賈江濤，施安峰，王曉宏

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026)

引 言

在SAGD過(guò)程中，通常采用輔助注入非凝析氣(SAGP)和輔助注入輕質(zhì)油溶劑(ES-SAGD)等方式對(duì)SAGD工藝進(jìn)行改進(jìn)。Butler[1]提出了SAGP開(kāi)采方式并進(jìn)行了理論研究和物理相似模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)比傳統(tǒng)的SAGD，SAGP的優(yōu)勢(shì)為保持壓力、減少頂部熱損和降低汽油比等[2-9];Nasr等[10]發(fā)展了ES-SAGD，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究ES-SAGD在提高采油效率和降低汽油比等方面作用;北美冷湖地區(qū)的多個(gè)ES-SAGD現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[11]證實(shí)ES-SAGD在加速開(kāi)采和減少蒸汽注入量方面的作用，但上述研究并沒(méi)有對(duì)2種注采方式的不同作用機(jī)理作出詳細(xì)的分析。鑒于此，利用稠油熱采模型，研究SAGP和ES-SAGD2種輔助開(kāi)采方式的作用機(jī)理，并分析其經(jīng)濟(jì)效益和開(kāi)采效率。

1 數(shù)學(xué)模型

采用經(jīng)典的稠油熱采模型，為了使模型簡(jiǎn)化，對(duì)于油藏中的碳?xì)浠衔?，只考慮輔助注入的可揮發(fā)輕質(zhì)組分和油藏自身的不揮發(fā)重質(zhì)組分[12]，模型簡(jiǎn)化為非等溫的三相三組分模型:

式中:Ys為氣相中水蒸氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);Y1為氣相中可揮發(fā)輕質(zhì)組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);p為壓力，Pa;T為溫度，℃;X1為油相中可揮發(fā)輕質(zhì)組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù);pssat為氣相中水蒸氣飽和蒸汽壓，Pa;K1為可揮發(fā)輕質(zhì)組分的相平衡常數(shù);ξ1、ξ4和ξ5分別為輕質(zhì)組分平衡比系數(shù)，Pa、℃、℃。

采用強(qiáng)非線性偏微分方程組作為模型的控制方程，利用有限體積法構(gòu)造全隱式差分格式，通過(guò)Newton-Raphson迭代對(duì)有限差分非線性方程組求解。

2 數(shù)值算例

某均質(zhì)稠油油藏埋深為300 m，油層厚度為32 m;孔隙度為0.35，水平和垂直方向上的滲透率分別為 0.197 μm2和 0.0987 μm2;油藏初始溫度為70℃，油藏初始?jí)毫?.0 MPa;稠油初始黏度為5 800 mPa·s，初始油和水飽和度分別為0.7和0.3。注汽井和生產(chǎn)井均為水平段長(zhǎng)200 m的水平井，注汽井位于油藏底部上方9 m處，生產(chǎn)井在注汽井正下方5 m處;注汽流量為976 m3/d，注入蒸汽的溫度和壓力分別為250℃和4.0 MPa，干度為98%，生產(chǎn)井井底壓力固定為2.0 MPa;輕質(zhì)溶劑的注入量為1.6 t/d，油藏模擬計(jì)算區(qū)域?yàn)?0 m×32 m，計(jì)算邊界選取絕流、絕熱邊界條件，計(jì)算網(wǎng)格劃分為80×32。分別對(duì)直接注入蒸汽，注蒸汽輔助注入C2H6和注蒸汽輔助注入C9H203種情況進(jìn)行計(jì)算。

3 算例結(jié)果及分析

3.1 算例結(jié)果

圖1為3種注采條件下計(jì)算所得的累計(jì)稠油產(chǎn)量對(duì)比。由圖1可知，輔助注入C9H20可以有效地提高稠油產(chǎn)量，而輔助注入C2H6則會(huì)降低稠油產(chǎn)量。

對(duì)于SAGD過(guò)程而言，注入易揮發(fā)的C2H6并不利于稠油的開(kāi)采;而注入相對(duì)不易揮發(fā)的C9H20，能夠大幅度增加稠油的累計(jì)產(chǎn)量。由此可見(jiàn)，對(duì)于超黏的稠油油藏SAGD開(kāi)采過(guò)程而言，摻輕質(zhì)油開(kāi)采是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的開(kāi)發(fā)方案。

圖1 累計(jì)稠油產(chǎn)量對(duì)比

3.2 輕質(zhì)組分分布分析

開(kāi)采3 000 d后油藏中輕質(zhì)組分的分布如圖2和圖3所示。

由圖2b可知，分子質(zhì)量較小的C2H6在溫度相對(duì)較低的蒸汽腔壁處仍然維持氣相。C2H6以氣相聚集于蒸汽腔頂部形成“氣墊”，因此它的作用主要為增加蒸汽腔的壓力，并在一定程度上降低蒸汽與油藏頂部巖石的接觸，減少蒸汽熱損。

由圖3a可知，分子質(zhì)量較大的C9H20，在相對(duì)于蒸汽腔內(nèi)部溫度較低的蒸汽鋒面處幾乎全部以液相存在。C9H20以液相聚集在蒸汽鋒面處，充分溶解到稠油中，能夠大幅度降低稠油黏度，增加蒸汽鋒面處油相流動(dòng)能力，從而加快稠油開(kāi)采速度并提高采收率。

圖2 輔助注入C2H6輕質(zhì)組分分布

圖3 輔助注入C9H20輕質(zhì)組分分布

3.3 輕質(zhì)組分具體作用分析

為了具體分析各因素對(duì)產(chǎn)油量的影響，分析比較3種注采方式生產(chǎn)井口的油相黏度、油相相對(duì)滲透率和生產(chǎn)壓差。

由式(1)可知，K1是輕質(zhì)組分的相平衡常數(shù)，與輕質(zhì)組分本身的揮發(fā)性有關(guān)，越容易揮發(fā)的組分K1越大。由于C2H6的相平衡常數(shù)遠(yuǎn)大于C9H20，因此C9H20揮發(fā)性差，主要以液相存在油相中，顯著降低油相黏度;而C2H6揮發(fā)性強(qiáng)，油相中含量少，降黏作用不明顯，并且注入C2H6后蒸汽腔的溫度略有降低，反而造成生產(chǎn)井附近的油相黏度略有增加(圖4)。

油相相對(duì)滲透率的大小與其飽和度有關(guān)。輔助注入C2H6的開(kāi)采過(guò)程由于生產(chǎn)井見(jiàn)氣早，使得生產(chǎn)井附近氣相飽和度增加，堵塞了油相的流動(dòng)通道，導(dǎo)致油相飽和度降低，從而使得油相相對(duì)滲透率降低;而輔助注入C9H20后油相相對(duì)滲透率與直接注采相比基本沒(méi)有變化(圖5)。

氣相壓力是水蒸氣和氣態(tài)輕質(zhì)組分的壓力之和，C2H6易揮發(fā)致使氣相壓力增加，生產(chǎn)壓差增大。公式為:

即輕質(zhì)組分氣相物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)越大，總壓力越高。生產(chǎn)初期，輔助注入C2H6的生產(chǎn)井附近Y1為0.10，輔助注入C9H20的生產(chǎn)井附近Y1為0.06，因此輔助注入C2H6的生產(chǎn)壓差大于輔助注入C9H20的生產(chǎn)壓差。隨著開(kāi)采過(guò)程的進(jìn)行，氣相的C2H6開(kāi)始向蒸汽腔頂部聚集，生產(chǎn)井口附近的Y1下降，生產(chǎn)壓差與輔助注入C9H20基本一致(圖6)。

圖6 生產(chǎn)井生產(chǎn)壓差變化趨勢(shì)

綜上所述，與蒸汽直接注采相比，輔助注入C2H6后油相黏度變化不大，油相相對(duì)滲透率降低，生產(chǎn)壓差初期增大，后期與蒸汽直接注采相當(dāng)，因此總體而言不利于稠油開(kāi)采;輔助注入C9H20后油相黏度顯著降低，油相相對(duì)滲透率和生產(chǎn)壓差基本不變，有利于稠油的開(kāi)采。

4 經(jīng)濟(jì)效益和開(kāi)采效率分析

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只計(jì)算注入的蒸汽和輕質(zhì)油的成本。蒸汽的價(jià)值以生產(chǎn)蒸汽所用的煤的價(jià)值來(lái)代替，輕質(zhì)油C9H20以石腦油的價(jià)格來(lái)計(jì)算。

蒸汽價(jià)值=蒸汽價(jià)格×蒸汽注入量=蒸汽的比焓/(煤的熱值×鍋爐效率)×煤價(jià)×蒸汽注入量，當(dāng)煤的價(jià)格為560元/t、生產(chǎn)蒸汽的鍋爐熱效率為80%時(shí)，注入蒸汽價(jià)值約為6 681元/d;成品石腦油價(jià)格為7 000元/t，注入的輕質(zhì)油價(jià)值為11 200元/d，其中56.54%被采出，折算實(shí)際成本為4 868元/d，為注入蒸汽價(jià)值的72.8%，稠油產(chǎn)出增加72%，投入產(chǎn)出基本相當(dāng)。在實(shí)際生產(chǎn)中注入的是比成品石腦油更便宜的煉廠粗汽油、氣井凝析油等，所以投入小于產(chǎn)出。以蒸汽價(jià)值作為基準(zhǔn)來(lái)衡量注入輕質(zhì)油后成本增加的比率，蒸汽價(jià)格越高，注入的輕質(zhì)油占總成本的比例就越低。因此，煤價(jià)高的地區(qū)或者使用高成本燃油鍋爐生產(chǎn)蒸汽的油田，輔助注入輕質(zhì)油開(kāi)采方式經(jīng)濟(jì)效益更高。輔助注入輕質(zhì)油C9H20相比傳統(tǒng)SAGD，單位時(shí)間內(nèi)采出的稠油更多。開(kāi)采3 000 d時(shí)，平均開(kāi)采速度提高了大約71.5%，大幅度提高了開(kāi)采效率。

綜上所述，輔助注入輕質(zhì)油開(kāi)采的單位材料成本不變，但由于開(kāi)采效率的大幅提高，單位人工成本和設(shè)備成本大幅降低，總體經(jīng)濟(jì)效益增加。

對(duì)更少量的C9H20進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，輕質(zhì)油的注入量為0.8 t/d，那么其價(jià)值為5 600元。其中52%被采出，折算增加成本2 688元，為注入蒸汽價(jià)值的40.2%，稠油采出率為34.0%，稠油產(chǎn)出增加46.2%，經(jīng)濟(jì)上更為劃算。

5 結(jié)論

(1)SAGD過(guò)程中注入C2H6的主要作用是保持蒸汽腔壓力，但能夠造成油相黏度增加和生產(chǎn)井附近油相飽和度降低，反而不利于稠油開(kāi)采。

(2)SAGD過(guò)程中注入C9H20的主要作用是降黏，輕質(zhì)油能夠充分溶解于蒸汽腔邊緣的稠油中，降低蒸汽鋒面的稠油黏度，大幅度增加油相流動(dòng)性，從而有效地提高稠油開(kāi)采速度。

(3)SAGD過(guò)程中注入輕質(zhì)溶劑C9H20開(kāi)采稠油可以降低汽油比，減少蒸汽用量，有利于節(jié)能減排，并且能夠增加利潤(rùn)，提高經(jīng)濟(jì)效益，適合于稠油快采。

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