超稠油FAST-SAGD技術(shù)影響因素分析

王建俊，鞠斌山，陳常紅，侯國儒

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評價與開發(fā)工程北京市重點實驗室，北京 100083；3.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

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超稠油FAST-SAGD技術(shù)影響因素分析

王建俊1，2，鞠斌山1，2，陳常紅1，2，侯國儒3

(1.中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評價與開發(fā)工程北京市重點實驗室，北京 100083；3.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

利用稠油熱采數(shù)值模擬手段，以遼河油田超稠油油藏為基礎(chǔ)，對比FAST-SAGD與傳統(tǒng)雙水平井SAGD的開發(fā)效果，并分析影響FAST-SAGD的關(guān)鍵因素，以提高SAGD的開發(fā)效果。研究結(jié)果表明：FAST-SAGD蒸汽腔橫向發(fā)育速度比傳統(tǒng)SAGD明顯加快，采收率提高2.5%，累計油汽比增加0.039 m3/m3，生產(chǎn)時間縮短46.6%。以采收率與熱效率作為評價指標，得到FAST-SAGD影響因素的最優(yōu)值：添加井與SAGD井組的生產(chǎn)井之間垂向距離為6 m，啟動時間為12個月，吞吐周期數(shù)為2，注汽壓力為10 MPa，注汽速度為800 m3/d，SAGD井組注氣井注汽速度為200 m3/d。研究成果對FAST-SAGD的礦場應(yīng)用具有一定的理論指導(dǎo)意義。

FAST-SAGD；添加井；敏感因素；采收率；累計油汽比；遼河油田

0 引 言

由加拿大Butler博士提出的傳統(tǒng)雙水平井SAGD適用于超稠油油藏的開采[1]，其現(xiàn)場應(yīng)用廣泛且采收率可達50%以上。但是SAGD仍存在多種局限性，例如熱效率問題、CO2排放量大以及產(chǎn)出水處理等[2]，需要不斷地對SAGD進行優(yōu)化改進。2000年P(guān)olicar與Cyr首次提出FAST-SAGD技術(shù)，并指出與傳統(tǒng)雙水平井相比，F(xiàn)AST-SAGD可以提高油汽比和采收率[3-4]。利用二維均質(zhì)模型，以加拿大阿薩巴斯卡、和平河以及冷湖三大油區(qū)的油藏性質(zhì)為基礎(chǔ)，驗證了FAST-SAGD所具有的高采收率與高油汽比的優(yōu)勢性，并對油層厚度、井距以及注汽速度等影響因素進行了分析與優(yōu)化[5-8]。Huy等人[9]建立三維數(shù)值模型，對比FAST-SAGD與SAGD的生產(chǎn)效果，并將生產(chǎn)參數(shù)對FAST-SAGD的影響進行了權(quán)重分析。Shin等人[10]建立高溫高壓比例模型得到FAST-SAGD具有更高的采收率與熱效率。可見，利用二維和三維數(shù)值模型以及室內(nèi)實驗手段驗證了FAST-SAGD技術(shù)在國外特定稠油油藏的可行性和優(yōu)勢性。利用數(shù)值模擬手段，建立三維地質(zhì)模型，研究FAST-SAGD在遼河油田深層超稠油油藏的適用性和影響因素。

1 FAST-SAGD原理及模型建立

1.1 FAST-SAGD原理

FAST-SAGD以加速蒸汽腔橫向擴展為出發(fā)點，在原有SAGD井組的兩側(cè)分別添加一口水平井，稱之為“添加井”(圖1)。原有SAGD井組經(jīng)過預(yù)熱啟動形成熱連通后進入SAGD生產(chǎn)階段，蒸汽腔不斷向油層上部與兩側(cè)擴展，添加井進行數(shù)個周期的蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井進行生產(chǎn)。

圖1 FAST-SAGD垂向示意圖

1.2 數(shù)模模型建立

利用CMG軟件的STARS模塊建立三維模型，模型油藏地質(zhì)特征以遼河油田曙一區(qū)興I油層組為基礎(chǔ)，見表1。模型中共有3個SAGD井組，SAGD井組中注入井與生產(chǎn)井之間的距離為5 m，相鄰SAGD井組之間排距為100 m，添加井位于2個相鄰SAGD井組中間。模型總網(wǎng)格數(shù)為60 600個，x、y、z方向網(wǎng)格數(shù)分別為20、101、30個，長度分別為15、2、1 m。

表1 模型油藏和流體性質(zhì)參數(shù)

為了對比FAST-SAGD與傳統(tǒng)SAGD的蒸汽腔發(fā)育情況以及生產(chǎn)特征，分別建立SAGD模型和FAST-SAGD模型，操作參數(shù)見表2。對于中深層的超稠油油藏，由于初始地層壓力較高，利用蒸汽吞吐進行預(yù)熱，同時降壓到3.4 MPa。

表2 模型生產(chǎn)參數(shù)

2 FAST-SAGD與傳統(tǒng)SAGD對比

數(shù)值模擬結(jié)果表明，與SAGD相比，F(xiàn)AST-SAGD日產(chǎn)油量峰值顯著提高，生產(chǎn)時間縮短，累計產(chǎn)油量增加。與SAGD相比，F(xiàn)AST-SAGD采收率提高2.50%，累計油汽比增大0.039 m3/m3，注汽量由82.7×104m3降至76.1×104m3，因而熱效率提高；產(chǎn)出水量由104.9×104m3降至97.8×104m3，減輕了產(chǎn)出水處理問題；生產(chǎn)時間縮短了1 399 d，生產(chǎn)提速46.6%。由此可知，F(xiàn)AST-SAGD可以在較短的時間內(nèi)，利用較少的蒸汽，開采出更多的原油。

SAGD與FAST-SAGD蒸汽腔發(fā)育形狀差異明顯，見圖2。在生產(chǎn)第600 d時，SAGD蒸汽腔處于橫向擴展的中前期階段，相鄰蒸汽腔完全連通還需要較長的時間，而FAST-SAGD的蒸汽腔已經(jīng)全部連通，這是由于FAST-SAGD中添加井的蒸汽吞吐加速了蒸汽腔的橫向連通；SAGD與FAST-SAGD中蒸汽腔最高溫度分別為242、255 ℃，F(xiàn)AST-SAGD的蒸汽腔溫度更高，原油流動性更好。

圖2 FAST-SAGD與SAGD的蒸汽腔發(fā)育對比(第600d)

3 敏感因素分析

對于中深層超稠油油藏，影響FAST-SAGD生產(chǎn)效果的開發(fā)因素主要是添加井的操作條件以及SAGD原井組的注采參數(shù)。通過研究添加井位置、啟動時間、注汽速度等6個因素對采收率、累計油汽比的影響，對FAST-SAGD的生產(chǎn)進行最優(yōu)化分析。

3.1 添加井位置

添加井位于原有SAGD井排的中間，考慮其在油層厚度方向上的高度，以原SAGD井組中生產(chǎn)井的位置為基準，添加井距油層底部距離分別取值0、3、6、9 m(圖3)。由圖3可知，隨著添加井距油層底部距離的增加，采收率不斷升高，累計油汽比先減小后增大再減小。綜合考慮采收率與熱效率，最優(yōu)距離為6 m，此時采收率為66.68%，累計油汽比為0.297。

圖3 不同添加井啟動時間、距離與SAGD井組注汽速度影響

3.2 添加井啟動時間

添加井蒸汽吞吐的啟動時間分別為SAGD原有井組生產(chǎn)0、4、8、12個月。由圖3可知，隨著添加井蒸汽吞吐時間的增加，采收率不斷升高，累計油汽比先增大后減小。綜合考慮采收率與熱效率，最優(yōu)添加井啟動時間為原有井組生產(chǎn)12個月后，采收率為64.00%，累計油汽比為0.336。

3.3 SAGD井組注汽速度

SAGD井組中注汽井的注汽速率分別取值200、300、400、500 m3/d。由圖3可知，隨著SAGD井組中注汽井注入速度的增加，采收率不斷降低，累計油汽比先減小后增大。綜合考慮采收率與熱效率，最優(yōu)注汽速度為200 m3/d，此時采收率為63.73%，累計油汽比為0.354。

3.4 添加井吞吐周期

添加井進行蒸汽吞吐包括3個階段：注入蒸汽6個月，燜井15 d，生產(chǎn)1個月。吞吐周期分別取1、2、3個周期(圖4)。由圖4可知，隨著吞吐周期的增加，采收率先升高后降低，累計油汽比不斷減小。綜合考慮采收率與熱效率，最優(yōu)吞吐周期數(shù)為2個周期，此時采收率為63.60%，累計油汽比為0.335。

圖4 不同添加井吞吐周期、注汽壓力與注汽速度影響

3.5 添加井注汽壓力

添加井注汽壓力大小分別取9、10、11 MPa。由圖4可知，隨著注汽壓力的增加，采收率先升高后降低，累計油汽比不斷減小。綜合考慮采收率與熱效率，添加井最優(yōu)注汽壓力為10 MPa，此時采收率為63.60%，累計油汽比為0.335。

3.6 添加井注汽速度

添加井注汽速率分別取值400、600、800 m3/d。由圖4可知，隨著注汽速度的增加，采收率不斷升高，累計油汽比不斷增大。綜合考慮采收率與熱效率，添加井最優(yōu)注汽速度為800 m3/d，此時采收率為63.97%，累計油汽比為0.342。

FAST-SAGD技術(shù)對于埋深為600 m、厚度為30 m的中深層超稠油油藏而言，具有良好的適用性，能夠加速蒸汽腔的橫向擴展，提高采收率同時改善熱效率。但是針對油藏厚度大的油層，例如遼河油田館陶組油層厚度為60～100 m，蒸汽腔擴展至油層頂部所需時間長，尤其是低物性段和頂水的存在，蒸汽腔發(fā)育復(fù)雜性和不均衡性增加[11]，F(xiàn)AST-SAGD的適用性有待于進一步驗證。同時，F(xiàn)AST-SAGD中由于添加井的存在，可以適當(dāng)增加原有SAGD井組的排距，縮短開發(fā)時間，減少SAGD井組數(shù)，從而節(jié)約開發(fā)成本，具有一定的應(yīng)用前景。

4 結(jié) 論

(1) FAST-SAGD在原有SAGD井組的的中間位置增加一口“添加井”，添加井進行數(shù)個周期的蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井進行生產(chǎn)。與傳統(tǒng)雙水平井SAGD相比，F(xiàn)AST-SAGD采收率提高且累計油汽比增大，蒸汽腔橫向發(fā)育速度加快且溫度較高。

(2) 添加井位置、啟動時間、吞吐周期、注汽壓力、注汽速度以及SAGD原有井組注汽速度對FAST-SAGD的開發(fā)效果均產(chǎn)生顯著的影響。其中，添加井位置、吞吐周期數(shù)、注汽壓力存在最優(yōu)值，而添加井啟動時間和注汽速度與開發(fā)效果呈正相關(guān)關(guān)系，SAGD井組注汽速度與開發(fā)效果呈負相關(guān)關(guān)系。

(3) FAST-SAGD對于埋深為600 m且厚度為30 m的中深層超稠油油藏具有良好適用性，并且經(jīng)濟上更加可行。

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編輯 張耀星

20150826；改回日期：20151212

國家科技重大專項“新一代油藏數(shù)值模擬軟件”(2011ZX05009-006)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目“非常規(guī)油氣儲層特征及開采機理研究”(2652015142)

王建俊(1986-)，女，2008年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(xué)(北京)油氣田開發(fā)工程專業(yè)在讀博士研究生，從事稠油熱采滲流機理與數(shù)值模擬研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.021

TE345

A

1006-6535(2016)02-0089-04