西南石油大学学报(自然科学版)  2020, Vol. 42 Issue (5): 127-134
超稠油油藏EBIP厚度变化模式对SAGD的影响    [PDF全文]
段永刚1, 伍梓健1, 魏明强1, 任科屹2, 卢川3    
1. 西南石油大学石油与天然气工程学院, 四川 成都 610500;
2. 西南石油大学图书馆, 四川 成都 610500;
3. 中海石油(中国)有限公司北京研究中心, 北京 朝阳 100028
摘要: SAGD技术是一种非常具有潜力的稠油开发方式,已在超稠油/油砂开发中取得了良好效果。由于储层沉积原因,SAGD水平井段对应的EBIP有效储层厚度通常会发生变化,使得SAGD井组开发效果差异明显。为了明确EBIP厚度沿水平井段变化对SAGD生产的影响,以加拿大Long Lake油田地质特征为基础,构建了3种典型EBIP厚度变化模式,建立了SAGD数值模拟机理模型,分析讨论了沿程EBIP变化模式和厚度差对SAGD蒸汽腔突破、日产油、累计汽油比和采出程度的影响,明确了EBIP厚度变化对SAGD生产影响的界限。研究表明,在储层总厚度相同下,阶梯状EBIP变化模式峰值产油速度和采出程度最低,其他两种方式生产特征相近;阶梯状EBIP模式下,厚度差64 m为优,4 < 厚度差 < 10 m为良,厚度差>10 m为差;两厚一薄和两薄一厚EBIP模式,厚度差 < 7 m为优,厚度差>7 m对SAGD生产影响大。
关键词: 超稠油    蒸汽辅助重力泄油    有效储层厚度    EBIP    峰值产量    
Influence of EBIP Thickness Variation Modes on SAGD Production Characteristics in Super Heavy Oil Reservoirs
DUAN Yonggang1, WU Zijian1, WEI Mingqiang1, REN Keyi2, LU Chuan3    
1. Petroleum Engineering School, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
2. Library of Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China;
3. China National Offshore Oil Corp Research Institute, Chaoyang, Beijing 100028, China
Abstract: Steam assisted gravity drainage (SAGD) is a promising heavy oil development method, which has achieved good results in super heavy oil/oil sand development. Due to reservoir sedimentation, the effective reservoir thickness (EBIP) along the SAGD horizontal well section will change, which makes the development effect of SAGD well group significantly different. In order to make clear the influence of EBIP changing along horizontal well section to SAGD production, based on the geological characteristics of Long Lake oilfield in Canada, 3 typical EBIP thickness change modes are constructed. Subsequently, the SAGD numerical simulation mechanism model is established, and SAGD steam chamber breakthrough, daily oil production, cumulative gasoline ratio and recovery degree influenced by the EBIP change modes and thickness difference are analyzed and discussed. Finally, limits of on SAGD production which are influenced by the EBIP thickness are built. The results show that under the same total thickness of reservoir, the peak oil production speed and recovery degree of stepped EBIP change mode are the lowest, and the production characteristics of the other two modes are similar. Under stepped EBIP mode, the thickness difference 6 4 m is excellent, the thickness difference of 4~10 m is good, and the thickness difference >10 m is poor. Under two thick-one thin and two thin-one thick EBIP mode, the thickness difference < 7 m is excellent, and the thickness difference >7 m has a great impact on SAGD production.
Keywords: super heavy oil    SAGD    effective reservoir thickness    EBIP    peak production rate    
引言

稠油是非常规油气资源的重要组成部分,全球已探明稠油资源储量约为可开采稀油储量的2倍,开采潜力巨大[1-2]。通常稠油具有黏度高、密度大、开采流动阻力大、驱替效率低等特点,常规方法难以实现高效开采。蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)以高温蒸汽为热源,结合热对流和热传导,实现高温蒸汽进入地层加热地层原油,大幅降低地层原油黏度,并依靠重力驱动作用将原油采出到地面,能极大地提高稠油油藏的开发效果,目前广泛应用于超、特稠油的开发[3]

在SAGD开发过程中,蒸汽腔发育均匀程度、扩展大小是其开发效果好坏的关键。然而,储层的质量(储层非均质性、隔夹层发育规模及形态、储层有效厚度等)和工程条件(井身结构、注采管柱等)比预期的差,使得蒸汽腔扩展不均匀、蒸汽局部过早气窜,进而使得蒸汽加热油层的热效应显著降低,水平井沿程方向各部分动用程度不同,使得SAGD开发效果显著降低。为了克服储层质量和工程条件不利因素,提高SAGD开发效果,国内外学者在井眼轨迹控制[4]、隔夹层及非均质性的影响[5-11]、SAGD循环预热操作参数优化[12-15]、均匀注采[16-19]、产能评价[20-22]、注溶剂提高采收率[23-25]等方面进行了大量研究,研究成果对SAGD提高蒸汽腔大小、改善蒸汽腔发育程度等具有重要理论意义及应用价值。但SAGD目前通常采用双水平井进行生产,水平井长度可达400$\sim$1 000 m,沿程水平井段可采稠油(Exploitable Bitumen in Place,EBIP)有效厚度(通常指生产井到储层顶部的距离)一般在不断变化,研究EBIP厚度变化对SAGD生产特征的影响甚少。

SAGD技术多用于厚层稠油油藏,但储层很难达到相同的厚度。如果储层过薄,可能无法实现上注下采的井位排布,也无法使得SAGD技术达到最优效果;沿水平井段储层厚度薄厚不同可能会引起快速气窜,也无法实现SAGD高效开发的目的。为了明确EBIP厚度沿水平井段变化对SAGD生产的影响,建立了数值模拟机理模型。为此,在加拿大Long Lake典型稠油油藏地质特征基础上,将Long Lake区块储层EBIP变化概念模式总结为阶梯状、两薄一厚、两厚一薄3种典型模式。

以实际地质模型为基础,考虑不同EBIP变化模式,通过建立数值模拟机理模型模拟沿程EBIP变化时SAGD的开发效果,分析了EBIP厚度差大小对峰值采油速度、稳产期采油速度、稳产期汽油比、递减阶段后汽油比的影响,同时,对阶梯状、两薄一厚、两厚一薄3种不同EBIP厚度模式下的开发界限分析进行了分析。该研究对SAGD降低新投产区低效井比例,提升整体开发效果具有较好的指导意义。

1 数值模型

(1) 典型EBIP变化模式分析

加拿大Long Lake区块为受潮汐影响的曲流河沉积的超稠油油藏,采用SAGD技术进行开采。该区储层物性好,平均孔隙度大于30%,渗透率为2 000$\sim$5 000 mD,平均4 500 mD。油藏埋深200$\sim$300 m,地层压力约1.5 MPa,地层温度为7$\sim$10 ℃,原油黏度为(1$\sim$5)$\times 10^6$ mPa$\cdot$s。受河道迁移摆动频繁,河道砂体切割叠置关系复杂,使得SAGD水平井沿程EBIP储层厚度差异大。在Long Lake地区SAGD开采过程中发现水平井沿程EBIP厚度变化对SAGD生产影响显著。结合该区块曲流河沉积储层特征,总结出了3大类EBIP变化模式:阶梯状分布、两薄一厚和两厚一薄(图 1)。

图1 Long Lake区块储层3种EBIP变化概念模式 Fig. 1 Three concept models of EBIT change in the Long Lake Block heavy oil reservoir

(2) 数值模拟模型建立

根据加拿大Long Lake油藏典型的EBIP变化特征,采用油藏模拟软件CMG中的Builder模块建立不同EBIP变化模式下的三维地质模型,利用CMG中Flexwell模块,建立油藏与双水平井井筒耦合的数值模拟机理模型。模型网格划分为64$\times$61$\times$29,共计94 656个网格。其中,单个网格单元大小为15 m$\times$2 m$\times$1 m,垂向网格见图 2

图2 机理模型垂向网格示意图 Fig. 2 Schematic diagram of the vertical grids of the mechanism model

模型水平段长900 m,水平两端距边界距离均为50 m,注采为平行的水平井,垂向上间距5 m。水平井生产条件:注汽井最大注汽量600 m$^{{\rm 3}}$/d,生产井最大注蒸汽量10 m$^{{\rm 3}}$/d,最小井底流压1 000 kPa。生产方式为上方注汽井双管注汽,下方生产井双管产液。循环预热4个月,焖井阶段半个月,分析并预测SAGD开发生产的蒸汽腔发育特征和生产动态。

结合加拿大Long Lake油藏储层特征,其数值机理油藏模型和井注采操作参数见表 1

表1 基础参数表 Tab. 1 Table of the basic parameters

数值模拟原油黏温和油水相相对渗透率曲线分别见图 3图 4。由图 3可见,低温时,原油黏度随温度变化较大,随着温度的上升,原油黏度迅速下降,当温度增加到300 ℃时,黏度下降不明显。

图3 原油黏温曲线 Fig. 3 Viscosity vs. temperature curve of the crude oil
图4 相对渗透率曲线 Fig. 4 Relative permeability curves
2 讨论与分析

基于上述建立的数值模拟机理模型,分别模拟分析了阶梯状分布、两薄一厚、两厚一薄3种EBIP厚度变化模式对稠油油藏SAGD生产特征及开发效果的影响。

(1) EBIP厚度变化对蒸汽腔发育的影响

基于上述建立的数值模拟模型,分别模拟计算了沿水平井段3种三段式的EBIP厚度变化模式对SAGD开发效果的影响。图 5为不同EBIP厚蒸汽腔发育特征温度云图。蒸汽腔根据EBIP厚度从小到大依次发育到顶,然后进行正常的蒸汽腔扩展。

图5 不同EBIP厚度蒸汽腔发育特征温度云图 Fig. 5 Characteristic temperature cloud map of the steam chamber with different thickness of EBIP

(2) EBIP厚度差对SAGD生产特征的影响

图 6$\sim$图 8分别为阶梯状EBIP厚度模式下各区EBIP厚度差分别为2,4,6,8,10和12 m下的日产油、汽油比和采出程度变化曲线。可以看出,EBIP厚度主要影响SAGD峰值产量和平台期产量。EBIP厚度差越小,峰值采油速度越高,稳产期采油速度越高(图 6);EBIP厚度差越小,稳产期汽油比越低,进入递减阶段后汽油比较高(图 7);EBIP厚度差越小,采出程度越高,阶梯状相同EBIP厚度差峰值产油速度和采出程度最低(图 8)。

图6 不同EBIP厚度差日产油曲线 Fig. 6 Daily oil curves of different EBIP thickness difference
图7 不同EBIP厚度差累计汽油比曲线 Fig. 7 Cumulative SOR curvse of different EBIP thickness difference
图8 不同EBIP厚度差采出程度变化曲线 Fig. 8 Change curve of recovery degree of different EBIP thickness difference

(3) 不同EBIP模式对SAGD生产特征的影响

在水平井沿程总厚度相同的情况下,模拟对比了3种EBIP变化模式日产油、累计汽油比和采出程度变化曲线(图 9$\sim$图 11)。

图9 不同EBIP模式日产油变化曲线 Fig. 9 Production curves of different types of EBIP
图10 不同EBIP模式采出程度变化曲线 Fig. 10 Change curve of recovery degree of different types of EBIP
图11 不同EBIP模式累计汽油比变化曲线 Fig. 11 Cumulative steam oil ratio change curve of different types of EBIP

从不同EBIP模式日产油变化曲线可以看出,两厚一薄和两薄一厚EBIP模式下的平台期日产油和采出程度总体高于阶梯状EBIP模式(图 9图 10),但两厚一薄和两薄一厚EBIP模式的累计汽油比要高于阶梯状模型累计汽油比(图 11)。因此,根据模拟不同EBIP变化模式SAGD生产模拟结果,建议水平井布井应尽量选择两厚一薄和两薄一厚的EBIP储层区域布井。

(4) EBIP厚度差对SAGD生产影响的界限

通过建立机理模型,模拟计算对比了阶梯状、两厚一薄、两薄一厚模式EBIP厚度差变化时的生产情况,见图 12

图12 不同模式EBIP厚度差生产指标参数变化曲线 Fig. 12 Variation curves of production index parameters with different thickness difference of EBIT

图 12中可见,随着水平井段沿程EBIP厚度差增加,3种EBIP厚度变化模式下的峰值产油量和采出程度均降低,且不同EBIP厚度变化模式的峰值产油量和采出程度变化趋势特征存在一定差异;从总体上峰值产油量和采出程度变化看,两厚一薄和两薄一厚EBIP厚度变化模式的开发效果要优于阶梯状厚度变化模式;阶梯状EBIP模式下,当厚度差小于4 m时SAGD峰值产油量和采出程度差异很小,厚度差为4$\sim$10 m时峰值产油量和采出程度下降幅度逐渐增加,当厚度差大于10 m时,采出程度呈线性特征极具降低;两厚一薄和两薄一厚变化模式下,峰值产油量和采出程度变化特征相近,当EBIP厚度差小于7 m时,两种变化模式的峰值产油量和采出程度下降幅度很低,当EBIP厚度差大于7 m时,峰值产油量和采出程度下降幅度增加。为此,根据3种EBIP模式下的峰值产油量和采出程度变化趋势特征,确定了EBIP厚度对SAGD生产影响界限:阶梯状EBIP模式下,厚度差$\leqslant$4 m为优,4 m < 厚度差 < 10 m为良,厚度差$\geqslant$10 m为差;两厚一薄和两薄一厚EBIP模式,厚度差 < 7 m为优,厚度差$\geqslant$7 m对SAGD生产影响变大。

3 结论

(1)根据加拿大Long Lake稠油油藏储层特征,建立了储层3大类EBIP分布模式:阶梯状EBIP厚度分布,两薄一厚EBIP厚度分布和两厚一薄EBIP厚度分布。

(2)SAGD蒸汽腔首先突破EBIP厚度薄的位置,并沿着EBIP厚度从低到高蒸汽腔逐次突破到顶;EBIP厚度主要影响SAGD峰值产量和平台期产量;EBIP厚度差越小,峰值采油速度越高,稳产期采油速度越高,稳产期汽油比越低,进入递减阶段后汽油比也越高,同时采出程度也越高;储层阶梯形状相同时,EBIP厚度差越大峰值产油速度和采出程度最低。

(3)阶梯状地层变化生产效果出现明显差异的EBIP厚度差为4 m,极限EBIP厚度差为10 m;其他两种模式生产效果出现明显差异的EBIP厚度差为7 m,但没有极限厚度差。

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