超稠油蒸汽辅助重力泄油间歇式注汽节能减排模式

(目的意义)超稠油蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发需要消耗大量蒸汽和产生二氧化碳,亟需结合绿电制蒸汽实现清洁替代,从源头降低蒸汽用量和减少碳排放。然而绿电由于受外界天气影响较大,一般具有间歇式输出特点。(方法过程)为了研究间歇式注汽对SAGD生产带来的影响,建立了SAGD开发油藏数值机理模型,开展了间歇式注汽操作过程模拟,分析了间歇式停注汽的操作条件下SAGD蒸汽腔温度和相态变化特征。(结果现象)通过30个井组的现场试验对间歇式注汽操作模式进行验证,提出间歇式注汽操作的最佳时机和停注汽时间界限。(结论建议)研究结果表明,采出程度大于30%时开展间歇式注汽操作,SAGD井组不仅产油稳定且有一定增产效应,但停汽时间建议不超过30 d。现场试验结果表明,选取含水率高于80%的井组开展间歇注汽可取得最佳效果,实现产油水平稳定甚至小幅增加。

蒸汽辅助重力泄油技术在超稠油开发中的应用

对国外超稠油开发方式进行调研,利用数值模拟技术对辽河油区超稠油油藏进行了蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发可行性及油藏工程研究,确定了在杜84块馆陶组开展4个井组的直井与水平井组合SAGD试验。通过2a的现场应用,馆陶油层SAGD试验获得成功,目前处在蒸汽腔扩展阶段,井组日产油较蒸汽吞吐阶段上升了72t,预测SAGD开发可提高采收率27%。SAGD技术已成为超稠油油藏蒸汽吞吐后期的重要开发方式,可为类似油藏的开发提供依据。

蒸汽辅助重力泄油改善汽腔发育均匀性物理模拟

针对双水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)蒸汽腔沿水平井长方向欠均匀发育的问题,以国内某油田SAGD先导试验区为原型,设计了一套高温高压双水平井双管柱SAGD三维比例物理模型,对影响SAGD过程的重要油藏参数和操作参数进行了相似比例模化,利用高温高压物理模型进行了3组SAGD蒸汽腔发育实验。实验1:模拟现场趾端处汽腔发育迟缓,汽腔沿井长欠均匀发育的现象;实验2:在实验1的基础上采取注汽井长短管协同注汽-生产井长短管协同采油的调控策略;实验3:在实验1的基础上采取U型井SAGD调控策略。实验结果表明:两种调控策略均能使趾端附近发育缓慢的汽腔恢复发育,对于改善汽腔沿井长方向发育均匀性均有较好效果,调控后产油速率明显提高。

蒸汽与天然气驱(SAGP)开采特征——与蒸汽辅助重力泄油(SAGD)对比分析

利用数值模拟方法及Surfer制图软件制作了蒸汽辅助重力泄油(SAGD)和蒸汽与天然气驱(SAGP)两种开采方式在采油过程中不同重力泄油阶段(泄油初期、泄油高峰期、泄油末期)的温度场、剩余油饱和度场的场图,更直观、可靠地对比研究了SAGD与SAGP的蒸汽腔形成及扩展过程以及不同泄油阶段蒸汽腔形状及渗流特征,并对两种开采方式的开采效果进行了比较。研究结果表明:在SAGP开采过程中,蒸汽腔的横向扩展比SAGD快,垂向扩展较SAGD慢;在SAGD的注入蒸汽中添加非凝析气体能减少蒸汽注入量,增大热效率,提高油汽比,改善蒸汽辅助重力泄油的开发效果;实例研究表明,SAGP可减缓日产油的降幅,延长顶水超稠油油藏的开发时间,改善其开发效果。

页岩夹层及压裂裂缝对蒸汽辅助重力泄油蒸汽腔扩展的影响

为了研究储层非均质特征对SAGD蒸汽腔扩展的影响,通过顺序指示模拟方法(SISIM)建立了不同页岩夹层分布模式,基于油藏数值模拟定义了"上部蒸汽腔分数"、"下部蒸汽腔分数"、"总蒸汽腔分数"的概念,研究了不同页岩夹层分布模式和压裂裂缝形式对SAGD蒸汽腔扩展的影响。研究结果表明:随着地层内页岩夹层发育的增多,页岩夹层对蒸汽腔扩展的限制作用增强,并呈现出蒸汽腔垂向扩展减弱而水平方向扩展增强的趋势;不同页岩概率下总蒸汽腔分数与采收率呈现较好的线性函数关系;压裂裂缝能改善SAGD蒸汽腔扩展和开发效果,垂直裂缝通过扩大蒸汽腔垂向发育高度加快了SAGD泄油速度,开发效果好于水平裂缝;移位垂直裂缝可以降低垂直裂缝导致的注采井间蒸汽窜流,蒸汽腔扩展及开发效果都好于垂直裂缝。

储集层非均质性对蒸汽辅助重力泄油开发效果的影响

在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发过程中,生产效果主要取决于蒸汽腔的大小,储集层非均质性对蒸汽腔发育具有重要的影响。以克拉玛依风城油田重32井区和重37井区SAGD试验区典型非均质地质模型为基础,利用数值模拟方法详细研究了储集层渗透率、夹层物性及夹层空间分布对SAGD开发的影响。结果表明,注汽水平井上方的夹层主要影响SAGD生产阶段蒸汽的垂向上升,阻碍了蒸汽腔正常的垂向发育,迫使蒸汽腔沿夹层底部横向扩展,推迟产油峰值时间;注采井井间的夹层导致水平段动用程度低,影响循环预热效果,增加预热时间,导致热流体无法正常采出,生产效果较差。为获得较好的开发效果,SAGD水平井组应部署在水平段渗透率级差小于3.0的位置,以避开渗透率小于100 mD的夹层,确保不连续夹层距离注汽水平井上方3 m以上,注采井间夹层以及注汽井上方夹层的夹层闭合度分别小于40%和50%.

超稠油油藏蒸汽辅助重力泄油后期注空气开采技术

利用室内实验方法研究注空气低温氧化对超稠油黏度、组分的影响程度以及低温氧化前后驱油效率的变化特点,以此为基础,利用数值模拟方法探讨蒸汽辅助重力泄油(SAGD)后期注空气开发的可行性、实施方式与实施效果。实验研究表明,对于辽河油田杜84块兴Ⅵ组直井水平井组合SAGD试验区,汽腔温度150～250℃,注空气发生低温氧化,低温氧化后原油黏度大幅升高,驱油效率急剧下降。模拟了SAGD后期3种开发方式,即蒸汽+空气低温氧化、单纯空气低温氧化和单纯空气高温燃烧,通过对比生产动态曲线、剩余油分布等发现,在SAGD后期采用注空气高温燃烧方法能够有效避免蒸汽热损失,最大程度采出剩余油,延长油藏开发时间。

蒸汽辅助重力泄油对油藏及流体适应性研究

利用数值模拟方法对双水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)对油藏及流体的适应性及范围进行了研究,给出了 SAGD对原油粘度、油层水平渗透率、垂向与水平渗透率比值、油层埋藏深度的适应性界限,制作了累积油汽比及平均日产油量随上述因素变化的关系图版,并得出上述影响因素的定量关系式,进而得到三维关系曲面。利用这些图版和关系式可以对类似油藏SAGD的开发效果及适应性进行分析预测,为同类油藏开展SAGD技术应用提供决策依据。

夹层对加拿大麦凯河油砂区块双水平井蒸汽辅助重力泄油开发的影响

为了揭示非渗透夹层条带对双水平井蒸汽辅助重力泄油开发效果的影响,开展蒸汽辅助重力泄油室内物理模拟实验。针对双水平井蒸汽辅助重力泄油开发的特点,提出基于Subcool值的边界条件相似准则数,为室内物理模拟实验的开展提供调控依据。以加拿大麦凯河油砂区块为原型,设计并建立二维双水平井蒸汽辅助重力泄油室内物理模拟装置,开展4组室内物理模拟实验,其中1组为均质模型,其他3组为存在夹层的非均质模型。结果表明,均质模型蒸汽腔的发育过程可划分为3个阶段,分别对应着产量增加阶段、产量稳定阶段和产量下降阶段。对于非均质模型,夹层的存在及其分布模式对蒸汽腔发育和生产指标具有重要影响;夹层距离注采井越近,蒸汽腔发育受影响的时间越早,其发育过程变得更加复杂,对生产指标的影响越大;当夹层位于注采井中间时,常规的蒸汽循环预热方式失效,而生产井单井蒸汽辅助重力泄油预热方式可以建立注采井间的连通。

薄层特超稠油油藏氮气与降粘剂联合蒸汽辅助重力泄油物理模拟实验

常规蒸汽辅助重力泄油技术主要适用于油层厚度较大、原油粘度较高的油藏。针对春晖油田哈浅1块油层厚度相对较薄、原油极稠的特点,在常规蒸汽辅助重力泄油的基础上,采用三维物理模拟实验技术,开展通过加入氮气与降粘剂来改善常规蒸汽辅助重力泄油开发效果的实验研究。实验结果表明:采用氮气与降粘剂联合蒸汽辅助重力泄油,能够减缓蒸汽超覆,降低蒸汽腔压力,扩大蒸汽腔有效波及范围,降粘剂在蒸汽的携带作用下,可增大降粘范围和幅度,使得蒸汽腔的发育形态发生质的变化,有效动用油层下部储量;从动态指标来看,氮气与降粘剂联合蒸汽辅助重力泄油比常规蒸汽辅助重力泄油和氮气联合蒸汽辅助重力泄油的累积油汽比分别提高0.036和0.023 mL/mL,采收率分别提高10.9%和6.9%,说明氮气与降粘剂联合蒸汽辅助重力泄油开发效果较好。

油砂蒸汽辅助重力泄油汽液界面智能调控模型优选

为了在油砂蒸汽辅助重力泄油开发过程中,根据不同时刻井筒沿程蒸汽腔发育状况实时调整注采温度差(Subcool),以防止蒸汽突破并提高热量利用效率,开展了汽液界面智能调控模型比例-积分-微分(PID)控制方程的系数优选研究。以蒸汽腔内液池为研究对象、Subcool为调控目标,依据热量守恒和物质平衡原理建立了PID控制方程系数优选数学模型,采用该模型和Ziegler-Nichols(Z-N)整定法优选了适用于加拿大M区块的汽液界面智能调控模型,并通过数值模拟评价了应用效果。研究结果表明:当采用比例、积分和微分系数组合时,进一步缩短了注采温度差达到Subcool目标值的时间,提高收敛速度和健壮性。与常规注汽相比,模型优选方法下智能注汽显著改善了井筒沿程蒸汽腔均匀扩展程度,提高产油量的同时降低了汽油比,模拟结果与Z-N整定法相似,但模型优选法简化了智能调控模型的优选过程,更为方便快捷。

快速均匀启动技术改善蒸汽辅助重力泄油预热效果

预热效果对蒸汽辅助重力泄油（SAGD）开发井组的见产速度和生产效果均有直接影响，研究高效的预热方式对提高SAGD开发效果有重要意义。以现场快速均匀启动试验为例，采用数值模拟方法揭示了快速均匀启动技术的高压扩容机理，并优化了快速均匀启动操作压力。研究结果表明：通过在注采井间形成高孔隙度、高渗透率和高含水带，可以加速蒸汽与岩石之间的热对流，从而实现双水平井井间快速均匀热连通；快速均匀启动存在最佳操作压力，该压力与油藏地应力及岩石变形特征相关。进一步结合现场生产动态数据，分析了快速均匀启动技术的实施效果。分析结果表明，实施快速均匀启动井组的预热天数明显减少，预热阶段节省了蒸汽注入量，转生产后早期生产效果有显著提高，对指导稠油油藏SAGD高效开发具有重要意义。

油砂蒸汽辅助重力泄油法开采技术

针对中国油砂矿藏分布特点和油砂矿开采技术要求,通过对油砂蒸汽辅助重力泄油法(SAGD)开采技术机理及工艺过程的研究,对油砂蒸汽辅助重力泄油技术优点和产能影响因素进行了分析,其中产能影响因素主要包括油砂矿藏自身特点和工艺技术因素。通过理论分析研究,并结合国外工程实践,对影响油砂蒸汽辅助重力泄油开采产能的技术影响因素,主要包括热能利用、井对间距离和布井方式进行了研究,并建立了井对间距离及布井方式的合理模型。通过对中国油砂资源的分布范围和矿藏特点进行调研,对中国油砂的分布及开采利用现状、存在的问题、开采方式方法及前景进行了分析。研究结果表明,油砂蒸汽辅助重力泄油开采技术采收率高,能有效提高油砂产能,对中国深部地层(大于100 m)储量丰富的油砂矿开发具有较强的适应性。

水平井轨迹偏移对蒸汽辅助重力泄油生产的影响

以克拉玛依风城油田重32井区典型储集层物性和流体参数为基础,分析总结双水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)实钻轨迹形态特征,建立表征水平段水平偏移、垂向偏移以及水平与垂向同时偏移不同偏移程度的油藏数值模型,开展SAGD生产动态预测与效果对比。模拟结果表明,井组轨迹水平偏移和垂向偏移均导致峰值产油量、采出程度和累计油汽比下降,其中,垂向偏移对SAGD生产效果的影响较大。水平井轨迹局部垂距减小,易造成水平段局部窜通,钻井过程中应避免水平段"脚跟"及"脚尖"处同时垂距变小。水平段水平与垂向同时偏移时,其生产负面影响远大于水平偏移与垂向偏移简单相加,双向偏移量越大,生产效果越差。

油砂蒸汽辅助重力泄油开发过程中面临的夹层问题

麦凯河油藏岩心资料表明油砂储层含有不等厚度、延伸范围和频率的低物性夹层,其对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)生产动态和蒸汽腔发育特征的影响成为关注的焦点。为此,根据夹层含量和分布位置划分四类SAGD井组;以此为研究对象,开展三维数值模拟研究沿程和垂向剖面蒸汽腔发育特征,并利用二维数值模拟对夹层位置、厚度和宽度等因素进行敏感性分析。研究认为,相比井组上方夹层,井间夹层对SAGD生产动态不利影响更大;延长预热时间并不能改善SAGD开发效果;夹层主要是阻碍了蒸汽上升通道以及冷凝蒸汽和加热原油的泄流通道,导致沿程蒸汽腔发育不均匀。

过热蒸汽辅助重力泄油吞吐预热模拟及方案优化

预热效果是影响蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发技术的重要因素。基于CMG模拟软件开展兴Ⅵ组区块吞吐预热技术研究。结果表明:在历史生产拟合符合率达到97.2%的基础上,吞吐预热生产2个周期,水平井和周围直井之间已基本形成有效的热连通,温度场在80~100℃,地层压力降到约3.5 MPa,达到转SAGD的较佳时机;注过热蒸汽的直井和水平井间平均温度较注湿蒸汽高,累积采油量也多,即预热效果较好,其中注汽强度400 m 3/d、过热度22.62℃、注汽压力10.895 MPa的过热蒸汽预热效果最好;转入SAGD生产阶段的前期,无论单井还是全区,随着蒸汽品质升高,累积采油量增加。

水平裂缝蒸汽辅助重力泄油物理模拟试验研究

通过自行研制的三维高压模型本体 ,利用原有蒸汽驱三维物理模拟试验系统 ,进行了超稠油油藏的水平裂缝蒸汽辅助重力泄油 (FSAGD)室内物理模拟试验。试验表明 ,FSAGD具有和水平井蒸汽重力泄油 (SAGD)相类似的渗流及传热机理。与常规蒸汽驱和SAGD相比 ,FSAGD可以明显提高蒸汽波及系数和最终采收率。根据试验结果可将FSAGD过程分为 3个阶段 :预热阶段、稳定泄油阶段和降压开采阶段。为实现稳定泄油 ,应保证一定的注汽速度和较高的注汽干度。对射孔、蒸汽附加氮气、储层纵向非均质性等因素对FSAGD开采效果的影响进行了模拟试验。结果表明 ,生产井适当补孔和蒸汽附加氮气均有助于提高采油速度和累积油汽比 ,但不能提高原油最终采收率 ;

蒸汽辅助重力泄油循环预热启动标志研究

针对循环预热方式启动蒸汽辅助重力泄油标志认识不明确、主要影响因素分析不清等问题,通过井筒数值模拟等方法,研究井下温度、压力分布规律,得出温度法和压力法可准确判断循环预热启动标志。研究表明:注汽速度、井深、注汽稳定性是影响水平段见汽的主要因素,水平段见汽时间与注汽速度呈负相关,与井深呈正相关,循环预热井组水平段见汽时间在1周左右,研究成果为科学地确定注汽参数提供依据。

蒸汽辅助重力泄油中注过热蒸汽技术研究

为了分析和评价稠油开采注过热蒸汽工艺的效果及技术条件,根据热量传热原理和流体流动理论,建立了过热蒸汽流动与传热数学模型,计算了过热蒸汽沿程的温度分布和压力分布,对比了不同流量的注汽效果。结果表明,随着地面注汽管线和井深的增加,过热蒸汽的过热度和压力明显下降。随着过热蒸汽流量的增大,沿程摩阻系数增大,出口压力降低,过热度减小,出口比焓升高,井底压力明显小于湿蒸汽压力。注过热蒸汽适于压力低、埋藏浅的油藏开发,不适于较厚的块状油层。

复合型井组蒸汽辅助重力泄油开发三维势分布规律

采用单水平生产井与多直井复合型井组蒸汽辅助重力泄油开发的稠油渗流规律与传统井型开发的渗流规律不同,水平生产井使原来直井间的注采关系由平行层面转换为立体区域。立体开发三维渗流数学模型的研究以势原理为基础,将水平生产井渗流过程视为三维线汇,建立以水平生产井水平射孔段两端为焦点的椭球形等势面方程;将直井视为多个纵向叠加的平面点源,建立以直井为中心线的圆柱形等势面方程;利用势叠加原理将二者耦合,推导得到复合型井组驱替过程中的渗流压力场和压力梯度场的数学模型。分析了立体开发的动用范围和重力发生泄流时的作用界限,揭示了重力对蒸汽辅助重力泄油开发效果的影响以及重力对油层内压力场和压力梯度场的作用效果,明确了重力会增大压力梯度场在油层内的作用范围和数值大小,特别是在远井地带或由源汇产生的压力梯度较小的地方,重力与驱替压力耦合后的压力梯度促使油层中被加热的流体向水平生产井发生泄流。