稠油油藏組合蒸汽吞吐的分區方法

趙紅雨

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015)

0 引 言

蒸汽吞吐是中國國內稠油油藏最主要的開發方式[1-2]，開發初期可獲得較高的周期油汽比，但隨蒸汽吞吐周期的增加，周期開發效果逐漸變差，其中，蒸汽吞吐井間汽竄是熱利用率降低，周期產油量下降的重要原因[3-7]。組合蒸汽吞吐將鄰近的幾口油井劃為一個組合蒸汽吞吐區，同一組合蒸汽吞吐區內的油井同時注汽、同時生產，消除井間驅替壓差，有效抑制蒸汽竄流，提高熱利用率和周期產油量，礦場實踐取得較好的開發效益[8-9]。

但礦場注汽鍋爐數量有限，無法滿足一個蒸汽吞吐區塊的幾十口甚至上百口井同時組合吞吐，以往礦場實施組合蒸汽吞吐，多是人為劃分組合蒸汽吞吐區，操作主觀性強，缺少科學的分區方法。在數值模擬的基礎上，明確蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期的主控因素，定量分析單因素與蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期的關系，利用多元非線性回歸方法建立多因素影響下蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期的預測模型，實現汽竄發生所在周期的定量計算，根據汽竄發生所在周期劃分組合吞吐區，較好地解決了組合蒸汽吞吐技術科學分區的問題，為組合蒸汽吞吐的礦場實施提供有效的技術支持。

1 數值模型建立

利用CMG軟件中STARS模塊，依據王莊油田坨82塊地質情況，建立包含2口油井的數值模型。油藏埋深為1 230 m，油層厚度為10.2 m，平均孔隙度為30.6 %，平均滲透率為1.86 μm2，初始含油飽和度為0.6，地層溫度為54 ℃，地層壓力為12.3 MPa，地層條件下原油黏度為3 789 mPa·s。

為準確反映蒸汽吞吐井間汽竄規律，在該模型中考慮油井出砂[10-18]，砂粒分為可動砂和骨架砂，骨架砂在任何條件下都不會發生運移，可動砂初始位置固定，當地層流體流速大于臨界流速時可以發生溶蝕、脫落并運移。油井出砂后，會造成地層近井地帶孔隙度和滲透率的升高，加劇地層的非均質性，蒸汽吞吐井注汽過程中蒸汽易沿高滲通道快速突進到鄰近井，從而發生井間汽竄。

2 汽竄發生所在周期影響因素分析

影響蒸汽吞吐井間汽竄的因素除地層非均質、原油黏度、油層厚度等靜態因素，還應包括投產時間、蒸汽吞吐周期、注汽量、采液量、井距等動態因素，井間壓力梯度綜合了各動態因素對汽竄發生所在周期的影響，因此，文中采用井間壓力梯度表征動態因素的綜合影響。

2.1 滲透率突進系數

滲透率突進系數是汽竄方向的滲透率與平均滲透率比值，表征地層非均質的大小。利用上述數值模型，計算滲透率突進系數分別為1.1、1.2、1.4、1.6、2.0時井間汽竄發生所在周期(圖1)。結果表明，汽竄發生所在周期隨滲透率突進系數的增加顯著提前，汽竄發生所在周期與滲透率突進系數呈較好的冪率關系。

2.2 原油黏度

原油黏度是影響地下原油流動能力的主要因素，模擬計算地層原油黏度分別為3789、9136、20537、27128、35426 mPa·s時蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期(圖2)。結果表明，隨原油黏度的增加，蒸汽和熱水越易發生竄流，汽竄發生所在周期越早，且汽竄發生所在周期與原油黏度呈較好的線性關系。

圖1汽竄發生所在周期與滲透率突進系數關系曲線

圖2汽竄發生所在周期與原油黏度關系曲線

2.3 油層厚度

選取油層厚度分別為5、10、15、20、30 m，研究油層厚度對汽竄發生所在周期的影響(圖3)。結果表明，汽竄發生所在周期隨油層厚度的增加而提前，兩者間呈對數關系，但油層厚度對汽竄發生所在周期的影響幅度相對較小。

圖3汽竄發生所在周期與油層厚度關系曲線

2.4 井間壓力梯度

模擬計算井間壓力梯度分別為0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa/m時蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期(圖4)。結果表明，井間壓力梯度越大，注入蒸汽受到流向采油井的驅動力越大，汽竄發生所在周期越早。

圖4汽竄發生所在周期與井間壓力梯度關系曲線

3 預測模型建立

3.1 影響權重分析

在汽竄發生所在周期影響因素分析的基礎上，采用變異系數對各因素進行汽竄發生所在周期的影響權重評價，變異系數定義為一組樣本數據的標準差與平均值絕對值的比值，變異系數反映一組樣本數據分散和差異程度，數值越大說明該樣本數據間差異程度越大，否則越集中。

變異系數計算公式為：

(1)

(2)

利用上式計算滲透率突進系數、井間壓力梯度、原油黏度、油層厚度對蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期影響的變異系數分別為0.375、0.355、0.176、0.077。因此，井間汽竄發生所在周期影響由大到小依次為滲透率突進系數、井間壓力梯度、原油黏度、油層厚度，其中滲透率突進系數和井間壓力梯度的影響顯著，而油層厚度的影響非常小。

3.2 預測模型建立

為使建立的預測模型科學、準確、便捷，根據影響權重分析結果，選取影響程度較大的滲透率突進系數、原油黏度、井間壓力梯度作為預測模型考慮的表征參數，各影響因素與汽竄發生所在周期呈現良好的數學關系，且相關性較高，為建立可靠的預測模型奠定了基礎。

根據單因素與汽竄發生所在周期的數學關系，采用LSTOPT軟件進行多元非線性回歸，得到如下汽竄發生所在周期的預測模型：

(3)

式中：Th為蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期；KR為滲透率突進系數，取值為1.1～2.0；ph為井間壓力梯度，MPa/m，取值為0.01～0.05 MPa/m；μo為地層條件原油黏度，mPa·s，取值為3 789～3 5426 mPa·s。

該預測模型實現了在不進行數值模擬的情況下，僅利用滲透率突進系數、原油黏度、井間壓力梯度計算蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期，再依據現場鍋爐注汽能力，優先將汽竄發生所在周期早的井，劃分為一個組合蒸汽吞吐區。

3.3 組合分區方法

針對某一具體蒸汽吞吐單元，通過式(3)可以計算蒸汽吞吐井與所有關聯井的井間汽竄發生所在周期，從而進行井間熱干擾預判和分級，一般認為第1～3周期屬一級熱干擾，影響蒸汽吞吐產量大于20%；第4～6周期屬二級熱干擾，影響蒸汽吞吐產量10%～20%；第7～10周期屬三級熱干擾，影響蒸汽吞吐產量小于10%；第10周期以后不易產生熱干擾，影響蒸汽吞吐產量少。注汽時，原則上應將所有汽竄關聯井劃分為一個組合蒸汽吞吐區，但實際計算表明，某一蒸汽吞吐井的汽竄關聯井相對較多，往往達到10口井以上，受現場鍋爐注汽能力限制，難以滿足同時注汽。為此，按熱干擾級別對組合分區進一步細化，汽竄發生所在周期早、影響產量大的關聯井優先組合，實施組合蒸汽吞吐，組合井數一般控制在2～4口。細化組合分區后，礦場可操作性更強。

4 應用實例

王莊油田坨82塊為受構造控制的層狀普通稠油油藏，埋深為1150～1 260 m，地層條件下原油黏度為1 000～6 900 mPa·s，油層厚度為6～12 m，平均孔隙度為34.4 %，平均滲透率為1.38μm2，滲透率突進系數為0.6～2.3。2004年開始熱采開發，目前大部分井處于第5周期，部分井已發生汽竄，整體采出程度為18.2%。

以該區塊2X16、2CPX17井為例，地層條件下原油黏度為6 200 mPa·s，井間滲透率突進系數為1.7，注汽壓力約為14 MPa，井間距離為149 m，平均井底流壓為8.1 MPa，井間壓力梯度為0.040 6 MPa/m，利用該預測模型計算2X16井與2CPX17井的井間汽竄發生所在周期為第2.9周期。2X16井于2012年年底進行第3周期注汽時，2CPX17井井口溫度由40 ℃升至113 ℃，產液量由22.8 t/d升至32.5 t/d,含水由62.4%突升至95.1%，表現出明顯的汽竄現象，導致該井日產油由8.6 t/d降至1.6 t/d，嚴重影響產量，表明井間汽竄發生所在周期預測結果與實際吻合較好。

利用井間汽竄發生所在周期預測方法計算了坨82塊東區各蒸汽吞吐井與周圍鄰井間汽竄發生所在周期(圖5)。為了清晰地說明利用汽竄發生所在周期進行組合蒸汽吞吐區的劃分，汽竄發生所在周期大于10周期的井間關系未標注。圖5a為現場注汽鍋爐能夠滿足10口井同時注汽，可將坨82塊東區有汽竄關聯的10口井劃分為一個組合蒸汽吞吐區；圖5b為現場注汽鍋爐無法滿足10口井同時注汽，按井間汽竄發生所在周期早晚將蒸汽吞吐井細分為3個不同的組合蒸汽吞吐區。如分區二的2X16、2CPX17、3X18、3-19井汽竄發生所在周期為第2.9～5.3周期，針對2X16井第3周期注汽與2CPX17井汽竄問題，2X16井第4周期與2CPX17井實施組合蒸汽吞吐。開井后，2CPX17井含水穩定在70%左右，周期產量增加150t，油汽比提高0.05；根據對各井汽竄發生所在周期的預判，2CPX17井第5周期與3X18、3-19、2X16井進行組合，實施組合蒸汽吞吐后3X18、3-19井井口溫度保持在42～45 ℃，避免了汽竄的發生，提高了熱利用率，日產油量比上一周期分別提高0.7、1.2 t/d。根據以上思路，實現了稠油蒸汽吞吐單元組合蒸汽吞吐的科學分區，達到蒸汽吞吐井間汽竄后治理和防止汽竄的效果。2015年低油價以來，勝利油田共實施組合蒸汽吞吐465個井組、1320井次，平均單井周期增油97t，油汽比提高0.04，保障效益穩產。

圖5 坨82塊組合蒸汽吞吐分區

5 結 論

(1) 單因素影響分析表明，蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期隨透率突進系數、井間壓力梯度、原油黏度和油層厚度的增大而縮短；各因素對蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期影響由大到小依次為滲透率突進系數、井間壓力梯度、原油黏度、油層厚度，其中，滲透率突進系數和井間壓力梯度的影響顯著，而油層厚度的影響非常小。

(2) 采用多元非線性回歸方法建立蒸汽吞吐井間汽竄發生所在周期的預測方法，實例驗證計算結果與礦場實際情況吻合性較好；通過汽竄發生所在周期和熱干擾級別建立了組合蒸汽吞吐的分區方法，實現汽竄防治理結合，應用簡單方便，可操作性強，效果明顯，能夠滿足礦場應用需要。

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