[發明專利]用于采油的優化的使用氧的蒸汽輔助重力泄油(“SAGDOXO”)方法及系統

在審

• 申請號: 201380070818.4
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN105008660A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: R·K·克爾
• 申請（專利權）人: 尼克森能源無限責任公司
• 主分類號: E21B43/24
• 分類號: E21B43/24
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 陳文平

背景技術

蒸汽輔助重力泄油(“SAGD”)是使用飽和蒸汽注入水平井2中的、商業化的熱強化采油(“EOR”)工藝，其中使用潛熱來加熱瀝青和降低瀝青的粘度，使其通過重力泄到下方的平行、成對水平井(即開采井4)中，在儲層底部附近完井(圖1)。調節蒸汽注入速率以達到目標壓力。調節液體產生速率以達到目標溫度，其比飽和蒸汽溫度低幾度，使得新鮮蒸汽不能穿透開采井。

自從該工藝在1980年代早期開始(Butler,R.M.,Thermal?Recovery?of?Oil&Bitumen,Prentice-Hall,1991)，SAGD已經成為用以從阿爾伯塔省(Alberta)的瀝青沉積物中采收瀝青的主要原位工藝。目前在阿爾伯塔省的SAGD瀝青產量為約300千桶/天(bbl/d)(Oil?sands?Review,(2010))，裝機容量為約475千桶/天(出處同上)。SAGD現在是世界領先的熱EOR工藝。

圖1(現有技術)顯示出“傳統的”SAGD幾何結構，其使用在同一豎直平面上鉆孔的成對、平行、水平井2、4，上注入井2和下開采井4，所述兩個井2、4之間的間距為5米，每個井長約800米，并且下井(或開采井4)在(水平)儲層基底上方的1到2米。通過在兩個井中循環蒸汽來啟動SAGD工藝。建立聯通之后，使用上井注入蒸汽6和下井采出熱水和熱瀝青8。液體采出通過自然升舉、氣舉、或潛水泵來實現。

轉換到正常SAGD操作后，蒸汽室10圍繞注入井2和開采井4形成，其中空隙空間被蒸汽6占據。圖2(現有技術)顯示了SAGD怎樣成熟。蒸汽6在室的邊界冷凝，釋放潛熱(冷凝熱)并加熱瀝青、原生水和儲層基質。被加熱的瀝青和水8通過重力泄到較低的開采井4中。隨著瀝青的泄出，蒸汽室10向上和向外增長。初期的蒸汽室10使瀝青從陡峭室側面和從室頂層泄油。當室10增長觸碰儲層頂部時，頂層泄油停止，瀝青生產率達到峰值和側壁斜度隨著側向增長繼續進行而下降。熱損失隨頂層接觸增加和蒸汽室表面積增大而增大(蒸汽與油的比率(“SOR”)增加(圖8)。泄油速率隨側壁角(θ)減小而減慢。最終，達到經濟上的限度并且壽命末期的泄油角度是小的(10-20°)，如圖2(現有技術)所示。

采出的流體接近飽和蒸汽溫度，因此只有蒸汽的潛熱有助于儲層中的工藝。但是，一些顯熱可以從表面熱交換器捕獲(更高溫度下更大的部分)，因此對于大部分SAGD項目的壓力(“P”)和溫度(“T”)范圍而言，蒸汽凈熱量貢獻的有用經驗法則為1000BTU/磅，如圖3(現有技術)所佳所示。

SAGD的操作性能可以通過以下參數的測量來表征：蒸汽室中的飽和蒸汽P和T(圖2)；瀝青生產率；SOR，通常在井口(“wh”)；過冷——飽和蒸汽和采出流體之間的溫差；和水循環比(“WRR”)——采出水與注入蒸汽的比率。

在SAGD工藝過程中，SAGD操作者需要進行兩次選擇——過冷目標溫差和儲層中的操作壓力P。約10至30℃的典型過冷目標溫度差是為了確保沒有新鮮蒸汽穿透至開采井。工藝壓力和溫度相關聯，如圖14(現有技術)中最佳示出的，并主要地涉及瀝青生產率和工藝效率。瀝青粘度是溫度的強函數，如圖5(現有技術)最佳所示，瀝青粘度隨溫度升高而降低。根據Gravdrain方程，如圖6(現有技術)所示，SAGD生產率正比于粘度倒數的平方根，(Butler(1991))。相反地，如果P和T增大，則蒸汽的潛熱控制迅速下降(圖3)并且更多的能量被用來加熱巖石基質并損失到覆蓋層或其它非開采區域。因此，增大的P增加了瀝青生產率，但危害工藝效率(提高了SOR)。由于經濟效益可由瀝青生產率主導，所以SAGD操作者通常選擇將操作壓力高于天然、靜水儲層壓力作為目標。

盡管正在成為主要的熱EOR工藝，但SAGD具有一些限制和受損之處。良好的SAGD項目包括：

·在產油區底部附近完成水平井以有效地收集和產生熱泄油流體。

·在砂面(“sf”)注入高質量的蒸汽。

·工藝啟動是有效和便利的。

·蒸汽室平穩增長并被容納。

·儲層基質質量良好(孔隙率(“Φ”)>.2，初始油飽和度(“S_i0”)>.6，運動粘度(“k_V”)>2維(“2D”))。

·凈產油層是足夠的(>15米厚)。

·適當的設計和控制以同時防止蒸汽穿透、防止注入井溢流、刺激蒸汽室增長至開采區和抑制水流入蒸汽室。

·沒有明顯的儲層折擋物(例如貧乏區)或阻隔物(例如頁巖)。