蒸汽輔助重力泄油（SAGD）是一種商業(yè)上成功的生產(chǎn)重油和瀝青的采油方法。該方法通過一對(duì)水平井做為注氣井和生產(chǎn)井，使用重力作為驅(qū)動(dòng)力，不但確保了穩(wěn)定的蒸汽前緣驅(qū)替且具有經(jīng)濟(jì)性。目前，提高 SAGD 性能的方法有幾種，但通過改變井身結(jié)構(gòu)來提高SAGD 性能的研究還沒有出現(xiàn)。研究人員通過對(duì)加拿大阿爾伯達(dá)中部和北部Athabasca 和 Cold Lake 油藏測(cè)試方案驗(yàn)證了改變井身結(jié)構(gòu)對(duì) SAGD 的性能影響。

 

SAGD 操作過程

 

研究人員對(duì)比了垂直井和水平井注氣的 SAGD 性能，發(fā)現(xiàn)最大采收率通過水平井獲得，蒸汽注入凈產(chǎn)層頂部附近瀝青采收率較高（即通過垂直的注汽井）。SAGD 操作分為三個(gè)階段：預(yù)熱，注汽 / 生產(chǎn)和衰竭。第一階段的目標(biāo)是升溫和移動(dòng)注汽井和生產(chǎn)井之間的原油。第一階段結(jié)束時(shí)，注汽井和生產(chǎn)井之間會(huì)建立流體連通。研究人員應(yīng)用熱油藏模擬器中的離散井筒對(duì) SAGD 第一階段進(jìn)行熱敏感性分析和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)了井距對(duì)開發(fā)效果的影響，即在 SAGD過程中長(zhǎng)井距能提高原油采收率和蒸汽腔的膨脹率，為了模擬 SAGD 循環(huán)預(yù)熱階段，基礎(chǔ)模型中兩個(gè)井筒都被做離散化處理，其目的是考慮流體流動(dòng)和能量方程，為了使井筒中的每個(gè)組的每個(gè)網(wǎng)格都采用同樣的方式。在循環(huán)階段，通過油管注入蒸汽，套管生產(chǎn)，因此每個(gè)井都由用來注汽的油管和用來生產(chǎn)的套管組成。在循環(huán)階段末期，用來注汽的油管和用來生產(chǎn)的套管將被關(guān)閉。在井之間的油藏變得足夠熱后，操作轉(zhuǎn)變到 SAGD 第二個(gè)階段，即蒸汽通過靠上的井注入，原油通過靠下的井采出。研究人員制定了一項(xiàng)優(yōu)化注采井之間聯(lián)系的策略，即在最低累計(jì)汽油比的情況下最大限度提高原油采收率。研究人員還介紹了用于低壓油藏的 X-SAGD 結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)增加蒸汽壓力會(huì)使這種結(jié)構(gòu)的熱效率比標(biāo)準(zhǔn) SAGD 結(jié)構(gòu)更差，于是提出為垂直粘度梯度的油藏配置，一種新的井身結(jié)構(gòu)方法，這種方法的熱效率比標(biāo)準(zhǔn) SAGD 結(jié)構(gòu)還要高。生產(chǎn)井位于基巖上方 2.5m，注汽井在生產(chǎn)井上方距生產(chǎn)井只有 5 米，這是這類油藏最佳的兩口水平井之間的垂直間距。

 

改變井身結(jié)構(gòu)影響 SAGD 性能

 

研究人員探討了 SAGD 過程中新的井身結(jié)構(gòu)在加拿大阿爾伯達(dá)的中部和北部的 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的適用性。研究人員利用全隱式熱油藏模擬器（CMG 的 STARS 2007）與完全耦合的井眼結(jié)合，來計(jì)算沿井筒的摩擦壓降和熱損失，建立三維數(shù)值模擬模型，并進(jìn)行注汽壓力敏感性分析。在注汽壓力優(yōu)化后，使用這些模型對(duì)新的井身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的SAGD 過程的性能可通過改變井身結(jié)構(gòu)顯著提高。研究人員列出了基礎(chǔ)方案的生產(chǎn)階段和蒸汽循環(huán)預(yù)熱階段的操作條件：即 120 天被選為兩口水平井之間建立熱連接的時(shí)間（使兩口井之間的溫度接近 100℃）；SAGD 生產(chǎn)和循環(huán)階段的注汽井和生產(chǎn)井定義了兩個(gè)條件，即注汽井蒸汽干度為 0.9 時(shí)最大井底壓力被設(shè)定，生產(chǎn)井最低井底壓力和蒸汽腔控制被設(shè)定，采出液保持在比飽和蒸汽溫度低 10℃以下。

 

研 究 人 員 分 別 對(duì) Athabasca 和Cold Lake 油藏定義基礎(chǔ)方案模型，在注汽井和生產(chǎn)井的垂向距離是 5m，水平方向?yàn)橥黄矫鏁r(shí)，對(duì)兩個(gè)油藏都以平均注汽壓力進(jìn)行了敏感性分析，結(jié)果表明油藏累積的產(chǎn)油量隨注汽壓力的升高而升高。Athabasca 注汽壓力為 2,500kPa 的累積產(chǎn)油量與注汽壓力高于 2,500kPa 的結(jié)果基本一樣，但衰竭更快，并具有更高的汽油比。因此，2,500kPa 被 選 為 最 優(yōu) 的 注 汽 壓 力，而 Cold lake 油藏的最優(yōu)注汽壓力為5,500kPa。

 

傾斜注汽井 SAGD 更具優(yōu)勢(shì)

 

鉆一口傾斜井與鉆一口水平井的難度相當(dāng)，它要求彎角大約是 89°而不是 90°，預(yù)測(cè)方位的精確性與平行SAGD 井一樣。在 SAGD 生產(chǎn)之前，兩井趾端之間的熱連通通過循環(huán)建立，與傳統(tǒng) SAGD 相比，連接建立在較小的垂向距離下，所以循環(huán)周期較短且能源密集度較低，當(dāng)趾端井間連通建立后，蒸汽通過傾斜注汽井連續(xù)注入，且通過底部水平井生產(chǎn)，隨著蒸汽的持續(xù)注入，與 SAGD 方案一樣，蒸汽腔不但向著垂直井的方向擴(kuò)展，也向著井的趾端到跟端的上方擴(kuò)展，這種蒸汽腔的擴(kuò)展方式使蒸汽腔覆蓋了井的整個(gè)水平段長(zhǎng)度。在 Athabasca 和 Cold Lake油藏，研究人員對(duì)許多不同井身結(jié)構(gòu)的方案（例如，垂直注汽井在水平生產(chǎn)井上方，水平和垂直注汽井相結(jié)合以及分支 SAGD）做了調(diào)研顯示，所有結(jié)構(gòu)中在生產(chǎn)井上方布傾斜注汽井的結(jié)構(gòu)能提升 SAGD 性能的最大潛力。由于傾斜井增加了兩井跟端的距離，與傳統(tǒng)SAGD 相比，SAGD 蒸汽腔的控制更容易，使注汽井傾斜確保了所有水平段在 SAGD 生產(chǎn)階段得到了動(dòng)用；與普通 SAGD 相比，傾斜注汽井蒸汽腔擴(kuò)展的更均勻；傾斜注汽井與大部分這些地質(zhì)非均質(zhì)性相交，有助于改善蒸汽腔的擴(kuò)展。

 

為了證明這種新的井身結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)， 研 究 人 員 將 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的這種結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SAGD 的性能進(jìn)行了對(duì)比。Athabasca的基礎(chǔ)方案的傾斜注汽井 SAGD 與普通 SAGD 的操作條件一致，注汽壓力為 2,500kPa，比較了生產(chǎn) 1,750 天后的累積產(chǎn)油量和累積汽油比，考慮到蒸汽腔在傾斜注汽井的趾端開始擴(kuò)展，可以通過封堵傾斜注汽井的末端，集中加熱注汽井的跟端，以此提高加熱過程的效率，注汽井的末端 200m 處要封堵 150 天，并且把注汽壓力降到2,000kPa，通過關(guān)閉注汽井末端的注入蒸汽，熱效率提高了 5%。在 Cold Lake 油藏，為了比較這種新的井身結(jié)構(gòu)和普通 SAGD 的效果，蒸汽注入壓力 范 圍 為 3,500~5,500kPa， 兩 個(gè) 方案的生產(chǎn)周期都在汽油比約等于 4 時(shí)截止，傾斜注汽井 SAGD 的循環(huán)周期更短，衰竭時(shí)間大約早 2 個(gè)月，但是采收率一樣。試驗(yàn)證明了油汽藏采用傾斜注氣井身機(jī)構(gòu) SAGD 更具優(yōu)勢(shì)。