蒸汽輔助重力泄油（SAGD）是一種商業上成功的生產重油和瀝青的采油方法。該方法通過一對水平井做為注氣井和生產井，使用重力作為驅動力，不但確保了穩定的蒸汽前緣驅替且具有經濟性。目前，提高 SAGD 性能的方法有幾種，但通過改變井身結構來提高SAGD 性能的研究還沒有出現。研究人員通過對加拿大阿爾伯達中部和北部Athabasca 和 Cold Lake 油藏測試方案驗證了改變井身結構對 SAGD 的性能影響。

 

SAGD 操作過程

 

研究人員對比了垂直井和水平井注氣的 SAGD 性能，發現最大采收率通過水平井獲得，蒸汽注入凈產層頂部附近瀝青采收率較高（即通過垂直的注汽井）。SAGD 操作分為三個階段：預熱，注汽 / 生產和衰竭。第一階段的目標是升溫和移動注汽井和生產井之間的原油。第一階段結束時，注汽井和生產井之間會建立流體連通。研究人員應用熱油藏模擬器中的離散井筒對 SAGD 第一階段進行熱敏感性分析和優化，發現了井距對開發效果的影響，即在 SAGD過程中長井距能提高原油采收率和蒸汽腔的膨脹率，為了模擬 SAGD 循環預熱階段，基礎模型中兩個井筒都被做離散化處理，其目的是考慮流體流動和能量方程，為了使井筒中的每個組的每個網格都采用同樣的方式。在循環階段，通過油管注入蒸汽，套管生產，因此每個井都由用來注汽的油管和用來生產的套管組成。在循環階段末期，用來注汽的油管和用來生產的套管將被關閉。在井之間的油藏變得足夠熱后，操作轉變到 SAGD 第二個階段，即蒸汽通過靠上的井注入，原油通過靠下的井采出。研究人員制定了一項優化注采井之間聯系的策略，即在最低累計汽油比的情況下最大限度提高原油采收率。研究人員還介紹了用于低壓油藏的 X-SAGD 結構，發現增加蒸汽壓力會使這種結構的熱效率比標準 SAGD 結構更差，于是提出為垂直粘度梯度的油藏配置，一種新的井身結構方法，這種方法的熱效率比標準 SAGD 結構還要高。生產井位于基巖上方 2.5m，注汽井在生產井上方距生產井只有 5 米，這是這類油藏最佳的兩口水平井之間的垂直間距。

 

改變井身結構影響 SAGD 性能

 

研究人員探討了 SAGD 過程中新的井身結構在加拿大阿爾伯達的中部和北部的 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的適用性。研究人員利用全隱式熱油藏模擬器（CMG 的 STARS 2007）與完全耦合的井眼結合，來計算沿井筒的摩擦壓降和熱損失，建立三維數值模擬模型，并進行注汽壓力敏感性分析。在注汽壓力優化后，使用這些模型對新的井身結構進行分析，結果表明 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的SAGD 過程的性能可通過改變井身結構顯著提高。研究人員列出了基礎方案的生產階段和蒸汽循環預熱階段的操作條件：即 120 天被選為兩口水平井之間建立熱連接的時間（使兩口井之間的溫度接近 100℃）；SAGD 生產和循環階段的注汽井和生產井定義了兩個條件，即注汽井蒸汽干度為 0.9 時最大井底壓力被設定，生產井最低井底壓力和蒸汽腔控制被設定，采出液保持在比飽和蒸汽溫度低 10℃以下。

 

研 究 人 員 分 別 對 Athabasca 和Cold Lake 油藏定義基礎方案模型，在注汽井和生產井的垂向距離是 5m，水平方向為同一平面時，對兩個油藏都以平均注汽壓力進行了敏感性分析，結果表明油藏累積的產油量隨注汽壓力的升高而升高。Athabasca 注汽壓力為 2,500kPa 的累積產油量與注汽壓力高于 2,500kPa 的結果基本一樣，但衰竭更快，并具有更高的汽油比。因此，2,500kPa 被 選 為 最 優 的 注 汽 壓 力，而 Cold lake 油藏的最優注汽壓力為5,500kPa。

 

傾斜注汽井 SAGD 更具優勢

 

鉆一口傾斜井與鉆一口水平井的難度相當，它要求彎角大約是 89°而不是 90°，預測方位的精確性與平行SAGD 井一樣。在 SAGD 生產之前，兩井趾端之間的熱連通通過循環建立，與傳統 SAGD 相比，連接建立在較小的垂向距離下，所以循環周期較短且能源密集度較低，當趾端井間連通建立后，蒸汽通過傾斜注汽井連續注入，且通過底部水平井生產，隨著蒸汽的持續注入，與 SAGD 方案一樣，蒸汽腔不但向著垂直井的方向擴展，也向著井的趾端到跟端的上方擴展，這種蒸汽腔的擴展方式使蒸汽腔覆蓋了井的整個水平段長度。在 Athabasca 和 Cold Lake油藏，研究人員對許多不同井身結構的方案（例如，垂直注汽井在水平生產井上方，水平和垂直注汽井相結合以及分支 SAGD）做了調研顯示，所有結構中在生產井上方布傾斜注汽井的結構能提升 SAGD 性能的最大潛力。由于傾斜井增加了兩井跟端的距離，與傳統SAGD 相比，SAGD 蒸汽腔的控制更容易，使注汽井傾斜確保了所有水平段在 SAGD 生產階段得到了動用；與普通 SAGD 相比，傾斜注汽井蒸汽腔擴展的更均勻；傾斜注汽井與大部分這些地質非均質性相交，有助于改善蒸汽腔的擴展。

 

為了證明這種新的井身結構的優勢， 研 究 人 員 將 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的這種結構和傳統結構的SAGD 的性能進行了對比。Athabasca的基礎方案的傾斜注汽井 SAGD 與普通 SAGD 的操作條件一致，注汽壓力為 2,500kPa，比較了生產 1,750 天后的累積產油量和累積汽油比，考慮到蒸汽腔在傾斜注汽井的趾端開始擴展，可以通過封堵傾斜注汽井的末端，集中加熱注汽井的跟端，以此提高加熱過程的效率，注汽井的末端 200m 處要封堵 150 天，并且把注汽壓力降到2,000kPa，通過關閉注汽井末端的注入蒸汽，熱效率提高了 5%。在 Cold Lake 油藏，為了比較這種新的井身結構和普通 SAGD 的效果，蒸汽注入壓力 范 圍 為 3,500~5,500kPa， 兩 個 方案的生產周期都在汽油比約等于 4 時截止，傾斜注汽井 SAGD 的循環周期更短，衰竭時間大約早 2 個月，但是采收率一樣。試驗證明了油汽藏采用傾斜注氣井身機構 SAGD 更具優勢。