水平井提高油砂SAGD井組后期開發效果研究

魏明強，鄭 強，葉 智，任科屹，段永剛，盧 川.

(1.西南石油大學，四川成都 610500；2.中海石油(中國)有限公司北京研究中心，北京 100028； 3.西安長慶化工集團有限公司，陜西咸陽 712042)

我國分布有較為豐富的稠油/油砂資源，地質儲量為59.7×108t，可采儲量為22.58×108t，主要分布在新疆、青海、內蒙古等地[1-2]。蒸汽輔助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage, SAGD)技術是開采超稠油與油砂的主要技術之一。SAGD技術是1981年由Bulter首次提出的利用雙水平井開采稠油/油砂的技術，其基本原理是將蒸汽作為熱傳導和熱對流源加熱地層原油，利用蒸汽在儲層中垂向和側向擴展并加熱地層原油，被加熱的原油和冷凝液在重力作用下流向生產井并被采出[3]。目前該技術已在加拿大以及我國遼河、新疆稠油開發中廣泛應用。經過近40年的發展與應用，前人已在井眼軌跡控制[4-5]、均勻注采[6-8]、SAGD循環預熱操作參數優化[9-11]、隔夾層影響[12-15]、產能評價[16-19]、注溶劑提高采收率[20]等方面進行了大量探索與研究。目前絕大部分研究是通過優化注采參數優化、注溶劑蒸汽的方法來提高蒸汽腔的波及范圍，但是在實際SAGD井組開發生產后期，井組之間仍存在大量剩余油。

為此，基于SAGD井組開發后期剩余油分布特征，筆者提出利用輔助水平井的手段提高后期油砂的SAGD開發效果，采用數值模擬方法優化了輔助水平井垂向和水平方向位置、水平井長度以及注采參數對采收率的影響，并開展了現場實例效果分析。研究結果對提高SAGD井組整體動用效果具有重要指導意義。

1 數值模擬模型建立

為了提高油砂SAGD后期開發效果，建立了水平井輔助提高SAGD后期增產措施的數值模型。數值模擬采用的是CMG數值模擬軟件中的STARS模塊。模型設置了2個SAGD井組，油藏范圍為460 m×160 m×30 m，井組間距為80 m，輔助水平井位于2個相鄰SAGD井組之間，其物理模型示意圖如圖1所示。數值模擬機理模型基礎參數見表1。

為了提高SAGD井組間開發效果，設計了輔助水平井縱向、水平方向不同位置以及輔助水平井吞吐和后期操作注采參數優化研究。

圖1 水平井輔助提高SAGD井組后期產能Fig.1 Improving the late stage productivity of SAGD well group assisted by the horizontal well

表1 機理模型基礎參數Table 1 Basic parameters of the mechanism model

2 輔助水平井位置的影響

2.1 水平井水平位置的影響

輔助水平井的平面位置決定著SAGD井組的受效范圍，將輔助水平井分別設置為在井距的1/2(40 m)、1/3(26.67 m)、1/4(20 m)處。數值模擬結果表明輔助水平井離SAGD某井組越近，10年后整體采出程度越低(圖2)。當輔助井在SAGD井組井距1/2處時，10年后的采出程度最高。其主要原因是當輔助井離某SAGD井組越近，則輔助水平井與靠近的SAGD井組熱連通時間提前，而與較遠的SAGD井組蒸汽腔連通時間滯后，形成單井組受效模式。當輔助水平井位于兩SAGD井組井距的1/2處時，輔助井同時向兩組SAGD井組擴展，波及更大的受熱區域，使得采出程度最高。

圖2 輔助水平井不同水平位置對井組采出程度的影響Fig.2 Influence of different horizontal position of the assisting horizontal well on recovery degree of well group

2.2 水平井縱向位置的影響

輔助水平井位于SAGD井組1/2處，分別討論了輔助水平井位于注入井上方、注入井處、注采井間、生產井處四個不同位置。模擬研究結果表明，輔助水平井離儲層頂端越近，兩井組之間蒸汽腔發生熱連通所需時間越短，如圖3所示。生產十年的采收率越低，生產效果越差(圖4)。

3 輔助水平井注采參數優化

3.1 水平井長度優化

由于注蒸汽水平井井筒壓降的原因，稠油SAGD開發過程中水平井形成的蒸汽腔規模會從跟端到趾端逐漸變差，因此輔助水平井從SAGD井組反方向布井。設置水平井各位置相同注汽流率情

圖3 輔助水平井不同縱向水平位置對兩井組間蒸汽腔連通時間對應剖面圖Fig.3 The profile of steam cavity connection time between two well groups in different vertical and horizontal positions of the assisting horizontal well

圖4 輔助水平井縱向不同位置對井組采出程度的影響Fig.4 Influence of different vertical positions of the assisting horizontal wells on recovery degree of well groups

況下，計算了水平井長度比SAGD水平井長度短50 m、100 m、150 m、200 m以及與SAGD水平井長度相同情況下的采出程度變化曲線(圖5)。從圖5中可看出：輔助水平井比SAGD水平井短100 m和短200 m的采出程度曲線基本重合；在開發早中期水平井長度越長，采出程度越高，主要原因是輔助水平井越長，早期蒸汽波及范圍越大，但隨著開發進行，輔助水平井越長開發利用效率降低，綜合表現出水平井長度比SAGD短150 m(即水平井長度為250 m)的開發效果最優(圖5、圖6)。

3.2 水平井輔助啟動時間

一般地，在蒸汽腔到頂或蒸汽腔擴展階段實施水平井輔助。為了獲得水平井輔助最優的啟動時間，下面具體討論了輔助井啟動時間為SAGD蒸汽腔到達頂部時、蒸汽腔到達頂部后1年和2年對采收率的影響。模擬預測10年后整個井組的生產情況對比(表2)。

圖5 輔助水平井長度與采出程度關系曲線(t=10年)Fig.5 Relation curve between length of the assisting horizontal well and recovery degree (t=10 years)

圖6 輔助水平井不同長度對井組采出程度的影響Fig.6 Influence of different length of the assisting horizontal well on recovery degree of well group

表2 輔助水平井啟動時間時的基礎數據對比

從表中可知輔助水平井在不同時間啟動對整個油藏的累積油汽比影響不大，但啟動時間越早，油藏的采收率越高。因此在條件允許的情況下，越早實施水平井輔助，對油藏的增產效果越有利。

3.3 熱連通后輔助水平井注汽速度

一般地，輔助水平井與SAGD井組熱連通后轉汽驅，直至兩SAGD井組蒸汽腔完全連通。為此，輔助水平井轉汽驅后，設計注汽量為100 t/d、125 t/d、150 t/d、175 t/d和200 t/d，預測對10年后采出程度的影響。從圖7可以看出，隨注汽量增加，10年后的油藏采出程度先增加后降低。其主要原因是增大輔助井注汽量，蒸汽腔擴展速度變快，油藏開發效果變好，但是輔助井注汽量過大時，容易導致輔助井與SAGD生產井之間的氣竄，導致輔助井注入的蒸汽過早進入SAGD生產井，影響生產效果。綜合油汽比和采出程度，可綜合確定輔助水平井注氣量為150～175 t/d。

4 實例分析

以我國新疆油田某區塊相鄰兩SAGD井組為例，實施水平井輔助進行預測。實際SAGD井組1和井組2采出程度分別為27.07%和19.59%時，兩井組蒸汽腔均已發育到頂并開始橫向擴展。為此，在井組間施加水平井進行輔助，結合現場實際，注氣速度為150 t/d，其他輔助井參數見表3。

根據輔助措施參數設計優化結果，預測水平井輔助10年后兩井組的生產效果。從圖8生產效果預測可以看出，兩井組施加水平井輔助后日產油水平和累產油增加，輔助3～4年時日產油水平增幅效果最好。同時從剩余油等值線飽和度圖(圖9)可看出，布置輔助水平井后，SAGD井組趾端由于蒸汽腔發育得到加強，剩余油大量采出，井組累產油和采收率得到較大提升。綜上所述，施加水平井輔助對于加大SAGD井組井間剩余油采出，提高后期油砂SAGD開發效果具有顯著作用。

表3 輔助水平井參數表Table 3 Parameters of the assisting horizontal well

5 結論及建議

(1)針對SAGD井組開發后期仍存在大量剩余油富集的特征，提出采用輔助水平井提高SAGD井組開發效果的方法。

(2)建立了輔助水平井-SAGD井組數值模擬機理模型，并以井組采出程度為依據，模擬優化了輔助水平井位置：輔助水平井水平方向應位于兩SAGD井組1/2處，且縱向位置應平行于SAGD生產井。

(3)優化確定了輔助水平井注采參數：當SAGD井組蒸汽腔突破時，輔助水平井開始啟動；輔助水平井最優長度為250 m以及最優注氣量為150～175 t/d。

(4)根據輔助水平井數值模擬機理模型優化參數結果，計算表明輔助水平井對實際SAGD井組增產效果明顯。

圖8 SAGD井組生產效果預測Fig.8 Production effect prediction of SAGD well groups

圖9 剩余油飽和度等值線對比圖Fig.9 Comparison chart of remaining oil saturation isoline