稠油油藏蒸汽驱影响因素数值模拟研究——以齐40块蒸汽驱为例

刘薇薇，时 光

（1．中国石油冀东油田分公司，河北唐山063004；2．东北石油大学提高油气采收率教育部重点实验室）

蒸汽驱是目前国内外开采稠油油藏比较成熟的开发方式，最终采收率可以达到50%以上［1－5］。但蒸汽波及效率低一直是困扰蒸汽驱开发工程的重大难题，改善蒸汽驱开发效果的关键是如何扩大蒸汽波及体积，而影响蒸汽波及体积的因素又非常复杂。通过多年的蒸汽驱开发实践研究认为，油藏地质因素（油藏的韵律、隔夹层、渗透率各向异性、射孔位置等）和注采工艺（分层注汽）与蒸汽波及体积密切相关［6－10］。为了全面系统地分析众多因素对蒸汽驱开发效果的影响，本文以齐40块油藏参数为基础，运用蒸汽驱基础模型，应用CMG模拟软件中的STARS模块进行数值模拟计算，对各个影响因素做了系统分析。

1 齐40块基本情况

齐40块在构造上位于辽河油田西部凹陷西斜坡上台阶中段，构造面积为8．5 km2。油藏埋藏深度为－622～－1 050 m，岩心分析平均孔隙度为31．5%，平均渗透率为2 062×10－3μm2，属于高孔、高渗储层。原始地层压力为8～11 MPa，油层温度为36．0～43．6℃。原油属于高黏度、高密度、低凝固点稠油，50℃地面脱气原油黏度为2 639 mPa·s，20℃原油密度为0．9686 g／cm3，凝固点为2．2℃，属于断层遮挡的岩性－构造、边水中～厚层稠油油藏。齐40块于1998年开始了国际上首例中深层稠油蒸汽驱先导试验，并于2003年开始进行扩大蒸汽驱试验。

2 蒸汽驱基础模型

根据齐40块油藏特点，选取油藏基本参数（表1），建立反九点井网蒸汽驱均质模型，模型平面网格为29×29，网格大小为4．83 m，纵向网格为18，网格大小为3 m。

首先采用反五点井网（100 m×140 m）进行蒸汽吞吐开采到油藏压力约为3 MPa（采出程度接近30%）时再转入蒸汽驱，蒸汽驱时加密为反九点井网（70 m×100 m）。

表1 油藏基本参数

3 蒸汽驱影响因素分析

3．1 渗透率变异系数的影响

3．1．1 正韵律油藏

研究渗透率变异系数从0变化到0．8时对蒸汽驱开发效果的影响，具体渗透率分布模式见表2。模拟结果表明，随着渗透率变异系数的增大，采出程度和油汽比逐渐增加，当渗透率变异系数超过0．7后采出程度和油汽比减小（图1）。数模结果表明，随着渗透率变异系数的增大，蒸汽波及体积增大，蒸汽突破时间延长；当渗透率变异系数超过0．7后波及体积减小，蒸汽突破加快。

表2 不同渗透率变异系数的渗透率分布

图1 不同渗透率变异系数的开发效果对比

3．1．2 反韵律油藏

研究渗透率变异系数从0变化到0．8时对蒸汽驱开发效果的影响，具体渗透率分布模式见表3。模拟结果表明，随着渗透率变异系数的增大，采出程度和油汽比逐渐减小（图2）。数模结果还表明，随着渗透率变异系数的增大，蒸汽波及体积减小，蒸汽突破加快。

表3 不同渗透率变异系数的渗透率分布

3．2 油藏倾角的影响

图2 不同渗透率变异系数的开发效果对比

研究油藏IJ方向倾角从0°变化到25°时对蒸汽驱开发效果的影响。模拟结果表明，随着倾角的增大，蒸汽突破加快，截止到蒸汽突破时，随着倾角的增大，采出程度逐渐减小，生产时间逐渐缩短（图3）。其中，油汽比逐渐增加是减少注汽量、降低注汽速度的结果。从数模结果还可以看出，随着倾角的增大，上倾方向的蒸汽波及体积增大，下倾方向的蒸汽波及体积减小，总的波及体积减小。由此可以看出，当油藏倾角很小时，蒸汽的波及形态受构造倾角的影响较小，蒸汽腔能够在构造高部位和低部位的井间较为均匀的扩展，因此蒸汽驱最终采收率和蒸汽波及体积较高；当构造倾角逐渐增大时，蒸汽腔发育的方向性越来越明显，构造高部位油井汽窜风险越来越大，汽窜时间越来越早。

图3 不同油藏倾角下开发效果对比

3．3 层状油藏隔层厚度的影响

在前面基础模型的基础上，修改模型，纵向网格数仍为18，纵向分为7层，其中油层4层，每层3个网格，每个网格3 m，油层的净毛比为0．869，这样使该层状油藏与前面的块状油藏的地质储量相同；隔层3层，每层2个网格，变化隔层每个网格的厚度来改变隔层的厚度从2 m变化到10 m。模拟结果表明，无隔层的开发效果比有隔层的开发效果差很多；随着隔层厚度的增加，采出程度和油汽比逐渐减小（图4）。从数模结果还可以看出，随着隔层厚度的增加，蒸汽波及体积减小，蒸汽突破较晚，当隔层厚度超过8 m后突破加快。

3．4 射孔位置的影响

3．4．1 油藏无隔层

图4 不同隔层厚度下开发效果对比

研究油藏全部射孔、射开油藏下部1／2、油藏下部1／3及油藏下部2／3时对蒸汽驱开发效果的影响。模拟结果表明，射开油藏下部1／3的采出程度和油汽比最高；全部射开油层的采出程度和油汽比最低（表4）。数模结果还表明，射开油藏下部1／3的蒸汽波及体积最大，蒸汽突破时间最长；全部射开油层的蒸汽波及体积最小，蒸汽突破时间最短。

3．4．2 油藏有隔层

表4 不同射孔位置的开发效果对比（油藏无隔层）

研究每层全部射孔、射开每层下部1／3及每层下部2／3时对蒸汽驱开发效果的影响。模拟结果表明，射开每层下部1／3的采出程度和油汽比最高；全部射开油层的采出程度和油汽比最低（表5）。数模结果还表明，射开每层下部1／3的蒸汽波及体积最大，蒸汽突破时间最长；全部射开油层的蒸汽波及体积最小，蒸汽突破时间最短。

3．5 平面渗透率各向异性的影响

表5 不同射孔位置的开发效果对比（油藏有隔层）

研究油藏平面上主河道侧向渗透率分别为主河道方向渗透率的0．2，0．4，0．6，0．8，1．0倍时对蒸汽驱油效果的影响。模拟结果表明，平面渗透率各向异性越强，采出程度和油汽比越低，开发效果越差（表6）。数模结果还表明，平面渗透率各向异性越强，蒸汽波及体积越小，蒸汽突破越早。

表6 不同渗透率各向异性开发效果对比

3．6 层状油藏纵向分层注汽的影响

修改模型使纵向分4个油层，3个隔层，每层油层渗透率为2 000×10－3μm2。设计3个分层注汽方案。方案1：不分层注汽，4个层统一注汽100 m3／d；方案2：分2层注汽，其中1－2油层为一个注汽层，3－4油层为一个注汽层，各注50 m3／d；方案3：分4层注汽，每个油层各注25 m3／d。

模拟计算结果表明，分层注汽级数越多，开发效果越好（表7）。从数模结果还可以看出，分层注汽级数越多，蒸汽波及体积越大，蒸汽突破越晚。

4 结论

（1）随着正韵律油藏渗透率变异系数的增大，采出程度和油汽比逐渐增加，蒸汽波及体积增大，当渗透率变异系数超过0．7后采出程度和油汽比减小，波及体积减小；随着反韵律油藏渗透率变异系数的增大，采出程度和油汽比减小，蒸汽波及体积减小。

（2）随着油藏倾角的增大，蒸汽波及体积减小，蒸汽突破加快，截止到蒸汽突破时，随着倾角的增大，采出程度逐渐减小；无隔层的开发效果比有隔层的开发效果差很多，随着隔层厚度的增加，采出程度和油汽比逐渐减小，蒸汽波及体积减小，蒸汽突破较晚，当隔层厚度超过8 m后突破加快。

表7 分层注汽开发效果对比

（3）无论油藏有无隔层情况下，射开下部1／3位置时，蒸汽波及体积最大，开发效果最好；全部射开油层时，蒸汽波及体积最小，开发效果最差；平面渗透率各向异性越强，蒸汽波及体积越小，开发效果越差；分层注汽级数越多，蒸汽波及体积越大，开发效果越好。

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