水平井與直井組合蒸汽輔助重力泄油技術(shù)數(shù)值模擬

水平井與直井組合蒸汽輔助重力泄油技術(shù)數(shù)值模擬

蒸汽輔助重力泄油工藝蒸汽輔助重力蒸發(fā)（sagd）技術(shù)的基本原則是將液體熱流和熱傳導(dǎo)相結(jié)合，以蒸汽為加熱介質(zhì)，依靠重力作用開采稠油。國內(nèi)外對SAGD的機(jī)理研究也很多,但都是文字描述,面料蒸汽腔發(fā)育過程分階段,并用蒸汽腔截面場圖說明蒸汽腔形狀及泄油特征的目前還沒有。蒸汽輔助重力泄油常用的布井方式主要有上下平行雙水平井布井方式、幾口垂直注入井與水平生產(chǎn)井聯(lián)合布井。Butler指出,在蒸汽輔助重力泄油中,蒸汽腔內(nèi)整個(gè)泄油方式有兩種:即垂向泄油和斜面泄油。泄油過程中兩種泄油方式的共同作用導(dǎo)致蒸汽腔的“蘑菇狀”剖面。本文應(yīng)用數(shù)值模擬方法,對兩種布井方式下SAGD的蒸汽腔形成過程及泄油過程進(jìn)行研究,將數(shù)值模擬中網(wǎng)格參數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)導(dǎo)出,利用Surfer制圖軟件制作了蒸汽腔形成過程中蒸汽腔剛剛形成的泄油初期、蒸汽腔完全發(fā)育的泄油高峰期及蒸汽腔到達(dá)油層頂部后的泄油后期不同階段蒸汽腔截面的溫度場、壓力場、剩余油分布場的場圖,更直觀的證實(shí)了兩種泄油方式理論及“蘑菇云”剖面理論的正確性,更形象的描述了蒸汽及原油在不同泄油階段的流動特征,兩種布井方式蒸汽腔特點(diǎn)及泄油特征的差別也有一定體現(xiàn)。1井位設(shè)計(jì)及布井方式以遼河油田杜84塊一典型稠油油藏井組單元為基礎(chǔ)建立的三維均質(zhì)模型。流體參數(shù):原油粘溫關(guān)系如表1所示。地層參數(shù):水平滲透率1.90μm2,垂直滲透率1.14μm2,孔隙度24%,原始含油飽和度65%,巖石壓縮系數(shù)1.8×10-5/MPa,油層平均有效厚度68m,油層中部深度960m,油層溫度42℃,原始地層壓力12.05MPa。設(shè)計(jì)SAGD水平采油井位于靠近油層底部的區(qū)塊中心處,注汽井為水平注汽井或三口垂直注汽井兩種布井方式,注汽井位于水平采油井的垂上方,水平井段長300m。模擬選用CMG數(shù)值模擬軟件的STARS熱采模型。2關(guān)于蒸汽輔助重力排放的機(jī)理研究2.1注采動溫度場分布雙水平井SAGD布井方式下,制作蒸汽腔剛剛形成重力泄油初始階段、蒸汽腔完全發(fā)育的重力泄油高峰階段、蒸汽腔到達(dá)油層頂部后的重力泄油后期三個(gè)泄油階段的蒸汽腔截面溫度場、壓力場、剩余油飽和度場場圖(圖1～圖3),雙水平井布井方式下重力泄油過程中不同階段的滲流機(jī)理及特征如下:(1)重力泄油初期蒸汽腔剛剛形成(圖1),蒸汽腔內(nèi)溫度相對較低,原油流動性較差。在蒸汽腔中心區(qū)域重力泄油作用較明顯,熱交換以熱對流為主;而在蒸汽腔中心以外區(qū)域原油溫度較低,不具有可流動性,熱交換以熱傳導(dǎo)為主。(2)隨著蒸汽持續(xù)注入和重力泄油的進(jìn)行,在頂部泄油和斜面泄油的共同作用下,蒸汽腔向頂部和側(cè)向進(jìn)一步擴(kuò)展,蒸汽腔內(nèi)溫度也進(jìn)一步增高,進(jìn)入蒸汽腔完全發(fā)育的重力泄油高峰階段(圖2、4、5)。蒸汽控制區(qū)內(nèi)的溫度、壓力及剩余油飽和度分布都較均衡,只有在蒸汽腔邊界處溫度略高、剩余油飽和度略低,這是由于注汽井注入的高干度蒸汽首先聚集在蒸汽腔內(nèi)邊界處以加熱原油,必將導(dǎo)致蒸汽腔內(nèi)邊界處的溫度略高,剩余油飽和度略低。(3)蒸汽腔到達(dá)油層頂部后,頂部泄油將不存在,而斜面泄油成為唯一的泄油方式(圖3、6),蒸汽腔向底部及側(cè)向發(fā)展,蒸汽腔向頂部的熱損失增大。(4)重力泄油過程中蒸汽腔內(nèi)蒸汽控制區(qū)的溫度場、壓力場、剩余油飽和度場分布都比較均衡,說明重力泄油過程中注采井間不存在生產(chǎn)壓差,而是原油自身的重力在發(fā)揮泄油作用。(5)泄油高峰期蒸汽腔截面壓力場為明顯的“蘑菇狀”剖面(圖4),但溫度場及剩余油飽和度場均為頂部及底部窄,中部成“圓柱”狀剖面(圖2、5)。2.2到達(dá)油層頂部直井與水平井組合SAGD布井方式下,制作重力泄油三個(gè)階段的蒸汽腔截面場圖分別如圖7～圖12所示。重力泄油具有如下特征:(1)重力泄油初期(圖7、11),蒸汽腔在垂向上發(fā)展較快,即重力泄油初期頂部泄油占主要部分,蒸汽腔首先向頂部發(fā)展到達(dá)油層頂部,而后側(cè)面泄油占主要部分,蒸汽腔側(cè)向擴(kuò)展,最終各個(gè)蒸汽腔形成連接,達(dá)到沿水平井段的平面泄油。在蒸汽腔到達(dá)油層頂部時(shí)(圖8、10),蒸汽首先將油層頂部孔隙介質(zhì)中的原油置換出來,直至蒸汽腔與油層頂部隔熱層直接接觸。在蒸汽腔到達(dá)頂部隔熱層之后(圖9、12)頂部泄油將不再存在,而斜面泄油成為唯一的泄油方式,蒸汽腔向油層底部及側(cè)向擴(kuò)展。(2)不同泄油階段,蒸汽腔內(nèi)蒸汽聚集區(qū)域內(nèi)的溫度、壓力都很均衡,只有在靠近蒸汽腔內(nèi)邊界處的溫度相對較高,這是由于注汽井注人的高干度的蒸汽首先聚集在蒸汽腔邊界處以加熱原油,另外也說明注采井間不存在生產(chǎn)壓差,重力泄油作用是蒸汽腔擴(kuò)展及原油不斷采出的主要?jiǎng)恿Α?3)從溫度和剩余油飽和度場圖可以看出:蒸汽腔內(nèi)垂直井射孔井段周圍由于蒸汽的持續(xù)注入而導(dǎo)致其周圍的剩余油飽和度較低,另外,在蒸汽腔內(nèi)邊界處由于蒸汽聚集在此處以加熱孔隙介質(zhì)中的原油而導(dǎo)致蒸汽腔內(nèi)邊界處的剩余油飽和度也略偏低。泄油初期蒸汽腔到達(dá)油層頂部之前蒸汽腔的形狀為兩端半圓的“圓柱”狀剖面,蒸汽腔到達(dá)油層頂部后形狀為頂部較寬、底部較窄的“錐柱”狀剖面。(4)由于在泄油初期注汽井間沒有形成連通,蒸汽腔側(cè)向擴(kuò)展相對較慢,所以只有在注采井點(diǎn)間的單點(diǎn)泄油,在各注汽井蒸汽腔間連通起來之后,沿著水平井段的泄油面積變大,由單點(diǎn)泄油轉(zhuǎn)為沿著水平井段的平面泄油。3兩種布井方式的對比分析兩種布井方式的SAGD開發(fā)效果比較如圖13、圖14。從圖13、圖14可以看出:(1)雙水平井SAGD好于直井與水平井組合SAGD的開發(fā)效果,表現(xiàn)為階段累積采出程度及最終采出程度都較高,高峰期日產(chǎn)油量也較高,且高峰產(chǎn)油期較長。(2)結(jié)合機(jī)理分析,可以看出:直井與水平井組合SAGD布井方式,蒸汽腔垂向上升速度更快,但是泄油初期蒸汽腔側(cè)向擴(kuò)展相對較慢,且直井的單點(diǎn)注汽也導(dǎo)致泄油初期并不是沿著水平井段均有泄油,所以該布井方式的階段累積采出程度及日產(chǎn)油量都相對較低;而且各垂直注汽井的蒸汽腔形成連接后的連接點(diǎn)處也存在著蒸汽未觸及區(qū)域,導(dǎo)致最終采出程度相對較低。(3)兩種布井方式都獲得較好的開發(fā)效果:雙水平井SAGD高峰期日產(chǎn)油量高達(dá)65t/d,最終采出程度達(dá)65%左右;直井與水平井組合SAGD的高峰期日產(chǎn)油量高達(dá)55t/d,最終采出程度高達(dá)60%。對于超稠油SAGD是很有應(yīng)用前景的開發(fā)方式。4sagd的開發(fā)效益(1)應(yīng)用數(shù)值模擬及Surfer制圖軟件制作了兩種布井方式下蒸汽輔助重力泄油不同泄油階段蒸汽腔截面的溫度場圖、壓力場圖及剩余油飽和度場圖,直觀、形象的描述了SAGD蒸汽腔形成及發(fā)育過程中蒸汽腔形狀及重力泄油特征。(2)兩種布井方式的重力泄油都取得很好的開發(fā)效果:雙水平井SAGD的高峰期日產(chǎn)油量高達(dá)65噸/天,最終采出程度達(dá)到65%左