氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)分析與研究

◇中國(guó)石油遼河油田分公司鉆采工藝研究院 亢思丹

目前，稠油資源的開(kāi)發(fā)逐漸受到人們的關(guān)注與重視，尤其是超稠油油藏的開(kāi)發(fā)更是其中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前SAGD是常用的超稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)，但是在長(zhǎng)時(shí)間使用之后，油井的產(chǎn)量會(huì)快速下降。本文主要對(duì)氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行了分析與研究，首先對(duì)SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后分析了SAGD開(kāi)發(fā)中存在的若干問(wèn)題，最后重點(diǎn)闡述了氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)的基本原理，并且采取數(shù)值模擬驗(yàn)證了該方法的有效性，并且得出相應(yīng)的結(jié)論。

石油不但是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，而且是國(guó)防安全的重要保障，并且與人們的日常生活息息相關(guān)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，人一生需要消耗約39.43噸石油，主要用于“衣”、“食”、“住”、“行”。近幾十年來(lái)，人口數(shù)據(jù)急劇增加，預(yù)計(jì)到2040年之前，全球人口數(shù)量將達(dá)到80億，因此人們對(duì)石油資源的需求只增不減。目前，全球的石油儲(chǔ)量約為9523.8億噸，其中最易開(kāi)采的1364.3億噸已經(jīng)被消耗掉，由于技術(shù)水平的限制，原油的采收率較低，剩余部分的石油可采儲(chǔ)量大約為2728.5～4092.8億噸，根據(jù)現(xiàn)今的年消耗量可知，大概能維持55～83年。因此，如何提高石油的采收率是世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，石油的開(kāi)發(fā)技術(shù)也不斷成熟，稠油、煤層氣、可燃冰等非常規(guī)油氣資源逐漸受到人們的關(guān)注和重視，而稠油資源的開(kāi)發(fā)是其中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1-2]。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)的稠油資源十分豐富，其中的特稠油和超稠油儲(chǔ)量巨大，將會(huì)成為我國(guó)21世紀(jì)重要的能源供給。

目前，最常用、最有效的稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)是熱力采油，我國(guó)的熱力采油技術(shù)起步比較晚，使用最廣泛的技術(shù)為蒸汽吞吐技術(shù)。蒸汽吞吐主要是利用地層的天然能量來(lái)降低原油的粘度，從而達(dá)到開(kāi)發(fā)稠油的目的，但是該技術(shù)的采收率較低，油藏中仍然殘存很多剩余油，必須轉(zhuǎn)換其他的開(kāi)發(fā)方式，從而進(jìn)入二次熱力采油階段[1-2]。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)際應(yīng)用效果可知，目前超稠油油藏二次熱力采油階段應(yīng)用比較成功的開(kāi)發(fā)技術(shù)是SAGD（蒸汽輔助重力泄油），采收率較高，已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化推廣階段。但是，超稠油的油藏情況比較復(fù)雜，隨著開(kāi)發(fā)時(shí)間的不斷增加，單純的SAGD開(kāi)發(fā)方式弊端日益凸顯，嚴(yán)重影響了超稠油的開(kāi)發(fā)質(zhì)量和效率，因此如何優(yōu)化和改善SAGD開(kāi)發(fā)方式，提高超稠油的采收率和產(chǎn)量，是目前研究人員迫切需要解決的難題。

1 SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介

SAGD技術(shù)是目前世界各大油田開(kāi)發(fā)超稠油的一種十分先進(jìn)的技術(shù)，其概念和相關(guān)理論最初是由R.M.Buttler博士于1978年提出的。SAGD技術(shù)是基于注水采鹽的原理，即在鹽層之中注入一定量的淡水，而這些淡水能夠溶解其中的固體鹽，如果鹽水的溶度比較大，則其密度就會(huì)增加，這時(shí)鹽溶液就會(huì)往下層流動(dòng)；如果鹽水的密度比較小，則其密度就會(huì)減小，這時(shí)鹽溶液就會(huì)往上流動(dòng)，最終浮在上面。長(zhǎng)時(shí)間往鹽層之中注水，鹽層中的高濃度鹽溶液就會(huì)被采出[3-4]。

SAGD技術(shù)俗稱(chēng)蒸汽輔助重力泄油技術(shù)，該技術(shù)正是利用了上述注水采鹽的原理來(lái)開(kāi)發(fā)超稠油，其基本原理如下：如果地層的能量較小，地下的超稠油粘度太大，不具有流動(dòng)性，很難進(jìn)行開(kāi)采。這時(shí)就需要注采井之間形成一定的熱連通，通過(guò)注入一定量的蒸汽，蒸汽會(huì)往地層的上部進(jìn)行超覆，進(jìn)而形成蒸汽腔[5-6]。之后，蒸汽腔會(huì)向地層的上面以及側(cè)方向進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)而與地層中的稠油產(chǎn)生熱交換，被加熱之后的稠油和蒸汽冷凝水的密度比較大，在重力的作用之下會(huì)泄到下面的生產(chǎn)井中，最后被開(kāi)采出來(lái)。

2 SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)存在的問(wèn)題

從近些年的實(shí)際應(yīng)用以及試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，SAGD技術(shù)逐漸發(fā)展成為一種比較成熟的超稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)，在許多油田中的應(yīng)用已經(jīng)比較普遍，并且取得了非常顯著的應(yīng)用效果[4-5]。但是SAGD技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一定的問(wèn)題，主要有以下5個(gè)方面：①由于超稠油油藏的非均質(zhì)性比較強(qiáng)，造成SAGD蒸汽腔在平面上發(fā)育存在一定的不均衡，使得井與井之間以及蒸汽腔的邊部依然殘存非常多的剩余油；②蒸汽腔進(jìn)入橫向擴(kuò)展時(shí)期之后，其高度的增加速度變得十分緩慢。當(dāng)蒸汽腔到達(dá)超稠油油藏的頂部時(shí)，散熱量會(huì)增多，然而泄油的效率會(huì)減小，并且超稠油油藏中的儲(chǔ)熱量比較大，依舊沒(méi)有得到有效利用，使得蒸汽熱效率比較低；③為了能夠確保油井的排液效果，通常蒸汽腔的壓力比較高，但是過(guò)高的壓力會(huì)減小蒸汽的熱效率，然而維持蒸汽腔的壓力需要非常多的蒸汽，這時(shí)會(huì)減小SAGD的油汽比；④如果超稠油油藏的含水飽和度比較高時(shí)，在短時(shí)間之內(nèi)，蒸汽的大部分熱量會(huì)被自由水吸收，使得作用于油藏的熱量迅速減少，后續(xù)很難進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)；⑤超稠油油藏中通常都會(huì)含有一定量的砂，會(huì)造成篩管破損，從而嚴(yán)重影響了油井的產(chǎn)量[4-7]。

3 氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)分析與研究

3.1 基本原理

氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)本質(zhì)上是利用非凝析氣體來(lái)對(duì)常規(guī)SAGD技術(shù)的優(yōu)化和改進(jìn)，從而大幅提高常規(guī)SAGD技術(shù)的適用性，該技術(shù)的基本原理主要是在SAGD開(kāi)發(fā)過(guò)程中注入一些氮?dú)猓@些氮?dú)鈺?huì)在蒸汽腔的頂部進(jìn)行一定的聚集，不但可以減小蒸汽腔頂部的溫度，而且能夠減小蒸汽的導(dǎo)熱速率，進(jìn)而能夠有效減小蒸汽腔的上覆速率和熱量損失，有利于蒸汽腔往側(cè)面進(jìn)行擴(kuò)展，提高蒸汽的橫向波及面積，最終提高SAGD開(kāi)發(fā)的油汽比以及采收率（圖1）[5-7]。

圖1 氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)機(jī)理示意圖

3.2 數(shù)值模擬

結(jié)合某油田實(shí)際區(qū)塊的油藏條件，優(yōu)選合適的參數(shù)，建立對(duì)應(yīng)的油藏模型，運(yùn)用數(shù)值模擬的方式來(lái)分析和研究氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)。從模擬的結(jié)果可知：①注入的氮?dú)鈺?huì)在蒸汽腔的頂部進(jìn)行一定程度的積聚，形成隔熱層，進(jìn)而降低蒸汽的熱量損失，并且也會(huì)提高油藏中下部的溫度，從而提高蒸汽腔的熱效率；②隨著蒸汽腔溫度的持續(xù)增加，蒸汽與氮?dú)庵g的黏度差距會(huì)越變?cè)酱蟆Ｒ虼耍⑷氲牡獨(dú)饪梢杂行б种普羝闹高M(jìn)作用，保持蒸汽腔的邊界平衡，增加蒸汽腔的擴(kuò)展面積以及泄油量；③注入的氮?dú)庥欣谡羝煌鶄?cè)向進(jìn)行擴(kuò)展，進(jìn)而提高蒸汽的橫向波及范圍，從而有利于蒸汽腔的均衡發(fā)育（圖2）；④氮?dú)饪梢晕⑷苡谠停S著壓力的不斷增加，氮?dú)獾娜芙舛纫矔?huì)增加，進(jìn)而減小超稠油的黏度，進(jìn)而提高超稠油的流性，從而會(huì)改善SAGD開(kāi)發(fā)的效果。

圖2 超稠油SAGD開(kāi)發(fā)數(shù)值模擬的溫度場(chǎng)

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）隨著超稠油油藏開(kāi)發(fā)的持續(xù)深入，常規(guī)的SAGD技術(shù)弊端日益凸顯，熱能消耗大、油氣比低、蒸汽腔的波及體積不斷減小、蒸汽腔發(fā)育不均衡，嚴(yán)重影響了油井的產(chǎn)量。

（2）氮?dú)廨o助SAGD開(kāi)發(fā)技術(shù)能夠降低蒸汽腔頂部的溫度，有效減慢了蒸汽的超覆現(xiàn)象，減少了熱量損失，從而提高油汽比。相比于常規(guī)的SAGD技術(shù)，該技術(shù)可以有效的促進(jìn)蒸汽腔的側(cè)向擴(kuò)展范圍，從而達(dá)到高效開(kāi)發(fā)超稠油油藏的目的，值得應(yīng)用和推廣。

（3）在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工作人員應(yīng)該根據(jù)油藏的實(shí)際條件，優(yōu)選合適的稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)，如火燒油層、蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、SAGP、化學(xué)驅(qū)、微生物驅(qū)油等，綜合考慮各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最大限度地提高油井的采收率和產(chǎn)量，從而提高油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。