水平井蒸汽驱的注汽方法及系统与流程

本发明涉及油气勘探开发领域，更具体地，涉及一种水平井蒸汽驱的注汽方法及系统。

背景技术：

在全球大约10亿桶剩余石油资源中，70％以上是重油资源。在我国，陆上重油、沥青资源约占石油资料总量的20％以上，稠油在全球能源市场上占有很重要的地位。由于稠油的黏度高，难流动，故不能用常规的方法开采，但稠油的黏度对温度十分敏感，只要温度升高8℃～10℃，其黏度就降低1倍，故以高压饱和蒸汽注入油层，就能达到良好的效果，其采收率可达到40％～60％的水平。因此，注蒸汽热力采油是开采稠油的主要方式。

目前水平井蒸汽驱大多采用笼统注汽或均匀注汽的注入方式，在采用笼统注汽时，在注汽开采过程中，随着蒸汽的不断注入油层，蒸汽沿着水平段的质量流量变得越来越小，且不断给油层传递热量，其干度也越来越小。因此，即使对于均质储层，沿着水平段注入油层的蒸汽的质量流量、干度、温度的变化致使水平井在注汽过程中沿井水平井筒吸汽不均，在脚跟处吸气量大，在脚尖处吸气量小，因此会产生明显的非均匀气窜现象。在采用均匀注汽时，通过下分隔器使得沿井筒的各射孔井段注入蒸汽量相同，改善了沿水平井筒的吸气剖面，减弱了非均匀汽窜现象。但是由于蒸汽沿井筒干度变化，各射孔井段注入地层能量不同，使射孔井段附近油层温度变化不同，原油黏度变化等也存在差异，仍然会出现非均匀汽窜。特别是再考虑到储层的非均质性，汽窜现象会更加严重。因此，有必要开发一种有效避免非均匀汽窜的水平井蒸汽驱的注汽方法及系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明提出了一种水平井蒸汽驱的注汽方法及系统，其能够通过利用数值模拟方法与方程组循环迭代求解方法，实现水平井蒸汽驱均衡能量注入，降低非均匀汽窜对开发效果的影响。

根据本发明的一方面，提出了一种水平井蒸汽驱的注汽方法，所述方法包括：

a)基于工区地质模型，在笼统注汽条件下，通过数值模拟获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面；

b)基于所述蒸汽干度和温度的分布剖面，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量；

c)基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量；以及

d)在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别小于等于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量作为设计注汽量。

根据本发明的另一方面，提出了一种水平井蒸汽驱的注汽系统，包括：

a)用于基于工区地质模型，在笼统注汽条件下，通过数值模拟获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面的单元；

b)用于基于所述蒸汽干度和温度的分布剖面，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量的单元；

c)用于基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量单元；以及

d)用于在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别小于等于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量作为设计注汽量的单元。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的水平井蒸汽驱的注汽方法的步骤的流程图。

图2示出了现有技术的笼统注汽条件下水平井蒸汽干度的分布剖面的示意图。

图3示出了现有技术的笼统注汽条件下水平井蒸汽温度的分布剖面的示意图。

图4示出了现有技术的笼统注汽和根据本发明的注汽方法的注入能量的分布剖面的示意图。

图5示出了现有技术的典型模型笼统注汽条件下温度场等值线的示意图。

图6示出了现有技术的典型模型均匀注汽条件下温度场等值线的示意图。

图7示出了根据本发明的注汽方法的温度场等值线的示意图。

图8示出了现有技术的典型模型笼统注汽、均匀注汽以及根据本发明的注汽方法的三种注入方式累计产油量对比的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

图1示出了根据本发明的水平井蒸汽驱的注汽方法的步骤的流程图。

在该实施例中，根据本发明的水平井蒸汽驱的注汽方法可以包括：步骤a)基于工区地质模型，在笼统注汽条件下，通过数值模拟获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面；步骤b)，基于所述蒸汽干度和温度的分布剖面，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量；步骤c)，基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量；以及步骤d)，在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别小于等于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量作为设计注汽量。

该实施例通过利用数值模拟方法与方程组循环迭代求解方法，实现水平井蒸汽驱均衡能量注入，降低非均匀汽窜对开发效果的影响。

下面详细说明根据本发明的水平井蒸汽驱的注汽方法的具体步骤。

获取分布剖面

在一个示例中，可以基于工区地质模型，在笼统注汽条件下，通过数值模拟获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面。本领域技术人员应当理解，可以采用本领域常用的各种数值模拟方法获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面。

获取初始注汽量及注入能量

在一个示例中，可以基于所述蒸汽干度和温度的分布剖面，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量。

在一个示例中，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量可以包括：

基于地层吸收热量等于蒸汽干度变化引起的热量损失，建立各井段均衡能量注入条件下的平衡方程(1)：

其中，a表示注入条件下饱和蒸汽的焓，b表示储层条件下饱和水的焓，c表示蒸汽干度，δc表示干度变化，qi表示第i段的注入速度，i表示1-n的整数，其中n表示井段数量，dx表示井段长度，kl表示地层传热系数，t表示蒸汽的温度，tr表示地层的温度，li表示第i井段长度；

进而可以建立如下方程组(2)：

其中，c1-cn分别表示各个井段的干度，cn′表示第n井段外部油藏内蒸汽干度，l1-ln分别表示各个井段的长度，q1-qn分别表示各个井段的注入速度，q表示井段总的注入速度。

对上述方程组进行求解，即可获得各注汽井段的初始注汽量，进而采用公式3可获得各注汽井段的注入能量：

ji＝(a-b)δcqi(3)

其中，ji表示第i段的注入能量；

获取调整后的注汽量和注入能量

在一个示例中，可以基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量。

在一个示例中，对各井段进行调整可以包括：调整各井段的注汽量，降低注入能量高的井段的注汽量，提高注入能量低的井段的注汽量。

在一个示例中，对各井段进行调整还可以包括：调整各井段的地层系数kh值，将吸能高的井段kh值降低，吸能低的井段kh值提高。

在公式(1)-(3)求解时，各井段的温度和干度为笼统注汽的干度和温度，因此为实现各井段注入能量相同还需进行循环迭代求解：①直接调整各井段的注汽量，将注入能量高的井段注汽量降低，注入能量低的井段注汽量提高，重新模拟计算水平井段的蒸汽干度、温度剖面，再计算各注汽点(段)注汽量和注入能量；②在数值模拟计算时也可以调整各射孔井段的地层系数kh值(相当于提出对调剖的要求)，即将吸能高的井段kh值降低，吸能低的井段kh值提高，重新模拟计算水平井段的吸汽剖面和蒸汽干度分布，进一步计算各注汽点(段)的注汽量和注入的能量。在矿场实际应用时，可以通过调整各井段注汽量并结合近井调剖来实现调整。

获取设计注汽量

在一个示例中，可以在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别小于等于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量作为设计注汽量。

在一个示例中，可以在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别大于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量和注入能量作为各井段的初始注汽量和注入能量，重复基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量。

具体地，对比各井段注入能量，如果各井段注入能量相对差别高于5％，则重复获取调整后的注汽量和注入能量的步骤；如果各井段注入能量相对差别低于5％，则计算的各井段注入量即为设计注汽量。

实际上，由于实际油藏在注汽生产过程中，压力、温度和饱和度随时发生变化，因此在矿场实施过程中，监测沿水平井段注入量和蒸汽干度变化，若各井段注入能量相差5％，则利用前述方法重新计算各井段注汽量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用数值模拟方法与方程组循环迭代求解，通过调整沿水平井的注入量和干度分布剖面实现各井段注入能量相同，达到均能注汽的目的。与目前的水平井蒸汽驱注入方式相比，本方法着重各井段注入能量相同，避免了由于注入能量不同使得各井段附近原油粘度变化差异巨大，进而导致流度比差异大形成的不均匀汽窜现象。典型模型模拟结果显示，在其他条件相同时，本方法比笼统注汽和均匀注汽的累积产量明显提高。因此本方法应用前景广阔。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

a)基于工区地质模型，在笼统注汽条件下，通过数值模拟获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面；图2示出了现有技术的笼统注汽条件下水平井筒蒸汽干度分布的示意图，其中，横轴表示水平段长度，纵轴表示蒸汽干度。图3示出了现有技术的笼统注汽条件下水平井筒蒸汽温度分布的示意图，其中，横轴表示水平段长度，纵轴表示蒸汽温度。如图2、图3所示，随着蒸汽的不断注入油层，蒸汽沿着水平段的质量流量变得越来越小，且不断给油层传递热量，其干度和温度也越来越小。

b)基于所述蒸汽干度和温度的分布剖面，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量；

c)基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量；

d)在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别小于等于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量作为设计注汽量。

图4示出了现有技术的笼统注汽和根据本发明的注汽方法(均能注汽)的注入能量的分布剖面的示意图。如图4所示，在笼统注汽条件下，吸气强度随着水平段长度的增加而减弱，而在根据本发明的注汽方法(均能注汽)的条件下，吸气强度基本保持不变，说明根据本发明的方法可以实现水平井蒸汽驱均衡能量注入。

图5现有技术的典型模型笼统注汽条件下温度场等值线的示意图，图6示出了现有技术的典型模型均匀注汽条件下温度场等值线的示意图，图7示出了根据本发明的注汽方法(均能注汽)的温度场等值线的示意图，图8现有技术的典型模型笼统注汽、均匀注汽以及根据本发明的注汽方法的三种注入方式累计产油量对比的示意图。在图5-图7中，inj表示注入井段的编号，prd表示生产井的编号。从图5-图7，以及图8中的对比可以看出，在典型模型条件下，本发明的温度场分布要远比笼统注入和均匀注入更加均匀，温度场波及范围更大。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

实施例2

根据本发明的实施例，提供了一种水平井蒸汽驱的注汽系统，包括：a)用于基于工区地质模型，在笼统注汽条件下，通过数值模拟获取沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面的单元；b)用于基于所述蒸汽干度和温度的分布剖面，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量的单元；c)用于基于所述初始注汽量和所述注入能量，对各井段进行调整，获取调整后的沿水平井段的蒸汽干度和温度的分布剖面，获取调整后的各井段的注汽量和注入能量单元；以及d)用于在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别小于等于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量作为设计注汽量的单元。

该实施例通过利用数值模拟方法与方程组循环迭代求解方法，实现水平井蒸汽驱均衡能量注入，降低非均匀汽窜对开发效果的影响。

在一个示例中，注汽系统还可以包括：e)用于在调整后的各井段的注入能量之间的相对差别大于5％的情况下，将调整后的各井段的注汽量和注入能量作为各井段的初始注汽量和注入能量，重复d)的单元。

在一个示例中，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量可以包括：

基于地层吸收热量等于蒸汽干度变化引起的热量损失，建立各井段均衡能量注入条件下的平衡方程：

其中a表示注入条件下饱和蒸汽的焓，b表示储层条件下饱和水的焓，c为蒸汽干度，δc表示干度变化，qi表示第i段的注入速度，i表示1-n的整数，其中n表示井段数量，dx表示井段长度，kl表示地层传热系数，t表示表示蒸汽的温度，tr表示地层的温度，li表示第i井段长度；

基于所述平衡方程，获取各井段的初始注汽量及各井段的注入能量。

在一个示例中，对各井段进行调整可以包括：调整各井段的注汽量，降低注入能量高的井段的注汽量，提高注入能量低的井段的注汽量。

在一个示例中，对各井段进行调整还可以包括：调整各井段的地层系数kh值，将吸能高的井段kh值降低，吸能低的井段kh值提高。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。