2017, Vol. 39
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2. 页岩气勘查与评价国土资源部重点实验室, 北京 海淀 100083;
3. 中国石油勘探开发研究院, 北京 海淀 100083
2. Key Laboratory of Shale Gas Exploration and Evaluation, Ministry of Land and Resources, Haidian, Beijing 100083, China;
3. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Haidian, Beijing 100083, China
早在2000 年初，SAGD 开发技术就已经在加拿大西部阿尔伯塔油砂地区得到了有效应用[1]。中国目前也在新疆油田、辽河油田等SAGD 试验成功[2]，已经准备实施大规模工业化开采。SAGD开发效果对储层非均质性（如页岩夹层，底水/顶水区域以及气顶）非常敏感[3-6]。近年来，随着国内外 SAGD 先导试验规模的不断扩大，前人在SAGD 开采效果方面进行了大量的研究，并在现场试验中取得了很好的应用效果。
Yang 与Bulter 通过实验方法研究了储层非均质性对SAGD 开发效果的影响，研究表明，一般情况下，较短的水平夹层的大小不同对SAGD 的开发效果影响也不同，较长的夹层则会降低产油量[1]。Pooladi-Darvish 与Mattar 通过二维模拟研究了油藏中存在气顶和顶水的情况下泥岩夹层的连续性对SAGD 开发效果的影响[7]。Chen 等对两个流动区域（近井地带和井筒上方）的泥岩分布情况进行随机性模型模拟，研究了油藏非均质性对 SAGD 开发效果的影响[8]。Le Ravalec 等通过数值模拟方法研究得出，夹层对SAGD 开发效果的影响主要取决于它们相对于井组的位置，最不利的位置是在注采井对之间存在夹层[9]。黄海平等研究了储层流体非均质性在重油评价及开发生产上的应用[10]。鄢旭研究了夹层对SAGD 开发的影响及对策研究[11]。
尽管SAGD 技术在国内外实现了较好的开发效果，仍存在许多关键问题亟待解决，储层非均质性正是优化SAGD 开采过程的关键影响因素之一[12-15]。在SAGD 开发过程中，像泥页岩层这样的低渗透区可作为流体屏障，主要由夹层的大小、垂向和水平向位置以及整个储层的连续性控制[16]。然而，中国对泥页岩夹层影响SAGD 开发效果的研究缺乏细化的综合性分析方法。因此，精细表征页岩储层并研究其对SAGD 开发效果的影响变得十分重要。
本文针对新疆风城油田存在泥页岩夹层的典型稠油油藏井组通过数值模拟方法，对泥页岩夹层的尺寸、垂向位置、夹层间距离及夹层物性的影响进行细致分析，为更好地进行SAGD 开发方案设计及布井设计提供了重要的理论依据，有一定的指导意义。
1 数值模型的建立本次模拟研究使用的是CMG 数值模拟软件中的STARS 模块，以新疆风城油田的一个典型稠油油藏井组单元为基础建立切片SAGD 均质模型，模型沿着水平段切片（图 1），厚度为20 m。注汽井在生产井上方5 m 处，水平井段长度为400 m，夹层厚度为1 m，覆盖整个水平段，泥页岩夹层的比热容为2.10×106 J/（m3⋅K），导热系数为1.43×106 J/（m⋅d⋅K）。其中，模拟时使用的其他各参数见表 1。在循环预热阶段注入干度为80% 的高干度蒸汽，注入速度为60∼80 t/d，SAGD 生产阶段注汽速度为170∼280 t/d。
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| 图1 数值模拟的网格体系、井位及模型类型图 Fig. 1 Grid system,well locations,and type of models for numerical simulation |
| 表1 模拟参数统计表 Table 1 Reservoir properties for numerical simulation |
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研究中引入了两种夹层模型-BIP（interlayer between injector and producer，即夹层位于注入井和生产井之间）与AP（Above SAGD well-pairs，即夹层位于SAGD 井对上方）。为了研究注采井间流动通道的影响效果设计了两种不同的类型：Type-A表示夹层位于注采井对正中间或正上方；Type-B表示夹层位于注采井对斜中间或斜上方；Base 表示在模型中不存在夹层（图 1a）。如BIP_16-6A 表示夹层位于注采井正中间，泥页岩夹层横向展布为16 m，间距为6 m（图 1b），AP3 m_16-6B 则表示间距为6 m 的16 m 长夹层位于注采井斜上方3 m处（图 1c）。
2 BIP 型泥页岩夹层的影响 2.1 BIP 型泥页岩夹层长度的影响 2.1.1 夹层在注汽井与生产井正中间当夹层位于注汽井与生产井正中间时，模拟夹层间距6 m，夹层长度分别为8，12，16，20 m。研究结果表明，当夹层位于注采井对正中间时，夹层长度越大，对SAGD 开发效果影响越大；产量高峰时间越滞后，生产初期累积油汽比越低。井间分布的夹层，挡住注采井井间的流通通道，降低了泄流速度，推迟了泄油高峰时间（图 2）。由此可见，注采井间的夹层一旦影响泄油通道，将大大影响蒸汽腔的发育规模、发育速度和泄油峰值。
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| 图2 注采井对正中间不同夹层长度的产油量及累积油汽比 Fig. 2 Oil production rate and COSR for BIP-A interlayers with various sizes |
夹层位于注汽井与生产井斜中间，夹层间距6 m时，模拟夹层长度分别为8，12，16，20 m。由图 3 的模拟结果可以看出，BIP-B 型夹层的长度对SAGD开发效果无明显的影响。产量高峰时间基本一致，只是产量高峰值略有降低，累积油汽比也呈现相似规律。由此可见，一旦形成了有效的流动通道，注采井间便可以建立起热循环。
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| 图3 注采井对斜中间不同夹层长度的产油量和累积油汽比 Fig. 3 Oil production rate and COSR for BIP-B interlayers with various sizes |
为研究BIP 类型夹层位置对SAGD 开发效果的影响，分别对井对正中间以及斜中间存在间距为6 m的16 m 长夹层的情况进行了模拟并对比（图 4）。
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| 图4 BIP-A 型与BIP-B 型夹层的产油量及累积油汽比对比图 Fig. 4 Comparison of oil production rate and COSR for BIP-A and BIP-B interlayers |
BIP_16-6A 型夹层油藏中，在生产井上方没有直接形成流动通道，需要较长的预热时间来达到注采井间的热连通，将产油高峰时间推迟了3∼5 a； BIP_16-6B 型夹层的存在降低了产油高峰值，但是没有推迟产油高峰时间。
由于注采井间夹层的存在，BIP-A 与BIP-B型夹层油藏中的蒸汽腔发育情况亦不相同。其中 BIP-B 的蒸汽腔扩展面积明显要大于BIP-A 的蒸汽腔扩展面积，主要是由于注采井间的BIP-B 型夹层阻碍了热流体向生产井流动造成的（图 5）。
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| 图5 BIP-A 型与BIP-B 型夹层蒸汽腔发育情况对比图 Fig. 5 Comparison of steam chamber development for BIP-A and BIP-B interlayers |
夹层位于注汽井正上方6 m 处，夹层间距6 m，模拟夹层长度分别为8，12，16，20，24 m。从图 6 可以看出，当夹层位于注汽井正上方时，夹层长度越大，对SAGD 开发效果影响越大；16 m 以内的夹层推迟了产油高峰时间，产油高峰值基本不变，但是随着夹层长度的不断增加，更长的夹层则导致产油高峰值逐渐降低，产油高峰时间滞后越严重，但是最终产量值相近。
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| 图6 注汽井正上方存在不同尺寸夹层的产油量和累积油汽比 Fig. 6 Oil production rate and COSR for AP-A interlayers with various sizes |
注汽井斜上方6 m 处，夹层长度8，12，16，20，24 m，夹层间距6 m。由图 7 可知，夹层位于注汽井斜上方时，夹层范围的改变对SAGD 开发效果无明显影响。由此表明注汽井斜上方的夹层本质上对蒸汽腔的发育不构成严重影响，蒸汽腔可以绕过这样的夹层继续往上发育。由于AP-B 类型油藏中注汽井上方形成了流体流动通道，相对于未直接形成流动通道的AP-A 类型油藏，夹层尺寸的影响小很多。
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| 图7 注汽井斜上方不同夹层范围下的产油量和累积油汽比 Fig. 7 Oil production rate and COSR for AP-B interlayers with various sizes |
夹层范围16 m，夹层间距6 m，分别模拟了注汽井正上方1，3，6，10 m 的情况，对不同位置夹层 SAGD 模型进行对比研究，从图 8 可以看出，夹层越靠近水平注汽井，SAGD 开发效果越差，随着夹层与注汽井的间距从10 m 到1 m，到达产油高峰的时间逐渐滞后，距离3 m 内将严重影响SAGD效果。
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| 图8 夹层在井对正上方不同位置的的产油量和累积油汽比 Fig. 8 Oil production rate and COSR for AP-A interlayers with various vertical location |
夹层范围16 m，夹层间距6 m，分别模拟了注汽井斜上方1，3，6，10 m 的情况。由图 9 可知，距离注汽井越近，对蒸汽腔上升通道影响越大，从而对产量的影响也越大。同时，产油高峰时间越滞后，高峰产量也越小。距离6 m 内将严重影响SAGD 效果。
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| 图9 夹层在井对斜上方不同位置的产油量和累积油汽比 Fig. 9 Oil production rate and COSR for AP-B interlayers with various vertical location |
由此可见，夹层的垂向位置距离井对越近，SAGD 开采效果越差，这是由于尺寸较大的泥页岩可以充当为一个流动屏障从而减小了有效储层厚度。
综上所述，从产油曲线中可以看出泥页岩夹层随夹层长度与垂向位置变化的典型特征。如果泥页岩夹层位于注采井对之间且没有形成流动通道（BIP-A），通过产油曲线可以发现随着夹层展布范围逐渐增大，产油高峰时间明显滞后，而且产油高峰值逐渐降低（图 2）。然而当夹层位于注采井之间且存在流动通道（BIP-B），则只会观察到较低的产油高峰值，而不影响产能提升阶段的时间（图 4）。
当泥页岩夹层位于注采井对上方时，在产油曲线上可以观察到两个产油高峰值，产油高峰时间并没有明显的变化。两个产油高峰值的大小取决于夹层的长度及垂向位置。如图 8 所示，两个产油高峰的间隔时间及产油高峰值均受夹层与注入井的距离所控制，因此可以通过产油曲线反推出油藏中泥页岩夹层的分布位置等特征，对指导双水平井SAGD部署，对规避地质风险，实现SAGD 高效开发具有重要指导意义。
4 结论（1）生产井与注气井间的页岩夹层（BIP）对 SAGD 开发效果影响较大。A 型相对于B 型影响更严重。BIP-A 型的夹层尺寸越大，对SAGD 开发效果影响越大，产量高峰时间越滞后，生产初期累积油汽比越低；BIP-B 型夹层的长度对SAGD 开发效果无明显的影响。
（2）一般情况下，AP 实例中小尺寸的页岩不管其垂向位置如何，它对SAGD 开发效果影响不大；然而，大尺寸（超过16 m）的页岩可以充当一个流动屏蔽从而减小产层有效厚度。
（3）夹层距注采井对越近，对SAGD 开发效果的影响越明显，到达高峰产量的时间也逐渐滞后。当夹层位于生产井正上方时，3 m 距离之内将严重影响SAGD 开采；当夹层位于生产井斜上方时，6 m距离之内将严重影响SAGD 开采。
（4）通过产油曲线展现的典型特征，可以反推出诸如泥页岩夹层长度以及垂向位置等夹层展布情况，掌握目标层系的地质体系结构，对指导下一步双水平井SAGD 部署，对规避地质风险，实现 SAGD 高效开发具有重要指导意义。
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