主力層油層越厚剝蝕作用越明顯。此時非主力層處于弱動用或未動用狀態，有效調控可實現產量接替，產量占比接近驅替階段，因此，中深層油藏的剝蝕調整階段仍為重要采油期，是蒸汽突破后長期穩產的關鍵。

1.3 不同儲層特征油藏驅替規律

中深層稠油油藏儲層發育差異大，造成蒸汽腔發育與汽驅驅替規律迥異[4-5]。根據儲層分布及特點可將汽腔發育特征分為4類：①箱型汽腔。該類型高滲層集中發育且層間差異小，縱向動用比例高，汽腔均勻發育。②錐型汽腔。該類型發育一個較厚的高滲層，汽腔主要在該主力層內發育。③雙峰型汽腔。該類型發育2個高滲層且間隔厚度較大的泥巖夾層，因此，汽腔在2個主力層分別推進。④指進型汽腔。該類型僅發育一個較薄的高滲層，儲層縱向非均值性強，單層汽竄現象明顯[3](圖2)。

圖2 不同汽驅階段的開采特點和規律

不同儲層特征與蒸汽波及模式開發特征差異較大，主要體現在：①同等注采參數條件下，高滲層厚、多且集中的油藏，汽腔發育體積越大，日產油越高、驅替階段越長。如箱型油藏峰值產量高，穩產期長；雙峰型蒸汽驅替階段包括2個產量峰值點，第1個峰值產量低；而錐型和指進型油藏高產期出現較早，但是穩產時間短，蒸汽突破較早；②從產量接替上來看，儲層越厚、高滲層越多，動用越好，在剝蝕階段可形成產量接替層位越少，剝蝕階段遞減越明顯。箱型油藏在蒸汽剝蝕階段產量遞減最明顯(圖3)。

圖3 不同儲層發育油藏井組日產油變化曲線

2 開發階段動態特征研究

通過不同類型儲層驅替規律分析，蒸汽驅各開發階段起始時間、持續時間、形態特征等存在差異，單純用產量變化來劃分各階段不可行。為了用統一定性的方法確定中深層油藏蒸汽驅各開發階段，需要總結各驅替模式下汽腔發育、注采關系等。

蒸汽驅開發階段動態特征研究是在分析不同類型儲層、不同開發階段生產規律及主控因素的基礎上，根據關鍵參數指標，建立起來的開發階段的劃分標準。

2.1 動態參數選取

通過對4種不同驅替模式的分析可知，影響汽驅開發階段的主控因素為注入參數、產出參數、地下油藏三場(壓力、溫度、含油飽和度)及蒸汽波及狀況等[5]。根據動態跟蹤分析及數模資料研究成果，油汽比、采注比、壓力、含水率、井底溫度、注入孔隙體積、蒸汽腔體積及可采儲量采出程度8項參數在開發階段劃分時，能夠直觀反映汽驅基本特征，且可操作性強，這些參數可以作為劃分汽驅開發階段的基本指標。

油汽比、采注比、壓力3個參數變化范圍小[6]，蒸汽波及體積參數需要的監測資料多、不易獲取，僅作為輔助判斷參數。因此，將注入孔隙體積、采出程度、含水率、溫度4項參數作為重要參數指標。由于非均質性強的儲層分布范圍小，其所表現的指進型驅替規律不具備普遍性，在研究過程中主要以其他3種儲層類型及其驅替規律為研究對象。

2.2 關鍵動態參數的界定

2.2.1 注入孔隙體積

注入孔隙體積是指在油層條件下注入蒸汽水當量與油藏孔隙體積的比值，隨著蒸汽驅開發的進行，注入孔隙體積不斷增加[7]。

應用水驅特征曲線法繪制曲線，可以明確汽驅各開發階段注汽量與產量變化之間的關系(圖4)。由圖4可知：熱連通階段、突破階段和剝蝕調整階段曲線均呈線性函數關系，且截距逐漸增大，斜率逐漸減小；驅替階段則呈現對數關系，曲線斜率較小。說明注入孔隙體積與產量在驅替階段關系最密切，反應出高效汽驅開發特征，在研究注入孔隙體積時可結合井組日產油、轉驅含油飽和度等指標進行綜合判斷。

圖4 不同類型井組累計注汽量與累計產油量關系曲線

根據日產油與注入孔隙體積關系的統計結果，當注入孔隙體積達到0.05時，產油量開始緩慢上升，由熱連通階段進入驅替階段；當注入孔隙體積為0.40左右時達到蒸汽驅產量高峰；當注入孔隙體積達到0.75時，產量開始急劇下降，此時發生蒸汽突破；注入孔隙體積達到0.80以后，進入到剝蝕調整階段，產量略有回升并保持平穩。蒸汽發生突破時的臨界注入量為開發階段劃分的一個重要指標界限，在蒸汽驅井組即將發生蒸汽突破時，一般采取相應的調控，利用該臨界值可以輔助判斷最佳的調整時機。

依據數值模擬研究結果，蒸汽突破時注入孔隙體積與轉驅前含油飽和度呈線性關系，即隨含油飽和度的增加，蒸汽突破時注入孔隙體積不斷增加，由此可以確定不同的轉驅含油飽和度條件下蒸汽突破時的注入孔隙體積。例如齊40塊先導試驗轉驅前含油飽和度為0.57，注入孔隙體積達到0.83時進入剝蝕階段，而規模蒸汽驅轉驅前平均含油飽和度為0.50，推測在注入孔隙體積達到0.75時即進入剝蝕階段，不同井組的轉驅條件差異較大，應針對性地加以分析。

2.2.2 可采儲量采出程度

蒸汽驅可采儲量采出程度是汽驅階段采出油量與汽驅可采儲量的比值，反映了蒸汽驅階段可采出的儲量動用程度[8]。統計證實，注入孔隙體積倍數與可采儲量采出程度呈截距為零的二階函數關系[9](圖5)，關系式為：

圖5 不同類型井組注入孔隙體積倍數與可采儲量采出程度關系曲線

R=APV+B(PV)2

(1)

式中：R為可采儲量采出程度，%；PV為注入孔隙體積倍數；A、B為常數。

在熱連通階段采出程度較小，一般小于5%左右；在驅替階段，不同井組采出程度存在較大差異，儲層物性較差、連通程度低的井組，其采出程度一般為15%～20%；儲層縱向非均質性較弱且注采連通程度高的井組，其采出程度一般為25%～40%；突破階段持續時間較短，階段采出程度一般低于5%；剝蝕調整階段是一個長期的低采油速度開發階段，累計采出程度可達50%以上。

2.2.3 含水率

在不同的蒸汽驅初始含油飽和度條件下，可采儲量采出程度與含水率關系如圖6所示，含水率在不同開發階段呈現規律性變化，可以用六階多項式進行歸一統計[10]。

圖6 不同含油飽和度下含水率變化曲線

fw=A1R6+A2R5-A3R4+A4R3-A5R2+A6R+Ko

(2)

式中：fw為含水率，%；A1…A6、Ko為常數。

通過不同蒸汽驅含油飽和度條件下含水率與可采儲量采出程度關系模版，可用以判斷汽驅井組所處開發階段及開發規律。中深層稠油油藏轉蒸汽驅前飽和度平均為0.50～0.60，轉驅后熱連通階段含水率逐漸上升至80%～90%；在蒸汽驅替階段，含水率逐漸下降至75%～85%，到驅替階段后期含水率不斷升高；進入突破階段后含水率快速上升至85%～90%；進入剝蝕調整階段后，含水率略有下降，隨后呈現緩慢上升趨勢，直至高含水開發結束。

初始含油飽和度對蒸汽驅含水率有較大影響，初始含油飽和度越高，含水率相對越低，熱連通和驅替階段可采儲量采出程度越高，突破和剝蝕調整階段可動油采出量則相應減少。

2.2.4 溫度

不同的蒸汽驅開發階段生產井產液溫度也具有一定規律性，而井口溫度與井底溫度呈較明顯線性規律[11-13]。進入剝蝕調整階段后，無效熱循環加劇，部分蒸汽被采出，熱利用率降低，生產井產液量及汽腔溫度均有所下降，該階段的統計數據點分布情況如圖7綠色點所示。因此，在沒有油藏測溫數據情況下，可根據井口溫度判斷井底溫度場分布，從而判別井組所處開發階段。

圖7 不同開發階段井底溫度與井口溫度關系曲線

在熱連通階段溫度擴展范圍小，生產井周邊溫度基本不變，對于轉驅前注采井間已經連通的油層，局部層位溫度會略有升高，此階段井口溫度一般低于60 ℃，油藏溫度為70～110 ℃，井組進入驅替階段前蒸汽腔體積占總體積的5%左右；蒸汽驅替階段溫度場范圍不斷擴大，蒸汽逐漸靠近生產井，生產井周邊溫度不斷上升，此階段油藏溫度一般為120～190 ℃，井口溫度為60～90 ℃，驅替階段后期蒸汽腔體積占總體積的40%左右；蒸汽突破階段蒸汽在生產井局部層位發生突破，突破層溫度達到200～250 ℃，井口溫度超過90 ℃，最高可達100 ℃，井口可見蒸汽采出；蒸汽突破結束后進入到剝蝕調整階段，鑒于蒸汽突破后產量、油汽比大幅度下降，一般采取降低注汽速度等手段加強剝蝕作用，提高井組油汽比，此時油藏溫度上升幅度較小，基本保持在180～220 ℃，井口溫度為85～95 ℃，蒸汽腔體積一般維持在總體積50%左右。

根據對汽驅開發規律及主要注采參數的認識，建立以含水、溫度、注入孔隙體積倍數、可采儲量采出程度為核心的蒸汽驅開發階段劃分標準(表1)。該標準涉及參數多，研究基礎較為扎實，在汽驅開發階段劃分過程中可操作性強，可為不同類型蒸汽驅井組制定調控對策提供重要依據。

表1 蒸汽驅開發階段劃分標準Table 1 The standard for dividing the development stage of steam flooding

3 結 論

(1) 利用蒸汽腔波及規律確定中深層稠油油藏各開發階段，將蒸汽驅開發劃分為熱連通、蒸汽驅替、蒸汽突破和蒸汽剝蝕調整4個開發階段，明確各開發階段開采規律及特點。

(2) 總結不同類型儲層驅替規律，篩選含水、溫度、注入孔隙體積倍數、可采儲量采出程度為蒸汽驅階段劃分基本指標，明確各階段指標變化規律，首次定量化蒸汽驅開發階段劃分標準。