超稠油蒸汽辅助重力泄油动态调控技术研究

蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）作为超稠油开发的接替技术,2005年开始在曙一区杜84块馆陶油藏进行先导试验,试验区采用直井与水平井组合方式。在试验实施过程中,先后遇到了汽液界面不合理、水平段动用状况不均匀、水平井汽窜、汽腔压力高等问题,在借鉴国外成功经验基础上,辽河油田研究出了适合自身特点的一整套油藏动态调控方法．包括阻汽控制技术、水平段均匀动用技术、水平井防窜技术和蒸汽腔压力稳定技术。其中,阻汽控制技术可合理控制采油井产液速度,避免发生汽窜现象;水平段均匀动用技术可提高水平井动用程度;注汽井射孔时,射孔井段底部距水平井3～5m．可有效阻止形成汽窜;蒸汽腔压力保持在3～4MPa时,SAGD开发效果较好。2007年8月,馆陶油藏通过每天减少注汽量300t,15d后,蒸汽腔压力由4．2MPa降至3．9MPa,日产液量保持不变,含水下降1．5个百分点。先导试验表明,注汽井及注汽井段适宜是SAGD操作的基础,水平段均匀动用是SAGD操作的保障,阻汽控制是SAGD操作的核心,蒸汽腔压力稳定是SAGD操作的关键。     

双水平井组合SAGD物理模拟研究

辽河油田在杜84块开展直井-水平井组合蒸汽辅助重力泄油(SAGD)先导试验取得成功。SAGD技术正在由巨厚层向中厚层、薄层油藏,双水平井组合推广。以曙一区杜84块兴Ⅵ组先导试验区油藏和流体参数为基础,采用高温高压三维比例物理模拟系统模型来描述超稠油油藏蒸汽吞吐后转蒸汽辅助重力泄油的开发过程,并对双水平井组合SAGD实验过程中蒸汽腔变化进行监测分析,根据蒸汽腔发育特征将蒸汽腔的形成和发育过程分为汽腔上升、汽腔扩展和汽腔下降3个阶段,同时结合温场发育状况及产油量、含水率等生产实验数据,将双水平井组合SAGD生产阶段划分为吞吐预热阶段、汽腔上升阶段、汽腔扩展阶段和汽腔下降阶段。物理模拟双水平井组合SAGD实验表明,最终注入倍数为3.0时,阶段采出程度可以达到60.23%,物理模型平均剩余油饱和度为17.54%。     

杜84块馆陶组超稠油油藏SAGD高产井培育关键技术

曙一区杜84块馆陶油藏自2005年转入SAGD开发,仍存在制约因素:受油藏中的低物性段影响,蒸汽腔纵向扩展受到制约,需增加上部油层动用厚度,提高井组泄油能力,为高产井、百吨井提供物质基础;随着蒸汽腔的扩展,注汽量增加,油汽比逐渐降低;同时,受地层非均质性影响,蒸汽腔在平面上波及不均,热利用率低。SAGD开发机理研究认为,高产井产量主要取决于泄油井点数及蒸汽腔高度,要达到培育高产井乃至百吨井,单个泄油井点贡献值必须达到30~40t/d。可通过科学生产调控,提高井组的泄油能力,针对平面上稳定的泄油井点,通过连续注汽,不断强化注采连通;井间汽窜井点,通过轮换注汽,逐步培养蒸汽腔发育;边部潜力区域,增加新的注汽井点,促进蒸汽腔扩展速度。针对隔夹层制约蒸汽腔纵向扩展问题,对隔夹层进行射孔改造,有效解决低物性段对蒸汽腔的抑制作用,实现蒸汽腔纵向扩展;开展注氮气辅助SAGD开发研究,促进蒸汽腔横向扩展,提高热利用率和油汽比。     

直井-水平井组合SAGD物理模拟研究

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术是一种开发超稠油的经济有效方式,国内油藏在直井吞吐后普遍采用直井-水平井组合SAGD开发。以曙一区杜84块兴VI组油层油藏地质参数、流体性质为基础,采用高温、高压三维比例物理模拟系统模型来描述超稠油油藏蒸汽吞吐后转蒸汽辅助重力泄油的开发过程,并对实验过程中蒸汽腔变化进行监测分析,根据蒸汽腔发育特征将蒸汽腔的形成和发育过程分为汽腔形成、汽腔扩展和汽腔下降等3个阶段,同时结合温场发育状况及产油量、含水率等实验数据,可以将直井-水平井组合SAGD生产阶段划分为吞吐预热阶段、汽腔形成(SAGD驱替阶段)阶段、汽腔扩展阶段和汽腔下降阶段。物理模拟直井-水平井平组合SAGD实验表明,最终注入倍数为2.8时,阶段采出程度可以达到58.5%,物理模型平均剩余油饱和度为19.40%。     

三元复合吞吐和水平井组合式注汽技术在超稠油开采中的应用

介绍了三元复合吞吐技术的增油机理,并通过试验确定了CO2注入量和表面活性剂注入量工艺参数,分别为蒸汽注入量的2%和0.12%(表面活性剂浓度为0.5%)。2003～2007年,辽河油田特种油开发公司利用该技术改善超稠油开采,累计增油111997.4t。同时,利用水平井组合式注汽技术对4个井组进行了整体注汽。目前,兴H304-309组已见到增油效果,井组增油7979t,油汽比提高0.14。     

后SAGD阶段开发技术探索与实践

杜84块兴Ⅵ组SAGD先导试验区经过8年开发,水平生产井水平段上覆储量采出程度已达70%,进入SAGD开发后期,存在问题较多,主要表现为蒸汽腔压力高、蒸汽用量大,蒸汽腔热损失大、热能利用率低,蒸汽腔进入下降阶段、泄油效率低,且油汽比降至0.15,继续采用SAGD开发已不经济。为改善兴Ⅵ组SAGD先导试验区效果,探索利用SAGP(Steam And Gas Push)方式,向蒸汽腔注入氮气,利用氮气填充蒸汽腔,从而减少蒸汽注入量、降低热损失、提高泄油效率,改善油汽比。根据兴Ⅵ组SAGD先导试验区实际情况,对蒸汽及氮气注入量等参数设计优化,最大限度减少蒸汽用量,提高油汽比,方案设计油汽比由0.15提高至0.30。经过半年的现场实施,试验区各项开发指标明显改善,油汽比达到0.33;监测资料显示汽腔顶部形成低温氮气层,有效降低了热损失;措施实施后已累计创效1402万元。SAGP的成功实施为后SAGD阶段探索出可行的接替技术。     

辽河油田稠油污水MVC处理技术研究与试验

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)工艺已成为辽河油田超稠油开发的一项重要技术。SAGD注汽采用直流锅炉组合汽水分离器技术,得到95%以上高干度蒸汽,同时分离出25%的高温分离水,造成热量浪费。为进一步改善SAGD开发效果,提高经济效益,辽河油田SAGD开发决定采用过热蒸汽注入技术,提高蒸汽有效利用率。经国内外技术调研,结合超稠油开发实际情况,确定了汽包锅炉产生过热蒸汽的技术思路。汽包锅炉对水质要求较高,普通的污水处理水质达不到汽包锅炉进水标准,通过对比国内外去离子水制备技术,并结合超稠油采出水性质,采用机械压缩蒸馏(MVC)技术处理超稠油污水,提高污水水质,解决超稠油污水回用汽包锅炉的瓶颈问题。MVC工艺主要分为预处理单元、升温单元和压缩蒸发单元。该技术的试验成功将为辽河油田规模实施SAGD提供强有力的技术支撑。     

辽河油田多介质组合重力泄油(SAGP)技术研究

辽河油田杜84块馆陶油层为一巨厚块状边顶底水超稠油油藏,在进入蒸汽吞吐开发的中后期,自2005年开始陆续开展了蒸汽辅助重力泄油(SAGD)先导试验,取得了较好开发效果.但随着试验规模的不断扩大和深入,在SAGD中后期采取何种措施,来控制蒸汽腔纵向上扩展,抑制顶水下泄,进一步提高开发效果已迫在眉睫.多介质组合重力泄油(SAGP)是由SAGD演变而来的工艺,在注入蒸汽中加入少量的非凝析气体,以便调整蒸汽腔的扩展方向,降低蒸汽上升速度,从而抑制顶水下泄,有效延长SAGD生产时间.通过对SAGP生产机理的分析,结合杜84块超稠油地质研究和蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发效果评价,优选适合杜84块SAGP添加的非凝析气体的种类,研究设计并优化SAGP的有关注采工艺参数,给出了SAGP技术在试验区应用的开发指标预测结果.研究表明,SAGP是提高杜84块蒸汽辅助重力泄油开发效果行之有效的手段.     

蒸汽腔立体监测技术在SAGD开发中的应用

在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发中,有效监测蒸汽腔的发育形态,对生产动态调控、剩余油挖潜、延长SAGD开发生命周期及开发效果评价具有重要意义。辽河油田经过十余年的SAGD开发实践,不断摸索研究,利用超稠油油藏SAGD开发前后温度场、微重力场及地震速度场等方面参数的变化,建立了以观察井温度监测、时移微重力及四维地震等开发地球物理技术为主体的SAGD蒸汽腔立体监测技术,实现了SAGD蒸汽腔由单一技术向多技术监测、由单点向点-面-体立体监测、由定性静态描述向定量动态预测的转变。该立体监测技术可以较好地判断蒸汽腔扩展形态,计算蒸汽腔扩展速度及高度,辅助判断SAGD开发阶段,准确判断沉积微相、隔夹层及注采关系等因素对蒸汽腔扩展规律的控制。该立体监测技术在SAGD生产动态调控及开发调整方面也取得了较好的应用效果。     

双水平井SAGD循环预热工艺研究与应用

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术是开发超稠油的一项前沿技术,具有驱油效率高、采收率高的特点。该技术应用分为启动阶段和生产阶段。SAGD启动阶段应用的技术主要有蒸汽吞吐预热启动和循环预热启动。相对于蒸汽吞吐预热启动,注蒸汽循环预热启动加热均匀,启动平稳,有利于蒸汽腔的均匀扩散,蒸汽腔发育体积大,转入SAGD生产以后,生产效果好,采收率高。但配套循环预热管柱结构复杂、预热参数优化困难、循环预热机理仍需进一步研究,尤其在工艺配套上,尚无满足循环预热试验要求的同注同采工艺技术,且国内尚无成功实施循环预热的先例可资借鉴。对循环预热工艺机理、注采参数设计、管柱结构进行研究,完成了为循环预热工艺配套的井下双管柱结构、无接箍长冲程抽油泵、注采一体双管井口等多项关键技术设备,现场应用表明,完全满足循环预热工艺要求。同时,得到合理的循环预热注汽量、注汽速度、注汽压力、采注比等预热参数,为下步SAGD试验的规模实施奠定了基础。     

二氧化碳辅助蒸汽吞吐技术矿场试验

以曙一区杜84块兴隆台油层为例,经过18年的蒸汽吞吐开发,区块进入蒸汽吞吐开发末期,生产效果逐渐变差。其原因主要有地层压力低,压力由8MPa下降至3.0~3.5MPa;油藏动用不均,水平井水平段动用程度仅为58%;蒸汽热效率低,注入蒸汽中的40%为无效注汽量。针对超稠油油藏蒸汽吞吐开发中后期油藏"低压"导致吞吐效果变差的问题,提出了二氧化碳辅助蒸汽吞吐技术,通过向油藏内注入二氧化碳补充地层压力,提高水平段动用程度,提高原油流动能力,并利用理论计算、数值模拟等方法 ,对气体注入量、注入介质、井网选择等进行研究。该技术于2014年进行了先导试验,而后进入规模实施阶段,累计实施34井次,注汽压力由5.0MPa上升至6.2MPa,排水期由57天下降至16天,阶段产油由736t上升至1157t,油汽比由0.12上升至0.22。     

电加热辅助SAGD数值模拟研究及现场应用

电加热在辅助稠油降黏开采中已得到广泛应用,但前人主要对电加热SAGD预热数学模型进行了研究,电加热辅助SAGD生产研究相对较少,因此需明确电加热辅助SAGD的相关参数。利用CMG灵活井模块,以风城油田A井组为基础,建立表征电加热-注蒸汽数值模拟模型。实现水平段筛管、长油管、短油管以及加热电缆的复杂管柱结构模拟。对电加热的功率、操作方法等参数进行了优化。模拟结果显示:电加热最佳功率为1.5kW/m,采用脉冲式电加热方法,即加热电缆周期性加热,生产井注入蒸汽循环进行驱液洗油,交替加热9轮以上,可以保证生产效果同时避免原油结焦风险。A井组现场实践结果表明,采用电加热后,水平段动用程度由43%大幅提高至100%,日产油量提高3.2t,油汽比提高0.229,生产效果得到明显改善。因此电加热辅助SAGD具有巨大的应用潜力,对提高SAGD产量水平和采收率具有重要意义。     

SAGD系统输送过热蒸汽热力适应性分析

根据SAGD原理,注入蒸汽干度的高低直接影响开发效果和经济效益,因此将过热蒸汽应用于SAGD开发会带来显著经济效益。与高干度湿蒸汽相比,过热蒸汽携带热焓多、温度高,对地面管线、井筒管柱热应力、蒸汽腔发育等方面产生的影响也不同。通过输汽管线应力分析和保温设计校核,发现现有的地面注汽管线输送过热蒸汽后,虽然管线热损失增大了,但仍在国标许可范围内,因此无需更换保温层厚度。由于注过热蒸汽流动阻力大,部分工况下需更换管线,增大管径。开展过热蒸汽井筒流动传热规律研究及注入参数优化设计,建立井筒内过热蒸汽流动传热模型并模拟,得到井筒压力、温度、热损失分布规律,并对确保井底过热工况下井口所需的过热蒸汽过热度、压力等参数进行了优化计算,给出18组优化注汽参数组合,用以指导SAGD高效注汽生产。     

已开发低渗油藏CO_2与N_2驱实验研究

为深化研究已开发低渗油藏注气提高采收率机理,优化注气方式,通过采用长岩心物理模拟实验,考察油藏在目前地层压力条件下连续注CO_2驱、连续注N2驱、CO_2前段塞+N_2后续驱等不同注入方式下的气驱驱油效果。研究表明,N_2助推CO_2方式可有效提高原油采收率,实验产出关系曲线呈现"S"形态,分为3个阶段,采出程度的大幅增加主要发生在注气开发开采的第一阶段,对于衰竭开采后的注气实验,连续注CO_2驱、0.41HCPVCO_2前段塞+N_2后段塞的总采收率几乎相当,都超过了80%,因此采用N_2助推,如果CO_2段塞体积选择适当,其效果完全不逊于连续CO_2驱,而且降低了CO_2使用量,另N_2制备和运输整个流程中风险都较小,即使出现气体泄漏,也不会对环境造成太大伤害和影响,经济效益大幅提高。该研究成果将为低成本高效动用已开发低渗油藏提供技术支撑。     

氮气泡沫抑制双水平井SAGD井间窜流可视化研究

双水平井SAGD是开发稠油油藏一种有效前沿的技术手段。双水平井SAGD开发稠油油藏时,注采井间局部易发生窜流,导致油井生产汽窜,含水率上升。对此利用二维物理可视化机理模型,以辽河油田曙一区杜84块馆陶油层地面脱气原油为实验原油,研究当水平井注汽开发过程中井间窜流后,注入的氮气泡沫运移、聚集、封堵机理。实验结果表明,由于油水黏度差异及储层非均质性,注采井间易发生窜流,注入蒸汽沿注采井间向前推进,产生明显的主流通道,不利于双水平井SAGD注采井间建立稳定连通关系和剩余油有效动用;注入的氮气泡沫首先进入主流通道并占据大孔道,在喉道的剪切作用下形成大量气泡,泡沫沿窜流通道运移并聚集,起到封堵作用,有利于抑制井间蒸汽或热水的窜通,使得后续注入流体改变流动方向,实现双水平井井间剩余油均匀动用。     

蒸压釜余汽及高温冷凝水循环利用系统节能分析

将蒸汽喷射技术与建材制品生产技术相结合,建立管桩、加气混凝土、灰砂砖等新型建材制品生产的蒸压釜余汽循环利用和高温冷凝水循环利用系统。在蒸压釜降压时在供汽主管上加装引射装置,带动余汽导入分气缸内再利用,同时将高温凝结水通过热交换系统对锅炉软水进行预热,回收利用热能,从而提高锅炉效率,实现能量的循环利用。经过分析计算,在全国推广使用本系统每年可减排CO_211.8×106t,NO_x7.3×10~4t,SO27.7×10~4t,烟尘4.5×10~4t,年经济效益约为70×10~3万元。     

SAGD开发伴生气影响数值模拟分析

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)是一种能够大幅提高超稠油采收率的开发技术,蒸汽在蒸汽腔内加热原油过程中因水热裂解反应会产生各种气体,如甲烷、二氧化碳和硫化氢。运用CMG公司的STARSII数值模拟软件来模拟SAGD操作中气体的变化过程,描述SAGD开发过程中伴生气对数值模拟结果的影响,得到描述SAGD开发中伴生气产生主要过程的模拟结果。针对油藏实际建立理论模型进行数值模拟,模拟的主要气体组分包括硫化氢、二氧化碳和甲烷,通过模拟气体产量随时间的变化,确定伴生气的存在增加了油-气-水过渡带的范围,导致蒸汽加热原油的效率降低,产油速度小于脱气原油模型;脱气原油模型运行时间约40min,含气原油模型运行时间约1h,两者相差不大。模拟过程加入伴生气使模拟产量更接近实际结果 ,因此建议在进行SAGD开发数值模拟时要充分考虑伴生气的产出。     

SAGD油井产出液热能利用工艺技术研究

直井(水平井)与水平井组合重力泄油(SAGD)开发方式,其原理是:蒸汽经过直井被注入油层,并在油层中形成连续的蒸汽腔,蒸汽冷凝放出热量,地下原油经加热后,与冷凝水一同依靠重力作用流入水平井被大排量采出,采收率可达50%。该工艺目前处于工业化应用阶段。在SAGD开发方式下,油井产出液携带大量的可利用热能,其热能能否有效利用,直接制约着SAGD技术的工业化应用。为此,开展油井产出液热能利用工艺技术研究,将油井产出液携带的可利用热能,用于该区块注汽锅炉使用的软化水升温,其工艺流程为:产出液从井口进入计量接转站脱气,脱气后进入集中换热站换热,温度从155℃降到90℃后,进入联合站脱水;软化水从软化水站进入集中换热站,换热升温后(温度从20℃提到64℃,进注汽站温度为57.6℃),为该区块注汽锅炉供水。产出液热能利用工艺技术实施后,每年可节约燃料油14814t,使超稠油区块采收率从21.6%提高到50%。     

SAGD高产水平井动态调控研究

曙一区超稠油1997年投入开发,经历了直井蒸汽吞吐开发、水平井加密开发和开发方式转换三个主要阶段。2005年馆陶油藏开始实施SAGD先导试验,通过开发方式转换来提高油藏采收率,经过多年的科学动态调控,馆陶试验区取得了突破性的阶段效果,为SAGD工业化推广奠定了重要基础。但是馆陶油层动用区域主要集中在中部,油藏边部动用程度相对较低。为了改善现状,通过对馆陶油藏的精细描述,在油藏边部部署了扩边井组D-GH62井组,该井采用了最先进的钻完井技术,预测井组高峰期日产量达到200t。2015年井组转入SAGD开发后,日产油量未达预期,为改善井组效果,通过在水平段中部新增两个注汽井点,完善井网,加强注汽,快速建立热连通;对上返馆陶且未动用过馆陶油层的井实施轮换注汽,降低配注量,并对水平生产井控液生产,防止汽窜;在低物性段上下方同时射孔,突破低物性段遮挡,有效促进蒸汽腔的形成与扩展,该井日产油提高了100t。     

稠油油藏注空气改善开发效果研究与试验

杜80块油藏属超稠油油藏,含油面积为1.68km2,石油地质储量为1012×104t,采用注蒸汽吞吐开发,累积产油89.69×104t,累积注汽254.7×104t,累积油汽比0.38,阶段采出程度7.4%,采油速度0.62。伴随着多轮次蒸汽吞吐开发,油层低压力、低油气比矛盾越来越突出,周期递减逐渐加大,效果越来越差,汽窜呈逐渐加剧趋势,严重影响区块油井产量。提出应用注空气辅助蒸汽吞吐技术改善开发效果。对于稠油油藏,注空气驱油机理主要是燃烧产生的热和蒸汽,使原油降黏。与热力采油和化学采油技术相比,注空气技术在操作成本、采收率、经济效益等方面具有明显优势。理论研究及现场先导试验显示,注空气辅助蒸汽吞吐技术适合于井间气窜不严重、油层温度高(100℃)、油层动用不均衡、地层有倾角、地层压力低、胶质和沥青质含量相对较高的井,可以改善普通稠油、超稠油低产低能问题,恢复地层压力,改善稠油蒸汽吞吐效果。同时,通过合理监测及细化生产管理,亦可保证现场操作安全可靠。