边水稠油油藏水平井蒸汽吞吐数值模拟研究

乔美桦，李培武

(1.中国石油大学(北京)，北京 102249； 2.中油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)



边水稠油油藏水平井蒸汽吞吐数值模拟研究

乔美桦1，李培武2

(1.中国石油大学(北京)，北京 102249； 2.中油辽河油田分公司，辽宁盘锦 124010)

LD1区块储量小、油层厚度薄、边水能量充足，为高孔高渗普通稠油油藏。受直井开发单井控制储量低、钻井成本费用高等因素限制，一直处于难动用状态。应用水平井开发此类油藏具有明显的技术优势，因此开展水平井部署研究。边水对稠油油藏蒸汽吞吐开发效果具有较大影响，为了实现经济效益的最大化，开展渗透率、含油饱和度和水体能量等油藏敏感性研究，优化设计水平井段长度、避水高度来提高单井开发效果，延缓水侵，提高油汽比，为同类油藏的开发提供借鉴。

稠油油藏； 边水； 蒸汽吞吐； 油藏工程

在油藏开发过程中，边水可以为油藏开发提供充足的能量补充，延缓油藏压力下降。但是水体能量过强会导致油井出水，造成油井无法正常生产，最终导致投资失败[1-2]。由于稠油油藏油水黏度比大、一旦发生水侵，就会出现油井的暴性水淹。对于薄层稠油油藏，采用传统的直井开发，动用范围小，单井控制储量低，无法实现经济有效开发[3-5]。采用水平井开发此类油藏，具有泄油面积大，生产压差低等特点，具有很好的技术优势[6-9]。因此，在具有边底水能量的薄层稠油油藏水平井开发部署过程中，油藏工程设计显得尤为重要，有必要进行敏感性及其油藏工程的优化设计研究[10-12]。

1 LD1块油藏概况

LD1块油藏埋深1 670～1 820 m，平均油层厚度6.7 m，孔隙度25%～28%，渗透率1 426×10-3μm2，50 ℃脱气原油黏度1 200～1 600 mPa·s，边水能量充足，水油体积比5.3，为具有边水能量的高孔高渗普通稠油油藏。该块自发现以来，由于区块储量小、油层厚度薄、边水能量充足，受直井开发单井控制储量低、钻井成本费用高等因素限制，一直处于难动用状态。水平井对开发此类油藏具有明显的技术优势，因此开展水平井部署研究。该项研究以LD1块相关参数为基础进行油藏参数的敏感性研究，分析影响开发效果的主要影响因素，开展油藏工程设计为现场实施提供技术保障。

2 油藏敏感性研究

在边水油藏中，渗透率、含油饱和度、水油体积比是影响边水薄层稠油油藏开发效果的主要因素。为了更加清楚了解不同的渗透率、油藏初始含油饱和度以及水体能量大小对开发效果的影响，开展敏感性研究。为实现经济效益、油井产量的最大化，有必要开展不同油藏参数条件下的敏感性因素研究。利用加拿大CMG公司数值模拟软件STARS模块进行热采数值模拟。

2.1 渗透率

在相同生产条件下，渗透率的大小对边水推进速度有直接的影响，一般渗透率越大，在相同的生产压差下水侵速度越快。针对油藏渗透率范围，取(500～3 500)×10-3μm26个渗透率等级进行对比研究，结果如图1所示。从图1中可以看出，当渗透率从500×10-3μm2增至1 000×10-3μm2，原油累积产量有较大幅度上升，渗透率超过1 000×10-3μm2后，渗透率对累积产油的影响减小。

图1 渗透率敏感性因素研究

Fig.1 Sensitive factors of permeability

2.2 含油饱和度

含油饱和度高低影响单井的产能，进而直接影响油藏最终的开发效果，单井产量和区块产量，即油藏最终采收率。针对LD1油田测井解释结果，含油饱和度在40%～80%。因此，对含油饱和度分为5个级进行模拟研究，结果如图2所示。从图2中可以看出，含油饱和度对油井的累积产油有较大影响，含油饱和度越高，累积产油量越高；油汽比随着含油饱和度升高呈直线上升；含油饱和度越高，采出程度也越高。

图2 不同含油饱和度与累积产量、油汽比关系曲线

Fig.2 Curve of cumulative production and gas oil ratio under different oil saturation

2.3 水油体积比

水油体积比是水体能量的反应，水油体积比越大，表明水体能量越大，在开发过程中水体供给能力越强，一旦油藏内部泄压，水体能量将快速补充油藏内部亏空，油藏压力保持水平高。LD1油田水体能量尚不清楚，为减少实施风险，对边水水体能量的大小进行敏感性研究，分别对水油体积比为1、5、10、50和100的5种水体大小进行研究，结果如图3所示。从图3中可以看出，水油体积比增大，水平井累产油升高，但水油体积比从1增加至5时，油汽比升高，水油体积比大于5时，油汽比出现下降趋势。

图3 不同水油体积比与累积产量、油汽比关系曲线

Fig.3 Curve of cumulative production and gas oil ratio under different water oil volume ratio

3 水平井蒸汽吞吐油藏工程设计

3.1 水平井长度优化

应用数值模拟方法对水平井部署层位的厚度进行计算，结果见表1。结果表明，随着水平段长度不断增加，水平井部署油层厚度下限降低。在油价2 935 元/t条件下，按依据投入等于产出即为极限产量的方法，单井费用8 500万元，注汽成本100元/t。当水平段长度1 000 m，水平井部署厚度下限为5 m。

表1 不同油层厚度、水平段长度与极限产油量数据

3.2 水平井部署方向

水平井部署方向一般沿着沉积方向、平行边水、平行构造，有利于提高水平井开发效果、抑制边水突进、利于钻进实施。

3.3 水平井纵向位置研究

纯油层水平段应靠近油层底部部署，利用蒸汽超覆的作用有效动用上部油层，可以提高热利用率。LD1油田边水发育且部分区域存在底水，适当提高水平井纵向位置，可以延缓边水水侵，延缓水平井寿命，提高单井产量。图4为水平井纵向距离数值模拟结果，图5为水平井距油层顶部2 m时含油饱和度场图。由图4和图5可知，在距离顶部2 m处效果最好，单井累积产油最高，可以避免边水过早窜进，减少热损失，提高开发效果。

图4 水平井纵向距离数值模拟结果

Fig.4 Simulation result about longitudinal distance of horizontal well

3.4 距边水距离优化

水平井距边水距离与油藏渗透率、原油黏度的大小有直接关系，图6为不同水油体积比、渗透率与距边水距离关系曲线。由图6可知，随着水平渗透率的增大，避水距离也越来越大，当水平渗透率为500×10-3μm2时，水油体积比为2的油藏距边水距离60 m，当渗透率增加至2 500×10-3μm2时，距边水距离应增大到200 m。

图5 水平井距油层顶部2 m时含油饱和度场图

Fig.5 Oil saturation filed when 2 meters from horizontal well to the top of oil zone

图6 不同水油体积比时渗透率与距边水距离关系曲线

Fig.6 Relationship between horizontal permeability and distance to the edge water under different water oil volume ratio

图7为不同水油体积比、原油黏度距边水距离优化结果。由图7可知，原油黏度在5 000 mPa·s时，水油体积比为2的油藏距边水距离40 m，当原油黏度达到60 000 mPa·s时，油藏距边水距离应达到190 m。

Fig.7 Optimization result of the relationship between oil viscosity and distance to the edge water under >different water oil volume ratio

3.5 注采参数优化设计

注采参数对蒸汽吞吐效果至关重要。蒸汽吞吐主要的注采参数包括注汽强度、注汽速度、注汽干度、焖井时间等，对其进行优化设计，设计结果见表2。采用蒸汽吞吐开发，预计阶段采出程度达到17.1%。

表2 水平井注采参数优化结果

4 结论

(1) 随着渗透率、含油饱和度的增加，单井产量增加，油汽比增加，开发效果好，阶段采出程度高。

(2) 水体能量大小对开发效果有较大影响，同时受到渗透率等油藏条件的影响，渗透率越大，水侵风险越大，油藏工程设计过程中要求避水距离越大。

[1] 张吉昌,张鹰,蒋有伟,等.辽河油区稠油油藏边底水控制技术研究[J].特种油气藏, 2007,14(2):73-75.

Zhang Jichang, Zhang Ying, Jiang Youwei, et al. Study on bot-tom/edge water control in heavy oil reservoirs of Liaohe oil province[J].Special Oil & Gas Reservoirs,2007,14(2):73-75.

[2] 何书梅,李静,杨波,等.底水油藏水平井产能影响因素敏感性分析与评价[J].油气井测试,2010,19(2):29-31.

He Shumei, Li Jing, Yang Bo, et al. The sensitivity analysis and evaluation for different influence factors to productivity of horizontal wells in bottom water drive reservoir[J].Well Testing, 2010,19(2):29-31.

[3] 刘斌,王洪辉,李淑敏.小断块边水稠油油藏抑制边水侵入对策研究[J].成都理工大学学报:自然科学版,2009,36(5):551-556.

Liu Bin, Wang Honghui, Li Shumin. Study on restraint of the edge water’s incursion of the small fault-block heavy oil reservoirs[J].Journal of Chengdu University of Technology: Science &Technology Edition,2009,36(5):551-556.

[4] 王杰祥，王腾飞，任文龙，等. 常规稠油边水油藏氮气泡沫抑制水侵试验[J]. 中国石油大学学报:自然科学版, 2013,37(2)：75-80.

Wang Jiexiang, Wang Tengfei, Ren Wenlong, et al. Experiment on nitrogen foam anti-edge water invasion in normal heavy oil reservoir with edge water[J].Journal of China University of Petroleum, 2013,37(2)：75-80.

[5] Wang Dailiu. The study of physical properties characteristics after mature steam stimulation in multi-layer heavy oilreservoir-taking Zhongerzhong Ng5 in Gudao oilfield as an example[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2013,20(3):68-71.

[6] Yang Xiaopei. Development techiniques of horiontal wells on heavy oil reservoir, Henan oilfield[J]. Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2012,19(2):72-74.

[7] Hamedi-Shokrlu Y, Babadagli T. Kinetics of the in-situ upgrading of heavy oil by nickel nanoparticle catalysts and its effect on cyclic-steam-stimulation recovery factor[J]. SPE Reservoir Evaluation & Engineering,2014,17(3):355-364.

[8] 赵长喜,陈渊,张初阳,等.稠油油藏边水封堵技术的研究与应用[J].钻采工艺, 2003, 26(2):18-20.

Zhao Changxi, Chen Yuan, Zhang Chuyang, et al. Research and application of side water blocking technology in viscous oil reservoir[J]. Drilling & Production Technology, 2003, 26(2):18-20.

[9] 朱静,李传宪,辛培刚.稠油粘温特性及流变特性分析[J]. 石油化工高等学校学报,2011,24(2):67-72.

Zhu Jing, Li Chuanxian, Xin Peigang. Analysis of viscosity-temperature characteristics and rheology behavior for heavy oil[J].Journal of Petrochemical Universities, 2011,24(2):67-72.

[10] 王玉福,杨肇琰,王鹏. 埋地超稠油管道温度场分析[J]. 石油化工高等学校学报,2013,26(1):73-75.

Wang Yufu, Yang Zhaoyan, Wang Peng. Analysis of temperature field for super heavy oil pipeline[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2013,26(1):73-75.

[11] Tan Xuecai, Liu Qingkun, Zhu Daoqi. Pyrolysis of heavy oil in the presence of supercritical water: The reaction kinetics in different phases[J]. Aiche Journal,2015,61(3):857-866.

[12] Shamsa A, Lines L. Effect of oil composition on fluid substitution in heavy oil reservoirs [J]. Geophysical Prospecting,2015,63(2):422-441.

(编辑 宋官龙)

Simulation of Heavy Oil Reservoir with Edge Water by Horizontal Well with Steam Stimulation

Qiao Meihua1, Li Peiwu2

(1.China University of Petroleum, Beijing 102249, China;2.PetroChinaLiaoheOilfieldCompany,PanjinLiaoning124010,China)

LD1 block is an ordinary heavy oil reservoirs of high porosity and permeability with characteristic of small reserves, thin reservoir thickness, and sufficient energy of edge water. With the limit of low single well controlled reserves of vertical wells and high drilling cost, it is difficult to exploit the block. Development and application of horizontal wells have obvious advantages in such reservoirs, so study about horizontal well deployment is started. Edge water has a great influence on exploitation of heavy oil reservoir using steam stimulation. In order to maximize economic benefits, sensitivity study in permeability, oil saturation and water energy are carried out.The length of horizontal well and the height of water avoidance are optimized to improve the effect of single well development and oil steam ratio, delay the water invasion, and provide reference for the same kind reservoirs.

Heavy oil reservoir;Edge water;Steam stimulation;Reservoir engineering

1006-396X(2015)02-0050-04

2015-02-02

2015-03-01

国家科技重大专项“渤海湾盆地辽河坳陷中深层稠油开发技术示范工程”(2008ZX05053)。

乔美桦(1995-)，女，在读本科生，石油工程专业，从事油气田开发研究；E-mail:qiaomeihua01@163.com。

李培武(1979-)，男，硕士，高级工程师，从事稠油油藏开发研究；E-mail:lipeiwu79@163.com。

TE345

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.02.010