辽河石油职业技术学院高职学生毕业论文 稠油蒸汽吞吐技术及发展趋势
第三种是单井SAGD，即在同一水平井口下入注汽、采油两套管柱，通过注气管柱向水平井最顶端注汽，使蒸汽腔沿水平井逆向发展，如图2-5。单井SAGD适用于厚度为10～15m的油藏[16]。
1981年，Butler和Stephens[17]首先提出了SAGD的概念，并应用半解析计算方法与室内实验方法，证实了连续注入蒸汽和连续采油可以获得最大的采收率。
1986年，Griffin和Trofimenkoff[18]将Butler提出的SAGD理论拓展到直井与水平井组合开采上，试验得出的结论一致。
1986年，Joshi[19]研究了直井注汽与水平井注汽的SAGD理论，发现在油藏存在泥页岩隔层的情况下，直井注气比水平井注气能获得更高的采收率。
1989年，Yang和Butle[20]通过对含有薄泥页岩隔油藏，渗透率不同油藏的两种均质油藏的SAGD效果分析，短的水平隔层对SAGD产量影响不大，而长的水平隔层则会降低产量。渗透率上高下低的油藏比渗透率上低下高的油藏采油速度高。
1994年，曾烨、周光辉[21]通过物模及数模的双重研究，结合我国油藏地质特点验证了SAGD技术在我国应用的可行性。
1996年，杨洪、姚远勤等[22]通过水平井与直井组合布井热采数值模拟研究，提出了水平井与直井组合布井的原则。
1996年，Chow和Butler[23]研究了用STARS对SAGD过程尤其是蒸汽腔的增长和上升阶段历史拟合的可行性。SAGD不同时间段的数值模拟结果与试验模型的累计产油量、采收率、温度剖面一致。
1999年，刘尚奇、马德胜等[24]以辽河油田曙一区杜84块为先导试验区，经研究认为，水平井与各种热采技术及重力泄油相结合，将是开发超稠油油藏的技术策略。
2001年，Sasaki等[25]指出，启动阶段的产量与注蒸汽井的位置有很大关系，增大垂直井距可以提高产量，但也增加了注汽井与生产井热连通的时间。
2002年，Sasaki等[26]指出，蒸汽腔的垂直增长速度比用常规SAGD数值模拟软件预测的小，启动热连通的时间也较长。
2005年，Das[27]讨论了提高SAGD开采效果的很多措施，包括井筒设计、低压生产、蒸汽添加剂等。
2005年，Ito和Ipek[28]对汽窜进行了详细深入的研究，首次解释汽窜现象，认为蒸汽腔顶部的汽窜对蒸汽腔的增长有很重要的作用，高压运行是引起汽窜的重要原因。
2005年，Bagci[29]应用试验和数值模拟方法研究了裂缝性油藏中SAGD方法。分析认为垂直裂缝对SAGD有利，尤其在初期启动阶段，裂缝充填油藏比均质油藏
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能获得更高的汽油比，垂直裂缝可以增加产油速度，降低原油粘度并利于热量的传递，还可以有效地减小井问热连通时间，加快蒸汽腔扩张速度。
2005年，郭建国、乔晶[30]在油藏地质研究的基础上，对杜84块馆陶油层开发方案进行优选及经济评价研究，分析了开采方式、布井方式、注采井距、水平段长度等因素对超稠油油藏水平井开发试验效果的影响规律。
2006年，孟巍、贾东等[31]以杜84块兴隆台油层超稠油油藏特点和开发现状为基础，应用STARS数值模拟软件，模拟了直井与水平井组合的SAGD方案，并对布井方式、水平段长度、水平段在油层中的位置、注采参数等进行了优化设计。
制约常规SAGD的一个主要因素是它需要耗用大量的蒸汽，尤其对于油层较薄、质量较差的储层。以SAGD为基础的水平井注蒸汽热采技术在向多种方式发展，如蒸汽+非凝析气辅助重力泄油技术（SAGP）和稠油注气体溶剂萃取技术（VAPEX）就是其很有前景的衍生形式，它们可以减少对能量的需要量，现已在加拿大卡尔加里大学得到开发。
2.1.5蒸汽与非凝析气推进（SAGP）技术
SAGP是在SAGD的基础上发展起来的一种热采方法。在进入蒸汽吞吐开发的中后期后，陆续开展了蒸汽辅助重力泄油（SAGD）先导试验，取得了较好的开发效果。但是随着试验的规模在不断扩大和深入，在SAGD中后期采取何种措施，来控制蒸汽腔纵向上扩展，抑制顶水下泄，进一步提高开发效果已迫在眉睫。 SAGP是由SAGD演变而来的工艺，在注入蒸汽中加入少量的非凝析气体，以便调整蒸汽腔的扩展方向，降低蒸汽上升速度，从而抑制顶水下泄，有效的延长SAGD生产时间。SAGD蒸汽腔上部的高温是无法利用的，造成热量浪费。SAGP的工艺原理则是将SAGD工艺改进，注入非凝析气（如天然气）[37]。非凝析气与蒸汽一起从生产井上方的注入井注入。天然气在注入井上方的腔体内聚集，降低温度。该工艺可大量节省资金，并且油藏压力下降不大。试验结果表明，产出每立方米原油所需注入的热量只是常规SAGD的62%，上覆层的热量损失也很小。 2.1.6热水驱采油技术
由于蒸汽与地层油相密度差及流度比过大，易造成重力超负荷汽窜，体积波及系数低，蒸汽的热效应得不到充分发挥，而用热水驱则可有效的减缓这些不利影响。热水驱采油的主要机理有：原油受热降粘而引起流度比的改善；原油及岩石体积受热膨胀；降低残余油饱和度和相对渗透率的改善；促进岩石水湿以及防止高粘油带的形成等。
热水驱对稠油开采的总体效果不如注蒸汽显著，但因其操作简单，与常规水驱基本相同，因此一直被人们所应用，只不过规模小些。有些普通稠油油藏进行
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普通水驱的采收率甚低，对这类油藏推荐采用热水加化学剂（表面活性剂）驱。该方法的主要增产机理在于降低原油粘度及油水界面张力，以及还可能形成水包油型乳化液等，从而提高原油采收率而又减少热耗（与汽驱相比）。此外，针对热水驱的热水窜进及驱油效率不高等问题，还开发出了热水氮气泡沫驱等新技术，进一步提高原油采收率[38]。 2.1.7电磁加热技术
一些油藏埋藏过深、含有膨胀粘土层、油层薄、孔隙度不均匀或原油粘度特高等原因，不能采用蒸汽吞吐、蒸汽驱进行开采，这时我们考虑电磁加热技术。
电磁加热技术是通过电流在油层内原生水中传导流动而产生欧姆热来加热油层的。采用电磁加热技术，可以克服注入热流体时初始注入率低，建立流动通道困难，注入流体难以控制，波及效率低等缺点。电磁加热法按其加热机理不同分为电阻加热法、电介质加热法和感应加热法。电磁热采方法具有一些特殊的优点，它不像对地层深部采用蒸汽注入那样极不经济，还可以用于渗透率低和由于压力限制而不能使用注入热流体的油层。当前，电磁加热技术主要被用于和注结合对油层进行选择性加热。加热的方式分为横向选择加热和纵向选择加热两种。当油藏只含有单一油层时，我们可以采用横向选择加热；当油藏含有多个油层时，可以采用纵向选择加热[39]。以上两种选择加热方法，在实际运用中都可以提高低产出层段的产能，改善油藏开发效果。
电磁加热技术为开采薄层稠油提供了一种有效的方法，它的热效率高、环保并可与其它开发方式联合，缺点是加热半径不大、消耗电能大、投资大。 2.1.8水平压裂辅助蒸汽驱（FAST）技术
此技术是最近几年才发展起来的一种蒸汽驱方法。美国和加拿大进行的FAST先导试验均已证明，这种方法可有效地开采密度为1.052～1.093g/cm3的重质原油。此技术除了具备一般蒸汽驱的采油机理外，由于建立了注采井间水动力连通，在油层下部形成流动通道，蒸汽重力分异作用有助于蒸汽对原油的加热，从而形成较高的油汽比和采收率[40]。如果作为注蒸汽的水平井位于油层下部，则将获得更好的效果。与蒸汽驱相比，它打破了蒸汽超覆的不利因素和蒸汽驱不能超过破裂压力的常规概念，克服了蒸汽驱选井界限，不存在反复激励的过程，可减少出砂，并将产出水注入地层。施工时间短，投资回收快。它不像常规蒸汽驱那样全面铺开，而是以井组为单元，一个单元接一个单元地开采。这样可以减少投资，重复利用井口设备和注汽管线。此工艺由4个阶段组成，即完井和生产井吞吐阶段、裂缝预热阶段、常规注汽阶段和扫油阶段。
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2.1.9水平井辅助重力泄油技术（COSH）
国外学者提出了从水平井的脚趾到脚根的注空气火烧油层技术（COSH），将水平井引入特、超稠油油藏火烧油层技术中，可以实现火驱辅助重力泄油，其原理类似于水平井条件下的蒸汽辅助重力泄油。这种技术突破了火驱技术应用的地层原油黏度上限，大大拓展了火驱技术应用的油藏范围，使火驱开发特、超稠油成为可能[41]。COSH技术，水平井既是高温可动油和冷凝水的排泄通道，又是烟道气的排泄通道，水平井筒内同时存在气液两相流动。较之SAGD的水平生产井中只有液相流动，COSH技术在动态控制上难度更大。
2009年，RIPED[42]的关文龙等建立了含有水平井的室内三维火烧油层物理模型，通过模拟实验探讨了COSH技术得出结论，在直井做为注气点火井、水平井做为火驱生产井时，可以实现火驱辅助重力泄油。在稳定泄油阶段，生产井产量稳定，燃烧前缘重力超覆现象可以得到抑制，油层在纵向上的动用状况要好于没有水平井情况下的面积井网火驱，如图2-6。
图2-6三维火驱模型内部各井排布及其对应的井网
2.1.10 注气体溶剂萃取稠油技术（VAPEX）
该方法是蒸汽辅助重力泄油方法的一个发展。VAPEX不是注蒸汽，而是注一种烃类气体或多种烃类气体的混合物[43]。注入的气体在地层温度及压力条件下处于临界状态，溶解重油和沥青，并降低其粘度，稀释油在重力作用下流向水平井。可通过控制溶剂压力将原油沥青脱到所期望的程度，采出的原油品位较高。析出的沥青留在油藏中，因此减少了运输和炼制过程中许多可能出现的问题。SAGD方法不能使原油品位明显提高，只能将一些沥青组分热降解。这种方法较适合于薄油层、粘土矿物易发生变化的油层及底水油藏等不适合采用注蒸汽方式开采的油藏。
随着SAGD和VAPEX技术的发展和应用，结合两者的优点又提出了一种开采稠
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油的新方法——蒸汽溶剂交替法（SAS），即交替注入蒸汽和溶剂。目的是使得开采单位原油的能量减至最小[44]。SAS方法的基本井身结构与SAGD技术的井身结构相同。
2.2 稠油热采技术发展趋势
对于那些不宜转成汽驱开采的蒸汽吞吐油藏，如何在蒸汽吞吐后期进一步提高采收率，延长蒸汽吞吐的经济开采期，是接下来吞吐阶段的重要研究内容。在经济范围内，可采取的方法主要有：打加密蒸汽吞吐井；采用分层注采技术；打水平井或侧钻水平井进行蒸汽吞吐；采用多井整体吞吐方式；采用蒸汽+助剂吞吐技术等。其中，针对特、超稠油开采试验推广的CO2辅助蒸汽吞吐技术在辽河油区已经见到了明显效果[45]。SAGD、VAPEX、热电联供等技术有望成为蒸汽吞吐后经济的接替技术。
蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术可以将稠油采收率再提高25%以上，随着水平井技术的不断提高，轨迹控制能力能够满足SAGD的要求，应在完井方式、管柱强度上进一步深入研究，使其成为开发稠油最有希望的方法之一。重力泄油理论和水平井技术发展了SAGD、SAGP、VAPEX、COSH技术。今后，这种发展的势头仍将保持下去[46]。
现在的稠油开采越来越倾向于水平井和复合井技术的应用。与常规井相比，水平井具有提高生产能力、加快开采速度和降低底水锥进等优点。复合井通过复杂的井结构引入一种新思路，通过较多的侧向井进入到以前未被捕集到是原油带，与直井甚至单个水平井相比，复合井具有更多的优势。目前，主要的水平井稠油热采技术有：水平井蒸汽吞吐、水平井蒸汽驱、加热通道蒸汽驱、重力辅助蒸汽驱（SAGD）、改进的重力辅助蒸汽驱（ESAGD）、水平井电加热开采、坑道式水平井开采、多底水平井开采、重力辅助火烧油层技术（COSH）、水平井火烧油层。如何合理应用水平井和复合井技术来提高原油采收率，是今后稠油热采中应该关注的问题[47]。
2.3 本章小结
（1）蒸汽吞吐的机理主要是加热近井地带原油，使之粘度降低，当生产压力下降时，为地层束缚水和蒸汽的闪蒸提供气体驱动力。
（2）蒸汽驱的机理主要是降低稠油粘度，提高原油的流度。蒸汽相不仅由水蒸汽组成，同时也含烃蒸汽，烃汽与蒸汽一起凝结，驱替并稀释前缘原油，从而留下较少的但较重的残余油[48]。
（3）火烧油层是通过注入空气维持原油就地燃烧，将原油驱向生产井的提高石油采收率热采方法，也称层内燃烧或火驱采油技术。
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