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。

稠油油藏溶剂辅助蒸汽重力泄油启动物理实验和数值模拟研究

蒸汽辅助重力泄油启动阶段注采井间的有效连通对生产阶段影响较大。现场实践表明,常规蒸汽循环预热时间长,蒸汽消耗量大,热损失严重。为此,设计填砂管注溶剂评价实验装置,通过在不同流速下注入二甲苯溶剂,并对填砂管进行浸泡,评价二甲苯的降粘效果。实验结果表明:随着二甲苯含量的增加,原油粘度显著下降,流动性增强,且无沥青质沉淀产生,当溶剂注入量达到一定值后,降粘效果减弱;油相渗透率随着溶剂注入速度的提高而增大,但增幅逐渐减小;通过带压溶剂浸泡,溶剂向四周扩散,使溶剂的波及面积和降粘范围扩大,油相渗透率增大。新疆A油田某区块的应用结果表明,经溶剂浸泡的井组需要的循环预热时间显著降低,相对缩短60 d左右,节省蒸汽注入量约为4000m^3,转入蒸汽辅助重力泄油生产时,注采井间的连通程度约为85%,取得了较好的连通效果。数值模拟和现场试验结果均表明,蒸汽辅助重力泄油启动阶段注溶剂可缩短蒸汽循环预热时间,减少蒸汽注入量,使注采井间预热均匀,从而提高预热效率和经济效益。

溶剂辅助蒸汽重力泄油技术研究综述

溶剂辅助蒸汽重力泄油是将碳氢化合物溶剂和蒸汽混合共同注入油藏以改善注蒸汽生产开发效果的技术。对国内外溶剂辅助蒸汽泄油技术的最近研究成果进行了调研,阐述了该技术的内涵,描述了其研究现状,评价了技术的优势和局限性,并展望了该技术的发展前景。综合国内研究现状和油田开发实际需求,探讨了国内溶剂辅助蒸汽重力泄油技术的研究方向。

溶剂-蒸汽辅助重力泄油数值模拟研究

通过数值模拟,对比了SAGD和ES-SAGD的开发效果,阐述了溶剂的作用机理,并分析了溶剂类型、溶剂注入量、溶剂注入时机等重要参数对ES-SAGD生产的影响。结果表明:注入烃类溶剂,能够将溶剂溶解降黏作用与蒸汽加热降黏作用相结合,加快蒸汽腔发育,实现增产和降低能耗;选择饱和蒸汽温度与蒸汽相近的烷烃溶剂与蒸汽混合注入,增产效果更为明显;增大溶剂注入量,提高采收率的同时降低了蒸汽加热降黏作用,溶剂损失量也增大,存在最优的溶剂注入量;蒸汽腔扩散到油层顶部后再注入溶剂更利于溶解稀释稠油,生产后期停注溶剂,能够提高回收溶剂量,提高经济性。

超稠油油藏溶剂辅助蒸汽重力泄油室内实验研究

以国内某超稠油油藏为基础,应用二维物理模拟装置开展了蒸汽辅助重力泄油(SAGD)对比实验,研究了溶剂辅助SAGD技术对SAGD蒸汽腔发育特征、原油产量以及采收率的影响。研究结果表明,溶剂辅助SAGD中,溶剂以液相和气相共同存于油藏中,溶剂浓度越高,气相组分含量越高;溶剂中的气相组分在油藏中可以减少蒸汽在上覆岩层的热损失,提高蒸汽腔垂向扩展均匀性;合理溶剂浓度下,溶剂辅助SAGD可以显著提高峰值产量;低浓度溶剂辅助SAGD的单位原油产量的能耗明显低于纯蒸汽SAGD。实验结果表明,低浓度溶剂辅助SAGD对于开采超稠油油藏具有较大的应用潜力。

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。

超稠油双水平井蒸汽辅助重力泄油不同开采阶段参数优化

以风城油田浅层超稠油油藏双水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)先导试验为例,结合跟踪数值模拟研究,依据蒸汽腔操作压力、采注比和蒸汽腔发育特征,将双水平井蒸汽辅助重力泄油启动阶段和生产阶段细分为均匀等压循环、均衡增压循环、转SAGD生产初期、高压生产、稳定生产和衰竭生产等6个阶段,并提出各阶段的转换条件。根据风城油田双水平井蒸汽辅助重力泄油生产实践,对各阶段关键参数进行了优化,可作为同类油藏双水平井蒸汽辅助重力泄油生产方式的技术参考。

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。

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。

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。

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。

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%.

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。

蒸汽辅助重力泄油蒸汽腔发育特征研究

直井与水平井组合蒸汽辅助重力泄油方式(SAGD)的蒸汽腔发育过程和特征对井网布置、注采参数选取以及开发动态调整起着至关重要的作用。根据辽河油田杜84块馆陶油层地质条件及SAGD先导试验情况,通过相关的相似准则,设计了蒸汽吞吐后转SAGD全过程实验方案,并对模型参数进行了比例模化。在多功能高温高压三维比例物理模拟系统和二维可视化比例模型上,开展了直井与水平井组合SAGD方式模拟实验。通过实时记录和处理实验过程中各测点的温度和压力数据,得到了实验过程中温度场、压力场的三维、二维变化规律。在此基础上,结合现场实际情况,分析了该方式的开采机理,研究了蒸汽腔的发育过程和各开采阶段特征,为现场实施奠定了理论基础。

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。

超稠油油藏溶剂辅助重力泄油机理物理模拟实验

针对国内超稠油双水平井蒸汽辅助重力泄油(SAGD)油区原油高温黏度大、蒸汽腔扩展慢、产油量水平低、油汽比偏低等问题,在溶剂加速降黏特征实验基础上,建立溶剂辅助SAGD(ES-SAGD)泄油理论模型,开展ES-SAGD大型二维比例物理模拟实验,分析纯蒸汽、两种辅助溶剂配方的重力泄油开发效果。研究表明,轻烃溶剂对原油具有较好的降黏效果,50℃条件下原油中添加5%正己烷,降黏率可达96.5%;蒸汽中添加轻烃溶剂(实验中加量为10%)后,可发挥“溶剂溶油降黏+蒸汽高温降黏”的双重作用,加快蒸汽腔横向扩展速率和泄油速率,提高采出程度;蒸汽-溶剂体系中添加1%二甲苯,可以充分发挥其对沥青的溶解作用,减少沥青沉淀,有效降低渗流阻力,进一步提高采出程度;重复利用溶剂,采用ES-SAGD方式开发,可实现利用少量溶剂替代蒸汽,虽目前成本略有偏高,但其具有提高泄油速度、缩短生产周期、提高采出程度等优势,应用潜力巨大;引入轻烃溶剂溶油降黏特征,对SAGD进行修正后建立的ES-SAGD泄油理论模型,经实验数据拟合证实是可靠的,可用于ES-SAGD生产动态预测。

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。

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。