强底水特稠油油藏蒸汽辅助重力泄油物理模拟

通过三维物理模拟分析了强底水特稠油油藏SAGD开发效果。研究表明,强底水会消耗部分注入蒸汽热量,对于SAGD开发产生较大不利影响。吞吐预热后转SAGD生产过程可以划分为产油量快速增加和产油量逐渐递减阶段2个阶段。由于存在强底水,吞吐预热难以降低油藏压力,经过3个吞吐轮次,油藏压力由10MPa降至9.5MPa,井间温度升至85℃,达到转SAGD时机;生产井在吞吐阶段已发生明显水淹。吞吐预热阶段采出程度达到0.35%,汽腔上升达到顶层时的采出程度为3.59%,汽腔水平扩展阶段结束时对应的采出程度为15.15%,至瞬时油汽比降至0.1时的采收率达到28.80%,最终采收率明显低于纯油藏模式SAGD开发。     

海上特稠油油藏蒸汽辅助重力泄油物理模拟

渤海LD油田属于中深层厚层块状特稠油油藏,是国内海上迄今为止发现的原油粘度最大的稠油油田,SAGD技术是开发此类油田的有效手段。目前国内外已投入SAGD开发的油田,多为浅层稠油油田,对于中深层特稠油油藏SAGD开发还需要通过物理模拟等手段开展深入研究。通过三维物理模拟分析了LD油田SAGD开发的可行性,认为该油田先吞吐降压,再转SAGD的开发方式能够取得较好的开发效果。经过3个吞吐轮次,油藏压力由6MPa降至3MPa,井间温度升至85℃,达到转SAGD时机。蒸汽吞吐降压阶段的采出程度达到5.75%;SAGD过程中汽腔上升达到顶层时的采出程度为13.5%,汽腔水平扩展阶段结束时对应的采出程度为30.5%,至瞬时油汽比降至0.1时的采收率达到54.7%。     

海上深层块状特稠油SAGD开发三维物理模拟实验研究

针对海上深层特稠油油藏LD油田埋藏深、原油黏度大、地层压力高、油藏模式复杂,国内外无开发先例借鉴的问题,依据相似准则,建立了高温高压填砂模型,采用三维物理模拟实验,开展了不同SAGD热采方式评价研究。结果表明,特稠油油藏采用先期蒸汽吞吐开发后适时转为SAGD开发的热采方式可有效利用蒸汽在低压下体积大、热焓值高的物理特点,能充分发挥SAGD热采优势,最终采收率比在油藏压力下直接采用SAGD开发的方式提高19.8%。     

中深层厚层块状特稠油油藏蒸汽辅助重力泄油物理模拟

渤海LD油田为中深层厚层块状特稠油油藏,是国内海上迄今为止发现的原油粘度最大的稠油油田,蒸汽辅助重力泄油(SAGD)技术是开发此类油田的有效手段。通过三维物理模拟分析了LD油田SAGD开发的可行性,认为该油田先吞吐降压,再转SAGD的开发方式能够取得较好的开发效果。经过3个吞吐轮次,油藏压力由6 MPa降至3 MPa,井间温度升至85℃,达到转SAGD时机。蒸汽吞吐降压阶段采出程度5.75%,SAGD过程中汽腔上升到顶层时采出程度13.5%,汽腔水平扩展阶段结束时采出程度30.5%,至瞬时油汽比降至0.1时采收率达到54.7%。通过数值模拟反演,进行了现场注采参数优化设计,现场瞬时注汽量363.7 m~3/d,采注比1.2以上,吞吐3轮次后转入SAGD生产,注采井间距离6.5 m。     

泡沫油型超重油冷采后转SAGD开发数值模拟

泡沫油型超重油油藏原始溶解气油比高,地下可形成泡沫油流,水平井冷采初产较高,但一次衰竭开发采收率低。因此,开展了泡沫油型超重油冷采后转SAGD开发技术研究。根据研究区块油藏地质特征,建立了泡沫油冷采及热采数值模拟模型,研究了泡沫油SAGD驱油机理和开发技术政策。研究结果表明,与油砂SAGD不同,泡沫油具有流动性,泡沫油SAGD驱油机理为在注采井形成热连通之前蒸汽驱油为主、重力泄油为辅,形成热连通后蒸汽驱油为辅、重力泄油为主。泡沫油SAGD启动阶段不需要预热,注采井间垂向井距应适当增大。地层压力下降后油相中析出的溶解气附着在蒸汽腔侧面上影响蒸汽腔的横向扩展。因此,冷采转SAGD时机应尽量延后,当冷采至较低地层压力、溶解气含量大幅降低时转SAGD开发效果更好。由于区块构造具有倾角,生产井水平段井轨迹应保持水平,有利于形成合理的SAGD汽液界面;在满足技术经济条件下,缩小SAGD排距可提高采出程度。提出了提高SAGD开发效果的措施：1采用上下两口水平井冷采,有利于减少溶解气含量,提高SAGD开采效果;2对于多井SAGD,采用（交替）不平衡注汽,可促进蒸汽腔发育,提高采出程度。     

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。     

深层稠油油藏高干度蒸汽驱物理模拟实验

胜利油田稠油资源丰富,大部分稠油油藏埋藏深、边底水活跃,油藏压力难以降低到5 MPa,矿场实施的常规蒸汽驱井底注汽干度为30%左右,提高采收率幅度不明显。为改善该类稠油油藏蒸汽驱开发效果,基于高干度注汽技术的发展,以孤岛油田中二北Ng5稠油油藏为原型,开展7 MPa压力条件下二维纵向蒸汽驱物理模拟实验,监测分析注汽干度分别为10%,30%,50%的蒸汽驱过程中蒸汽腔的形成和发育状况,研究注汽干度对深层稠油油藏蒸汽驱开发指标的影响规律。实验结果表明:注汽干度对深层稠油蒸汽驱开采效果影响明显,提高注汽干度,地下蒸汽腔形成时间缩短,蒸汽腔扩展距离变大,蒸汽驱结束时间变长,最终采收率明显提高;7 MPa油藏压力条件下,蒸汽驱的蒸汽干度至少应大于50%。井底注汽干度由30%提高到50%可增加胜利油田深层稠油油藏蒸汽驱有效动用储量1.32×108t。     

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。     

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。     

重32井区SAGD开发阶段生产参数优化

重32井区SAGD开发区为风城油田首个SAGD规模化推广区,目前各井组处于蒸汽腔上升阶段。为加速蒸汽腔扩展速度、提高油藏开发效果,需要对生产阶段进行生产参数优化。利用油藏数值模拟技术,通过确定生产阶段的目标函数及生产参数,对“两目标、三因素、三因子”进行敏感性分析,根据注采参数的影响结果进行生产参数优化。研究结果表明,生产阶段高压扩腔、增汽提液、均衡控液的调控思路可有效提高SAGD开发效果。该研究现场应用后,单井组日产油由16.4t/d上升至21.6t/d,油汽比由0.19上升至0.24,开发效果显著提升,为同类油藏提高SAGD开发效果提供了借鉴。     

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。     

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。     

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。     

X油田F区块烟道气辅助SAGD提高超稠油开发效率研究技术

为改善X油田F区块油藏开发效果,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法论证了烟道气SAGD(辅助重力泄油)的可行性并优化了注采参数。溶解特性实验结果表明,烟道气在F区块超稠油中具有降低表面张力和溶解降黏的作用,压力和温度越高,烟道气与超稠油的界面张力越低;烟道气在超稠油中的降黏率随溶解度的增加而升高,随着温度的上升而下降。三维物理模拟实验表明,烟道气SAGD可以减少蒸汽热损失,促进蒸汽腔发育,提高SAGD累计产油量和累计油汽比,能达到最佳的开发效果。     

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。     

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%。     

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.     

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。