超稠油蒸汽吞吐加热半径计算方法及应用

超稠油蒸汽吞吐加热半径计算方法及应用

王玉靖 1 赵九猛 2 张昕 1 李迎辉 1 肖丽梅 1

1. 冀东油田分公司 陆上油田作业区 河北 唐山 063200

2. 冀东油田分公司 南堡油田作业区 河北 唐山 063200

3. 摘要：超稠油油藏采用蒸汽吞吐方式进行开采，随着吞吐周期的增加，蒸汽吞吐达到一定轮次后加热半径不再扩大，加热半径计算对认识井间未动用储量分布具有重要意义；以往加热半径计算方法各有其优缺点，在原油流动系数、粘温曲线等资料缺少的情况下，无法计算加热半径，或计算结果有很大偏差；本次研究对以往加热半径计算方法进行修正，得到较实用的新方法，并以某井区为例建立数模模型，对新方法进行验证；本次研究对提高超稠油油藏采收率具有一定的借鉴意义。

关键词：超稠油；蒸汽吞吐；加热半径；数值模拟

中图分类号：TE345 文献标识码：A

引言

超稠油油藏采用蒸汽吞吐法进行开采，随着吞吐周期的增加，蒸汽吞吐达到一定轮次后加热半径不再扩大，井间仍存在部分未动用储量。本次研究采用动态法计算超稠油油藏蒸汽吞吐最大加热半径，并用数值模拟方法进行验证，进而计算井间未动用储量，对油藏提高采收率具有重要借鉴意义^[1]。

目前，关于蒸汽吞吐加热半径的计算，前人已经作了大量的研究工作，除数值模拟方法计算加热半径之外，还形成了Marx-Langenheim、Willman、Frouq Ali 3种经典模型；中石油勘探开发研究院窦宏恩提出了多轮次吞吐加热半径的计算通式^[2]；石油大学的李春兰(1998)等从原油的流动系数入手，给出了蒸汽吞吐开采油藏加热半径的动态计算方程^[3]；中国石油大学的范海军、姚军等介绍了一种新的油藏工程动态分析方法──流动物质平衡方法^[4]；西南石油大学的曾玉强、刘蜀知等推导出确定合理焖井时间的计算公式和焖井结束后加热半径的计算公式。

在运用动态法计算加热半径时，各方法都有其自身的优点和局限性，如曾玉强考虑了顶底层散热，但未考虑吞吐轮次；又如，石油大学的李春兰(1998)提出的加热半径的计算方法，需要先确定原油合理的流动系数，但是合理的流动系数并不容易确定，在缺少粘温曲线或粘温曲线并不精确的情况下，只能用原始地层温度代替加热前沿温度，计算结果偏大，且该计算方法较为复杂，不实用。因此应根据具体油田状况选择较实用的加热半径计算方法。

1 动态法计算加热半径

假设油藏顶底层绝热，不考虑油层的非均质性，倾角大小等因素，加入上一轮次余热，建立静态热平衡方程为：

(1)

(2)

则第n轮加热半径为：

(3)

式中：R_n为第n轮加热半径，m； h为油层有效厚度，m；M为油层热容量，kJ/( m3·℃)；Ts为蒸汽温度，℃；Tr为原始油层温度，℃；Q_i为蒸汽注入速率，kg/h；t为蒸汽注入时间，h；X_s 为井底蒸汽干度，小数；L_v为蒸汽的汽化潜热，kJ/kg；Q_r 为上一轮余热，kJ；A_n-1 为第n-1轮的加热面积，m²；T_avg为上一轮次加热区平均温度，℃；H_wr为温度T_r下热水的焓，kJ/kg。

采用公式(1)至(3)计算某井区侏罗系齐古组油藏不同轮次加热半径，结果如表1所示，当n=1时，Q_r=0，T_avg为原始油藏温度，随着轮次的增加，加热半径递增趋于平缓，考虑油田吞吐经济效益，将加热10轮得到的加热半径作为最大加热半径，得出，J₃q₂^2-1+J₃q₂^2-2层直井最大加热半径约为21.8m。

表1 某井区直井不同轮次加热半径

2 数值模拟法计算加热半径

本次研究选取某井区侏罗系齐古组油藏的9口井作为数值模拟井组，用Petrel建模软件建立井组精细地质模型，并用CMG数值模拟软件建立油藏模型。模型平面步长为10m×10m，纵向上分为4层，共有22×21×4个网格，如图1所示。在历史拟合的基础上，根据模型温度分布确定不同类型油井加热半径。

本次研究选取的数模井组从地质、动态资料等方面具有一定代表性，动态上有一定的稳定生产时间。且模型的初始化相关物性参数均来自工区的测试化验资料。因此该模型与实际超稠油油藏比较相近，可以反映实际油藏情况。

油藏数值模拟模型建立后，对其进行历史拟合，在历史拟合的基础上，预测吞吐10个轮次时的加热半径作为最大加热半径。根据各井组温度场分布图，确定油井加热半径如图2所示，得到，模拟井组最大加热半径为23.4m，与动态法求得的最大加热半径接近。

图3-4 某井区J₃q₂^2-1+J₃q₂^2-2层井组拟合图

图1 某井区模拟井组地质模型

图2 某井区模拟井组吞吐至10轮时的加热半径

3 实例应用

以某井区油藏为例，考虑油井射孔、油井加热半径，采用容积法计算不同井网、井型油井动用储量，根据地质储量及油井动用储量计算未动用储量。J₃q₂^2-1+J₃q₂^2-2层直井最大加热半径

为21.8m，因此，部分未动用储量分布于井间，如表2所示。为开采井间未动用储量，可考虑井网加密、蒸汽驱等调整措施。

表2 某井区部分直井未动用储量计算表

5 结论

(1)本次研究假设油藏顶底层绝热，考虑上一轮次余热，建立热平衡方程，进行了轮次加热半径的计算，得到的最大加热与数模法得到的加热半径相差不大；

(2) 动态法加热半径计算对超稠油蒸汽吞吐末期井间未动用储量计算，及后续开发措施提供一定借鉴意义。

参考文献

[1]曾玉强，刘蜀知，王琴等．稠油蒸汽吞吐开采技术研究概述[J]．特种油气藏，2006，13(6)：5-9．

[2]窦宏恩，常毓文，于军等.稠油蒸汽吞吐过程中加热半径与井网关系的新理论[J].特种油气藏，2006，13(4)：58-61.

13(4)：58-61．

[3]李春兰，程林松.稠油蒸汽吞吐加热半径动态计算方法[J].新疆石油地质，1998，19(3)：247-249.

[4]范海军，姚军，成志军.计算稠油油藏蒸汽吞吐加热半径的新方法[J].新疆石油地质，2006，27(1)：109-11