不同韵律稠油油藏注蒸汽后期转热水驱试验研究

王增林（中国石油大学（北京）博士后科研流动站，北京102249）

殷方好（中石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东 东营257000）

刘慧卿，王 庆（中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249）

不同韵律稠油油藏注蒸汽后期转热水驱试验研究

王增林（中国石油大学（北京）博士后科研流动站，北京102249）

殷方好（中石化胜利油田分公司采油工艺研究院，山东 东营257000）

刘慧卿，王 庆（中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249）

针对稠油油藏注蒸汽开发后期进一步提高原油采收率的问题，以物理模拟技术为手段，研究了不同韵律（正韵律、反韵律、复合韵律）储层蒸汽驱转热水驱的开发特征。研究发现，对于正韵律储层，注入蒸汽在高渗带窜流和蒸汽超覆作用的共同影响下波及体积较大，蒸汽驱的开发效果较好；对于反韵律储层，转热水驱时注入热水首先沿上部的高渗带突进，同时由于热水的密度较大，在驱替的过程中不断向中底部运移，提高了波及体积，转热水驱开发效果较好。

稠油油藏；韵律模型；蒸汽驱；热水驱；物理模拟试验；提高采收率

稠油油藏到了注蒸汽开发中后期，蒸汽窜流及超覆现象逐渐发生并且变得越来越严重［1～4］。为了解决注蒸汽开发后期有效开采的问题，必须寻找能够增加纵向波及系数、提高原油采收率的方法。热水由于密度较大，在重力的作用下携带着上部蒸汽的残余热量流向油层底部，提高了波及范围，因此越来越广泛地应用于稠油油藏注蒸汽开发后提高采收率的实践中［5～7］。当油层在纵向上是非均质时，各层的吸汽能力不一样，蒸汽将沿高渗透层窜流而过早地突破，使其波及系数减小，最终采收率降低，因此韵律性对稠油油藏的开发有较大的影响［8］。笔者采用室内模拟试验的方法研究了不同韵律稠油油藏转热水驱的开发特征，对于指导注蒸汽开发后稠油油藏的进一步挖潜具有十分重要的意义。

1 试验装置与试验步骤

1.1 试验装置

韵律模型试验装置由流体注入系统（蒸汽发生器、模型流体驱替泵等）、物理模拟模型（中间容器、平面模型等）、数据采集系统（压力、温度采集装置等）和油水计量系统组成，试验流程如图1所示。

图1 平面韵律模型试验流程图

平面模型内部尺寸为50cm×50cm×5cm，其一个侧面分布25个测压点，另外一个侧面分布25个测温点。平面模型的一个端面是可以拆卸的法兰，用以填砂。将平面模型竖放时，可以构造垂向非均质模型，研究蒸汽的垂向渗流，该研究即采用该种方式。

平面模型内用特定目数的玻璃珠充填，选择3种粒径的玻璃珠（20、80和120目），分别填装3种组合：①反韵律（高中低渗，自上而下分别填装：4166ml的20目玻璃珠，4166ml的80目玻璃珠，4166ml的120目玻璃珠）；②正韵律（低中高渗，自上而下分别填装：4166ml的120目玻璃珠，4166ml的80目玻璃珠，4166ml的20目玻璃珠）；③复合韵律（低高中渗，自上而下分别填装：4166ml的120目玻璃珠，4166ml的20目玻璃珠，4166ml的80目玻璃珠）。其各项参数列于表1。

表1 韵律性分布及模型参数表

1.2 试验步骤

试验步骤如下：①将井模型固定在平面模型一端法兰盖上的注入口和生产口处，并将固定井模型后的法兰盖装在平面模型上，在法兰盖的内侧铺一层500目的滤网；②按试验韵律分布要求填装等体积的不同目数的玻璃珠，不同玻璃珠之间铺一层500目的滤网，填装完毕后盖上另外一端的法兰盖；③将模型的一个入口端接上高压氮气瓶并试压30min；④将平面模型按韵律分布要求垂直固定后推入恒温箱，按试验流程图接入整个试验系统，将测温、测压装置接到平面模型外侧对应的测温点和测压点上，并把模型外侧包上保温层，打开恒温箱将模型在30℃恒温5h；⑤利用平流泵对模型饱和水，饱和过程中不断变更出口端位置，使模型内充分饱和水，并记录流入模型的总水量和流出模型的总水量，从而计算模型的孔隙体积和孔隙度；⑥利用平流泵对模型饱和原油（河南油田L7806井，50℃时地面脱气原油粘度1820mPa·s），饱和过程中需不断变更出口端位置，使模型内部充分饱和原油，并记录流入模型的总油量、流出模型的总油量和总水量，从而计算模型内的含油体积和含油饱和度；⑦打开蒸汽发生器和入口管线电加热装置，并将温度控制设置为250℃，直至蒸汽发生器的旁通管流出稳定的高温蒸汽后，打开平面模型入口端的阀门，开始蒸汽驱试验，驱替速度为5ml/min；⑧不断记录不同时刻平面模型出口端的产液量和产水量，注入1.08PV时转热水驱，热水温度120℃，驱替速度为5ml/min，刚刚转驱后产液、产水记录时间缩短，直至含水率较为稳定再延长记录时间；⑨生产至含水率98%时试验结束，关闭蒸汽发生器和电加热装置，关闭平面模型入口端的阀门，关闭恒温箱电源，直至平面模型冷却至室温；⑩打开平面模型，将内部的玻璃珠取出，清洗平面模型，以备下次试验。

2 试验结果分析

2.1 反韵律平面模型

图2为反韵律平面模型蒸汽驱后转热水驱不同时刻垂向温度分布图（注入井位于图中的右侧，生产井位于左侧）。由图2可知，反韵律地层蒸汽驱注入0.56PV蒸汽时（采出程度22.27%）高温区域主要集中在注入井附近的高部位，此处渗透率高，注入的高温蒸汽主要集中在高部位流动，模型中心点的温度已达45℃左右；注入1.08PV蒸汽时（采出程度33.69%）注入井附近的高部位高温区域进一步加大，模型中心点的温度超过55℃，蒸汽驱过程中表现的特点为注入井点与生产井点间温度差别大，形成自注入井向生产井倾斜的波及方式。此时进行转热水驱试验，总注入量达到1.38PV时（采出程度37.34%）注入井附近高温区域范围减小，模型中心温度在54℃左右，生产井附近温度基本没有变化；生产至含水98%时（采出程度38.99%）模型温度进一步降低，模型中心点温度降至49℃，热水驱过程中表现的特点为注入井附近的等温线变得陡峭，这说明对于反韵律地层注入的热水有向下运移的趋势，从而有利于启动蒸汽驱在底部位的低渗地层的剩余油。

图2 反韵律储层不同时刻垂向温度分布图

2.2 正韵律平面模型

图3为正韵律平面模型蒸汽驱后转热水驱垂向温度分布随时间的变化图。蒸汽驱阶段高温区域主要集中在注入井附近的中部和底部，此处属于中高渗透率地层，注入的高温蒸汽沿渗流阻力小的高渗透率的底部地层流动。注入0.56PV蒸汽时（采出程度25.65%）模型中心点的温度达到50℃，相同时刻正韵律与反韵律地层相比高温范围要大，说明反韵律地层由于蒸汽超覆及高渗透层位于上部的综合作用，使得蒸汽主要沿模型的上部流动，高温范围较小。注入1.08PV蒸汽时（采出程度33.88%）高温范围进一步增大，模型中心点温度达到65℃，生产井井底的温度降低，说明蒸汽超覆现象逐渐加剧。转热水驱生产至总注入量达到1.38PV时（采出程度35.60%）注入井附近温度大幅度降低，模型中心点温度降至55℃左右，注入热水后的正韵律地层高温范围主要集中在注入井底部，说明注入热水集中于油层底部的高渗地带流动。生产至含水98%时（采出程度36.60%），高温范围进一步减小，且主要集中在底部，说明在油水重力差异及高渗带位置的共同影响下热水主要沿地层底部流动。正韵律储层蒸汽驱后转热水驱开发效果较差，其主要原因是热水在底部高渗带形成窜流，转热水驱后波及系数低。

图3 正韵律储层不同时刻垂向温度分布图

2.3 复合韵律平面模型

试验所用的复合韵律储层为低高中渗透率分布。图4为复合韵律地层蒸汽驱后转热水驱不同时刻垂向温度分布图。注入0.56PV蒸汽时（采出程度20.78%）高温区域主要集中于注入井的中部和中上部，此时模型中心点温度为55℃左右，这是由于储层中部渗透率高，使得蒸汽主要集中于油层中部运移，同时由于蒸汽的密度低，在重力分异作用下，蒸汽有向油层顶部运移的趋势，因此低高中复合韵律储层温度分布呈现近井周围中上部温度高而底部温度低的现象；注入1.08PV蒸汽时（采出程度33.78%）近井周围中上部高温区域进一步扩大，同时高温区域向油层顶部扩展趋势明显，此时模型中心点温度为65℃左右；转热水驱生产至总注入量1.38PV时（采出程度36.70%）低高中复合韵律模型内部温度降低，注入井附近温度降低明显，近井地带等温线变得很密集，等温线有向油层底部扩展的趋势，但是生产井附近和以前相比温度有所升高；生产至含水98%时（采出程度38.80%）油层温度进一步降低，高温区域主要集中在注入井附近的油层中部及中部稍偏下的区域，注入1.38PV时相比等温线向油层底部扩展的趋势更加明显，说明注入热水在重力作用下向底部的中渗层运移。因此，注入热水可以驱动油层底部的剩余油。

图4 复合韵律储层不同时刻垂向温度分布图

2.4 结果对比

表2为不同韵律储层蒸汽驱转热水驱开发效果对比。可以看出，反韵律储层蒸汽驱后转热水驱的开发效果要优于正韵律和复合韵律储层的开发效果，正韵律储层的开发效果最差。

表2 不同韵律性油藏热水驱效果对比表

3 结 论

1）稠油油藏注蒸汽开发到了中后期，蒸汽超覆及窜流现象越来越严重，热水由于密度较大，在重力的作用下热水携带着上部蒸汽的残余热量流向油层底部，提高了波及范围，因此成为提高注蒸汽开采后稠油油藏采收率的一种有效的途径。

2）对于正韵律储层，由于高渗带位于储层的底部，生产初期注入蒸汽主要集中在高渗区域，驱动底部的原油；随着生产的进行，蒸汽超覆逐渐加剧，从而驱动了顶部的原油，提高了波及体积，相对于反韵律和复合韵律储层，正韵律储层蒸汽驱的效果较好。

3）对于反韵律储层，转热水驱时注入热水首先沿上部的高渗带突进，同时由于热水的密度较大，在驱替的过程中不断地向中底部运移，提高了波及体积，因此反韵律储层转热水驱的效果要优于正韵律储层和复合韵律储层。

［1］邵先杰，汤达祯，樊中海，等.河南油田浅薄层稠油开发技术试验研究［J］.石油学报，2004，25（2）：74～79.

［2］张义堂，陈亚平，刘尚奇，等.热力采油提高采收率技术［M］.北京：石油工业出版社，2006.

［3］高永荣，闫存章，刘尚奇，等.利用蒸汽超覆作用提高注蒸汽开发效果［J］.石油学报，2007，28（4）：91～94.

［4］刘尚奇，杨双虎，高永荣，等.CO2辅助直井与水平井组合蒸汽驱技术研究［J］.石油学报，2008，29（3）：414～417.

［5］袁士义，刘尚奇，张义堂，等.热水添加氮气泡沫驱提高稠油采收率研究［J］.石油学报，2004，25（1）：57～61，65.

［6］张宏民，程林松，梁玲.稠油油藏热活性水驱数值模拟［J］.新疆石油地质，2002，23（1）：52～54.

［7］陆福刚，贾晓明，沈铁矛.齐40块蒸汽驱先导试验后续水驱方式优选［J］.特种油气藏，2006，13（4）：94～96.

［8］苏玉亮，高海涛.稠油蒸汽驱热效率影响因素研究［J］.断块油气田，2009，16（2）：73～74，82.

Experimental Study on Hot－water Flooding of Heavy Oil Reservoirs with Different Rhythms after Steam Injection

WANG Zeng－lin，YIN Fang－hao，LIU Hui－qing，WANG Qing（First Author's Address：Post－doctoral Research Station，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

Based on the issue of further enhancing oil recovery in heavy oil reservoirs at the late stage of the steam injection，by means of physical simulation，studied the development characteristics of hot water flooding in the reservoirs with different rhythms（positive rhythm，reverse rhythm，composite rhythm）after steam drive.The research shows that the positive rhythm reservoirs have a large swept volume in steam flooding influenced in steam overlay and steam channeling，where the flooding effect is getter，the reverse rhythm reservoirs have a large swept volume in hot water flooding，because injected hot water firstly breaks through along the high permeability region in upper part of the reservoirs，and hot water is higher density，in the process of displacement it is continuously migrated to the bottom of reservoirs，thus the swept volume is enhanced with good effect of its flooding.

heavy oil reservoir；rhythm model；steam flooding；hot water flooding；physical simulation experiment；enhanced oil recovery

TE357

A

1000－9752（2011）08－0143－04

2011－02－10

国家科技重大专项（2008ZX05011）。

王增林（1964－），男，1987年华东石油学院毕业，博士，教授级高级工程师，长期从事采油工程研究和科研管理工作。

［编辑］ 萧 雨