蒸汽辅助重力泄油技术研究进展_吴霞

收稿日期:2006-09-21;改回日期:2006-12-08 作者简介:吴霞(1981-),女,助理工程师,2002年毕业于哈尔滨理工大学自动控制专业,现从事石油行业信息管理工作。

文章编号:1006-6535(2007)01-0007-04蒸汽辅助重力泄油技术研究进展吴　霞(中油辽河油田公司,辽宁　盘锦　124010)摘要:对国内外SAGD 技术研究进展情况进行了分析。

从布井方式和井筒水动力、人工举升方法、经济评价指标3个方面详细讨论了目前SAGD 技术的最新研究,探讨了国外先进的技术方法。

指出今后的研究方向是针对国内油藏埋藏深、特稠油、地质构造复杂现状的研究,适应国际油价波动的经济评价方法对SAGD 项目设计十分重要。

关键词:SAGD ;研究进展;研究方向;经济评价中图分类号:TE357.44 文献标识码:A前　言稠油在世界油气资源中占有较大的比例,是石油烃类能源中的重要组成部分。

据统计,世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为1000×108t 。

中国重油沥青资源分布广泛,已在12个盆地发现了70多个重质油田,资源量可达300×108t 以上[1]。

在世界石油资源大量被采出后,这些难以开采的稠油和超稠油资源将是今后的开采方向。

开采稠油和超稠油资源的最好方式是热力采油,但随着生产规模不断扩大,稠油蒸汽吞吐开发的矛盾逐渐暴露出来。

为了进一步提高油田采收率,保持油田稳产,转换开采方式已迫在眉睫。

SAGD 采油技术在加拿大已经被证实为有效的稠油热采技术,并被广泛应用于生产实践。

我国自开展SAGD 先导试验以来,也在不断探索适合我国油藏情况的最佳开采方法。

1　国内外SAGD 技术研究进展SAGD 技术由国外学者首先提出,在经过详细深入的研究后,现已进入全面的矿场实践阶段,相应的改善SAGD 技术方法也得到进一步的研究。

1997年在加拿大高级技术专家的咨询和指导下,在辽河油田杜84块开展SAGD 先导试验,至今已取得了很大进展[2]。

1.1　国外SAGD 技术研究进展Butler 和Stephens (1981)[3]首先提出了SAGD的概念,并应用半解析计算方法与室内实验方法,证实了连续注入蒸汽和连续采油可以获得最大的采收率。

Griffin 和Trofimenkoff (1986)[4]将B utler 提出的SAGD 理论拓展到直井与水平井组合开采上,试验得出的结论与理论结果非常吻合。

低压模型证明SAGD 理论能准确地预测产量和分析粘度对产量的影响,但比例模型结果表明,SAGD 生产时间、蒸汽超覆及盖层的热损失,与理论预测结果有较大差别。

Joshi (1986)[5]研究了直井注汽与水平井注汽的SAGD 理论,发现在油藏存在泥页岩隔层的情况下,直井注汽比水平井注汽能获得更高的采收率。

Yang 和Butler (1989)[6]研究了2种均质油藏的SAGD 效果,一种是含有薄泥页岩隔层,另一种是油藏各层渗透率不同。

他们发现短的水平隔层不会对SAGD 效果产生很大的影响,而长的水平隔层则会降低产量。

渗透率上高下低的油藏比渗透率上低下高的油藏采油速度高。

Sasaki (2001)等[7]指出,启动阶段的产量与注蒸汽井的位置有很大关系,增大垂直井距可以提高产量,但也增加了注汽井与生产井热连通的时间。

Butler 和Stephens (1981)、B utler (1987)[8]、Sugianto 和B utler (1990)[9]以油藏厚度为变化参数研究了类似的情况,焦点是蒸汽腔到达油藏顶部后如何伸展。

Chow 和Butler(1996)[10]研究了用STARS 对SAGD 过程尤其是蒸汽腔的增长和上升阶段历史拟合的可行性。

SAGD 不同时间段的数值模拟结果与试验模型的累计产油量、采收率、温度剖面非常吻合。

Sasaki (2002)等[11]指出,蒸汽腔的垂直增长速度比用常规SAGD第14卷第1期2007年2月 特种油气藏Special Oil and G as Reservoirs Vol .14No .1Feb .2007数值模拟软件预测的小,启动热连通的时间也较长。

Das(2005)[12]讨论了提高SAGD开采效果的很多措施,包括井筒设计、低压生产、蒸汽添加剂等。

Ito和Ipek(2005)[13]对制约SAGD成功与否的最重要的因素———汽窜进行了详细深入的研究,他们基于UTF Phase A和B、Hangingstone、Sur mount4个SAGD项目现场实测的资料,拓展了Butler的汽窜基本理论,首次解释汽窜现象,认为蒸汽腔顶部的汽窜对蒸汽腔的增长有很重要的作用,高压运行是引起汽窜的重要原因。

Bagci(2005)[14]应用试验和数值模拟方法研究了裂缝性油藏中SAGD方法。

分析认为垂直裂缝对SAGD有利,尤其在初期启动阶段,裂缝充填油藏比均质油藏能获得更高的汽油比,垂直裂缝可以增加产油速度,降低原油粘度并利于热量的传递,还可以有效地减小井间热连通时间,加快蒸汽腔扩张速度。

Sola(2006)等[15]研究了将SAGD技术应用于伊朗低渗透碳酸盐岩稠油油藏的实例,认为SAGD是这类油藏最好的热采方法。

1.2　国内SAGD技术研究进展国内自1997年在辽河油田杜84块率先开展SAGD先导试验以来,许多学者对SAGD的理论和应用进行了详细的研究。

曾烨、周光辉(1994)[16]通过物模及数模的双重研究,结合我国油藏地质特点验证了SAGD技术在我国应用的可行性。

杨洪、姚远勤(1996)等[17]通过水平井与直井组合布井热采数值模拟研究,提出了水平井与直井组合布井的原则。

刘尚奇、马德胜(1999)等[18]以辽河油田曙一区杜84块为先导试验区,经研究认为,水平井与各种热采技术及重力泄油相结合,将是开发超稠油油藏的技术策略。

石在虹、杨乃群、刘德铸(1999)等人[19]首次将井眼轨迹计算技术引入多相流动的计算中,应用多相流体力学和传热学原理,建立了井筒内的能量平衡方程及热传导方程,通过对汽液两相流体在倾斜井筒中总传热系数方程式、热传导方程式及能量方程式的求解,得出了井筒内任意点处压力、干度及其它物性参数的计算方法。

由世江、周大胜(2000)等[20]进行了水平裂缝辅助重力泄油室内物模和数模实验研究,并对杜84-69-69井组开展水平裂缝辅助蒸汽驱现场先导试验。

结果认为,水平裂缝辅助蒸汽驱对开采超稠油是合适的,具有蒸汽腔发育充分、蒸汽波及系数大、最终采收率高等显著优点。

石在虹、吴宁、张琪(2000)等[21]将其研究的井筒工况计算方法编制成软件,并以辽河油田第1口SAGD试验井为实例验证其理论的正确性。

吴向红、叶继根、马远乐(2002)[22]和赵田、高亚丽(2005)等[23]研究了油藏与水平井段耦合的蒸汽辅助重力驱整体模拟的数学模型及其求解方法,该方法能预测水平井蒸汽辅助重力驱过程中蒸汽腔室的大小及形状的动态变化。

杨乃群、常斌、程林松(2003)[24]结合辽河油区超常规稠油油田的生产实际,研究了蒸汽辅助重力泄油及其改进方式(蒸汽和气体联合泄油、单井蒸汽辅助重力泄油以及强化蒸汽辅助重力泄油)的开采机理,以辽河油区某区块的开发方案为例,对蒸汽辅助重力泄油的开发效果进行了经济评价。

刘学利、杜志敏、韩忠艳(2004)等[25]建立了单井蒸汽辅助重力驱启动过程动态预测模型。

郭建国、乔晶(2005)[26]在油藏地质研究的基础上,对杜84块馆陶油层开发方案进行优选及经济评价研究,分析了开采方式、布井方式、注采井距、水平段长度等因素对超稠油油藏水平井开发试验效果的影响规律。

孟巍、贾东(2006)等[27]以杜84块兴隆台油层超稠油油藏特点和开发现状为基础,应用STARTS数值模拟软件,模拟了直井与水平井组合的SAGD方案,并对布井方式、水平段长度、水平段在油层中的位置、注采参数等进行了优化设计。

2002年以来,辽河油田与加拿大重油技术国际咨询公司合作,相继完成了“杜84块兴隆台油层兴Ⅵ组直井与水平井组合SAGD可行性研究”和“杜84块馆陶油层直井与水平井组合SAGD可行性研究”2个项目,初步确定了SAGD作为稠油吞吐后期提高采收率的接替方式,对SAGD开发方式的采油机理、注采参数调整、操作程序等有了更加深刻的认识,为开展先导试验提供了理论技术储备[28]。

2　SAGD技术最新研究2.1　布井方式及井筒水动力研究目前普遍采用的SAGD布井方式如图1A所示,蒸汽注入方向与产油方向相反,蒸汽从水平井段跟端注入,流体也在跟端附近采出。

图1C是目8 特种油气藏 第14卷前布井方式下的压力剖面示意图(实际并非图示线形关系),它表明注入井井筒中的压降与生产井井筒中的压降方向相反。

这样,在水平段的跟端附近将存在很大的隐患———汽窜。

为了防止汽窜的发生,经常采用的方法是在生产井中保持一定的液面,也就是蒸汽圈闭控制技术。

但这样也会导致生产井中的高持液率甚至会在趾端附近浸没注入井。

由于生产井中的压降实际上很小,如果注入井中的压降也最小化,则生产井与注入井之间的最大压差就可以最小化。

开始生产时,流体是从趾端采出,此时汽窜的可能性最小。

但如果流体只从趾端采出,则跟端的蒸汽腔的增长将受到阻碍。

Das (2005)[29]提出了同心轴双油管设计井筒的方法,并计算了注入井和生产井的井筒压力剖面,得到最佳的注入井和生产井井筒尺寸。

一种新的布井方法[30]是,注入井的蒸汽流动方向与生产井的产油方向相同,如图1B 所示,蒸汽从水平段趾端注入,油则从另一端附近产出。

图1D 所示的压力剖面示意图表明,注入井井筒中的压降与生产井井筒中的压降方向相同。

这样布井虽然会增加钻井难度及费用,但是先进的钻井技术和完井节省的费用使其更经济,而且它还可以有效地控制井间汽窜及产出液温度,需要时还允许采用低温泵举升系统。

图1　S AGD 布井方式及压力剖面图2.2　人工举升方法研究大部分SAGD 项目目前都采用高压气举的方法,由于存在高渗层和由此导致的高SOR ,需要采用低压操作。

为满足SAGD 的生产要求,必须采用新的人工举升方法。

Kisman[31]提出了2段举升系统(ELift )方法。

这种方法包含2个举升阶段,每一阶段都有一个生产油管。

在水平段跟端下一个井底封隔器,第1阶段的生产油管穿过封隔器。

在封隔器上部生产油管上有一个开口,它允许流体由此进入套管环空。

从封隔器到开口之间为隔热油管。

热的油藏流体从油藏进入筛管,再从趾端进入第1阶段油管,从开口流出后,流体分解为气相和液相,气体上升直接从井口产出,液体向下流动,从第2阶段油管用气举或井底泵举升到地面(图2)。

这种方法可以解决高产油量、高温流体、与溶解气相关的问题和井底泵的闪蒸问题。