超稠油油藏烟道气辅助SAGD物理模拟实验

烟道气辅助SAGD(蒸汽辅助重力泄油)是改善SAGD开发效果、提高采收率的新技术,能够有效地避免常规SAGD开采过程中蒸汽腔扩展不均匀和热损失大等问题。利用高压物性分析仪、比例物理模拟系统等实验装置,开展了常规SAGD和烟道气辅助SAGD的模拟研究。实验结果表明:注入烟道气可以降低原油黏度,增大体积系数,提高原油的渗流能力和弹性能量。与常规SAGD相比,烟道气辅助SAGD方式能够加快蒸汽腔横向扩展速度,减缓纵向扩展速度,有效抑制蒸汽腔的纵向超覆现象。烟道气聚集在油层顶部形成隔热层,减少了热损失,提高了能量利用效率。在常规SAGD过程中蒸汽与烟道气伴注,可以减少蒸汽注入量,提高累积油汽比,改善SAGD的开发效果。     

克拉玛依油田九_6区注蒸汽加烟道气数值模拟

利用先进的CMG的STARS模型热采数值模拟软件,研究了克拉玛依油田九6区注蒸汽加烟道气开采方式,优化了注采参数。结果表明：在蒸汽吞吐后期添加锅炉烟道气可大幅度地提高蒸汽吞吐开采效果,烟道气辅助蒸汽吞吐可延长吞吐2～4周期,提高蒸汽吞吐采收率7．02个百分点;蒸汽驱中加烟道气可以提高蒸汽驱开发效果,提高汽驱采收率3．7个百分点;蒸汽烟道气吞吐4个周期转蒸汽烟道气段塞驱是九6区油藏最佳开采方式,最终采收率可达48．3％．     

克拉玛依油田九6区注蒸汽加烟道气数值模拟

利用先进的CMG的STARS模型热采数值模拟软件,研究了克拉玛依油田九6区注蒸汽加烟道气开采方式,优化了注采参数。结果表明,在蒸汽吞吐后期添加锅炉烟道气可大幅度地提高蒸汽吞吐开采效果,烟道气辅助蒸汽吞吐可延长吞吐2－4周期,提高蒸汽吞吐采收率7．02个百分点;蒸汽驱中加烟道气可以提高蒸汽驱开发效果,提高汽驱采收率3．7个百分点;蒸汽烟道气吞吐4个周期传蒸汽烟道气段塞驱是九6区油藏最佳开采方式,最终采收率可达48．3％。     

碳酰胺辅助SAGD提高超稠油Ⅲ类油藏采收率技术

超稠油Ⅲ类油藏原油黏度高、渗透率低、夹层发育,在蒸汽辅助重力泄油(SAGD)生产中存在蒸汽腔扩展慢、泄油阻力大、产量与油汽比“双低”等现象,针对该问题,提出了碳酰胺辅助SAGD技术,采用室内实验与数值模拟结合的方法,揭示其机理并进行关键参数优化。研究表明,碳酰胺注入蒸汽腔后具有乳化降黏、提高驱油效率和改善水敏等作用。以地质条件和采出程度为依据,制订油藏筛选标准,优选出风城油田Z井区试验井组,并开展优化设计,设计碳酰胺注入质量分数为60%,注入温度为60～100℃,注入量为42 t,注入井焖井时间为60 min,后续蒸汽顶替段塞为10 t,生产井焖井时间90 min后转正常SAGD操作。与纯蒸汽SAGD相比,1 a期内平均日产油提高3.8 t/d,油汽比提高0.04,按照油价1 988元/t测算阶段投入产出比为1∶5,预测最终采收率提高9.4个百分点,最终达到55.7%。研究成果对提高超稠油Ⅲ类油藏SAGD开发效果具有重要意义。     

双水平井SAGD间歇式吞吐强化扩腔技术

强非均质储层条件下,超稠油双水平井SAGD开发中普遍存在注采井间窜扰、水平段动用不均匀、蒸汽腔规模小且扩展缓慢等问题,导致SAGD井组长期处于低产、低效状态。为了改善开发效果,提出双水平井SAGD间歇式吞吐强化扩腔技术策略。以新疆风城油田M区实际井组为例,采用数值模拟对吞吐操作方式、注采参数、转轮时机等关键参数开展了系统研究。研究结果表明,采用注汽井注汽(生产井关井),焖井后生产井采油(注汽井关井)的方式,在合理注采参数条件下,间歇式吞吐能有效改善开发效果,采收率达53.8%。SAGD间歇式吞吐强化扩腔技术主要作用机理为:(1)吞吐期间注汽井高速注入,蒸汽热损失减少;(2)注汽时消除了汽窜和压差影响,有助于扩大蒸汽波及和动用较差区域;(3)注汽期间重力泄油持续进行,建立的液面在开井生产时能有效防止汽窜,实现高效泄油。采用该技术在风城M区开展了2井组试验,措施后日产油水平提高了1.5 t/d,且生产稳定,研究成果为同类油藏改善开发效果提供技术参考。     

基于正交数值试验的蒸汽吞吐转SAGD关键因素研究

超稠油油藏蒸汽吞吐开采过程中,周期产能递减快且热利用效率不断下降,蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)可以作为有效的开发接替方式。针对蒸汽吞吐转SAGD的最佳时机及转SAGD后的影响因素等问题,利用热采数值模拟手段,以辽河油田馆陶组油藏地质特征为基础建立三维模型进行研究。在此基础上利用正交试验设计和方差分析方法,以采收率和累计油汽比作为评价指标,对影响SAGD开发效果的5大关键因素进行分析。结果表明:蒸汽吞吐6个周期后转直平组合SAGD的开发效果最好;对五个因素的影响程度大小进行排序,以采收率为评价指标时:注汽速度注汽干度采注比注汽压力垂向距离,以累计油汽比为评价指标时:注汽干度注汽速度注汽压力垂向距离采注比;注汽速度和注汽干度是影响SAGD阶段开发效果最重要的两大因素。为矿场开发方式的调整和优化提供了一定的理论基础。     

烟道气改善超稠油蒸汽吞吐开发效果研究

在典型蒸汽吞吐井建模基础上,对不同注入方式下烟道气辅助超稠油蒸汽吞吐的开发效果进行数值模拟,结果表明,烟道气辅助超稠油蒸汽吞吐可以提高能量利用效率,减少蒸汽注入量,提高累计油汽比,还可减少环境污染。优化后的注入参数为:烟道气周期注入量60 000 m3,烟道气注入速度800 m3/h,蒸汽周期注入量1 000 t,焖井时间为3~5 d,周期时间6个月,烟道气中CO2含量大于20%,注入温度大于100℃时,更有利于提高原油产量。     

基于Plackett-Burman试验设计的超稠油SAGD影响因素研究

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)是开发超稠油油藏的有效方式。针对厚度较大的块状超稠油油藏,基于Plackett-Burman试验设计方法,利用稠油热采数值模拟手段,以采收率和累计油汽比作为评价指标,综合分析影响SAGD开发效果的9大开发参数,并进一步利用满意度函数进行双目标优化得到各个因素的最优值。结果表明,影响采收率的三大因素依次是注汽压力、采注比及排距,三者权重之和达到70.5%;影响累计油汽比的三大因素依次为蒸汽干度、注汽压力、水平段长度,三者权重之和达到90.5%。利用满意度函数得到采收率为65%且累计油汽比为0.4m³/m³时的因素最优取值,并利用数值模拟进行验证,结果准确可靠。     

杜84块氮气辅助SAGD开采技术现场试验分析

为解决超稠油在SAGD(蒸汽辅助重力驱)生产过程中存在的蒸汽腔发育不均、蒸汽热利用率低的问题,开展了氮气辅助SAGD技术研究。在完成物理及数值模拟的基础上,在辽河油田曙一区杜84块馆陶组油藏进行了超稠油SAGD注氮气现场试验,结果表明,超稠油SAGD注氮气(即SAGP)过程中,通过对注入氮气方式、氮气与蒸汽体积比、氮气注入量、氮气注入位置等参数进行优化,能够有效解决蒸汽腔突进,油汽比低等问题。     

超稠油FAST-SAGD技术影响因素分析

利用稠油热采数值模拟手段,以辽河油田超稠油油藏为基础,对比FAST-SAGD与传统双水平井SAGD的开发效果,并分析影响FAST-SAGD的关键因素,以提高SAGD的开发效果。研究结果表明:FAST-SAGD蒸汽腔横向发育速度比传统SAGD明显加快,采收率提高2.5%,累计油汽比增加0.039 m3/m3,生产时间缩短46.6%。以采收率与热效率作为评价指标,得到FAST-SAGD影响因素的最优值:添加井与SAGD井组的生产井之间垂向距离为6m,启动时间为12个月,吞吐周期数为2,注汽压力为10 MPa,注汽速度为800 m3/d,SAGD井组注气井注汽速度为200 m3/d。研究成果对FAST-SAGD的矿场应用具有一定的理论指导意义。     

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。     

复合吞吐技术改善F油田超稠油SAGD生产研究

针对超稠油蒸汽辅助重力泄油(SAGD)开发存在的蒸汽腔发育不均衡、水平段动用程度低的问题,开展了复合吞吐改善SAGD开发效果研究。高温高压三维SAGD物理模拟结合数值模拟论证了复合吞吐的可行性,阐述了高温分散剂、氮气和蒸汽复合蒸汽吞吐机理,优化了注采参数。研究表明:高温分散剂具有一定的混溶作用和分散作用,可提高SAGD注采井间热连通程度,高温分散剂+氮气+蒸汽复合吞吐可有效改善SAGD蒸汽腔发育程度,提高SAGD开发效果,19口措施井组现场实施后平均单井原油增产4.6 t/d。     

二氧化碳气体辅助SAGD物理模拟实验

为进一步提高蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的开发效果,针对辽河油田杜84块馆陶组超稠油油藏SAGD开采的现状,采用二维物理模拟技术,开展了通过添加CO2气体改善SAGD开发效果的机理及技术可行性实验。实验研究结果表明:CO2气体辅助SAGD开发杜84块馆陶组超稠油油藏在技术上是可行的,超稠油SAGD过程中添加的CO2气体具有非凝析气和溶剂的双重作用机理;从CO2气体辅助SAGD实验的温度场发育数据来看,CO2气体有利于SAGD蒸汽腔的侧向扩展,增加蒸汽的横向波及体积;添加的CO2气体使SAGD的采收率、油/汽比及采油速度都明显提高。同时,进一步研究了添加的CO2气体量对SAGD开发效果的影响程度,初步优化出CO2气体与蒸汽的最佳注入比例为20%。     

氮气辅助SAGD开采技术优化研究

利用物理模拟及数值模拟方法,研究了在蒸汽辅助重力泄油（SAGD）过程中添加氮气提高顶水超稠油油藏开发效果的生产机理,主要包括：形成隔热层,降低热损失,提高热效率;维持系统压力,改善流度比;降低原油黏度,提高流动能力。优选出了氮气注入方式、氮气与蒸汽比和氮气总注入量。研究结果表明,氮气辅助SAGD开采技术在杜84块馆陶油层开采中是可行的,有利于蒸汽腔的侧向扩展,增加蒸汽的横向波及体积;在SAGD过程中添加氮气能够有效控制顶水下泄,延长SAGD生产时间3～4年,提高了油藏采收率和油汽比。     

双水平井蒸汽辅助重力泄油生产井控制机理与应用

结合现场监测资料和解析方法,对双水平井蒸汽辅助重力泄油（SAGD）开采的机理进行了研究。分析表明,在蒸汽腔中,流动以重力泄油为主,压力梯度较低;在注汽井和采油井间汽液界面下的流体流动规律与蒸汽腔中靠重力泄流为主不同,汽液界面下的流动以注汽井和采油井间的压力驱替为主,压力梯度相对较高。在认识采油井压力梯度分布的基础上,运用离散化井筒模型对采油井的汽阻温度（sub-cool）控制进行了优化,并与现场分析结果进行了对比。结果表明,双水平井蒸汽辅助重力泄油采油井的汽阻温度控制在10~15℃为宜。     

轻质组分挥发对蒸汽热采稠油影响的数值模拟

针对蒸汽驱和蒸汽辅助重力泄油（SAGD）,利用油藏数值模拟研究了轻质组分挥发对注蒸汽热采稠油效率的影响及其作用机制。计算结果表明,在蒸汽注采过程中,蒸汽腔内挥发出来的轻质组分向锋面聚集,从而提高了锋面附近的油相流动性,重力作用使得轻质组分更易聚集在蒸汽腔上半部的锋面附近;轻质组分挥发作用对蒸汽驱影响较大,而对SAGD影响较小;同时对比分析了不同化学成分及其含量的轻质组分挥发对采油效率的影响程度。结果表明,当对轻质组分分子量较大且含量较低的稠油油藏进行数值模拟时,可以简化为三相二组分模型而不考虑轻质组分的挥发。     

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。     

Assessment of Optimal Operating Conditions in a SAGD Project by Design of Experiments and Response Surface Methodology

Abstract

The steam-assisted gravity drainage (SAGD) is likely the most efficient and important thermal recovery in-situ method to produce extra-heavy oil and bitumen reservoirs. Indeed, a huge expansion of commercial SAGD applications is taking place, particularly in the Alberta oil sands of Canada. Numeric reservoir simulators are available for predicting SAGD performance indicators and are used as tools to support reservoir management decisions. Those decisions are related to the selection of optimal values of controllable variables, including operating conditions such as preheating period, sub-cooling temperature, maximum steam injection pressure, maximum steam injection rate and steam quality, and temperature. In order to make unbiased decisions, the optimization process should be done considering the stochastic character of reservoir variables. However, the high computational time associated to the complex numeric solution of reservoirs under the SAGD recovery process makes the integration of reservoir uncertainty to the SAGD decision-making process an almost impossible task. Thus, a calibrated-proxy is used in this work as an efficient substitute of the numeric simulator to accomplish such a task. Design of experimental techniques and response surface methodology allowed the construction of a simple model by fitting a quadratic model to reservoir simulator outputs extracted from a chosen set of simulation cases. The main purpose of this work was to optimize the production and injection constraints of a SAGD well pair, based on an Athabasca oil sands data set, in order to maximize the net present value in presence of reservoir uncertainty. The production and injection constrains considered in the problem were: injection pressure, maximum steam flow rate, and sub-cooling temperature; and the reservoir uncertainty was represented by vertical permeability, porosity, thickness, horizontal to vertical permeability, and initial oil saturation. The results indicate that experimental design and response surface techniques are excellent tools to quickly obtain valuable information about the SAGD performance.     

伴注烟道气改善蒸汽辅助重力泄油开发效果的实验研究

蒸汽辅助重力泄油(即SAGD)是开发厚层超稠油油藏的有效技术,但在开发中后期存在注入蒸汽超覆严重、热损失大、油汽比低等问题,影响了开发效果.为此,在室内利用高压物性分析仪、比例物理模拟系统等装置,开展了烟道气对地层原油性质的影响,以及伴注烟道气后蒸汽向上覆地层热损失、蒸汽腔变化规律和生产特征等实验研究.结果表明,注入的...