蒸汽輔助重力驅(qū)油

蒸汽輔助重力驅(qū)SAGD技術(shù)王健主要內(nèi)容

SAGD簡介

SAGD布井方式

SAGD注采工藝分析

SAGD開發(fā)效果的影響因素

SAGD的泄油率與采收率

SAGD應(yīng)用實例SAGD簡介SAGD概念及機理SAGD的基本特點SAGD概念及機理

從水平井上方一口或幾口垂直井中注蒸汽。加熱后,可流動的瀝青在重力作用下流向位于其下方的水平井中,這稱為蒸汽輔助重力驅(qū)油(SAGD)。其機理是在注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及側(cè)面蒸汽腔向上及側(cè)面擴展與油層中的原油發(fā)生熱交換。被加熱的原油降低粘度和蒸汽冷凝水在重力作用下向下流動從水平生產(chǎn)井中來出。蒸汽腔持續(xù)擴展，占據(jù)原油的體積。SAGD的基本特點

由于重力不足以將受熱瀝青以經(jīng)濟產(chǎn)量驅(qū)入常規(guī)井，SAGD有利于水平井作為生產(chǎn)井來進(jìn)行生產(chǎn)。帝國石油公司于1978年在冷湖的先導(dǎo)試驗中所應(yīng)用的水平生產(chǎn)井(HWPI)是第一口現(xiàn)代意義上的水平井。自那以后，水平井在非熱力領(lǐng)域中已得到了廣泛的應(yīng)用。在SAGD應(yīng)用中，盡管也可以使用多口垂直注人井，但更常見的還是選擇水平井做為注入井和生產(chǎn)井。

要成功地實施SAGD技術(shù)，能否滿足充足的舉升能力是很關(guān)鍵的。如果舉升系統(tǒng)難以滿足需要，蒸汽室變不會向下擴展至生產(chǎn)井附近，重力驅(qū)動力（取決于

SAGD的基本特點下落液體與蒸汽兩者間的密度差)就會減小。圖2顯示，在安裝泵之后，HWPI的運行動態(tài)得到了明顯的改善。因舉升能力不足而在數(shù)個SAGD項目中都引起了初期運行差的問題。近期

的SAGD技術(shù)大多數(shù)是推薦利用

圖2帝國石油公司的SAGD試驗情況氣舉輔助自然流動進(jìn)行舉升，對于這類系統(tǒng)要對舉升機理仔細(xì)斟酌，并需在操作過程中確保充足的舉升能力，同時避免汽竄和出砂引起地層破壞。SAGD的基本特點

大多數(shù)重油油藏下方都是含水層，在SAGD方法中含水層常造成能量散失。如果蒸汽腔與含水層連通的話，那其中一部分注入蒸汽將因?qū)λ邢鄬^高的滲透率而散失掉。比例化模型試驗也顯示，如果蒸汽室壓力足以阻止水侵，即使帶有底水的油藏也可以達(dá)到良好的運行狀態(tài).水侵造成的影響非常嚴(yán)重—1m3水流入蒸汽室內(nèi)會冷凝0.5m3蒸汽。SAGD布井方式雙水平井SAGD技術(shù)直井與水平井組合技術(shù)單水平井SAGD技術(shù)SAGD布井方式雙水平井SAGD技術(shù)雙水平井SAGD技術(shù)在加拿大等國重油開采中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,在我國尚處于研究階段,其原理就是在靠近油藏底部位置鉆一對上下平行的水平井,經(jīng)油層預(yù)熱形成熱連通后,上部水平井注汽,注入的蒸汽向上超覆在地層中形成蒸汽腔并不斷向上及側(cè)面擴展,與原油發(fā)生熱交換,加熱的原油和蒸汽冷凝水靠重力作用泄流到下部的生產(chǎn)井中產(chǎn)出(圖2、圖3)，其生產(chǎn)特點是利用蒸汽的汽化潛熱加熱油藏,以重力作為驅(qū)動原油的主要動力,可以使水平井生產(chǎn)獲得相當(dāng)高的采油速度,階段采收率高,油汽比高,除了大面積的頁巖夾層,對油藏非均質(zhì)性不敏感。SAGD布井方式圖3雙水平井SAGD工藝SAGD布井方式直井與水平井組合技術(shù)

直井與水平井組合方式是水平井作為生產(chǎn)井（見圖4）在其正上方或側(cè)上方鉆幾口垂直注汽井,國外廣泛使用雙水平井方式針對原始的超稠油油藏進(jìn)行開發(fā),油藏埋深普遍較淺,多小于500m,國內(nèi)已開發(fā)的超稠油油藏一般埋藏較深,多大于600,采用直井蒸汽吞吐開發(fā),但采收率僅為為20%～25%。實施這種方式的蒸汽驅(qū)之前,各口直井應(yīng)有若干周期的蒸汽吞吐,以減小與水平井之間的阻力,預(yù)熱周圍油層。然后直井注汽,被加熱后的瀝青和熱水,在重力作用下流入下方不加熱的水平井。水平井可以鉆在有底水的油水界面上方,通過控制SAGD布井方式

圖4直井注汽水平井采油示意圖井底溫度低于水的飽和溫度來防止大量底水的產(chǎn)出。若利用原先鉆成的直井,只在直井下方加鉆水平井,將使這一方案投資降低,使直井和水平井各自特點都得到發(fā)揮。SAGD布井方式單水平井SAGD技術(shù)

單水平井蒸汽輔助重力泄油，該工藝采用單水平井布井方式,水平井位于油層的底部，即用一口水平井，把注入的蒸汽釋放在絕緣管道的下端，蒸汽升起來凝結(jié)在石油界面；于是低粘度熱石油就流進(jìn)油井的環(huán)狀空間里。這些流動的石油和冷凝水通過另一條油管柱被泵送到地面。而單井蒸汽輔助重力泄油雖然在成本上有所降低,但其產(chǎn)量也較低,且在現(xiàn)場操作中很難控制,所以這種開發(fā)方式也很難推廣。SAGD注采工藝分析SAGD的工藝過程SAGD操作工藝參數(shù)的影響注采井參數(shù)影響SAGD的工藝過程預(yù)熱階段和降壓生產(chǎn)階段首先是上部直井或水平井與下部水平井同時吞吐生產(chǎn)，各自形成獨立的蒸汽腔(循環(huán)預(yù)熱階段)；隨著被加熱原油和冷凝水的不斷采出以及吞吐輪次的增加,蒸汽腔不斷擴大,直至相互連通(降壓生產(chǎn)階段)；之后進(jìn)入SAGD生產(chǎn)階段。通過預(yù)熱方式使注采井間形成熱連通，一般有三種預(yù)熱方式:蒸汽吞吐、壓裂形成裂縫、蒸汽熱循環(huán)。SAGD的工藝過程SAGD生產(chǎn)階段

上方的直井或水平井轉(zhuǎn)為注汽井,持續(xù)向油藏內(nèi)注入蒸汽,蒸汽向上，向下及四周流動,最終形成一個連通的、完整的蒸汽腔,蒸汽在蒸汽腔內(nèi)表面冷凝，通過傳導(dǎo)，對流及潛熱形式向周圍油藏釋放熱量,加熱油藏中的原油,原油和冷凝水在重力作用下被驅(qū)向水平生產(chǎn)井.隨著受熱原油的流走加熱前緣向油藏內(nèi)部推進(jìn),這樣,既可保持油藏的壓力及驅(qū)動力,又可提高蒸汽波及范圍,因此,SAGD比蒸汽吞吐的采收率要高.生產(chǎn)過程的后期,蒸汽腔會逐漸到達(dá)油層的頂部,此時熱擴散則在上覆巖層下面的四周進(jìn)行。SAGD的工藝過程SAGD的操作:

注汽井連續(xù)注汽，生產(chǎn)井連續(xù)采油，生產(chǎn)井井底溫度低于水的沸點溫度5℃-10℃。一般注采壓差0.2一0.5MPa。用示蹤劑監(jiān)測吸汽剖面和產(chǎn)液剖面。對注采井進(jìn)行壓力溫度監(jiān)測，以了解蒸汽腔室的形成與擴展。對產(chǎn)出流體進(jìn)行礦化度監(jiān)測，以封斷邊底水。SAGD工藝操作參數(shù)的影響

水平井SAGD成功的關(guān)鍵取決于蒸汽腔的形成與良好擴展,并保證液體最大程度地泄流到生產(chǎn)井筒,該階段注汽干度、注汽速度、排液速度等參數(shù)的選取是SAGD操作成功與否的關(guān)鍵因素。蒸汽干度影響（圖5）：

蒸汽的干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分?jǐn)?shù)，以“x”表示。對于超稠油油藏，高溫，高干度是關(guān)鍵蒸汽干度控制蒸汽腔的形成與擴展，通過水平井或垂直井向油藏注入蒸汽，在油藏中形成蒸汽腔室。SAGD工藝操作參數(shù)的影響

隨著蒸汽的不斷注入，蒸汽腔室逐漸擴大，采出的原油體積與蒸汽腔室的體積密切相關(guān)。

SAGD階段，注入蒸汽中只有潛熱部分用于原油加熱，而凝積水則以幾乎相同的溫度從生產(chǎn)井中采出，對原油的加熱不起任何作用,反而增加飽和水占據(jù)地層孔隙體積分量，致使油井含水上升，原油產(chǎn)量降低，因此,SAGD操作階段必須保證注入較高干度的蒸汽。

SAGD工藝操作參數(shù)的影響圖5蒸汽干度對產(chǎn)油量及油汽比的影響（杜84塊超稠油油藏）SAGD工藝操作參數(shù)的影響采注比的影響（圖6）

采注比指采出物（油、氣、水）的地下體積與注入劑（水或氣）與的地下體積之比。它是反映衡量階段注采狀況的一個指標(biāo)。注汽速度取決于注入井的注入壓力、吸汽能力、生產(chǎn)井排液能力和油層中蒸汽腔的大小,在SAGD階段,注入蒸汽中除一小部分用于填充地層,大部分將以凝積水的形式被采出,為保證蒸汽腔擴展和汽液界面平穩(wěn)，要有一個適當(dāng)?shù)牟勺⒈?。?dāng)產(chǎn)量太高時,熱液體面向下靠近生產(chǎn)井,因為重力驅(qū)的油不能補償產(chǎn)量,如果這種情況得不到控制，就會發(fā)生蒸汽SAGD工藝操作參數(shù)的影響

蒸汽穿透,導(dǎo)致成對井停產(chǎn),并可能造成完井傷害；當(dāng)產(chǎn)量太低時,液面上升，來自腔室壁的重力驅(qū)油不能停留在腔室的低部,腔室的形狀受到影響總的驅(qū)油能力降低，產(chǎn)量控制至關(guān)重要,它不僅影響即時產(chǎn)量還影響到成對井的長期驅(qū)油潛力。SAGD工藝操作參數(shù)的影響圖6采注比對產(chǎn)油量及油汽比的影響（杜84塊超稠油油藏）SAGD工藝操作參數(shù)的影響排液速度的影響

生產(chǎn)井排液能力對SAGD影響很大，排液能力太小,就會導(dǎo)致冷凝液體在生產(chǎn)井上方聚集,汽液界面逐漸上升,蒸汽腔壓力也隨之上升;排液能力太大(大于重力泄油速度),汽液界面隨之下降,蒸汽被直接采出,一方面蒸汽進(jìn)入抽油泵閃蒸后會嚴(yán)重降低泵效,另一方面大量蒸汽的產(chǎn)出會降低熱利用率。合理的排液速度應(yīng)該與蒸汽腔的泄油速度相匹配,使汽液界面恰好在生產(chǎn)井上方,這時洗油效率和熱效率可以達(dá)到最高。SAGD工藝操作參數(shù)的影響

汽液界面的控制可以通過調(diào)節(jié)排液量及注汽速度控制水平生產(chǎn)井內(nèi)流體溫度和壓力來實現(xiàn)，為防止蒸汽突破到水平生產(chǎn)井，需要保持生產(chǎn)井井底的流體溫度低于該壓力下的飽和蒸汽溫度20～40℃。注入壓力注汽壓力維持較高的操作壓力可提高注氣溫度，使瀝青粘度降低；但太高壓力,會使注入的蒸汽突破到生產(chǎn)井,影響產(chǎn)油量。此外，還有周期注汽量，燜井時間等操作參數(shù)的影響。注采井參數(shù)影響注采井距注采井間的垂向距離太小，汽液界面很難控制蒸汽容易直接產(chǎn)出；但若井距太大，注采井間很難形成熱連通，重力泄油速度慢,生產(chǎn)時間長，油汽質(zhì)量比低，采油速度低。水平段長度優(yōu)選水平井段長度除受制于油井的排液能力外，還由于水平井筒內(nèi)沿井長方向存在壓力降，且原油粘度越大，壓力降越大，因此，水平段長度存在一臨界值。注采井參數(shù)影響水平井縱向位置優(yōu)選隨水平井段距油水界面距離增加，重力泄油階段生產(chǎn)時間逐漸增長，階段采出程度逐漸增加；當(dāng)水平井段距油水界面距離再增加時，水平段下部損失儲量較大，采收率降低。SAGD開發(fā)效果的影響因素

蒸汽輔助重力泄油開發(fā)效果的影響因素主要有:油層厚度、原油粘度、油藏深度、油層水平滲透率及垂向與水平滲透率比值、孔隙度、初始含油飽和度、油層壓力與溫度、原始熱特性等。但最主要的因素是前4個。國內(nèi)外對SAGD對油藏及流體的適應(yīng)性研究也很多，但是多為針對某一油藏的定性描述。SAGD的泄油率與采收率SAGD方法的采收率

取決于蒸汽腔體積大小。另一方面，石油產(chǎn)量取決于流動油是否能夠流暢地排泄出來。這兩個方面反過來又取決于開采項目的油藏描述和設(shè)計特點。重力影響越大，產(chǎn)量就越高。因此，連續(xù)性厚油藏項目就具有更大的經(jīng)濟優(yōu)勢。一個具有33ft以上厚度的連續(xù)產(chǎn)層最適合獲得經(jīng)濟產(chǎn)量。重油油藏的滲透率在幾達(dá)因范圍內(nèi)。這就會提高產(chǎn)量和采收率。在碳酸鹽低滲油藏里，除非存在豎直短裂縫，否則采收率會很低。SAGD的泄油率與采收率SAGD的泄油率

石油排泄速率取決于蒸汽腔內(nèi)及周圍地下石油粘度。然而，產(chǎn)量的降低量遠(yuǎn)小于粘度的增加量。在SAGD里流動油憑借重力泄漏。靜壓頭取決于蒸汽腔的高度，即取決于厚度和油藏內(nèi)的非均質(zhì)性(包括滲透阻擋層)。產(chǎn)量與蒸汽腔高度的立方根成正比。在熱擴散率或分子擴散率與石油提取率之間也存在著復(fù)雜的關(guān)系。然而，產(chǎn)量卻隨著相關(guān)擴散率的增加而增長。從微觀上講，對流和渦流可進(jìn)行熱傳送和質(zhì)量傳遞，促成較高的提取率。在添加了溶劑的蒸汽里，稀釋后的SAGD的泄油率與采收率

油/蒸汽表面張力就大大降低了。油藏非均質(zhì)性控制著蒸汽腔的形狀，大大改變了這些方法的性能。影響這些方法的一些因素還有油砂厚度、相變化、頁巖阻擋層、斷層、裂縫和漏失層。因為溶劑蒸汽不能滲過難滲透的阻擋層，所以這些方法將受到頁巖阻擋層的影響，這主要取決于阻擋層的特征和長度。蒸汽在把蒸汽腔完全封閉在內(nèi)的小阻擋層的周圍向上運移，但這將會受到橫跨整個蒸汽腔的難滲透阻擋層的嚴(yán)重阻礙。SAGD應(yīng)用實例

水平井開發(fā)杜84塊館陶超稠油藏方案優(yōu)化及應(yīng)用油藏地質(zhì)基礎(chǔ)蒸汽輔助重力泄油試驗方案設(shè)計要點

SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價油藏地質(zhì)基礎(chǔ)

曙一區(qū)杜84塊構(gòu)造位于遼河盆地西部凹陷西斜坡中段(如圖7),館陶油藏位于該塊南部,共投產(chǎn)各類井503口,觀察井20口,單井平均吞吐7.9輪次,累積產(chǎn)油280×104t，杜84塊油層厚度大,平面分布穩(wěn)定,整體連通度85%以上,具有近物源，快速沉積的特點,其儲層非均質(zhì)性較強,物性好屬中深層超稠油油藏,埋藏較淺,具有四高一低的特點:高粘度，高凝固點、高膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量!高初餾點、低餾量;原始地溫低,邊、底、頂水活躍,油水關(guān)系復(fù)雜,適合于鉆水平井和直井。館陶油層粒度中值平均為0.42mm，平均單層解釋厚度為107m，油藏地質(zhì)基礎(chǔ)

油層有效厚度為60～90m,為巨厚塊狀油藏。平均孔隙度為36.3%,平均滲透率為5.54um2。地面原油密度平均1.001g/cm3,50℃地面脫氣原油粘度231910mPa.S膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量為52.9%，館陶油藏是一個水包圍的邊頂?shù)姿筒?試驗區(qū)內(nèi)無底水,單井效厚度在88～94m之間,平均為91.7m。原始層溫度為28～32℃,原始油層壓力為6.0～6.5MPa。油藏地質(zhì)基礎(chǔ)圖7曙一區(qū)杜84塊構(gòu)造位置圖蒸汽輔助重力泄油試驗方案設(shè)計要點(1)井組4個。(2)井距:直井與水平井的側(cè)向水平距離為30～40m,直井射孔底界距水平井段的垂直距離為3～7m。(3)水平段長度為368～418m。(4)水平段垂深為64810～66113m。(5)轉(zhuǎn)SAGD時機:直井平均吞吐716個周期,水平井平均吞吐2個周期,直井與水平井之間已形成熱連通,地層壓力降至3～4MPa。（6）蒸汽干度:井口大于97%,井底大于80%蒸汽輔助重力泄油試驗方案設(shè)計要點(7)注汽壓力為4～6MPa(8)注汽速度:單直井為120～200t/d(9)產(chǎn)出液溫度為115～140e(10)生產(chǎn)井排液速度為注汽速度的0.8～1.0倍SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價實施情況

根據(jù)生產(chǎn)特征及監(jiān)測資料分析,試驗區(qū)經(jīng)歷了3個開發(fā)階段:第1階段為注采井間溫度、壓力連通階段,第2階段為彌補地下虧空和蒸汽驅(qū)階段,第3階段為蒸汽腔形成及向上擴展階段。2005年2月24日～2005年5月中旬為熱連通階段。水平生產(chǎn)井井底壓力較低,只有110MPa;注汽井井底壓力相對較高,為4～5MPa;注采井間溫度為100℃左右。該階段以蒸汽吞吐生產(chǎn)為主,生產(chǎn)特征表現(xiàn)為產(chǎn)液量下降，含水及動液面下降，水平井井底溫度下降。SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價

2005年5月下旬～2006年3月初為彌補地下虧空和蒸汽驅(qū)階段，蒸汽吞吐造成單井平均地下虧空0.95×104m3,注入的蒸汽及冷凝水用于彌補地下虧空,水平井產(chǎn)油主要以蒸汽驅(qū)方式為主,生產(chǎn)特征表現(xiàn)為產(chǎn)液量、動液面、水平段溫度及壓力穩(wěn)定。

2006年3月至今為蒸汽腔形成及向上擴展階段；館平11、館平12兩個井組形成了蒸汽腔,由蒸汽驅(qū)替為主開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向重力泄油為主開發(fā)。生產(chǎn)井井底SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價

壓力回升至3.0MPa,注汽井的井底壓力為3.5～4.0MPa。該階段生產(chǎn)特征表現(xiàn)為產(chǎn)液量，產(chǎn)油量明顯提高,相對穩(wěn)定,含水率下降較為突出,由80%左右下降到70%左右,與蒸汽驅(qū)明顯不同。實施情況油井產(chǎn)量明顯提高轉(zhuǎn)入SAGD初期,注入蒸汽用于禰補地下虧空,連續(xù)注汽0.5a后,注采井間的壓力趨于平衡基本穩(wěn)定在3.5MPa,生產(chǎn)井日產(chǎn)液量由140t/d上升為300～400t/d

日產(chǎn)油量30t/d上升為70t/d左右（圖9）。SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價蒸汽腔向上擴展階段油井含水率穩(wěn)定轉(zhuǎn)入SAGD初期,油井含水率較高,達(dá)到了95%以上，當(dāng)蒸汽腔開始形成還不發(fā)育時,以蒸汽驅(qū)替為主,含水率逐漸上升至80%左右。隨著蒸汽腔的不斷擴大,逐漸轉(zhuǎn)為以重力泄油為主,蒸汽驅(qū)替作用逐漸減弱,含水逐漸下降,并趨于穩(wěn)定,隨著蒸汽腔的向上擴展,含水率將進(jìn)一步下降并穩(wěn)定在65%～70%。SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價圖9館平12井SAGD階段產(chǎn)量變化曲線SAGD現(xiàn)場試驗及效果評價SAGD開發(fā)初期蒸汽腔以單井點形式存在數(shù)值模擬跟蹤表明,垂直水平井段方向蒸汽腔發(fā)育較好,而沿水平段方向,蒸汽腔只是在注汽井與水平段最近處形成,形成多個獨立的蒸汽腔,相互之間沒有連通。目前,館平12井發(fā)育4個蒸汽腔,位于水平井中段的3個蒸汽腔的上部出現(xiàn)逐漸聯(lián)通的趨勢;館平11