江37区块薄层稠油水平井蒸汽吞吐注汽方案设计

赵 辉 （中石油大庆油田有限责任公司第九采油厂泰来采油作业区，黑龙江 大庆163853）

2009年5月在江37区块南部完钻一口水平井，该井目的层位为高Ⅰ1层，油层中深597.5m，水平段砂岩厚度1.8m，有效厚度0.7m，水平段长度217m，有效长度195m，水平段钻遇率达89.9%。该区块从原油物性看属于普通稠油，区块内采用蒸汽吞吐方式开采。该井为区块内的第一口水平井，因此针对该水平井对注汽方案进行了特别设计。

1 注汽方案设计

稠油蒸汽吞吐注汽方案中，注汽参数直接影响蒸汽吞吐效果，但由于注汽速度和注汽压力受注汽设备及地层条件影响，调整范围受到限制，因此调整注汽强度和确定焖井时间是方案设计的重点。

1.1 注汽强度

1）经验法 水平井注汽强度与油层厚度成正相关、与水平段长度成反相关，即油层厚度越大，注汽强度越大，水平段越长，注汽强度越小。调研辽河油田水平井注汽强度约为直井注汽强度的四分之一，江37区块实践表明直井注汽强度120t／m较为合理，借鉴辽河油田标准，计算该水平井注汽强度为30t／m，水平井水平段砂岩厚度为直井厚度的29%，折算注汽强度为8.7t／m，注汽量1700t。

2）数值模拟法 水平段以15m为一个网格，纵向上划分6个层，其他地方以10m为一个网格，建立了一个网格总数为27×11×6＝1782的网格系统，模型储量为6447t。根据水平井泄油面积公式计算，水平井的单井控制储量为6570t，模型储量拟合精度为98.1%，达到精度允许范围。模型建立完成后，模拟水平井周期产油、油汽比和注汽强度的关系 （见图1），随着注汽强度的增大，注汽量的升高，累积产油量升高，油汽比下降。但是当注汽强度达到10t／m后，增油量幅度变小，因此优选注汽强度为10t／m，注汽强度1950t。

3）加热半径法 利用能量平衡原理，即热能的注入速率等于盖层和底层的热能损失率与油层热能的增加速率之和，根据Marx-Langenheim加热半径公式［1］计算结果，绘制加热半径和注汽量的关系曲线 （见图2），随着注汽量的增加，加热范围扩大，水平井第一周期加热半根据直井经验按12m考虑，注汽量为1620t，推算注汽强度为8.3t／m。

从江37区块直井采油强度与注汽强度统计结果看 （见图3），随着注汽强度的增加，采油强度先增加后减少，分析原因主要是由于注入强度过小，加热范围过小，注入量过大，蒸汽推进范围过大，油井生产时回采水率低，影响下一周期效果，因此确定水平井注汽强度上限为10t／m，下限为8.3t／m，注汽量根据3种强度计算的注汽量求平均值后取整为1800t。

1.2 注汽速度

数值模拟结果表明，注汽速度对蒸汽吞吐效果的影响不显著，但是提高注汽速度可以缩短油井停井注汽的时间，有利于提高生产井运行时率，提高油藏开发经济效益。数值模拟法优选结果为：注汽速度160～180t／d （见图4）。

图1 江37水平井周期产油、油汽比与注汽强度变化曲线

图2 江37水平井加热半径与注汽量关系曲线

图3 江37区块直井采油强度、油汽比与注汽强度关系曲线

图4 江37水平井周期产油、油汽比与注汽速度变化曲线

江37区块实测井筒压力与注汽关系可以看出 （见图5），注汽速度越小，压力从井口到井底增加幅度越大，因此，蒸汽注汽速度越大，越有利于提高井底蒸汽干度。从区块实际井底蒸汽干度与注汽速度散点关系图可以看出 （见图6），蒸汽注汽速度越大，井底蒸汽干度也越大，因此为保证井底干度，应在设备和注汽压力允许条件下，最大限度的提高注汽速度。

图5 江37区块不同注汽速度下注入蒸汽沿井筒压力分布图

图6 江37区块井底蒸汽干度与注汽速度关系散

1.3 焖井时间

注完蒸汽后关井焖井一段时间可以使注入油层中的蒸汽与孔隙介质中的原油充分进行热交换，待蒸汽完全凝结为热水后，再进行放喷生产，这样可以避免开井回采时过高的热损失，但焖井时间不能太长，否则增加向顶底层的热损失。

根据压力、温度及热交换分析，假设加热区瞬间建立，焖井时间内加热范围近似不变，依据能量守恒定律，当注蒸汽结束时注入油层的总汽化潜热量与加热区总导热量相等时，既为放喷最佳时机。理论计算公式［2-3］为：

式中，tsh为合理焖井时间，d；α为热扩散系数，m2／d；xh为井底蒸汽干度；Lv为汽化潜热，kJ／kg；G 为周期注汽量，kg；λ为导热系数，kJ／（d·m·℃）；Az、Ar分别为受热区轴向、径向导热面积，m2；Th、Ti分别为加热区、原始油层温度，℃。

根据上述公式计算，该井理论上合理焖井时间6.2d。根据数值模拟结果 （见图7），焖井时间对产油量影响不大。但焖井时间过长会使周期生产时间过长，影响经济效益。从已吞吐井焖井期间压力下降速度看 （见图8），初期压力下降较快，4～5d后基本保持稳定。因此，水平井需根据压力确定焖井时间的长短，根据直井经验压力24h持续稳定就可以放喷。

图7 江37水平井周期产油、油汽比与焖井时间变化曲线

图8 江37区块第一周期焖井压力下降图

2 实施效果

2009年7月20日至8月3日进行第一周期蒸汽吞吐注汽，注汽压力10.7MPa，注汽速度148t／d，周期配注1800t，实际注汽1847t，注汽强度9.5t／m。

注汽阶段进行2次井下干度取样，经汽水分离器处理后蒸汽干度为96.4%，井下30m处蒸汽干度为79%，井下370m处蒸汽干度为73.5%，依据蒸汽干度损失情况看，到水平井段蒸汽干度为67.6%，注汽效果较好。

注汽完成后，焖井7.2d，井口压力由12.7MPa下降到4.1MPa，压力下降速度为0.054MPa／h（见图9）。区块直井焖井期间平均下降速度为0.049MPa／h，水平井压力下降速度快，主要原因是水平井泄油面积大，达到热平衡时间短。

水平井于2009年8月10日放喷，放喷36d，阶段产液407.7t，阶段产油292.2t。9月30日起抽，生产76d，累积产液709t，累积产油512t，油汽比0.28，回采水率10.7%。

通过生产数据对比，水平井周期产油量是直井的3.7倍，是超短半径水平井的2.0倍 （见图10）。

图10 江37区块不同井型周期产油曲线

3 结 论

（1）应用油藏工程方法、经验法及数值模拟法相结合，确定水平井注汽强度、注汽速度、焖井时间等参数符合生产实际，水平井开发取得较好效果。

（2）注汽速度的增加可以有效提高井底蒸汽干度，但实际生产中受锅炉等设备影响，可控余地较小。

（3）从目前实际生产情况看，常规水平井开发效益较直井和超短半径水平井效果好。

［1］陈月明 .注蒸汽热力采油 ［M］.东营：中国石油大学出版社，2006.

［2］张方礼，赵洪岩 .辽河油田稠油注蒸汽开发技术 ［M］.北京：石油工业出版社，2007.

［3］孙川生 .克拉玛依九区热采稠油油藏 ［M］.北京：石油工业出版社，1998.