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[摘 要]蒸汽辅助重力泄油(SAGD)是超稠油开发的一项前沿技术,主要应用于原始地层条件下无流动能力的高黏度超稠油的开发。为了更好地预测SAGD生产中蒸汽腔侧向扩展的规律,在前人研究的基础上,推导计算了SAGD生产阶段当蒸汽腔到达油层顶部后蒸汽腔的侧向扩展模型,并讨论了汽腔侧向扩展的影响因素。同时,利用数值模拟技术对计算结果做了检验,把解析模型结果与数值模拟结果进行对比,验证了解析模型的可靠性。
[关键词]SAGD 稠油油藏 蒸汽腔 侧向扩展
中图分类号:TE933.207 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)40-0265-02
0.引言
蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的基本工作原理是流体热对流与热传导相结合,加热介质为蒸汽,依靠重力开采稠油。Butler指出,在SAGD过程中,蒸汽腔内的泄油方式有两种:垂向泄油和斜面泄油。泄油过程中垂向和斜面的共同作用导致蒸汽腔的“蘑菇状”剖面。2007年张丽萍[1]、武毅[2]等人研究了SAGD开发超稠油过程中蒸汽腔形成及扩展规律,得到了蒸汽腔形成及扩展规律:蒸汽腔形成于注汽井点,初期腔体比较狭小,横向扩展速度较大;连续注汽时,蒸汽腔纵向扩展速度逐渐加快并超过横向扩展速度,蒸汽腔下端横向扩展最为缓慢。2010年,崔红岩[11]研究了双井SAGD的蒸汽腔的扩展理论,给出了蒸汽腔扩展的数学模型和产量预测公式,其解析解与生产实际拟合较为不错,证实了蒸汽腔的发展过程是一个不断扩大的倒三棱锥相似体,蒸汽腔前缘的油汽界面呈直线不断向前推进。蒸汽腔的扩展分为两个阶段:上升扩展和侧向扩展,不同阶段的泄油率不同。
当SAGD进入生产阶段,蒸汽腔到达油层顶部后,汽腔必然向两侧扩展,描述在侧向扩展中汽液界面的变化规律对汽腔的发育、油井的产量有着重要的研究意义。
1. 蒸汽腔侧向扩展模型
1.1 数学模型的建立
本部分讨论水平井之上蒸汽腔的侧向扩展阶段,此阶段蒸汽腔只有向四周的扩散,也是蒸汽辅助重力泻油的稳产阶段,此阶段蒸汽腔界面呈倒三角稳定的进行侧向扩散。
2010年,崔红岩[3]作出以下假设:①均质油藏,且各向同性;②在SAGD过程中,蒸汽腔的压力保持恒定;③蒸汽腔前缘处的温度变化为拟稳态;④注汽井周围形成的蒸汽腔是一个不断扩展的倒棱体相似体。
利用公式(1)计算了X油田A井组SAGD生产过程中蒸汽腔的汽液界面随着时间变化情况,公式中有关参数取值见表1,计算结果见图1。从中可以看出,界面呈曲线并随着时间的增大向侧面扩展,但是,界面曲线的上、下端部分是不符合实际的,另外,在油藏顶部的曲线趋于无穷大,这是不可能的。所以,需要进一步的修正。
在油藏的底部,界面的向前推进速度比油藏顶部慢,在SAGD初期阶段,油藏底部蒸汽腔几乎没有向前推进,公式(1)中计算出的界面曲线,可以用一种简单的近似方法,假设界面曲线的下游部位用从井到该曲线的切线所代替,使他们保持与生产井相连[3]。
1.2 地质模型的建立
1.2.1网格划分
本次数值模拟的范围是X油田A井组。在划分网格时,采用角点网格系统,建立70×23×57的网格系统,共91770个节点。理论上,网格数目可以满足常规SAGD数值模拟要求。
1.2.2数模计算的蒸汽腔扩展规律
图1为利用数值模拟计算的蒸汽腔扩展规律,可以看出,蒸汽腔的形态受到储层渗透率的影响很严重,渗透率较低的隔夹层抑制了汽腔的发育。
图2为观察井处测量的温度剖面和数模计算的温度剖面的对比。X井2012.10.29测量的温度曲线的形态和数模计算的温度曲线形态基本一致,数值模拟计算的比实际观察井的稍低一些,大概在5~7℃之间。X井的温度测试剖面与数模计算的稍有差异,但整体相态基本一致。
1.3 侧向扩展汽液界面敏感性分析
从式(1)可以看出,蒸汽腔的侧向扩展阶段蒸汽腔的汽液界面分布主要受蒸汽腔温度、储层渗透率及孔隙度的影响。
(1)蒸汽腔的侧向扩展阶段蒸汽腔温度的影响
在t=1000d时,对比蒸汽腔温度分别为200℃、250℃、300℃气液界面分布。对比可知,蒸汽腔温度越高,蒸汽腔侧向扩展越快。
(2)蒸汽腔的侧向扩展阶段储层渗透率的影响
蒸汽腔温度为200℃,在t=1000d时,对比储层渗透率为原来的0.2、0.5时的蒸汽腔气液界面分布。对比结果表明,渗透率越大,蒸汽腔侧向扩展越快。
(3)蒸汽腔的侧向扩展阶段孔隙度的影响
蒸汽腔温度为200℃,在t=1000d时,对比孔隙度为20%、25%、30%、35%、40%的蒸汽腔气液界面分布。对比结果表明,孔隙度越小,蒸汽腔侧向扩展越快。
1.4 与数模结果对比
应用数值模拟方法模拟了X油田A井组蒸汽腔的侧向扩展情况,见图3。从中可以看出,随着生产间的增加,蒸汽腔的侧向扩展距离逐渐增大。分别统计数模计算的不同时间蒸汽腔扩展的侧向距离,将该结果与公式(1)计算的侧向扩展距离(图4)对比,见表2。
(a)汽腔到达顶部0d (b)到达顶部100d (c)到达顶部200d (d)到达顶部400d (e)到达顶部600d
从表2可以看出,利用公式(1)计算的结果与数模计算结果相差不大,最大相差了0.8m,这表明可以采用公式(1)计算蒸汽腔的侧向扩展距离。
2.结论
(1)利用蒸汽腔汽液界面推导公式建立了SAGD的蒸汽腔侧向扩展模型。
(2)蒸汽腔的侧向扩展阶段蒸汽腔的汽液界面分布主要受蒸汽腔温度、储层渗透率及孔隙度的影响,蒸汽腔温度越高、储层渗透率越大、孔隙度越小,蒸汽腔侧向扩展越快。
(3)从侧向扩展模型计算结果与数值模拟结果对比中可以看出,利用公式计算的结果与数模计算结果相差不大,最大相差了0.8m,这表明可以采用公式计算蒸汽腔的侧向扩展。
参考文献
[1]张方礼,张丽萍.蒸汽辅助重力泄油在SAGD开发中的应用[J].特种油气藏,2007,14(2):70-72.
[2]武毅.超稠油SAGD开发蒸汽腔形成及扩展规律研究[J].特种油气藏,2007,14(6):40-43.
[3]崔红岩.蒸汽辅助重力泄油的渗流模式研究[D].中国石油大学,2010年.
[4]刘志波,程林松,纪佑军,等.蒸汽与天然气驱(SAGP)开采特征:与蒸汽辅助重力泄油(SAGD)对比分析[J].石油勘探与开发,2011,38(1):79-83.
[5]范耀,刘易非,茹婷,等.稠油高温气体辅助蒸汽驱的可行性研究[J].新疆石油地质,2010,31(5):530-532.
[6]吴霞.蒸汽辅助重力泄油技术研究进展[J].特种油气藏,2007,14(1):7-10.
[7]王选茹,程林松.蒸汽辅助重力泄油渗流机理研究[J].西南石油学院学报,2006,28(2):46-47.
作者简介:
冯国庆(1974-),男,山东菏泽人,西南石油大学石油工程学院副教授,博士,主要从事油藏描述和油藏数值模拟研究。地址:四川省成都市西南石油大学石油工程学院,邮政编码:610500。
[关键词]SAGD 稠油油藏 蒸汽腔 侧向扩展
中图分类号:TE933.207 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)40-0265-02
0.引言
蒸汽辅助重力泄油(SAGD)的基本工作原理是流体热对流与热传导相结合,加热介质为蒸汽,依靠重力开采稠油。Butler指出,在SAGD过程中,蒸汽腔内的泄油方式有两种:垂向泄油和斜面泄油。泄油过程中垂向和斜面的共同作用导致蒸汽腔的“蘑菇状”剖面。2007年张丽萍[1]、武毅[2]等人研究了SAGD开发超稠油过程中蒸汽腔形成及扩展规律,得到了蒸汽腔形成及扩展规律:蒸汽腔形成于注汽井点,初期腔体比较狭小,横向扩展速度较大;连续注汽时,蒸汽腔纵向扩展速度逐渐加快并超过横向扩展速度,蒸汽腔下端横向扩展最为缓慢。2010年,崔红岩[11]研究了双井SAGD的蒸汽腔的扩展理论,给出了蒸汽腔扩展的数学模型和产量预测公式,其解析解与生产实际拟合较为不错,证实了蒸汽腔的发展过程是一个不断扩大的倒三棱锥相似体,蒸汽腔前缘的油汽界面呈直线不断向前推进。蒸汽腔的扩展分为两个阶段:上升扩展和侧向扩展,不同阶段的泄油率不同。
当SAGD进入生产阶段,蒸汽腔到达油层顶部后,汽腔必然向两侧扩展,描述在侧向扩展中汽液界面的变化规律对汽腔的发育、油井的产量有着重要的研究意义。
1. 蒸汽腔侧向扩展模型
1.1 数学模型的建立
本部分讨论水平井之上蒸汽腔的侧向扩展阶段,此阶段蒸汽腔只有向四周的扩散,也是蒸汽辅助重力泻油的稳产阶段,此阶段蒸汽腔界面呈倒三角稳定的进行侧向扩散。
2010年,崔红岩[3]作出以下假设:①均质油藏,且各向同性;②在SAGD过程中,蒸汽腔的压力保持恒定;③蒸汽腔前缘处的温度变化为拟稳态;④注汽井周围形成的蒸汽腔是一个不断扩展的倒棱体相似体。
利用公式(1)计算了X油田A井组SAGD生产过程中蒸汽腔的汽液界面随着时间变化情况,公式中有关参数取值见表1,计算结果见图1。从中可以看出,界面呈曲线并随着时间的增大向侧面扩展,但是,界面曲线的上、下端部分是不符合实际的,另外,在油藏顶部的曲线趋于无穷大,这是不可能的。所以,需要进一步的修正。
在油藏的底部,界面的向前推进速度比油藏顶部慢,在SAGD初期阶段,油藏底部蒸汽腔几乎没有向前推进,公式(1)中计算出的界面曲线,可以用一种简单的近似方法,假设界面曲线的下游部位用从井到该曲线的切线所代替,使他们保持与生产井相连[3]。
1.2 地质模型的建立
1.2.1网格划分
本次数值模拟的范围是X油田A井组。在划分网格时,采用角点网格系统,建立70×23×57的网格系统,共91770个节点。理论上,网格数目可以满足常规SAGD数值模拟要求。
1.2.2数模计算的蒸汽腔扩展规律
图1为利用数值模拟计算的蒸汽腔扩展规律,可以看出,蒸汽腔的形态受到储层渗透率的影响很严重,渗透率较低的隔夹层抑制了汽腔的发育。
图2为观察井处测量的温度剖面和数模计算的温度剖面的对比。X井2012.10.29测量的温度曲线的形态和数模计算的温度曲线形态基本一致,数值模拟计算的比实际观察井的稍低一些,大概在5~7℃之间。X井的温度测试剖面与数模计算的稍有差异,但整体相态基本一致。
1.3 侧向扩展汽液界面敏感性分析
从式(1)可以看出,蒸汽腔的侧向扩展阶段蒸汽腔的汽液界面分布主要受蒸汽腔温度、储层渗透率及孔隙度的影响。
(1)蒸汽腔的侧向扩展阶段蒸汽腔温度的影响
在t=1000d时,对比蒸汽腔温度分别为200℃、250℃、300℃气液界面分布。对比可知,蒸汽腔温度越高,蒸汽腔侧向扩展越快。
(2)蒸汽腔的侧向扩展阶段储层渗透率的影响
蒸汽腔温度为200℃,在t=1000d时,对比储层渗透率为原来的0.2、0.5时的蒸汽腔气液界面分布。对比结果表明,渗透率越大,蒸汽腔侧向扩展越快。
(3)蒸汽腔的侧向扩展阶段孔隙度的影响
蒸汽腔温度为200℃,在t=1000d时,对比孔隙度为20%、25%、30%、35%、40%的蒸汽腔气液界面分布。对比结果表明,孔隙度越小,蒸汽腔侧向扩展越快。
1.4 与数模结果对比
应用数值模拟方法模拟了X油田A井组蒸汽腔的侧向扩展情况,见图3。从中可以看出,随着生产间的增加,蒸汽腔的侧向扩展距离逐渐增大。分别统计数模计算的不同时间蒸汽腔扩展的侧向距离,将该结果与公式(1)计算的侧向扩展距离(图4)对比,见表2。
(a)汽腔到达顶部0d (b)到达顶部100d (c)到达顶部200d (d)到达顶部400d (e)到达顶部600d
从表2可以看出,利用公式(1)计算的结果与数模计算结果相差不大,最大相差了0.8m,这表明可以采用公式(1)计算蒸汽腔的侧向扩展距离。
2.结论
(1)利用蒸汽腔汽液界面推导公式建立了SAGD的蒸汽腔侧向扩展模型。
(2)蒸汽腔的侧向扩展阶段蒸汽腔的汽液界面分布主要受蒸汽腔温度、储层渗透率及孔隙度的影响,蒸汽腔温度越高、储层渗透率越大、孔隙度越小,蒸汽腔侧向扩展越快。
(3)从侧向扩展模型计算结果与数值模拟结果对比中可以看出,利用公式计算的结果与数模计算结果相差不大,最大相差了0.8m,这表明可以采用公式计算蒸汽腔的侧向扩展。
参考文献
[1]张方礼,张丽萍.蒸汽辅助重力泄油在SAGD开发中的应用[J].特种油气藏,2007,14(2):70-72.
[2]武毅.超稠油SAGD开发蒸汽腔形成及扩展规律研究[J].特种油气藏,2007,14(6):40-43.
[3]崔红岩.蒸汽辅助重力泄油的渗流模式研究[D].中国石油大学,2010年.
[4]刘志波,程林松,纪佑军,等.蒸汽与天然气驱(SAGP)开采特征:与蒸汽辅助重力泄油(SAGD)对比分析[J].石油勘探与开发,2011,38(1):79-83.
[5]范耀,刘易非,茹婷,等.稠油高温气体辅助蒸汽驱的可行性研究[J].新疆石油地质,2010,31(5):530-532.
[6]吴霞.蒸汽辅助重力泄油技术研究进展[J].特种油气藏,2007,14(1):7-10.
[7]王选茹,程林松.蒸汽辅助重力泄油渗流机理研究[J].西南石油学院学报,2006,28(2):46-47.
作者简介:
冯国庆(1974-),男,山东菏泽人,西南石油大学石油工程学院副教授,博士,主要从事油藏描述和油藏数值模拟研究。地址:四川省成都市西南石油大学石油工程学院,邮政编码:610500。