石油工程--本科毕业论文

编号：中国石油大学（北京）现代远程教育毕业设计（论文）蒸汽辅助重力泄油技术及其在超稠油开发中的应用研究学生姓名黄天快学生学号900926指导教师王霞职称讲师年级0709学生层次专升本学生专业石油工程入学时间2007-08-01学习中心陕西靖边填写日期2008-3-20中国石油大学（北京）现代远程教育学院制-1-目录中文摘要.......................................................................................................................2第一章绪论.................................................................................................................31.1引言.................................................................................................................31.2论文的研究现状............................................................................................41.3论文的主要研究内容.....................................................................................5第二章蒸汽辅助重力泄油技术理论概述.................................................................62.1SAGD的机理.................................................................................................62.2SAGD的特点.................................................................................................72.3影响效果的地质参数.....................................................................................7第三章SAGD在超稠油开发中的应用.....................................................................93.2超稠油蒸汽吞吐生产存在的问题.................................................................93.3蒸汽辅助重力泄油试验方案设计要点.......................................................103.4SAGD现场试验及效果评价.......................................................................10第四章结论与建议...................................................................................................12后记.........................................................................................................................13参考文献.....................................................................................................................14-2-中文摘要随着石油勘探和开发程度的深入，以及世界对石油需求量的迅速增长，稠油油藏的开发在石油开采中的地位变得愈加重要。目前对于储量极大的超稠油油藏，常规热采技术难以取得好的开发效果。因此，研究适用于稠油油藏特别是超稠油油藏开采的蒸汽辅助重力泄油技术（SAGD）的研究具有重要意义。本文首先分析了论文的研究目的及SAGD的研究现状，其次介绍了SAGD的基本理论知识，最后以具体实例来研究了SAGD在在超稠油开发中的应用，具有重要的理论和工程意义。关键词：SAGD；超稠油开发；应用第一章绪论-3-第一章绪论稠油在世界油气资源中占有较大的比例，是石油烃类能源中的重要组成部分。据统计，世界稠油、超稠油和天然沥青的储量约为1000×108t。中国重油沥青资源分布广泛，已在12个盆地发现了70多个重质油田，资源量可达300×108t以上。在世界石油资源大量被采出后，这些难以开采的稠油和超稠油资源将是今后的开采方向。开采稠油和超稠油资源的最好方式是热力采油，但随着生产规模不断扩大，稠油蒸汽吞吐开发的矛盾逐渐暴露出来。为了进一步提高油田采收率，保持油田稳产，转换开采方式已迫在眉睫。蒸汽辅助重力泄油（SAGD）采油技术已经被证实为有效的稠油热采技术，并被广泛应用于生产实践。因此，本文专门研究了蒸汽辅助重力泄油技术及其在超稠油开发中的应用。1.1引言近年来，随着石油工业技术的发展，运用蒸汽吞吐，蒸汽驱等常规热采方法开采稠油的技术日趋成熟，常规热采方法的一个共同特点就是靠注采井之间的压差或者是油层与井底之间的压差将原油驱动到生产井中，然后再举升到地面。除蒸汽吞吐采油方式在超稠油油藏中得到成功应用外，蒸汽驱和火烧油层均没有在超稠油油藏中应用成功的实例。要进一步提高超稠油油藏吞吐后的采收率，就必须依靠新的技术手段。水平井的广泛应用为超稠油的开采提供了另一条思路。随着水平井钻井技术的不断提高，前苏联、美国、加拿大等国家都采用过水平井蒸汽驱开采稠油的新技术，结果表明，水平井进行蒸汽驱所获得的原油采收率比用直井进行蒸汽驱获得的原油采收率高得多。另外，对于流体流度很小的稠油油藏，若用直井开采，往往要对油藏进行压裂，以便有足够多的热量注入到油藏中，而油藏的压裂通常使采油过程难以预测，并且难以控制工程的整个过程，导致最终采收率可能很低；而水平井蒸汽驱就可以不用压裂而开采这类油藏，通过水平井注入蒸汽，提高了注入蒸汽同稠油之间的接触面积，从而提高了从井筒到低温油藏的热传导效应。正是水平井的广泛应用促进了重力泄油技术的发展。70年代末期和80年代初期发展起来的以重力泄油为基础的开采方式在理论上和现场实践上对超稠油甚至沥青资源的开发起到了革命性的突破。以重力泄油发展起来的技术包括：蒸汽辅助重力泄油（SAGD）技术，溶剂辅助重力泄油技术（VAPEX），在蒸汽中加非凝结气体的重力泄油技术（SAGP）等，重力泄油的理论与传统的火烧油层技术结合，又开发出了利用水平井进行火烧油层的技术（COSH）以及垂直井或者水平注入井与水平生产井结合的所谓脚尖到脚根的火烧油层技术（THAI）。在这些技术中，得到商业化应用的技术只有SAGD，其他技术还处于试验阶段，具有很大的风险性。第一章绪论-4-1.2论文的研究现状SAGD技术由国外学者首先提出，在经过详细深入的研究后，现已进入全面的矿场实践阶段，相应的改善SAGD技术方法也得到进一步的研究。（1）国外SAGD技术研究进展Butler和Stephens（1981）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。Griffin和Trofimenkoff（1986）将Butler提出的SAGD理论拓展到直井与水平井组合开采上，试验得出的结论与理论结果非常吻合。低压模型证明SAGD理论能准确地预测产量和分析粘度对产量的影响，但比例模型结果表明，SAGD生产时间、蒸汽超覆及盖层的热损失，与理论预测结果有较大差别。Joshi（1986）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，直井注汽比水平井注汽能获得更高的采收率。Yang和Butler（1989）研究了2种均质油藏的SAGD效果，一种是含有薄泥页岩隔层，另一种是油藏各层渗透率不同。他们发现短的水平隔层不会对SAGD效果产生很大的影响，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。Sasaki（2001）等指出，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。Butler和Stephens（1981）、Butler（1987）、Sugianto和Butler（1990）以油藏厚度为变化参数研究了类似的情况，焦点是蒸汽腔到达油藏顶部后如何伸展。Chow和Butler（1996）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、温度剖面非常吻合。Sasaki（2002）等指出，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。Das（2005）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。Ito和Ipek（2005）对制约SAGD成功与否的最重要的因素——汽窜进行了详细深入的研究，他们基于UTFPhaseA和B、Hangingstone、Surmount4个SAGD项目现场实测的资料，拓展了Butler的汽窜基本理论，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。Bagci（2005）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间热连通时间，加快蒸汽腔扩张速度。Sola（2006）等研究了将SAGD技术应用于伊朗低渗透碳酸盐岩稠油油藏的实例，认为SAGD是这类油藏最好的热采方法。（2）国内SAGD技术研究进展国内自1997年在辽河油田杜84块率先开展SAGD先导试验以来，许多学者对SAGD的理论和应用进行了详细的研究。第一章绪论-5-曾烨、周光辉（1994）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。杨洪、姚远勤（1996）等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。刘尚奇、马德胜（1999）等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。石在虹、杨乃群、刘德铸（1999）等人首次将井眼轨迹计算技术引入多相流动的计算中，应用多相流体力学和传热学原理，建立了井筒内的能量平衡方程及热传导方程，通过对汽液两相流体在倾斜井筒中总传热系数方程式、热传导方程式及能量方程式的求解，得出了井筒内任意点处压力、干度及其它物性参数的计算方法。由世江、周大胜（2000）等进行了水平裂缝辅助重力泄油室内物模和数模实验研究，并对杜84-69-69井组开展水平裂缝辅助蒸汽驱现场先导试验。结果认为，水平裂缝辅助蒸汽驱对开采超稠油是合适的，具有蒸汽腔发育充分、蒸汽波及系数大、最终采收率高等显著优点。石在虹、吴宁、张琪（2000）等将其研究的井筒工况计算方法编制成软件，并以辽河油田第一口SAGD试验井为实例验证其理论的正确性。吴向红、叶继根、马远乐（2002）和赵