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,注入的烟道气可以有效降低地层原油黏度,提高原油渗流能力,增大体积系数,增加弹性能量;与常规SAGD方式相比,烟道气辅助SAGD方式蒸汽腔横向扩展速度加快,纵向扩展速度减缓,蒸汽超覆现象得到有效抑制;伴注的烟道气在蒸汽腔上方聚集,形成隔热层,减少了蒸汽向上覆盖层的热损失,提高了热量利用效率;在常规SAGD过程中伴注烟道气,可以一定程度减少蒸汽注入量,提高油汽比,改善开发效果。综合分析认为,伴注烟道气方式是改善SAGD开发中后期开发效果的可行途径。     

烟道气辅助SAGD数值模拟研究

根据杜84块馆陶油层地质特征、多组分流体相态拟合生成的流体组分数据,结合SAGD数值模拟技术,建立烟道气辅助SAGD数值模拟模型。针对常规SAGD技术进行不改变注汽方式开发效果预测,对注汽井注汽进行了可行性分析。模拟结果表明,注汽井注汽较原方式提高采收率8个百分点;针对烟道气辅助SAGD技术,进行蒸汽/烟道气伴注可行性分析,对蒸汽/烟道气注入比和注入总量进行优选,最终优选烟道气和蒸汽总注入量为75 m3/d,注入比为1∶1,最终采收率为47.39%。烟道气辅助SAGD数值模拟结果表明,蒸汽/烟道气伴注对改善SAGD过程中蒸汽腔的扩展及延长SAGD阶段时间效果明显。     

溶剂辅助蒸汽重力泄油室内实验研究

为改善正起辅助重力泄油技术（SAGD）的开发效果,以国内某超稠油油藏为基础,通过二维物理模拟装置开展了三组SAGD对比实验,研究了溶剂辅助SAGD技术对SAGD蒸汽腔发育特征、原油产量以及采收率的影响。研究结果表明,溶剂辅助SAGD中,溶剂以液相和气相共同存于油藏中,溶剂浓度越高,气相组分含量越高;溶剂中的气相组分在油藏中可以减少蒸汽在上覆岩层的热损失,提高蒸汽腔垂向扩展均匀性;合理溶剂浓度下,溶剂辅助SAGD可以显著峰值产量和提高最终采收率;低浓度溶剂辅助SAGD的单位原油产量的能耗明显低于纯蒸汽SAGD。实验结果表明,低浓度溶剂辅助SAGD对于开采超稠油油藏具有较大的应用潜力。     

超稠油油藏蒸汽与非凝析气驱油数字化实验

在蒸汽辅助重力驱油（SAGD）工艺物理模拟相似准则的基础上,以辽河油田某区块地质特征为原型建立比例物理模型,进行了蒸汽辅助重力驱油（SAED）与蒸汽与非凝析气驱油（SAGP）物理模拟数字实验。得到了两种工艺开采过程的温度场和生产指标结果,对比分析了其开发效果的优劣,并对SAGP过程注非凝析气的种类进行了优化。研究表明：SAGP过程添加非凝析气后,使得蒸汽腔的横向扩展加快,垂向扩展减缓;SAGP过程能减少蒸汽注入量和热损失,增大热效率,提高油汽比,改善蒸汽辅助重力泄油的开发效果;SAGP过程注二氧化碳的开发效果优于注烟道气,注烟道气优于注氮气;SAGP技术可在提高采收率的同时减少开采过程能量消耗,并有效利用温室气体。     

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。     

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。     

烟道气辅助SAGD蒸汽腔扩展机理

通过研究烟道气对蒸汽冷凝传热的影响,借助可视化物理模型实验,观察了烟道气辅助SAGD蒸汽腔扩展特征。蒸汽冷凝实验结果表明,常规注蒸汽过程中,蒸汽会在冷却壁面迅速冷凝并聚成大液滴,248 ms后大液滴在重力作用下快速脱落。蒸汽内加入烟道气后,1 217 ms后才观察到少量液滴脱落现象,气体增加了蒸汽分子扩散的阻力,大量的液滴在冷凝壁面形成隔热膜,降低了蒸汽与冷却壁面的冷凝传热系数。可视化物理模型实验结果表明,低物性储层阻碍了SAGD蒸汽腔向上发育。随着烟道气和蒸汽的共同注入,烟道气可以促进SAGD蒸汽腔突破低物性储层,蒸汽腔波及系数提高6.6%,采出程度提高9.6%。这是由于烟道气辅助SAGD开发中,烟道气通过降低蒸汽与油藏岩石之间的冷凝传热系数,蒸汽腔遇到低物性储层后没有迅速冷凝变为热水,而是保持蒸汽腔状态突破低物性储层,从而增加了蒸汽腔的扩展范围,提高了储层的动用程度和采油速度。     

SAGD中后期多介质强化提高开发效果技术

针对双水平井SAGD开发中后期普遍存在的地层能量不足，泄油能力、油汽比低和热损失严重等问题，提出多介质强化提高开发效果技术，采用室内实验和数值模拟相结合方法，揭示关键机理并对主要注入参数进行优化。结果表明，SAGD开发中后期注入多介质后，具有双重降黏、改善汽腔发育形态、提高重力泄油能力、减少热损失和节约蒸汽等作用。溶剂在汽腔扩展至油藏顶部时注入更易发挥其溶解降黏作用，汽腔横向扩展结束时停注溶剂可提高其回收率；非凝析气甲烷的注入时机、注入方式和注入量对油汽比有重要影响。与纯蒸汽SAGD相比，多介质强化SAGD日均产油量提高3.9 t/d，油汽比提高0.093，日注汽量下降6.7 t/d，实施3个月投入产出比达1∶4。     

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。     

烟道气对蒸汽腔影响可视化研究及机理分析

为了研究烟道气对SAGD蒸汽腔扩展的影响,利用二维可视化模型开展了SAGD和烟道气辅助SAGD物理模拟实验,并通过冷凝传热实验分析了烟道气的影响机理。结果表明：SAGD开发过程中,加入烟道气能使蒸汽腔先向上发育,形成气顶后再逐渐横向扩展,显著提高了蒸汽的波及效率;蒸汽腔在烟道气影响下的“二次发育”说明烟道气能促进蒸汽渗流传热,使更多热量进入岩心深部。分析认为：一方面烟道气通过指进为后续蒸汽开辟通道,加速蒸汽渗流;另一方面能抑制蒸汽与周围介质冷凝传热,减少渗流过程中的散热,使蒸汽携带更多热量向深部运移,即2种机理共同作用导致烟道气对蒸汽渗流传热起促进作用。该结果对深入认识烟道气的作用机理提供借鉴,对烟道气辅助SAGD生产实践有一定指导意义。     

A NUMERICAL ANALYSIS OF THE SINGLE-WELL STEAM ASSISTED GRAVITY DRAINAGE PROCESS (SW-SAGD)

Steam assisted gravity drainage (SAGD) is an effective method to produce heavy oil and bitumen which are important energy resources. In a typical SAGD approach, steam is injected into a horizontal well located directly above a horizontal producer helping to displace heated oil. Single-well (SW) SAGD attempts to create a similar process using only one horizontal well. To improve early-time response of SW-SAGD, it is necessary to heat the near-wellbore area to reduce oil viscosity and allow gravity drainage to begin. Ideally heating should occur with minimal circulation or bypassing of steam. We have investigated early-time processes to improve reservoir heating. A numerical simulation study was performed to gauge combinations of cyclic steam injection and steam circulation prior to SAGD in an effort to better understand and improve early-time performance. Results from this study, include cumulative recoveries, temperature distributions, and production rates. It is found that cyclic steaming of the reservoir offers the most favorable option for heating the near-wellbore area to create conditions that improve initial SAGD response. More favorable reservoir conditions such as low viscosity, thick oil zones, and solution gas, improved reservoir response. Under unfavorable conditions, response was limited.     

富集烟道气双注采油工艺试验研究

富集烟道气双注采油工艺技术是将稠油热采的锅炉烟道气经过处理,增压后,作为一种溶剂注入油层,与油层中的残留原油混溶成一种流体被替产的三次采油方法。在锦45块进行了锅炉烟道气注入的现场工业性先导试验,从试验结果看,该工艺起到了保护套管,减少热损失,强化助排,降低原油粘度,增加油层渗透性的作用,锅炉烟道气用于油田稠油和超稠油开采的注入气体,既能提高原油产量和油藏采收率,又可减少废气的排放,利于保护环境。     

A NUMERICAL ANALYSIS OF THE SINGLE-WELL STEAM ASSISTED GRAVITY DRAINAGE PROCESS (SW-SAGD)

Steam assisted gravity drainage (SAGD) is an effective method to produce heavy oil and bitumen which are important energy resources. In a typical SAGD approach, steam is injected into a horizontal well located directly above a horizontal producer helping to displace heated oil. Single-well (SW) SAGD attempts to create a similar process using only one horizontal well. To improve early-time response of SW-SAGD, it is necessary to heat the near-wellbore area to reduce oil viscosity and allow gravity drainage to begin. Ideally heating should occur with minimal circulation or bypassing of steam. We have investigated early-time processes to improve reservoir heating. A numerical simulation study was performed to gauge combinations of cyclic steam injection and steam circulation prior to SAGD in an effort to better understand and improve early-time performance. Results from this study, include cumulative recoveries, temperature distributions, and production rates. It is found that cyclic steaming of the reservoir offers the most favorable option for heating the near-wellbore area to create conditions that improve initial SAGD response. More favorable reservoir conditions such as low viscosity, thick oil zones, and solution gas, improved reservoir response. Under unfavorable conditions, response was limited.     

新型调驱一体化高温烟道气驱用泡沫剂室内评价

利用注汽锅炉废弃的烟道气等高温热流体驱油,既可以降低碳排放又可以提高石油采收率,是一项具有重大潜力的技术。但是烟道气较高的出口温度和复杂的体系组成严重影响了泡沫剂的性能,针对适合烟道气驱用的泡沫剂研究十分有限。为此研发了一种调驱一体化的高温烟道气驱用三元共聚物(PNCAS)泡沫剂,利用高温高压泡沫仪研究了泡沫剂性能,考察了泡沫剂质量分数、温度、压力和气体组分对泡沫性能的影响。利用填砂管驱替实验装置评价封堵性能,测试了泡沫剂溶液的阻力因子,并进行了双管并联驱替和微观可视化实验。结果表明:PNCAS泡沫剂在300 ℃高温老化后具有较高的阻力因子和较低的油水界面张力,能够大幅度降低烟道气和蒸汽的流速,减少气窜,增加蒸汽波及面积,进而提高稠油采收率。研究成果对稠油烟道气辅助热采开发有重大的指导意义。     

高压环境双水平井SAGD三维物理模拟实验

针对原始地层压力较高且难于在短期内降压的特稠油油藏,为了研究双水平井SAGD在高压环境下的开发效果,利用高温、高压三维物理模拟系统进行了SAGD物理模拟实验,并分析了在原始地层压力较高的特稠油油藏中进行SAGD生产的各项特征。研究结果表明:与低压环境下的SAGD生产过程相比,在高压环境下蒸汽腔发育过程虽然也分为3个阶段,但是蒸汽腔体积小,横向扩展范围有限;生产过程中没有出现稳产阶段,产油速率和油汽比在达到最大值以后迅速降低,大量原油在高含水和低油汽比阶段被产出;生产过程中热损失速率先缓慢、后迅速增加,最后保持稳定,与蒸汽腔发育的3个阶段相对应。根据实验研究结果可知,在高压环境下进行SAGD生产难以取得较为理想的开发效果,低压环境下SAGD开发的采收率远高于高压环境下SAGD的采收率。因此,高压环境下实施SAGD不能有效释放蒸汽潜热从而提高稠油油藏采收率,在能降低油藏压力的条件下,应首先利用适当工艺措施降低油藏平均压力,再实施SAGD开发。