渤海蒸汽吞吐油田產(chǎn)能分析及預(yù)測研究

冉兆航

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

渤海稠油蒸汽吞吐規(guī)模逐年上升，其中熱采產(chǎn)能預(yù)測在油田開發(fā)中具有重要的意義，經(jīng)過蒸汽吞吐后，地下原油滲流規(guī)律與原始狀態(tài)下差異較大[1-8]，相比于常規(guī)冷采，產(chǎn)能預(yù)測更為復(fù)雜，行業(yè)學(xué)者開展了相關(guān)研究，現(xiàn)有產(chǎn)能預(yù)測方法較多，通過計(jì)算蒸汽吞吐加熱半徑，從而得到了產(chǎn)能解析模型，但解析方法計(jì)算較為復(fù)雜[9-18]?？紤]了啟動(dòng)壓力、加熱半徑等多種因素，以更貼近地下流動(dòng)的角度來分析產(chǎn)能，但以上方法均屬于理論計(jì)算，未考慮實(shí)際注熱狀況[19-21]。鄭偉等[22]建立蒸汽吞吐相對(duì)于常規(guī)開發(fā)的初期產(chǎn)量倍數(shù)預(yù)測模型，通過蒸汽吞吐產(chǎn)量倍數(shù)進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測，但這種方法是建立在先期冷采、后期熱采的條件下進(jìn)行預(yù)測，不適用于油井直接進(jìn)行蒸汽吞吐的情況。本文以LD2 油田為例，通過分析實(shí)際注熱參數(shù)的影響，并得到比采油指數(shù)與注熱參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，從而應(yīng)用于后續(xù)輪次的產(chǎn)能預(yù)測。

1 油田概況

LD2 油田位于渤海海域，作為渤海的首座規(guī)?；療岵捎吞?，油田范圍內(nèi)平均水深約23.0 m，主要發(fā)育館陶組，平均孔隙度30.3%，平均滲透率2 144.7 mD。油藏主要為受構(gòu)造控制的塊狀底水構(gòu)造油藏，水體倍數(shù)約20 倍，呈現(xiàn)中等～大水體特點(diǎn)。館陶組油藏埋深-1 150～-1 970 m，為中淺層油藏，平均油層厚度為38 m。原油性質(zhì)表現(xiàn)為重質(zhì)原油，具有黏度高、膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高、含蠟量低、含硫量低、凝固點(diǎn)中等的特點(diǎn)。利用探井原油樣品，在實(shí)驗(yàn)條件為40～280 ℃下進(jìn)行黏溫曲線測定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，該油田稠油對(duì)溫度具有較強(qiáng)敏感性，黏度變化的拐點(diǎn)溫度約56 ℃?；赑VT 取樣分析，地層原油黏度為2 908 mPa·s，屬于特稠油油藏。油藏開發(fā)方式為蒸汽吞吐，設(shè)計(jì)開展十輪次，部署純水平井井網(wǎng)進(jìn)行開發(fā)，于2020年底開始正式投產(chǎn)，2021年已完成第一輪次蒸汽吞吐。

2 注熱參數(shù)影響

國內(nèi)外學(xué)者研究結(jié)果表明，蒸汽吞吐的產(chǎn)能主要與滲透率、黏度、注汽量、注汽溫度、注入速度、注汽干度等參數(shù)有關(guān)[9-13]，本文主要從這些方面開展相關(guān)研究。在第一輪注蒸汽前，首先利用數(shù)值模擬確定最優(yōu)的注熱參數(shù)。

2.1 數(shù)值模擬預(yù)測

數(shù)值模擬選用熱采模型，采用CMG 模擬器STARS模塊進(jìn)行模擬計(jì)算。依據(jù)綜合地質(zhì)研究成果，建立了LD2 油田的地質(zhì)模型。平面網(wǎng)格尺寸為50 m×50 m，縱向上網(wǎng)格尺寸為1 m，網(wǎng)格數(shù)約為35 萬個(gè)。根據(jù)儲(chǔ)量計(jì)算的單元?jiǎng)澐?，進(jìn)行流體分區(qū)和儲(chǔ)量分區(qū)，館陶組相滲曲線取值歸一化后的實(shí)驗(yàn)相滲曲線，油汽相滲曲線選取200 ℃條件下的油-汽相滲。主要對(duì)注汽量、注汽干度、注入速度、注汽溫度，結(jié)果見圖1。

圖1 不同注熱參數(shù)下采出程度變化

注汽量：設(shè)計(jì)分別為3 000 t、4 000 t、5 000 t、6 000 t四個(gè)方案。隨著注汽量增加，采出程度呈增大趨勢，但當(dāng)注汽量大于5 000 t 后，采出程度增加幅度減緩。綜合考慮見產(chǎn)時(shí)間，推薦單輪次內(nèi)注汽量為5 000 t。

注汽干度：注入的蒸汽干度越高，相同質(zhì)量蒸汽攜帶的熱量越大，為地層提供的有效熱量越多，加熱區(qū)溫度越高。因此注入蒸汽干度越高，降黏效果越好，周期產(chǎn)油量越高。根據(jù)研究結(jié)果，當(dāng)注汽干度大于40%之后，增油幅度變緩，考慮目前采出程度低，地層壓力較高以及目前注入速度限制，推薦注汽干度高于40%。

注入速度：設(shè)計(jì)分別為8.0 t/h、10.0 t/h、12.0 t/h、14.0 t/h 四個(gè)方案。隨著注入速度增加，采出程度呈增大趨勢，但當(dāng)注入速度大于12.0 t/h 后，采出程度增加幅度減緩。為保證井底蒸汽溫度和干度，應(yīng)在設(shè)備和注汽壓力允許條件下，最大限度的提高注入速度。綜合考慮目前注汽設(shè)備能力，且第一輪吞吐后近井地層壓力已下降，注入速度可以達(dá)到12.0 t/h。

注汽溫度：根據(jù)LD2 油田黏溫曲線，原油對(duì)溫度敏感性強(qiáng)。注汽溫度敏感性分析表明，注汽溫度越高，近井地帶原油加熱越充分，加熱范圍越大，降黏效果越好，周期累產(chǎn)油越高?？紤]目前工藝條件、設(shè)備能力，推薦井底注汽溫度為360 ℃。

2.2 第一輪次實(shí)際注汽

實(shí)際注蒸汽過程中，注汽參數(shù)往往與設(shè)計(jì)值有一定差異，因此需研究實(shí)際注汽參數(shù)條件下對(duì)油井產(chǎn)能的影響。LD2 油田館陶組平均生產(chǎn)厚度為38 m，為了便于分析，將油井第一輪次的實(shí)際單井產(chǎn)能除以生產(chǎn)厚度及生產(chǎn)壓差，從而得到單井的比采油指數(shù)，進(jìn)而開展比采油指數(shù)與各個(gè)注汽參數(shù)的相關(guān)性研究。

2.2.1 注汽量 每一輪次內(nèi)注蒸汽總量是影響投產(chǎn)后產(chǎn)能狀況的主要因素之一。LD2 油田已投產(chǎn)10 口井，單井設(shè)計(jì)的注汽量為5 000 t，而實(shí)際注入過程中，有2口井存在注入困難，未達(dá)到設(shè)計(jì)的注汽量，這2 口井投產(chǎn)后，產(chǎn)能低于預(yù)期，而其余正常注熱井，投產(chǎn)后產(chǎn)能達(dá)到正常水平。為進(jìn)一步分析產(chǎn)能與注汽量的變化規(guī)律，繪制了這10 口井第一輪次平均比采油指數(shù)與注汽量的關(guān)系圖，見圖2。

圖2 第一輪次平均比采油指數(shù)與注汽量的關(guān)系

由圖2 可以看出，這10 口井的第一輪次平均比采油指數(shù)與注汽量呈線性關(guān)系，相關(guān)性較好，蒸汽注入量越多，投產(chǎn)后比采油指數(shù)越高。其中2 口井注汽量低于4 000 t，比采油指數(shù)小于0.20 m3/（d·MPa·m），注汽量高于5 000 t 以上，比采油指數(shù)明顯更高，最高可以達(dá)到0.60 m3/（d·MPa·m），基于分析結(jié)果，第二輪次蒸汽吞吐保證注汽量對(duì)于提高產(chǎn)量至關(guān)重要。

2.2.2 注汽溫度 LD2 油田實(shí)際注入過程中，注汽溫度在310～370 ℃，繪制10 口井第一輪次平均比采油指數(shù)與注汽溫度的關(guān)系圖，見圖3。

圖3 第一輪次平均比采油指數(shù)與注汽溫度的關(guān)系

由圖3 可以看出，平均比采油指數(shù)與注汽溫度呈線性關(guān)系，相關(guān)性較好，注汽溫度越高，投產(chǎn)后比采油指數(shù)越大。其中2 口井注汽溫度約310 ℃，比采油指數(shù)明顯偏低，另外8 口井注汽溫度高于350 ℃，比采油指數(shù)明顯更高，注汽溫度上升10 ℃，比采油指數(shù)可提高0.10 m3/（d·MPa·m）。

2.2.3 注入速度 鉆前設(shè)計(jì)注入速度為12.0 t/h，但由于該油田為渤海首座規(guī)?；療岵善脚_(tái)，基于安全注熱和摸索注熱模式的考慮，實(shí)際注汽過程中，注入速度為8.0～11.0 t/h（圖4）。

圖4 第一輪次平均比采油指數(shù)與注入速度的關(guān)系

由圖4 可以看出，隨著蒸汽注入速度的增加，產(chǎn)能越高，相關(guān)性較好。注入速度由8 t/h 提高到10 t/h，平均比采油指數(shù)可提高0.50 m3/（d·MPa·m）。因此注熱過程中，保持較高的注入速度對(duì)于產(chǎn)能影響較大，后續(xù)第二輪次蒸汽吞吐應(yīng)該逐步提高注入速度。

2.2.4 注汽干度 注入的蒸汽干度越高，為地層提供的有效熱量越多，加熱區(qū)溫度越高，降黏效果越好，周期產(chǎn)油量越高。鉆前設(shè)計(jì)注汽干度大于40%，10 口井實(shí)際注汽干度為20%～80%，整體注汽干度達(dá)到設(shè)計(jì)，但有2 口井低于預(yù)期（圖5）。

圖5 第一輪次平均比采油指數(shù)與注汽干度的關(guān)系

通過分析比采油指數(shù)與注汽干度的關(guān)系，隨著蒸汽注入干度的增加，投產(chǎn)后產(chǎn)能越高。當(dāng)注汽干度大于40%，比采油指數(shù)大于0.30 m3/（d·MPa·m）。

3 產(chǎn)能預(yù)測

第一輪次蒸汽吞吐實(shí)施過程中，實(shí)際注熱參數(shù)與設(shè)計(jì)無法完全吻合，產(chǎn)能差異較大。為實(shí)現(xiàn)第二輪次的產(chǎn)量預(yù)測，采用多元回歸方法，得出比采油指數(shù)與注汽量、注汽溫度、注入速度、注汽干度四個(gè)主要影響因素的數(shù)學(xué)關(guān)系式（式1）。

式中：Jo-比采油指數(shù)，m3/（d·MPa·m）；K-滲透率，mD；u-地層原油黏度，mPa·s；Q-單輪次注汽量，t；T-注汽溫度，℃；V-注入速度，t/h；f-注汽干度，%。

LD2 油田在2022年陸續(xù)實(shí)施了6 口新井，根據(jù)6 口新井的實(shí)際注熱參數(shù)，基于預(yù)測公式（1），并按照4.0 MPa 的生產(chǎn)壓差進(jìn)行預(yù)測，得到單井日產(chǎn)油為30～95 m3，而實(shí)際投產(chǎn)后平均日產(chǎn)油為31～95 m3，預(yù)測的日產(chǎn)油與實(shí)際投產(chǎn)后的產(chǎn)能吻合程度較高（表1），可快速準(zhǔn)確的用于后續(xù)輪次的產(chǎn)能預(yù)測，實(shí)用性較高。

表1 新投產(chǎn)6 口井注汽后日產(chǎn)油對(duì)比

4 結(jié)論

（1）利用數(shù)值模擬，預(yù)測LD2 油田蒸汽吞吐第一輪次注汽量、注汽溫度、注入速度、注汽干度對(duì)采出程度的影響，得到了本油田注汽參數(shù)的最優(yōu)值。

（2）基于第一輪次注熱情況，分析了比采油指數(shù)與實(shí)際注熱參數(shù)的關(guān)系，得到10 口井的平均比采油指數(shù)與注汽量、注汽溫度、注入速度、注汽干度分別存在較好的線性關(guān)系，隨著注汽量等注熱參數(shù)值越高，比采油指數(shù)越高。

（3）采用多元線性回歸方法，得出比采油指數(shù)與滲透率、地層原油黏度、注汽量、注汽溫度、注入速度、注汽干度等主要參數(shù)的關(guān)系式，并按照一定的生產(chǎn)壓差用于新投產(chǎn)井的產(chǎn)能預(yù)測，結(jié)果表明，預(yù)測產(chǎn)量與實(shí)際生產(chǎn)值吻合程度高，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。本方法的優(yōu)點(diǎn)在于充分考慮單輪次的實(shí)際注熱參數(shù)，在注熱完成后，即可快速用于產(chǎn)能預(yù)測，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。