超稠油SAGD开发蒸汽腔形成及扩展规律研究

SAGD蒸汽腔的形成及扩展与油藏压力、注入蒸汽干度密切相关，是超稠油油藏SAGD开发成功的关键。应用数值模拟技术及动态监测手段对直井与水平井组合SAGD蒸汽腔的形成及扩展规律进行研究，确定了蒸汽腔形成及扩展规律：蒸汽腔形成于注汽井点，初期腔体较小，横向扩展较快；连续注汽时，蒸汽腔纵向扩展速度逐渐加快并超过横向扩展速度，蒸汽腔下部横向扩展最慢。根据蒸汽腔的形成和扩展规律对蒸汽腔进行系统分析，确定了SAGD泄油通道的2种形式，为辽河油区SAGD试验过程中的动态调整提供了依据，同时也为辽河油区未来SAGD规模实施打下了坚实的理论基础。     

稠油油藏双水平井SAGD蒸汽腔上升阶段产量预测解析模型

蒸汽腔的上升阶段是双水平井蒸汽辅助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage,简称SAGD)开发的关键阶段。蒸汽腔的上升速度、时间以及对应的产量是SAGD上升阶段需要关注的重要指标。解析模型是指导SAGD开发的重要理论方法,有利于实现现场SAGD项目的快速设计、评价及综合调整。然而,目前缺乏简单、准确的针对蒸汽腔上升阶段的产量预测解析模型。本文首先根据质量守恒原理和蒸汽腔发育规律,假设蒸汽腔上升阶段的斜坡角度为与油藏参数和操作参数相关的变量,同时考虑油藏渗透率受各向异性影响,建立了双水平井SAGD上升阶段的产量预测模型。然后,综合利用数值模拟方法和正交试验分析方法,确定了蒸汽腔上升阶段的初始斜坡角度和蒸汽腔有效泄油高度系数与油藏参数和操作参数的关系,修正和完善了蒸汽腔上升阶段的产量预测模型。进一步地,结合现场实际,将新模型预测结果与Butler模型预测结果以及现场实际生产数据进行了对比验证。研究结果表明,初始斜坡角度与蒸汽腔有效泄油高度不是常数,而是与油藏参数、操作参数相关的变量。初始斜坡角度越大,蒸汽腔上升至油层顶部所需的时间越短,蒸汽腔上升阶段的产量越...     

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。     

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。     

双水平井蒸汽辅助重力泄油蒸汽腔扩展速度计算模型及其应用

蒸汽腔发育扩展是蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发成败的重要特征,蒸汽腔扩展速度是评价蒸汽腔发育扩展情况的关键指标。以SAGD技术理论与传热学原理为基础,提出观察井温度法和蒸汽腔边缘法2种计算模型计算蒸汽腔水平扩展速度;根据新疆风城超稠油SAGD典型区块生产监测数据和数值模型计算结果,明确了不同阶段蒸汽腔发育形态和观察井的温度变化规律;利用观察井温度数据进行了蒸汽腔扩展速度分析,并采用不同时间蒸汽腔的扩展速度预测了蒸汽腔边缘泄油带温度分布和SAGD产量。研究表明,观察井测温曲线高温带的温度函数与测深呈线性关系,该特征段可用于计算泄油界面倾斜角、蒸汽腔扩展边缘和蒸汽腔扩展速度等关键参数,经实际生产数据验证,观察井温度法和蒸汽腔边缘法2种模型计算蒸汽腔扩展速度结果可靠,可为SAGD的高效开发提供理论支持。     

高压环境双水平井SAGD三维物理模拟实验

针对原始地层压力较高且难于在短期内降压的特稠油油藏,为了研究双水平井SAGD在高压环境下的开发效果,利用高温、高压三维物理模拟系统进行了SAGD物理模拟实验,并分析了在原始地层压力较高的特稠油油藏中进行SAGD生产的各项特征。研究结果表明:与低压环境下的SAGD生产过程相比,在高压环境下蒸汽腔发育过程虽然也分为3个阶段,但是蒸汽腔体积小,横向扩展范围有限;生产过程中没有出现稳产阶段,产油速率和油汽比在达到最大值以后迅速降低,大量原油在高含水和低油汽比阶段被产出;生产过程中热损失速率先缓慢、后迅速增加,最后保持稳定,与蒸汽腔发育的3个阶段相对应。根据实验研究结果可知,在高压环境下进行SAGD生产难以取得较为理想的开发效果,低压环境下SAGD开发的采收率远高于高压环境下SAGD的采收率。因此,高压环境下实施SAGD不能有效释放蒸汽潜热从而提高稠油油藏采收率,在能降低油藏压力的条件下,应首先利用适当工艺措施降低油藏平均压力,再实施SAGD开发。     

物理模拟直平组合SAGD与双水平SAGD开发对比

SAGD(蒸汽辅助重力泄油)技术是一种开发超稠油经济有效方式,应用SAGD技术能够大幅提高油藏采收率,对油田的长远发展具有十分重要的意义。SAGD开发主要有两种布井方式,直-SAGD与双水平SAGD。实验以杜84块馆陶组油藏参数,流体性质为基础,采用高温高压三维比例物理模型来描述超稠油油藏直井蒸汽吞吐后转蒸汽辅助重力泄油的开发过程,认识直井与水平井SAGD和双水平井SAGD开发过程中蒸汽腔变化,各生产阶段特征和开采机理,预测油藏采收率和开发动态及生产效果。     

非均质超稠油油藏双水平井SAGD布井方式研究

超稠油油藏的储层非均质性对SAGD(蒸汽辅助重力泄油)开发效果影响较大,尤其当储层内发育形态各异的夹层时,将对蒸汽腔的发育起到不同程度的阻挡作用,造成蒸汽腔发育迟缓。以国内某油田Z1区块储层特征为基础,通过数值模拟研究了非均质油藏不发育夹层、夹层位于SAGD井对上方以及夹层位于SAGD井对之间这3种情况下的布井方式,详细论述了储层非均质性对SAGD布井的影响,确定了非均质油藏SAGD布井的渗透率下限、夹层闭合度上限,并通过SAGD开发现场跟踪实例对布井方式进行了验证。     

新疆风城油田SAGD蒸汽腔非标准发育治理技术研究

综合应用SAGD蒸汽腔发育监测技术发现,风城双水平井SAGD试验井蒸汽腔发育呈现非标准化、非均衡性和上升速度缓慢的特征。在掌握了影响SAGD蒸汽腔发育主要因素的基础上,针对风城SAGD特殊汽腔发育存在的问题,开发了一系列蒸汽腔发育改善治理技术,包括注采管柱工艺、生产调控、关键操作参数设计。现场应用结果表明,该技术系列有效改善了蒸汽腔发育程度,油藏动用程度和产油速度得到显著提高,现场应用效果良好。     

边顶水超稠油油藏SAGD蒸汽腔描述及调控对策

受油藏非均质性影响,无隔夹层边顶水的巨厚块状超稠油油藏SAGD蒸汽腔纵向发育不均衡,存在边顶水下泄风险。针对该问题,通过对辽河油田杜84块SAGD蒸汽腔的精细描述,立体刻画了蒸汽腔空间展布特征,并通过数值模拟对SAGD井组停止注汽、降低注汽量、间歇注汽、注非凝析气4种调控方式进行优化对比,论证不同开发方式对蒸汽腔扩展的影响,提出了SAGD蒸汽腔均衡调控对策。结果表明:4种调控方式均可抑制汽腔继续向上扩展,其中,间歇注汽更易于均衡汽腔,节约蒸汽用量,延长开发期,且具有油汽比高,净产油量高的生产特点。该研究对SAGD汽腔描述及控制技术具有技术指导意义。     

基于非稳态热传导的SAGD开发指标预测模型

根据传热学和热采理论,利用程序设计的方法,对考虑边界效应的SAGD（蒸汽辅助重力泄油）非稳态热传导模型和开发关键指标解析解及开发指标的快速预测进行了研究。研究结果表明：(1)现有的非稳态热传导模型对传热外边界的温度假设存在局限性,根据能量守恒原理修正传热外边界条件,建立传热深度与累积传热量的解析关系,可定量计算上覆和下伏地层的热损失;(2)在巴特勒经典SAGD产量模型基础上,推导的蒸汽腔上升及横向扩展阶段和下压阶段的产水量、油汽比和蒸汽热利用率等解析模型,可实现SAGD特定开发阶段或全生命周期开发关键指标的快速预测;(3)通过与实际指标对比,井组生产6.4 a预测油汽比和含水率的符合率均在95%以上,证实了解析模型和程序设计的可靠性;(4)根据准噶尔盆地风城油田重32井区油藏参数,预测分析的不同油层厚度条件下SAGD蒸汽热利用率和关键开发指标表明,蒸汽热利用率大于35%、油汽比大于0.15对应油层厚度应大于12 m。     

高含水层油砂SAGD相似物理模拟实验

SAGD开发油砂过程中，储层内存在的高含水层极大影响了正常的蒸汽腔扩展特征和开发动态。采用三维物理模拟实验，开展了高含水层油砂SAGD的汽腔扩展动态及开发特征研究。首先基于Forchheimer定律约束，提出了相似理论设计中三维模型渗透率的校正方法，进而通过相似模型设计，开展了均质及高含水层油砂SAGD的三维物理模拟实验，对比分析了高含水层油砂SAGD的汽腔扩展模式，表征了高含水层对油砂SAGD生产动态的影响。其次，基于该物理模型参数，建立了实验室尺度的数值模拟模型，通过数值反演，分析了高含水层厚度及含水饱和度的影响。最后，提出了优质储层体积比和汽腔横向扩展比两个评价指标。在此基础上，评价分析了高含水层对SAGD开发的负面效应，建立了高含水层油砂SAGD开发的界限图版。结果显示，高含水层的存在会导致SAGD汽腔前缘的温度突降，汽腔体积缩小。相比均质油砂储层，高含水层油砂SAGD的汽腔发育包括上升期、水体影响期、二次上升期、横向扩展期及衰竭期5个阶段。高含水层厚度和含水饱和度对油砂SAGD的开发动态具有一定负面影响，所建立的SAGD界限图版可用于有效评价高含水层对油砂SAGD开发效果的影响。     

SAGD蒸汽腔扩展阶段电加热机理及操作参数优化

为进一步提高风城油田已进入蒸汽腔扩展阶段的SAGD井组水平段动用程度,利用典型储层参数建立电加热辅助SAGD一体化数值模型,开展井下电加热的渗流特征研究和操作参数优化设计。结果表明:SAGD扩展阶段实施井下电加热,具有定点升温、促进蒸汽腔发育、定点泄油和提高低渗段有效渗透率等4项重要机理;其合理注汽速度为158~171m³/d,蒸汽腔操作压力为4.9~5.4 MPa,注采井间压差为0.4～0.5 MPa,相邻井组井间压差需小于0.5 MPa;合理电加热时间为2.0～3.0 a,电加热器最高表面温度为250 ℃,每米功率为800～1 000 W;典型井组电加热3.0 a后水平段动用程度从67%提高至100%,日产油提高2~4 m³,累计油汽比从0.15提高至0.24,最终采收率达51.3%,提高8.1个百分点。该研究成果对改善SAGD开发效果具有一定指导意义。     

顶水水侵对SAGD开采效率的影响及顶水下窜速率预测

针对辽河油田杜84块馆陶组油层SAGD开发存在顶水下窜风险,通过数值模拟与理论研究相结合的方式,研究顶水下窜对SAGD开发效果的影响,揭示了汽腔与顶水层沟通后汽腔发育程度、累计产油量、油汽比和汽腔压力的变化规律。在数值模拟研究的基础上,基于油藏中多相流体渗流和传热原理,建立了预测顶水下窜速率的理论模型。研究结果表明:当汽腔与顶水层沟通后,SAGD的累计产油量和油汽比将大幅下降,且顶水层压力越高,对SAGD生产效果的影响程度越大;在汽腔与顶水层之间维持一定的隔离段厚度是降低顶水对SAGD后期影响的最有效手段,在目前操作条件下,建议汽腔与顶水层之间的最小隔离段厚度为20 m。该研究为制订顶水稠油油藏SAGD操作技术界限提供了理论依据。     

非均质油藏双水平井SAGD三维物理模拟

为了改善双水平井SAGD开发过程受储层非均质性影响的问题,利用自主研发的双水平井双管柱结构三维比例物理模型和已有的注蒸汽三维模拟实验系统,研究了油藏非均质性对SAGD蒸汽腔展布的影响规律。研究结果表明：当储层存在平面非均质性时,双水平井SAGD在开发过程中存在蒸汽腔发育不均匀、水平段油藏动用程度较差等现象,影响了SAGD的开采效果;水平井采用双管柱结构可提高水平段油藏动用程度;合理的注采参数、有效的操作压力、较高的蒸汽干度以及稳定的生产井井底饱和温度与实际温度的差值控制均可有效改善开发效果。根据物理模拟实验的结果总结了双水平井SAGD生产各阶段的注采调控方法,将其应用于油田现场取得了较好的开发效果。     

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...     

烟道气辅助SAGD蒸汽腔扩展机理

通过研究烟道气对蒸汽冷凝传热的影响,借助可视化物理模型实验,观察了烟道气辅助SAGD蒸汽腔扩展特征.蒸汽冷凝实验结果表明,常规注蒸汽过程中,蒸汽会在冷却壁面迅速冷凝并聚成大液滴,248 ms后大液滴在重力作用下快速脱落.蒸汽内加入烟道气后,1217 ms后才观察到少量液滴脱落现象,气体增加了蒸汽分子扩散的阻力,大量的液...