王建俊，鞠斌山，陳常紅，侯國(guó)儒

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評(píng)價(jià)與開發(fā)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

?

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(guó)儒3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083；2.非常規(guī)天然氣能源地質(zhì)評(píng)價(jià)與開發(fā)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.中國(guó)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(duì)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(jì)油汽比增加0.039 m3/m3，生產(chǎn)時(shí)間縮短46.6%。以采收率與熱效率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，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(dòng)時(shí)間為12個(gè)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(duì)FAST-SAGD的礦場(chǎng)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(jì)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(chǎng)應(yīng)用廣泛且采收率可達(dá)50%以上。但是SAGD仍存在多種局限性，例如熱效率問(wèn)題、CO2排放量大以及產(chǎn)出水處理等[2]，需要不斷地對(duì)SAGD進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。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(yàn)證了FAST-SAGD所具有的高采收率與高油汽比的優(yōu)勢(shì)性，并對(duì)油層厚度、井距以及注汽速度等影響因素進(jìn)行了分析與優(yōu)化[5-8]。Huy等人[9]建立三維數(shù)值模型，對(duì)比FAST-SAGD與SAGD的生產(chǎn)效果，并將生產(chǎn)參數(shù)對(duì)FAST-SAGD的影響進(jìn)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?？梢?，利用二維和三維數(shù)值模型以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證了FAST-SAGD技術(shù)在國(guó)外特定稠油油藏的可行性和優(yōu)勢(shì)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(kuò)展為出發(fā)點(diǎn)，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(guò)預(yù)熱啟動(dòng)形成熱連通后進(jìn)入SAGD生產(chǎn)階段，蒸汽腔不斷向油層上部與兩側(cè)擴(kuò)展，添加井進(jìn)行數(shù)個(gè)周期的蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井進(jìn)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(gè)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(gè)相鄰SAGD井組中間。模型總網(wǎng)格數(shù)為60 600個(gè)，x、y、z方向網(wǎng)格數(shù)分別為20、101、30個(gè)，長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)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(duì)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(shí)間縮短，累計(jì)產(chǎn)油量增加。與SAGD相比，F(xiàn)AST-SAGD采收率提高2.50%，累計(jì)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(wèn)題；生產(chǎn)時(shí)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(shí)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(shí)，SAGD蒸汽腔處于橫向擴(kuò)展的中前期階段，相鄰蒸汽腔完全連通還需要較長(zhǎng)的時(shí)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(dòng)性更好。

圖2 FAST-SAGD與SAGD的蒸汽腔發(fā)育對(duì)比(第600d)

3 敏感因素分析

對(duì)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(guò)研究添加井位置、啟動(dòng)時(shí)間、注汽速度等6個(gè)因素對(duì)采收率、累計(jì)油汽比的影響，對(duì)FAST-SAGD的生產(chǎn)進(jìn)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(zhǔn)，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(jì)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(shí)采收率為66.68%，累計(jì)油汽比為0.297。

圖3 不同添加井啟動(dòng)時(shí)間、距離與SAGD井組注汽速度影響

3.2 添加井啟動(dòng)時(shí)間

添加井蒸汽吞吐的啟動(dòng)時(shí)間分別為SAGD原有井組生產(chǎn)0、4、8、12個(gè)月。由圖3可知，隨著添加井蒸汽吞吐時(shí)間的增加，采收率不斷升高，累計(jì)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(dòng)時(shí)間為原有井組生產(chǎn)12個(gè)月后，采收率為64.00%，累計(jì)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(jì)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(shí)采收率為63.73%，累計(jì)油汽比為0.354。

3.4 添加井吞吐周期

添加井進(jìn)行蒸汽吞吐包括3個(gè)階段：注入蒸汽6個(gè)月，燜井15 d，生產(chǎn)1個(gè)月。吞吐周期分別取1、2、3個(gè)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(jì)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(gè)周期，此時(shí)采收率為63.60%，累計(jì)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(jì)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(shí)采收率為63.60%，累計(jì)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(jì)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(shí)采收率為63.97%，累計(jì)油汽比為0.342。

FAST-SAGD技術(shù)對(duì)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(kuò)展，提高采收率同時(shí)改善熱效率。但是針對(duì)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(kuò)展至油層頂部所需時(shí)間長(zhǎng)，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(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，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(shí)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(jìn)行數(shù)個(gè)周期的蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井進(jìn)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(jì)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(dòng)時(shí)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(duì)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(dòng)時(shí)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(fù)相關(guān)關(guān)系。

(3) FAST-SAGD對(duì)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(jì)上更加可行。

[1] BUTLER R M.Steam-Assisted gravity drainage：concept，development，performance and future[J].Journal of Canadian Petroleum Technology，1992，31(8)：44-50.

[2] TAMER M，GATES I D.Impact of well configuration on performance of Steam-Based gravity drainage processes[C].CIPC2009-046，2009：1-15.

[3] POLIKAR M，CYR T J，COATS R M.Fast-SAGD：half the wells and 30% less steam[C].SPE65509， 2000：1-6.

[4] CYR T J，COATES R M，POLIKAR M. Steam-Assisted gravity drainage heavy oil recovery process： United States， 625733413[P].2001.

[5] GONG J，POLIK Ar M，CHALATURNYK R J.Fast SAGD and geomechanical mechanisms[C]. CIPC2002-163，2002：1-10.

[6] SHIN H，POLIK Ar M.Review of reservoir parameters to optimize SAGD and Fast-SAGD operating conditions[J].Journal of Canadian Petroleum Technology，2007，41(1)：35-41.

[7] SHIN H，POLIKAR M.Fast-SAGD application in the Alberta Oil Sands Areas[J].Journal of Canadian Petroleum Technology，2006，45(9)：46-53.

[8] DANG T Q，CHEN Z J，et al.Fast-SAGD vs SAGD： a comparative numerical simulation in three major formation of Albert’s Oil Sands[C].SPE144149， 2012：1-17.

[9] HUY X Nguyen，WISUP Bae，XUAN V Tran， et al.Experimental design to optimize operating Conditions for SAGD Process，Peace River Oil Sands，Alberta[C].SPE145917，2011：1-10.

[10] SHIN H， POLIKAR M. Experimental investigation of the Fast-SAGD Process[C].CIPC2006-097，2006：1-11.

[11] 劉振宇，張明波，周大勝，等.曙光油田杜84塊館陶超稠油油藏SAGP開發(fā)研究[J].特種油氣藏，2013，20(6)：96-98.

編輯 張耀星

20150826；改回日期：20151212

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“新一代油藏?cái)?shù)值模擬軟件”(2011ZX05009-006)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“非常規(guī)油氣儲(chǔ)層特征及開采機(jī)理研究”(2652015142)

王建俊(1986-)，女，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)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(jī)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