超稠油油藏直井与水平井组合SAGD技术研究
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Abstract: X ing longtai For matio n in Blo ck Du 84 o f t he Shu 1 heav y oil area, L iao he O ilfield, is a massive blo ck ex tra heavy oil r eser vo ir, w ith the oil viscosit y g r eater than 100Pa s at 50 . T his pa per presents the feasibility of SAG D pr ocess with the co mbinat ion o f v ertical and hor izontal wells based on the reserv oir char acter istics, oil pr operties and development status. Well patt erns are investig ated using numerical simulatio n, and the par ameters o f injection and pr oduction ar e optimized after sev eral cy cles of steam stimulatio n w ith the for mation pr essure gr eatly reduced. T he SA GD pr ocess is viable and the recov ery facto r is incr eased by 30. 0% w ith the cumulativ e oil steam ratio of 0. 296. T he optimum w ell pattern is that hor izo nt al w ells w ith 20m apart are drilled betw een and beneath tw o ro ws of ver tical w ells. T he horizo ntal well leng th is 280m. T he steam quality at do wn holes must be g reater than 70% and the draw do wn ca pacity in product ion wells hav e to be matched w ith the injection rate in injection wells. Key words: extr a heav y o il; r eplacing techno log y; Steam Assisted Gr avity Drainag e ( SA GD) ; ho rizontal well
2K o ga ( S oi - Sor ) h os m os
式中 qo 泄油 速度, m 3 / s; L 水平 井段 长度,
m ; K o 原 油有 效 渗 透 率, m2 ; g 重 力加 速 度,
m / s2 ; a 地 层热 扩散 系 数, m2 / s;
孔隙 度, f ;
S oi 初始含油 饱和 度, f; Sor 剩 余油 饱和 度, f ; h 斜面 高 度; m; os 蒸 汽 温 度 下 沥 青 密 度,
经过分析研究, 兴Ⅵ组油层物性及开采 现状适合 使用 SAGD 技术, 主要表现在: 该油藏为厚层块状超稠 油油藏, 油层平均有效厚度 大于 15m; 泥岩夹层少, 厚 度小, 且呈小透镜体状; 油层在垂向上是一个大的连通 体, 油层连通程度达 100% ; 油层物性较好, 平均渗透率 1062mD。目前原油采出程度只有 16. 4% , 剩余油饱和 度大于 60% ; 油层平面动用范围为 10~ 25m, 井间仍有 大量未动用区域, 含油饱和度接近原始含油饱和度; 油
图 1 杜 84 块兴Ⅵ组 原油黏 温关系曲线
从图中还可以看出, 重力泄油速度与油藏初始含 油饱和度有关。初始含油饱和度的高低决定了蒸汽室 内可动油饱和度的大小。值得注意的是, 由于兴Ⅵ组
23 6
石油勘探与开发 油气田开发
油层已经过大规模蒸汽吞吐, 油层含油饱和度已降低, 因此, 重力泄油速度会受到影响。
油藏原始地层压力 7. 8M Pa, 油层温度 38 , 初始 含油饱和度 65% ~ 70% 。
2 蒸汽辅助重力泄油( SAGD) 适应性分析
2. 1 SAGD 过程描述 SA GD 技术适合于开采原油黏度非常高的超稠油
油藏或天然沥青。该过程以蒸汽作为热源、依靠沥青 及凝析液的重力作用开采 稠油[ 4, 5] 。可以通过 2 种井 网方式来实现, 一种是一对上下平行的水平井, 另一种 是直井与水平井 组合。蒸 汽从上面 的注入 井注入 油 层, 注入的蒸汽向上及侧面移动。被加热降 黏的原油 及冷凝水在重力 驱动下 流到生产 井。随着 原油的 采 出, 蒸汽室逐渐扩大。 2. 2 SAGD 适用条件
中图分类号: T E345
文献标识码: A
SAGD process with the combination of vertical and horizontal wells in super heavy oil reservoir
L IU Shang qi1, WA N G X iao chun1 , GA O Y o ng ro ng1 , Y A N G Li qiang2 , Y O U Shi jiang2 ( 1. R esearch I nstitute of Petr oleum Ex p lor ation & D evelop ment , P etr oChina, Beij ing 10008, China; 2. Petr oChina L iaohe Oilf ield Comp any , L iaoning 124010, China)
( 1. 中国石油勘探开发研究院; 2. 中国石油辽河油田公司) 基金项目: 中国石油天然气股份有限 公司 十五 超前共性科技项目
稠油油藏高轮次吞吐后转换开发方式对策研究 ( 040502 08)
摘要: 辽河油田曙一区杜 84 块兴隆台油层兴Ⅵ组为厚层块状超稠油油 藏, 50 下脱气原油黏度大于 100P a s。针对 该油 藏的地质特征、原油 性质与开发现状, 分析了直井与水平井 组合蒸汽辅 助重力泄 油( SA G D) 技术的 适应性, 在现 有直井 已 吞吐多个周期、地层 压力已大幅下降的情况下, 应用数值模拟 技术研究 了直井与 水平井组 合 SA GD 技术 的水平 井部署 方 式并对 SA GD 注采参数进行了优化。研究结果表明, 直井与水 平井组合 SAG D 技术 是杜 84 块兴Ⅵ油 层组超稠 油油藏 蒸 汽吞吐后的有效接替技术, 可提高原油采收率 30% , 累计油汽比可达到 0. 296。最佳的布井方式为水平生产井在两排 垂直 井中间, 且位于侧下 方, 垂向距离为 20m, 水平井段长度为 280m; 井底 注汽干度必 须大于 70% , 且 生产井 排液速 度必须 与 注汽井注汽速度相匹配。图 6 表 4 参 11 关键词: 超稠油; 接替技术; 蒸 汽辅助重力泄油( SA GD) ; 水平井
兴Ⅵ组油层岩性疏松, 油层物性较好, 平均孔隙度 26. 6% , 平均渗透率 1062mD。兴Ⅵ组内部夹层少, 厚 度小, 且平面上连续性差, 呈透镜体状分布( 绝大多数 夹层延伸不到 200m) 。
兴Ⅵ组油层原油密度大, 原 油黏度高。20 时原 油密度为 0. 9974~ 1. 003 g/ cபைடு நூலகம்3, 50 时脱气原油黏度 为 145~ 168Pa s, 胶质、沥青质含量高。但原油黏度 对温度敏感性较强。
在已开发油田中采用直井与水平井组合方式进行
重力泄油开采能够充分利用现有直井, 降低钻新井的 费用[ 2] 。尤其是对于我国陆上沉积 的油藏, 非均质性 比较严重[ 3] , 采用直 井注汽能够比较灵活地调整蒸汽 注入剖面。而且由于直井已吞吐 一段时间, 大部分直 井之间已形成部分热连通, 为加快进入重力泄油创造 了条件。
层压力已下降, 在射孔生产段, 油层压力已降为 2MP a。
3 SA GD 泄油速度计算
加拿大 But ler 博士等人[ 9] 对 SA G D 技术的机理和 预测理论进行了大量的室内物理模拟和理论研究, 并 推导了计算沥青产量的公式。在 斜面泄油条件下, 水 平井沥青产量的计算公式为:
qo = 2L
根据 国 内 外 的 矿 场 生 产 经 验 及 研 究 结 果[ 6 8] , SA GD 开采 的候 选 油藏 应满 足: 油层 连续 厚 度大 于 15m; 油层渗透率大于 500mD; 为了保证蒸汽室的扩展 及原油的向下运动, 垂直渗透率也必须得到保证, 一般 要求垂直与水平渗透率之比大于 0. 3; 由于重力泄油过 程发生在蒸汽室中, 因此, 必须向油层注入干度尽可能 高的蒸汽, 确保蒸汽室的形成和扩展。根据研究, 井底 蒸汽干度应大于 70% , 鉴于目前的井筒隔热措施效果, 要求油藏埋深在 1000m 以内。另外, 油层中不能有连 续分布的页岩夹层。 2. 3 SAGD 的适应性
利用上述公式计算出了杜 84 块兴隆台油层重力 泄油速率。计算过程中, 原油黏度随蒸汽温度的变化
见图 1, 由 Butler 相关图版求出特征参数 m 值为 4. 2, 水平井段长度 280m。图 2 是不同初始含油饱和度条
件下的重力泄油速度曲线。可以 看出, 当蒸汽温度为 260 , 预计水平段长 280m 的水平井泄油速度可达到 58~ 69t/ d。
1 油藏地质概况
辽河油田曙一区杜 84 块兴隆台油层位于辽河坳 陷西部凹陷斜坡中段, 自上而下发育了兴Ⅰ、兴Ⅱ、兴 Ⅲ、兴Ⅳ及兴Ⅵ共 5 个油层组。其中兴Ⅵ组为近源水
2007 年 4 月
刘尚奇 等: 超稠油油藏直井与水平井组合 SA GD 技术 研究
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下扇浊流沉积的块状底水 油藏, 油 藏顶部埋深 770~ 800m , 油层发育, 最大油层厚度 103. 5m, 平均 46. 8m, 厚度大于 40m 的油层平面上连片稳定分布。
0 引言
近年来, 超稠油产量在辽河油田稠油产 量中所占 比重 越来 越大, 2004 年 超 稠油 年产 量已 经达 到 238 万 t, 占稠油总产量的 28% [ 1] 。但超稠油蒸汽吞吐周期 短( 平均周期只有 3mo nt h 左右) , 3 年内就会进入高轮 次阶段, 而且周期产量递减率大。因此, 超稠油开采面 临的主要技术问题是如何转换开采方式并进一步提高 原油采收率。由于超稠油原油黏度高、流动能力差, 依 靠任何压差驱动方式都难以在这种油藏中获得成功。
Vo l. 34 No . 2
图 2 不同蒸汽温度下重力泄油
4 水平井部署方式研究
对于已开发稠油油藏, 可以利用现有直井, 通过新加 密水平井进行直井与水平井组合 SAGD 开采, 不但可以 增加油井的利用率, 还能节省钻井成本, 提高经济效益。
234 2007 年 4 月
石油勘探与开发 PET RO L EU M EX PL OR AT ION A N D DEV EL O PM EN T
文章编号: 1000 0747( 2007) 02 0234 05
V ol. 34 N o. 2
超稠油油藏直井与水平井组合 SAGD 技术研究
刘尚奇1, 王晓春1, 高永荣1, 杨立强2, 由世江2
kg/ m3 ; os 蒸汽温度 下沥青黏度, Pa s; m 黏 性特征参数。
由上面的公式可以发现, 泄油速度与水平井的长 度成正比, 与原油有效渗透率、泄油高度及可动油饱和
度的平方根成 正比, 而与原油 黏度的平 方根成 反比。 当然, 实际油井的产量还受水平井段利用率的影响, 并
不是水平井段越长越好。现场实 践也证明, 当水平井 段长度小于 500m 时, 重力泄油过程中水平段的利用率 一般都超过 90% 。
2K o ga ( S oi - Sor ) h os m os
式中 qo 泄油 速度, m 3 / s; L 水平 井段 长度,
m ; K o 原 油有 效 渗 透 率, m2 ; g 重 力加 速 度,
m / s2 ; a 地 层热 扩散 系 数, m2 / s;
孔隙 度, f ;
S oi 初始含油 饱和 度, f; Sor 剩 余油 饱和 度, f ; h 斜面 高 度; m; os 蒸 汽 温 度 下 沥 青 密 度,
经过分析研究, 兴Ⅵ组油层物性及开采 现状适合 使用 SAGD 技术, 主要表现在: 该油藏为厚层块状超稠 油油藏, 油层平均有效厚度 大于 15m; 泥岩夹层少, 厚 度小, 且呈小透镜体状; 油层在垂向上是一个大的连通 体, 油层连通程度达 100% ; 油层物性较好, 平均渗透率 1062mD。目前原油采出程度只有 16. 4% , 剩余油饱和 度大于 60% ; 油层平面动用范围为 10~ 25m, 井间仍有 大量未动用区域, 含油饱和度接近原始含油饱和度; 油
图 1 杜 84 块兴Ⅵ组 原油黏 温关系曲线
从图中还可以看出, 重力泄油速度与油藏初始含 油饱和度有关。初始含油饱和度的高低决定了蒸汽室 内可动油饱和度的大小。值得注意的是, 由于兴Ⅵ组
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石油勘探与开发 油气田开发
油层已经过大规模蒸汽吞吐, 油层含油饱和度已降低, 因此, 重力泄油速度会受到影响。
油藏原始地层压力 7. 8M Pa, 油层温度 38 , 初始 含油饱和度 65% ~ 70% 。
2 蒸汽辅助重力泄油( SAGD) 适应性分析
2. 1 SAGD 过程描述 SA GD 技术适合于开采原油黏度非常高的超稠油
油藏或天然沥青。该过程以蒸汽作为热源、依靠沥青 及凝析液的重力作用开采 稠油[ 4, 5] 。可以通过 2 种井 网方式来实现, 一种是一对上下平行的水平井, 另一种 是直井与水平井 组合。蒸 汽从上面 的注入 井注入 油 层, 注入的蒸汽向上及侧面移动。被加热降 黏的原油 及冷凝水在重力 驱动下 流到生产 井。随着 原油的 采 出, 蒸汽室逐渐扩大。 2. 2 SAGD 适用条件
中图分类号: T E345
文献标识码: A
SAGD process with the combination of vertical and horizontal wells in super heavy oil reservoir
L IU Shang qi1, WA N G X iao chun1 , GA O Y o ng ro ng1 , Y A N G Li qiang2 , Y O U Shi jiang2 ( 1. R esearch I nstitute of Petr oleum Ex p lor ation & D evelop ment , P etr oChina, Beij ing 10008, China; 2. Petr oChina L iaohe Oilf ield Comp any , L iaoning 124010, China)
( 1. 中国石油勘探开发研究院; 2. 中国石油辽河油田公司) 基金项目: 中国石油天然气股份有限 公司 十五 超前共性科技项目
稠油油藏高轮次吞吐后转换开发方式对策研究 ( 040502 08)
摘要: 辽河油田曙一区杜 84 块兴隆台油层兴Ⅵ组为厚层块状超稠油油 藏, 50 下脱气原油黏度大于 100P a s。针对 该油 藏的地质特征、原油 性质与开发现状, 分析了直井与水平井 组合蒸汽辅 助重力泄 油( SA G D) 技术的 适应性, 在现 有直井 已 吞吐多个周期、地层 压力已大幅下降的情况下, 应用数值模拟 技术研究 了直井与 水平井组 合 SA GD 技术 的水平 井部署 方 式并对 SA GD 注采参数进行了优化。研究结果表明, 直井与水 平井组合 SAG D 技术 是杜 84 块兴Ⅵ油 层组超稠 油油藏 蒸 汽吞吐后的有效接替技术, 可提高原油采收率 30% , 累计油汽比可达到 0. 296。最佳的布井方式为水平生产井在两排 垂直 井中间, 且位于侧下 方, 垂向距离为 20m, 水平井段长度为 280m; 井底 注汽干度必 须大于 70% , 且 生产井 排液速 度必须 与 注汽井注汽速度相匹配。图 6 表 4 参 11 关键词: 超稠油; 接替技术; 蒸 汽辅助重力泄油( SA GD) ; 水平井
兴Ⅵ组油层岩性疏松, 油层物性较好, 平均孔隙度 26. 6% , 平均渗透率 1062mD。兴Ⅵ组内部夹层少, 厚 度小, 且平面上连续性差, 呈透镜体状分布( 绝大多数 夹层延伸不到 200m) 。
兴Ⅵ组油层原油密度大, 原 油黏度高。20 时原 油密度为 0. 9974~ 1. 003 g/ cபைடு நூலகம்3, 50 时脱气原油黏度 为 145~ 168Pa s, 胶质、沥青质含量高。但原油黏度 对温度敏感性较强。
在已开发油田中采用直井与水平井组合方式进行
重力泄油开采能够充分利用现有直井, 降低钻新井的 费用[ 2] 。尤其是对于我国陆上沉积 的油藏, 非均质性 比较严重[ 3] , 采用直 井注汽能够比较灵活地调整蒸汽 注入剖面。而且由于直井已吞吐 一段时间, 大部分直 井之间已形成部分热连通, 为加快进入重力泄油创造 了条件。
层压力已下降, 在射孔生产段, 油层压力已降为 2MP a。
3 SA GD 泄油速度计算
加拿大 But ler 博士等人[ 9] 对 SA G D 技术的机理和 预测理论进行了大量的室内物理模拟和理论研究, 并 推导了计算沥青产量的公式。在 斜面泄油条件下, 水 平井沥青产量的计算公式为:
qo = 2L
根据 国 内 外 的 矿 场 生 产 经 验 及 研 究 结 果[ 6 8] , SA GD 开采 的候 选 油藏 应满 足: 油层 连续 厚 度大 于 15m; 油层渗透率大于 500mD; 为了保证蒸汽室的扩展 及原油的向下运动, 垂直渗透率也必须得到保证, 一般 要求垂直与水平渗透率之比大于 0. 3; 由于重力泄油过 程发生在蒸汽室中, 因此, 必须向油层注入干度尽可能 高的蒸汽, 确保蒸汽室的形成和扩展。根据研究, 井底 蒸汽干度应大于 70% , 鉴于目前的井筒隔热措施效果, 要求油藏埋深在 1000m 以内。另外, 油层中不能有连 续分布的页岩夹层。 2. 3 SAGD 的适应性
利用上述公式计算出了杜 84 块兴隆台油层重力 泄油速率。计算过程中, 原油黏度随蒸汽温度的变化
见图 1, 由 Butler 相关图版求出特征参数 m 值为 4. 2, 水平井段长度 280m。图 2 是不同初始含油饱和度条
件下的重力泄油速度曲线。可以 看出, 当蒸汽温度为 260 , 预计水平段长 280m 的水平井泄油速度可达到 58~ 69t/ d。
1 油藏地质概况
辽河油田曙一区杜 84 块兴隆台油层位于辽河坳 陷西部凹陷斜坡中段, 自上而下发育了兴Ⅰ、兴Ⅱ、兴 Ⅲ、兴Ⅳ及兴Ⅵ共 5 个油层组。其中兴Ⅵ组为近源水
2007 年 4 月
刘尚奇 等: 超稠油油藏直井与水平井组合 SA GD 技术 研究
2 35
下扇浊流沉积的块状底水 油藏, 油 藏顶部埋深 770~ 800m , 油层发育, 最大油层厚度 103. 5m, 平均 46. 8m, 厚度大于 40m 的油层平面上连片稳定分布。
0 引言
近年来, 超稠油产量在辽河油田稠油产 量中所占 比重 越来 越大, 2004 年 超 稠油 年产 量已 经达 到 238 万 t, 占稠油总产量的 28% [ 1] 。但超稠油蒸汽吞吐周期 短( 平均周期只有 3mo nt h 左右) , 3 年内就会进入高轮 次阶段, 而且周期产量递减率大。因此, 超稠油开采面 临的主要技术问题是如何转换开采方式并进一步提高 原油采收率。由于超稠油原油黏度高、流动能力差, 依 靠任何压差驱动方式都难以在这种油藏中获得成功。
Vo l. 34 No . 2
图 2 不同蒸汽温度下重力泄油
4 水平井部署方式研究
对于已开发稠油油藏, 可以利用现有直井, 通过新加 密水平井进行直井与水平井组合 SAGD 开采, 不但可以 增加油井的利用率, 还能节省钻井成本, 提高经济效益。
234 2007 年 4 月
石油勘探与开发 PET RO L EU M EX PL OR AT ION A N D DEV EL O PM EN T
文章编号: 1000 0747( 2007) 02 0234 05
V ol. 34 N o. 2
超稠油油藏直井与水平井组合 SAGD 技术研究
刘尚奇1, 王晓春1, 高永荣1, 杨立强2, 由世江2
kg/ m3 ; os 蒸汽温度 下沥青黏度, Pa s; m 黏 性特征参数。
由上面的公式可以发现, 泄油速度与水平井的长 度成正比, 与原油有效渗透率、泄油高度及可动油饱和
度的平方根成 正比, 而与原油 黏度的平 方根成 反比。 当然, 实际油井的产量还受水平井段利用率的影响, 并
不是水平井段越长越好。现场实 践也证明, 当水平井 段长度小于 500m 时, 重力泄油过程中水平段的利用率 一般都超过 90% 。