本發(fā)明涉及油田開發(fā)，特別是涉及到一種特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法。

背景技術(shù)：

1、稠油資源分布范圍廣，主要包括美國、委內(nèi)瑞拉、加拿大等，預(yù)計稠油地質(zhì)儲量約4000×108t以上。中國稠油資源同樣也是分布廣泛，預(yù)計稠油資源量可達30×108t以上，雖然資源量遠遠小于國外稠油資源，但對于穩(wěn)定中國石油戰(zhàn)略儲備，同樣具有舉足輕重的地位。因為水平井井控儲量高，泄油面積大等優(yōu)勢，目前已經(jīng)成為一種重要的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)手段。然而，常規(guī)熱采水平井的開發(fā)受儲層非均質(zhì)的影響，水平段動用不均，且汽竄的矛盾十分突出，沒有很好的發(fā)揮熱采水平井產(chǎn)量高的優(yōu)勢，影響了稠油熱采開發(fā)的水平。目前國內(nèi)稠油熱采水平井開發(fā)主要有蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、sagd等技術(shù)。其中利用水平井結(jié)構(gòu)的熱、劑、氣組合技術(shù)主要應(yīng)用于特超稠油油藏，取得了良好的增油效果。

2、但是，隨著稠油熱采進入多輪次吞吐后，儲層非均質(zhì)性、邊底水入侵及注汽工藝不合理，導(dǎo)致水平段吸汽剖面不均、動用程度差異大，周期高含水，不能有效發(fā)揮水平井泄油面積大的優(yōu)勢，嚴重影響了熱采水平井的開發(fā)效果。隨著吞吐輪次增加，儲層非均質(zhì)性加劇，汽竄、高含水日趨復(fù)雜，蒸汽主要在含油飽和度低區(qū)域無效竄流，近井仍有富集油難以有效動用，蒸汽利用率低。因此，如何實現(xiàn)熱采水平井注汽過程中油層段的均衡注汽，以便改善油層段動用不均的現(xiàn)象，提高特超稠油油藏的蒸汽利用率及整體采收率，實現(xiàn)特超稠油油藏開發(fā)的提質(zhì)增效成為研究學(xué)者關(guān)注的問題。

3、熱采水平井水平段注汽開采技術(shù)中，采用水平段等質(zhì)量流的管流方式研究蒸汽的流動規(guī)律是目前石油行業(yè)常規(guī)的計算方法，即按照水平井跟部到趾部質(zhì)量不變的原則，計算管內(nèi)流動蒸汽的參數(shù)變化規(guī)律。但這種計算方式與現(xiàn)場實際變質(zhì)量、變干度注汽情況不符，無法實現(xiàn)熱采水平井的均衡注汽。因此，應(yīng)利用配注器等注汽工具對蒸汽進行分流注入，同時按照變質(zhì)量流模式進行計算，提高水平段的注汽參數(shù)計算精度。

4、2012年楊洪等人在石油地質(zhì)與工程中發(fā)表了稠油熱采水平井均衡注汽技術(shù)研究，針對稠油熱采水平井兩點式注汽方式造成的蒸汽分布不均、水平段油層動用不均的問題，建立了符合現(xiàn)場實際的兩點式注汽水平段加熱分析模型，使用自調(diào)節(jié)蒸汽配注器，實現(xiàn)水平井水平段多點均衡配汽，部分改善了水平段動用程度，但均衡注汽工藝管柱結(jié)構(gòu)不完善，配注器的下入位置未考慮油層段的儲層物性。

5、在申請?zhí)枺?02111455571.0的中國專利申請中，涉及到一種稠油水平井吸汽剖面調(diào)整方法，該方法根據(jù)原始井溫與實測曲線的偏離程度分析動用程度，建立單一溫度模型，并通過面積法對水平段進行均勻配汽，達到調(diào)整吸汽剖面、均勻注汽的目的。該方法假設(shè)每一個配注器的注汽量保持不變，進而調(diào)整每一個配注器對應(yīng)的水平段長度，雖然實現(xiàn)均勻注汽，但未考慮油層段的儲層性質(zhì)及注入蒸汽的熱物理參數(shù)，難以解決油層段的按需劃分分段注汽的需求，無法實現(xiàn)熱采水平井的均衡注汽。

6、在申請?zhí)枺篶n201610269609.8的中國專利申請中，涉及到一種分層注汽改善稠油油藏開發(fā)效果的方法，該分層注汽改善稠油油藏開發(fā)效果的方法包括：步驟1，選取實施分層注汽的最佳井位；步驟2，確定分層注汽的最佳油層段，并確定分層注汽的層數(shù)以及分層封隔器的具體位置；步驟3，確定各層的注汽量，綜合考慮各層的物性特征，有效厚度，以注汽量為優(yōu)化變量，建立注汽量優(yōu)化模型；步驟4，設(shè)計配注器孔眼實現(xiàn)均勻注汽；步驟5，根據(jù)計算的各層注汽量和確定的分層注汽方法，進行分層注汽施工作業(yè)。該分層注汽改善稠油油藏開發(fā)效果的方法通過計算確定不同油層厚度配注不同注汽量來實現(xiàn)不同層位的均衡動用，從而擴大稠油油藏的注汽波及范圍，提高注入蒸汽利用率，并大大改善稠油油藏開發(fā)效果。但該方法建立的注汽量優(yōu)化模型僅考慮了注汽量、油層有效厚度、注蒸汽天數(shù)、注汽井的控制面積和注汽強度等，未考慮注入蒸汽的熱性質(zhì)和蒸汽變干度的影響。

7、綜上所述，目前的特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法存在一定的問題，急需一種基于熱采井的高效均衡注汽吞吐優(yōu)化方法和實現(xiàn)工藝，從而解決油層段的變質(zhì)量流、變干度下的按需分段注汽的需求，提高稠油油藏的整體采收率及經(jīng)濟效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種解決了油層段的變質(zhì)量流、變干度下的按需分段注汽的需求，提高稠油油藏的整體采收率及經(jīng)濟效益的特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法。

2、本發(fā)明的目的可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法，該特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法包括：

3、步驟1，以不高于特超稠油油藏破裂壓力的情況下注入濕飽和蒸汽；

4、步驟2，綜合考慮注入蒸汽在油層段的變質(zhì)量流、變干度，以及油層段的儲層物性，確定油層段按需劃分分段注汽區(qū)域；

5、步驟3，建立均衡注汽的工藝計算方法，確定各配注器的分流配注量；

6、步驟4，形成配注器+隔熱油管的熱采水平井均衡注汽工藝管柱進行均衡注汽；

7、步驟5，形成沿油層段均衡擴展的高溫蒸汽腔和泄油腔。

8、本發(fā)明的目的還可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：

9、在步驟1，特超稠油油藏破裂壓力，又稱地層強度，是指使地層中原有的裂縫擴大延伸或使無裂縫的地層產(chǎn)生裂縫的最小壓力；正常地層破裂壓力一般隨井深增加而增大，深部地層的巖石受著較大的上覆巖層壓力，可壓得很致密，破裂壓力高。

10、在步驟1，儲集層破裂壓力pf的常規(guī)計算式為：

11、pf＝10-3ρfgh???????????(1)

12、其中，pf表示破裂壓力，mpa；ρf表示破裂壓力當量密度，g/cm3；g表示重力加速度，m/s2；h表示垂直深度，m；

13、對于特超稠油油藏，均衡注汽壓力應(yīng)不高于油藏破裂壓力，此時破裂壓力pf的計算式為：

14、

15、其中，v表示泊松比，小數(shù)；α表示孔隙壓力貢獻系數(shù)，與地層孔隙度有關(guān)；po表示上覆巖層壓力，mpa；pp表示地層孔隙壓力，mpa；σt表示地層構(gòu)造應(yīng)力，mpa；σt表示巖石抗張強度，mpa；

16、此時的特超稠油油藏破裂壓力也是均衡注汽工藝的最大注汽壓力，是注汽壓力的上限值。

17、在步驟2，油層段按需劃分分段注汽區(qū)域，熱采水平井注汽過程中，隨著蒸汽不斷被油層吸收，給油層傳遞熱量，沿著水平段的蒸汽質(zhì)量流量越來越小，蒸汽的干度也在逐漸變化；蒸汽的壓力、溫度、速度、熱量、干度會在沿水平段注入的過程中越來越小，不斷變化；不同油層段因孔隙度、滲透率存在差異，呈現(xiàn)出非均質(zhì)的特征，滲透率較大的區(qū)域，壓差較大，油層段的滲吸效果較好，吸收的蒸汽質(zhì)量和熱量越多，這對其他油層段的注汽效果會產(chǎn)生影響，導(dǎo)致其他油層段因注入熱焓不充足而出現(xiàn)動用不均的現(xiàn)象。

18、在步驟2，綜合考慮注入蒸汽在油層段的變質(zhì)量流、變干度，以及油層段的儲層物性，控制注汽壓差，在油層段按需劃分分段注汽區(qū)域，按照各油層段所需的注汽量優(yōu)化注汽量、注汽干度，確保各層段的注入熱焓滿足油層加熱需要。

19、在步驟3，均衡注汽的工藝計算方法，考慮油層段物性和注入蒸汽的熱物理性質(zhì)，利用配注器實現(xiàn)蒸汽的按需分流注入，從而實現(xiàn)油層段的均衡注汽；根據(jù)注入的濕飽和蒸汽的熱力參數(shù)，包括蒸汽在配注器入口處的干度、壓力、氣相比容、液相比容、氣相定壓比熱、氣相定容比熱、液相比熱，以及配注器出口壓力、孔徑、流量系數(shù)，完成配注器單孔的流量計算；根據(jù)設(shè)計的注汽速度，優(yōu)化配注器的孔數(shù)和孔徑。

20、在步驟3，均衡注汽的工藝計算方法，包括：

21、步驟31，濕飽和蒸汽通過配注器孔嘴的流動過程可視為多變過程，需確定多變指數(shù)n；

22、步驟32，計算配注器孔嘴入口、出口的濕飽和蒸汽的比容和密度；

23、步驟33，確定孔嘴濕飽和蒸汽的出口流速um2，計算蒸汽質(zhì)量流量g；

24、步驟34，臨界壓力比是孔嘴出口流速達到聲速時對應(yīng)的壓力pcr與入口壓力p1之比，依據(jù)臨界壓力比rcr，判定孔嘴狀態(tài)；

25、步驟35，當配注器孔嘴達到臨界流動狀態(tài)時，即0≤p2/p1≤pcr/p1，孔嘴泄流量達到最大，計算此時配注器的分流注汽量；

26、步驟36，當配注器孔嘴為亞臨界流動狀態(tài)時，即pcr/p1<p2/p1<1，孔嘴泄流量未達到最大，計算此時配注器的分流注汽量；

27、步驟37，根據(jù)設(shè)計的注汽速度，重復(fù)步驟31至36，不斷優(yōu)化配注器的孔數(shù)和孔徑，驗證水平井注汽過程中配注器的結(jié)構(gòu)參數(shù)是否滿足生產(chǎn)需求。

28、在步驟31，多變指數(shù)n的計算公式為：

29、

30、其中，xg表示氣相質(zhì)量分數(shù)，小數(shù)；cpg1、cvg1和cliq分別表示氣相定壓比熱、氣相定容比熱和液相比熱，kj/(kg·k)。

31、在步驟32，計算配注器孔嘴入口、出口的濕飽和蒸汽的比容和密度的公式為：

32、

33、

34、

35、其中，vg、vliq和vm分別表示氣相、液相和濕飽和蒸汽的比容，m3/kg；ρm表示濕飽和蒸汽的密度，kg/m3；p表示壓力，mpa；下標1、下標2分別表示配注器孔嘴入口、出口。

36、在步驟33，計算蒸汽質(zhì)量流量g的公式為：

37、

38、

39、其中，c表示孔嘴流量系數(shù)，小數(shù)；a表示孔嘴出口面積，a＝πd2/4，d表示配注器孔嘴孔徑，mm。

40、在步驟34，臨界壓力比rcr的計算公式為：

41、

42、其中，參數(shù)β與氣相質(zhì)量分數(shù)、氣相比容和液相比容相關(guān)，表達式為：

43、

44、在步驟35，此時配注器的分流注汽量的計算公式為：

45、

46、其中，holes表示配注器的孔數(shù)。

47、在步驟36，此時配注器的分流注汽量的計算公式為：

48、

49、其中，holes表示配注器的孔數(shù)。

50、在步驟4，形成的配注器，采用圓周打孔或者螺旋打孔的模式進行配汽，其單個出口流量通過步驟3的模型進行計算并設(shè)計，保證每一個出汽孔的流量均按照設(shè)計的流量進行分配，從而保證整個水平段按照設(shè)計的變干度、變流量的注汽剖面設(shè)計，實現(xiàn)均衡注汽的目的。

51、在步驟4，實現(xiàn)的工藝管柱，熱采水平井均衡注汽工藝管柱按照配注器+隔熱油管的組合方式構(gòu)成，配注器安裝在隔熱油管上，控制注汽壓差，蒸汽在以不高于油藏破裂壓力的情況下均衡注入，按照油層段按需劃分分段注汽原則，在需要注汽的水平段位置合理放置配注器，不同水平段之間利用管內(nèi)封隔器進行封隔；注汽過程中，蒸汽從隔熱油管注入，進入水平段管柱后流經(jīng)配注器，通過配注器的孔嘴進入環(huán)空，按照均衡注汽原則，配注器在水平段的放置位置、配注器的孔數(shù)和孔徑均是經(jīng)過優(yōu)化的，確保各層段的注入熱焓滿足油層加熱需要，在油藏中形成沿油層段均衡擴展的高溫蒸汽腔和泄油腔，實現(xiàn)油層段的高效動用，提高采收率。

52、在步驟5，將沿油層段均衡擴展的蒸汽腔前緣分別在水平方向和垂直方向上劃分成一系列單元，此時不同單元在不同時間段的原油加熱厚度γ的表達式為：

53、

54、其中，△t表示時間步長；上標j表示第j個時間步；α表示油藏?zé)釘U散系數(shù)，m2/s；u表示蒸汽腔前緣移動速度，m/s；

55、不同時間段內(nèi)熱采水平井單位井長下蒸汽腔的產(chǎn)油速率計算式為：

56、

57、其中，k表示絕對滲透率，m/s；kro表示相對滲透率，小數(shù)；θ表示蒸汽腔前緣角度，°；m表示無因次黏溫系數(shù)，隨蒸汽腔壓力變化而變化；vos表示蒸汽溫度下原油的運動黏度，m2/s；

58、根據(jù)物質(zhì)平衡原理，蒸汽腔沿油層段均衡擴展時，蒸汽腔前緣不同單元的移動速度uix和uiy分別為：

59、

60、

61、其中，表示第i個單元的寬度，m；表示第i個單元的高度，m；φ表示地層孔隙度，無因次；△so表示可動油飽和度，無因次；

62、根據(jù)求出的蒸汽腔前緣移動速度，進而得到不同時刻下各個單元的蒸汽腔前緣位置和角度θ，表達式如下：

63、

64、

65、

66、其中，xi表示第i個單元距生產(chǎn)井的水平距離，m；yi表示第i個單元距生產(chǎn)井水平面的垂直高度，m。

67、本發(fā)明的目的也可通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)：特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽系統(tǒng)，其特征在于，該特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽系統(tǒng)采用特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法提供均衡注汽的工藝計算方法和實現(xiàn)的工藝管柱。

68、本發(fā)明中的特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法，在熱采水平井注汽過程中，提供一種非均質(zhì)造成的油層段的變質(zhì)量流、變干度下、按需分段注汽和油層段動用工藝技術(shù)。本發(fā)明利用油層段均衡擴展的高溫蒸汽腔和泄油腔，可以最大程度、最大范圍地加熱油層，實現(xiàn)油層段的均衡動用；在滿足特超稠油油藏破裂壓力，利用配注器等注汽工具對蒸汽進行分流注入，同時按照變質(zhì)量流模式進行計算，提高水平段的注汽參數(shù)計算精度；形成熱采水平井均衡注汽工藝管柱，按照“隔熱油管+優(yōu)化計算后配注器孔徑和孔數(shù)形成的配注器+強制分段的汽腔管柱”的組合。

69、本發(fā)明中的特超稠油油藏提高采收率的均衡注汽方法，能夠提高熱采井的開發(fā)效果，克服熱采井，尤其是熱采水平井注汽過程中，油層段的變質(zhì)量流、變干度下、非均質(zhì)造成的按需分段注汽和油層段動用不均等問題，從而提高特超稠油油藏的整體采收率及經(jīng)濟效益。本發(fā)明主要以不高于特超稠油油藏破裂壓力的情況下均衡注汽，通過在油層段按需劃分分段注汽區(qū)域，按照各油層所需的注汽量優(yōu)化注汽量、注汽干度，確保各層段的注入熱焓滿足油層加熱需要，在油藏中形成沿油層段均衡擴展的高溫蒸汽腔和泄油腔，從而避免特超稠油注汽過程中，普遍存在的蒸汽途徑造成加熱原油無法有效流回，回采水率低、采油量低、采收率低的問題。