稠油油藏高轮次蒸汽吞吐汽窜特征实验研究

魏振国，孙璐(中石化河南油田分公司采油二厂，河南 南阳 473400)

0 引言

河南油田稠油油藏具有油藏埋藏浅，油层厚度薄，原油黏度高，油层胶结松，油藏面积小等特点，以稠油热采蒸汽吞吐开发方式为主，热采平均单井吞吐22个轮次，采出程度19.9%。高轮次蒸汽吞吐后，蒸汽窜流加剧，年汽窜发生400井次以上，影响周期生产效果。在动态特征以及剩余油评价角度对汽窜特征做了评价，利用可视化模型对单井汽窜进行描述[1-3]，开发过程中出现的往往是双向或多向蒸汽窜流，利用物理模拟方法，研究两井交替蒸汽吞吐状况下平剖面蒸汽窜流形态，认识不同韵律储层汽窜通道分布特征，描述平面上蒸汽窜流特征以及高轮次吞吐后储层渗透率变化，为调剖堵窜治理工艺方案提供优化依据。

1 蒸汽吞吐实验井选取

按照不同油藏渗透率选取均质、正韵律、反韵律油层的油井各一口，复合韵律油层的油井两口，依次为楼J1724、楼 J1518、楼 11117、新 H631、古 51107 等共五口油井，油藏埋深147～336 m，渗透率为0.254～7.644 mD，原油黏度 27 014～65 750 mPa·s。

2 不同储层韵律下蒸汽窜流剖面特征

2.1 实验参数设计

开展两井蒸汽吞吐高压二维物理模拟实验，描述不同储层韵律下蒸汽窜流剖面特征。依据稠油蒸汽吞吐注采参数规范，按照蒸汽吞吐相似准则设计实验参数，井距50～100 m，注汽速度120～180 t/d，配汽量100～150 t/m，蒸汽干度75%。

2.2 实验材料与设备

实验装置应用的高压二维物理模拟系统主要包括6个部分，分别由模型系统、数据采集系统、数据传输系统、饱和系统、采液系统、注入系统等组成。钢质模型由特殊合金钢制成，最大水平翻转角度180°，最大倾角角度45°。内腔有效尺寸为500×500×40 mm，最高工作温度为425 ℃，最大工作压力为25 MPa，模型设置温度测点169个，压力测点13个。

2.3 实验方法与过程

(1)物模准备。不同合适粒径的石英砂用于充填模型，按照相似准则的要求进行准备，同时要满足渗透率要求，确保实验结果的可靠性；实验中采用的原油是从油田现场取的油样。

(2)填装物模。先安装模拟井，然后在模型油层的指定位置按照压力和温度传感器，最后将油砂装入模型。

(3)模型加压。在模型装置填装油砂后，封装钢质模型上盖，并使用氮气使模型保持一定压力。

(4)模拟油藏温度与压力场。模型封装后，首先对模型本体升温，将加热装置的加热温度设定为90 ℃，模型内部各个测温点温度稳定到90 ℃时，向模型内注入原油，泵入时采用低流量，结束时模型内的温度和压力达到油藏条件值。

(5)调试蒸汽发生器。使注汽压力、注汽温度、注汽速度达到设计要求。

(6)采出设置。在出口安装维压装置，由于稠油黏度高阻力大，回压阀使用快速启闭阀，设定测控系统开启压力，确保注汽和采油过程均实现稳压生产。

(7)实验过程。在开展实验时，先对一口井注汽和焖井，同时另一口井生产，即两口井轮流进行交替吞吐。实验过程中，采出系统分时段收集产出液，实时计量油水总量。蒸汽发生器出口、恒温箱、模型本体等处的温度、压力由测控系统实时监测，并在计算机屏幕上可适时观测到模型内部温度场的变化。

(8)实验结束。分离处理产出液，对产出油和产出水量进行计量和整理，完成实验方案设计内容，实验结束[5]。

2.4 实验结果与分析

在实验中布置了两口模拟井，实验观测和分析的过程中分别称为1井和2井。

(1)均质油藏汽窜特征。实验开始时先从1井注汽，2井生产，两井轮流吞吐生产直至汽窜，在1井进行第七轮次注汽，2井第七轮次生产时，两井高温前缘相接触。两井继续轮流吞吐，在1井进行第八轮次生产，2井进行第八轮次注汽时，两井之间窜通，形成明显的汽窜。楼J1724井所处地层为均质地层，从温度场中可见汽窜通道形成在油层上部。

(2)正韵律油藏汽窜特征。实验开始时先从1井注汽，2井生产，两井轮流吞吐生产直至汽窜，在1井进行第六轮次注汽，2井第六轮次生产时，两井高温前缘相接触。两井继续轮流吞吐，在1井进行第八轮次生产，2井进行第八轮次注汽时，两井之间窜通，形成明显的汽窜。由于楼J1518井所在地层是正韵律，油层在纵向上分为两层，上下层渗透率级差8.59，下层渗透率高达7.644 mD，故而在吞吐过程中汽窜发生在下部高渗透层。实验中取得模拟井距为100 m，汽窜在经历八个轮次后才出现。

(3)反韵律油藏汽窜特征。实验开始时先从1井注汽，2井生产，两井轮流吞吐生产直至汽窜，在1井进行第二轮次注汽，2井第二轮次生产时，两井高温前缘相接触。两井继续轮流吞吐，在1井进行第二轮次生产，2井对应进行注汽时，两井之间窜通，形成明显的汽窜。新H631井所在地层为反韵律，上下两层渗透率级差较小，汽窜出现在油层中部，同时由于模拟井距为50 m，在吞吐的第二个轮次即发生了汽窜。

(4)低高中型复合韵律油藏汽窜特征。实验开始时先从1井注汽，2井生产，两井轮流吞吐生产直至汽窜，在1井进行第二轮次生产，2井第二轮次注汽时，两井高温前缘相接触。两井继续轮流吞吐，从温度场来看，高温前缘有沿油层下部突进的趋势。在1井进行第三轮次注汽，2井第二轮次生产时，两井之间窜通，形成明显的汽窜。楼11117井所在地层为复合韵律，上中下小层渗透率按照低高中分布，纵向上渗透率级差为17.402。从温度场来看，汽窜通道在渗透率最高的层位出现。同时由于模拟井距为50 m，在吞吐到第二轮次即发生汽窜。

(5)中低高型复合韵律油藏汽窜特征。实验开始时先从1井注汽，2井生产，两井轮流吞吐生产直至汽窜，在1井进行第二轮次生产，2井第二轮次注汽时，两井高温前缘相接触，从温度场来看，高温前缘有沿油层下部突进的趋势。两井继续轮流吞吐，在1井进行第三轮次生产，2井第三轮次注汽时，两井之间窜通，形成明显的汽窜。古51107井所在地层为复合韵律，上中下小层渗透率按照中低高分布，底层渗透率最高，中间层渗透率最低，渗透率级差为1.865 7，吞吐过程中，蒸汽沿油层中下部突进较快，最终形成汽窜。

3 井间蒸汽窜流平面分布特征

3.1 实验材料与设备

实验装置即是可视二维物理模拟系统，描述两井蒸汽吞吐井间蒸汽窜流分布特征，实验中使用180目玻璃珠填制模型。

3.2 实验方法与过程

装填模型：先安装模拟井，然后在模型油层的指定位置按照压力和温度传感器，然后将准备好的180目玻璃珠填装到模型中，接下来对装满玻璃珠的模型饱和水，最后进行原油驱替水，模拟油藏油水饱和状态。实验过程：实验进行时，计算机测控系统实时拍摄与监测模型本体内原油、水、水蒸气的动态分布图像。在计算机屏幕上通过测控软件可以清晰观测到含油饱和度在模型内部的变化。实验过程中两角井呈对角线分布，轮流开展注汽和采油蒸汽吞吐，当两井发生蒸汽窜通时实验结束。

3.3 实验结果与分析

实验过程中，右下角为1号井，左上角为2号井，对角线上两角井轮流进行蒸汽吞吐，直至两井窜通，实验结束。从实验进行情况来看，当实验进行至两井分别吞吐6轮次后，两井窜通。

(1)第一轮次吞吐特征。在1号井第1轮次注汽完毕后，蒸汽波及区域呈扇形，最远处距离井筒10 cm左右。随后2号井第1轮次开始注汽，2号井蒸汽注入后除在井周扩散外，还沿一侧边界附近有所突进。

(2)第二轮次吞吐特征。在1号井第2轮次注汽过程中，蒸汽波及区域仍呈一个扇形，但范围明显增大。而2号井第2轮次注汽过程中蒸汽除在井筒周围扩散外，还向两侧边界突进，形成近似三角形区域。

(3)第三轮次吞吐特征。当1号井第3轮次注汽后，蒸汽除了继续扩大扇形区域外，还有向两侧边界突进的趋势，原有的扇形区域逐渐趋向于三角形。而2号井的第3轮次注汽过程中，蒸汽波及区域仍为三角形，且三角形区域明显扩大。

(4)第四轮次吞吐特征。在1号井第4轮次注汽过程中，由于是两井轮流吞吐，1号井注汽过程中2号井正好处于生产过程，故而蒸汽沿两井连线突进变得明显起来，蒸汽前缘突进至两井连线中点附近。这次注汽过程中出现的现象也是两井达到水力、热力的联通标志。而2号井第4轮次注汽过程中，在两井相互影响较为明显的情况下，蒸汽向两侧突进减弱，转而沿两井连线方向运动。

(5)第五轮次吞吐特征。在1号井第5轮次注汽过程中，蒸汽仍沿两井连线突进，但与前一轮次不同的是蒸汽前缘向另一侧偏斜。而2号井的第5轮次注汽过程中，蒸汽除沿两井连线突进外，还向边界一侧突进。

(6)第六轮次吞吐特征。在1号井第6轮次注汽过程中，蒸汽前缘呈多分枝状突进，最远的地方接近2号井井筒。2号井第6轮次注汽过程中，大量蒸汽直接沿两井连线以及1号井蒸汽波及过的区域运动，两井直接窜通，窜通后蒸汽直接沿两井连线迅速运动到1井，运动过程中蒸汽在两井连线中点处波及范围有所扩大，观察到一条较宽的汽窜通道。

4 蒸汽窜流时井间油层渗透率的分布规律

4.1 实验参数设计

两井吞吐二维物理模型实验时出现汽窜的吞吐轮次不同，计算出汽窜时的蒸汽冲刷倍数，用于开展两井蒸汽吞吐一维物理模拟实验，描述蒸汽窜流时井间油层渗透率的分布规律。

4.2 实验材料与设备

实验材料包括矿场实际砂样、蒸馏水。实验使用的设备为稠油一维驱替系统，该系统可分为注入模块、模型主体模块、数据采集模块、采出液收集模块等四部分。模型主体模块最高工作压力70 MPa，最高工作温度200 ℃，是多功能驱替实验的主要场所，数据采集模块由控制柜、差压传感器、温度和压力传感器等组成，可调节模型压力和温度，使其保持稳定，同时对系统内的温度和压力值及相关数据实时读取。计量仪器、接收容器、背压阀组成采出液收集模块，实时收集实验采出液。

4.3 实验方法与过程

(1)充填填砂管时采用矿场录取的砂样，饱和水后计算填砂管孔隙度。(2)连接好各种实验仪器，水驱填砂管时，记录不同水驱速度下的驱替压差，记录数据，计算填砂管渗透率。(3)低速饱和油，根据出水体积计算束缚水饱和度，并将填砂管置于恒温箱中老化24小时以上。(4)在完成模型初始化之后，进入实验运行阶段。填砂管两端作为两口井进行模拟，按照设计流量向填砂管一端注入一定量的蒸汽而后焖井，焖井结束后开井生产，而后换另一口井，保持两口井始终处于一端注汽一端生产的状态，直至汽窜。(5)汽窜后提高一端出口回压，从另一端注入热水，测定压差与流量。(6)实验结束后，依据实验记录数据情况，计算分析汽窜后汽窜通道渗透率。

4.4 实验结果与分析

依据前述二维实验确定的汽窜层位进行了一维填砂管填制，两井间设置6个测压点，在此基础上按照实验步骤开展吞吐实验，依据注入流量和压力值，根据达西公式计算汽窜通道形成后整个填砂管的渗透率及各段的渗透率。从五口井实验数据以及依据达西公式计算的渗透率数据可知，填砂管两侧分别吞吐以后形成汽窜通道，汽窜通道整体的渗透率明显高于原始渗透率，平均整体渗透率是原始渗透率2倍，不同位置的渗透率受蒸汽冲刷量的影响出现不同变化，呈现出两端高中间低的现象，变化倍数为1.66～3.32倍，填砂管两端冲刷倍数最高，故而渗透率也最高，中段由于始终是冷凝的热水冲刷，冲刷倍数较低，渗透率变化较小。均质油藏采油井楼J1724井原始渗透率1.40 mD，两端渗透率升高到3.59 mD和3.62 mD，是原始渗透率的2.58倍，中部渗透率升高2.70 mD，是原始渗透率的1.93倍。

5 结语

(1)高轮次吞吐后储层韵律对蒸汽窜流在纵向上的分布影响显著，蒸汽超覆作用对均质油藏有一定影响，蒸汽吞吐井距越小蒸汽窜流发生时间越早。

(2)平面上井间蒸汽窜流形态呈扇形枝状分布。

(3)蒸汽窜流时井间油层平均渗透率上升，近井地带上升幅度高于井间。