新型SAGD技术在稠油开采中的应用-石油圈

蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)是实现稠油和油砂开采的有效技术。该技术通过向地层中连续注入高温蒸汽加热油藏，加热后的原油黏度显著降低，在重力作用下流入位于注汽井下方的生产井中，并被举升至地面。该技术首先在1978年由Butler提出，于1987年在加拿大AOSTRA油田进行了先导性试验并取得成功。随后，SAGD技术在加拿大、美国、委内瑞拉、中国等地稠油油藏的开采中得到了广泛的应用，成为实现稠油、超稠油、油砂就地开采的一项重要工艺。

随着SAGD技术的应用，其缺点也逐渐显现。由于要消耗大量的蒸汽，SAGD技术的实施需要消耗大量的水资源，并会造成一定的CO2排放，而且SAGD技术在储层薄、物性差、边底水、隔夹层的储层中热效率低，开采效果差。为提高SAGD技术的应用效果和技术适应性，出现了多种变型SAGD技术。就目前来说，SAGD技术的发展主要集中在两个方向：一是对双水平井注采模式的几何变化，其中包括U型井SAGD技术、快速SAGD技术以及单井SAGD技术等；二是对注入介质物理化学性质的改良，其中包括蒸汽与非凝析气推进技术(SAGP)，溶剂辅助蒸汽重力泄油技术(SA-SAGD)以及化学剂辅助蒸汽重力泄油技术(CA-SAGD)等。通过调研国内外新型SAGD技术的研究与应用情况，从工艺原理、技术特点以及应用效果等方面对上述新型SAGD技术进行了介绍，为新型SAGD技术在我国稠油开采中的研究与应用打下基础。

2改变注采模式的SAGD技术

2.1U型井SAGD技术

U型井可通过定向钻井技术直接获得，也可以通过将两口不同位置的水平井与直井、定向井与水平井、定向井与定向井或水平井与水平井在同一目的层进行连通实现。通过将U型井钻井技术与稠油热采技术相结合，出现了U型井SAGD技术。

2006年，Ashalchinskoye油田实施了一种新型的U型井SAGD技术。通过在地层中布置两口平行的U型井，采用SAGD技术原理实现稠油油藏的开采。蒸汽从上部U型井的两个井口注入加热油藏，加热后的原油从下部U型井采出。第一对U型井于2006年投入生产，两口U型井垂向距离5m，水平段长度均为200m，投入生产后产油量从0.5t/d提高到3t/d；第二对U型井于2007年投入生产，其水平段长度分别为410m和400m，与第一对U型井相比，水平段长度的增大使产量大幅度提升，原油产量从初始的7.5t/d增至17t/d。现场生产数据表明，U型井的平均产能是邻近直井的8~10倍，证明了U型井SAGD技术开发稠油油藏的有效性。

2010年，ENI公司提出了一种采用U型井开采稠油油藏的新型热采工艺，通过将不同方向钻穿同一油藏的两口水平井以适当方式(尾管或套管)连接起来，形成U型井，从而与地面设施构成蒸汽或热流体的闭合回路，利用热流体所携带的热量加热油藏和原油，黏度降低后的热油在重力作用下流入井底从而被采出。该技术的主要目标是形成蒸汽或热流体循环的闭合回路，从而将热流体的注入与原油的采出进行分离。其应用模式主要有两种：

（1）热流体从一个井口注入，另一个井口采出，U型井仅用于将热量从地面传导至地下，加热后的原油则从附近的生产井采出。

（2）热流体从U型井的一个井口注入和采出，原油从另一个井口采出。两种应用模式的井筒结构如图1所示。现场测试表明，U型井SAGD技术能够提高稠油油藏的开发效果，但由于钻井操作要求较高，该技术尚未实现工业化。

2.2快速SAGD技术

该技术综合了常规SAGD技术与蒸汽吞吐技术的特点。首先在储层中布置一对常规SAGD水平井，然后在一侧布置一口偏置井，该井与SAGD水平井平行并且相隔一定的距离，作为蒸汽吞吐井，其技术流程如图2所示[6]。首先SAGD井对正常生产，偏置井关闭。待蒸汽腔到达储层顶部时，开始向偏置井中注入蒸汽，蒸汽的注入压力和注入速率都高于SAGD井对，但低于地层破裂压力，避免压裂地层。从偏置井注入蒸汽能够加速蒸汽腔的横向扩展，当井间区域被充分加热后，也即偏置井的蒸汽腔与SAGD井的蒸汽腔相连通时，偏置井由注汽井转为生产井进行原油开采。

从应用效果来看，快速SAGD技术能够显著提高原油产量，增大油汽比，降低钻井成本和操作成本，以较少的井数获得较高的产能。与常规SAGD技术相比，快速SAGD技术热效率提高24%，产能提高35%，并且在原油累计产量相同的情况下，所消耗的蒸汽和操作时间更少。为了评价快速SAGD技术的生产效果，Shin等进行了室内物理模拟实验，对比了常规SAGD技术和快速SAGD技术的生产效果，实验所用模型尺寸87.4cm×5cm×22.7cm。实验数据表明，与常规SAGD技术相比，快速SAGD技术累计产油量更高，累计油汽比更低。Dang等采用数值模拟方法对比快速SAGD技术和SAGD技术在Alberta三大典型油砂中的应用情况，结果表明，快速SAGD技术在开采渗透率较低的Clearwater和Bluesky油砂时消耗的蒸汽更少，产量更高，经济效益更好。

快速SAGD技术的经济性和有效性已经得到了数值模拟和室内实验的证实，其应用效果需要更多的现场测试数据进行验证。

2.3单井SAGD技术

单井SAGD技术，即在同一口井中实现蒸汽的注入和原油的采出，根据井型的不同可以分为直井单井SAGD技术和水平井单井SAGD技术。水平井单井SAGD技术在我国已经得到了现场测试，由于操作难度大，现场应用较少。

直井单井SAGD技术则是采用特殊装置完井的新型技术，通过与压裂技术相结合，实现重力泄油，该技术的原理：首先垂直钻穿储层并采用特殊设计的六翼套管进行固井。套管下入后采用机械方法使其胀开，形成均匀分布的6个槽，并确保各翼不闭合。然后注入压裂液进行压裂操作，最终形成与油藏接触的6个压裂支撑面。采用同样的方法，依次从底部到顶部对储层进行改造，最终形成6个贯穿整个储层的压裂面。最后采用双管柱完井，蒸汽从准114.3mm的真空绝热管中注入，流体从准88.9mm的油管中采出。蒸汽从油藏顶部注入后沿压裂面向井筒周围以及油藏底部均匀扩散，释放潜热加热原油，使原油黏度降低。热油和冷凝水在重力作用下流入井底并被举升至地面，实现原油的开采。该技术是将压裂引入热采技术而形成的新型技术，能够有效克服隔夹层的影响，实现蒸汽的均匀扩展，从而使储层受热更加均匀；并且能够适用于开发对SAGD来说不经济的薄储层、埋藏浅的油藏，具有十分重要的应用价值。

3改良注入介质的SAGD技术

3.1蒸汽与非凝析气驱油技术

蒸汽与非凝析气驱油技术(SAGP)的原理是通过向蒸汽中加入少量非凝析气对蒸汽进行改质，非凝析气注入后主要分布在蒸汽腔顶部，使蒸汽腔顶部温度降低，从而减少盖层热损失，有效提高热效率。目前应用于SAGP技术的非凝析气体主要有CO2、N2、CH4、C2H6、C3H8以及烟道气等。

自提出以来，该技术已经得到了较多的研究，其中既有数值模拟研究，也有室内实验研究；布井模式既有传统的双水平井模式，也有直井水平井相结合的模式。研究表明，非凝析气的添加能够减缓蒸汽腔的纵向扩展，加速蒸汽腔的横向扩展，并且与传统SAGD技术相比，SAGP技术能够减少蒸汽消耗量和热损失，提高热效率，提高开发效果。此外，SAGP技术也可以对烟道气和CO2等温室气体进行有效利用，减少环境污染。

杜84馆平11、12井组作为辽河油田SAGP先导试验区，于2011年7月10日至2011年8月2日在蒸汽腔的顶部附近注入N2段塞。截至2011年11月5日，SAGP试验累计生产120d，与N2注入前相比，阶段注汽量减少了3.6×104t，阶段含水率降低了1.4%，油汽比由0.20上升到0.26，阶段油汽比提高了0.06，获得了很好的生产效果。

3.2溶剂辅助蒸汽重力泄油技术

溶剂辅助蒸汽重力泄油技术(ES-SAGD)是将低浓度的碳氢化合物溶剂与蒸汽混合注入油藏，从而改善SAGD注蒸汽开发效果。ES-SAGD的概念首先由Nasr等人提出。在溶剂辅助蒸汽重力泄油工艺中，将溶剂以气态形式与蒸汽混合注入，在油藏条件下溶剂与蒸汽在蒸汽腔边缘同时凝结，经溶解扩散后稀释原油，并且与蒸汽潜热一起使原油黏度降低，从而实现稠油或油砂的降黏开采。

该技术综合了加热降黏和溶剂稀释降黏的原理，与常规SAGD技术相比具有较多优势。ESSAGD技术能够提高油汽比，减少蒸汽注入量，从而降低水和能源消耗。研究表明，与常规SAGD相比，ES-SAGD过程油汽比可提高25%以上。其次，溶剂的加入能够加快采油速率，从而在相同时间内获得更高的产能，这一点在考虑经济效益时显得尤为重要。最后，ES-SAGD工艺在提高蒸汽开发生产效果的同时也减少了温室气体排放，具有良好的社会效益和环境效益。

EnCana公司自1996年开始进行ES-SAGD实验，并于2002年使用丁烷在Senlac开展了现场测试，两个月的生产结果表明产油量提升了50%。2004年，EnCana公司又在ChristinaLake的Q3井组进行了ES-SAGD项目测试，生产数据表明，溶剂的注入使日产量从167m3/d提高到240m3/d，油汽比也从原来的0.2提高到0.6。

3.3化学剂辅助蒸汽重力泄油技术

采用化学剂对热采技术进行改进是稠油热采技术的重要发展方向。在化学剂辅助蒸汽重力泄油(CA-SAGD)工艺中，蒸汽作为化学剂的载体，将化学剂携带入油藏，使其与地层流体和岩石发生相互作用，提高原油的流动性，在提高产能的同时减少蒸汽消耗，从而改善SAGD技术的开发效果。

从化学剂的种类来看，主要包括降黏剂、表面活性剂、泡沫以及各种针对特殊油藏设计的复配化学体系等；从注入方式来看，化学剂既可以伴蒸汽注入，也可以段塞形式注入。注入化学剂的种类不同，其开采原理也不尽相同。例如，泡沫的加入是为了发挥泡沫的调剖作用，增大蒸汽的波及系数；对于常用的表面活性剂来说，其增产原理包括降低表面张力、改变油藏岩石润湿性、增大油相相对渗透率以及乳化作用等。为了提高化学剂的综合应用效果，常将不同种类的化学剂复配使用。

CA-SAGD工艺已经在加拿大进行现场测试。Connacher油气公司和Cenovus能源公司采用蒸汽伴注表面活性剂的方法对SAGD工艺进行改进。P.Srivastava等研制了一种新型化学剂，通过将其与蒸汽共同注入油藏，达到提高原油流动性、提高产能的目的，并使凝结水携带更多的原油，从而有效降低蒸汽消耗量。室内实验结果表明，当该化学剂加入量为0.1%时，采收率可提高13.5%。Chen、鹿腾等采用数值模拟方法研究了泡沫辅助SAGD技术的生产效果。结果表明，泡沫能够封堵高渗层，扩大蒸汽波及面积，提高累计产油量。

4建议

（1）新型SAGD技术是对常规SAGD技术的改进，其中包括布井模式的改变和注入介质的改良。各种新型SAGD技术的提出扩大了SAGD技术的应用范围，同时也在一定程度上提高了传统双水平井SAGD技术的生产效果和经济效益。

（2）改变注采模式的SAGD技术主要包括U型井SAGD技术、快速SAGD技术和单井SAGD技术等，改变注入介质的SAGD技术主要包括SAGP、溶剂辅助SAGD技术和化学剂辅助SAGD技术等。分别对各种技术的技术原理和应用特点进行了介绍。

（3）不同的新型SAGD技术具有不同的特点，所适应的地质条件和操作条件也有较大差异，应综合考虑油藏地质特征、经济效益等因素进行筛选与应用，以充分发挥技术优势，实现稠油油藏的高效经济开采。

（4）对于存在顶水的油藏，建议采用SAGP技术减少蒸汽热损失；对于SAGD技术开发较为成熟的稠油油藏，建议采用溶剂辅助SAGD技术或化学剂辅助SAGD技术以提高产量和采油速度；对于埋藏较浅的油藏，可尝试采用单井SAGD技术开采；对于非均质性较强的稠油油藏，可采用直井单井SAGD技术，以使蒸汽均匀扩展；而渗透率较低的油藏，可优先采用快速SAGD技术，提高开发效果。

未经允许，不得转载本站任何文章：

新型SAGD技术在稠油开采中的应用

延伸阅读：

相关推荐