[发明专利]蒸汽辅助重力泄油过程中气体辅助用量的获取方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种蒸汽辅助重力泄油过程中气体辅助用量的获取方法及装置。

背景技术

(1)SAGD

蒸汽辅助重力泄油(SAGD)是结合水平井和注蒸汽开采稠油的一种新颖的开采方式。该工艺首先由加拿大的R.M.Butler教授提出，并在加拿大阿尔伯特省进行了现场试验，取得了成功，并开始了规模化工业应用。蒸汽辅助重力泄油(SAGD)工艺以蒸汽作为加热介质，依靠重力作用开采稠油。SAGD工艺一般是在接近油层底层以上钻一口水平生产井，通过该井上方平行的第二口水平井或一系列垂直井连续注入蒸汽，从而在生产井上方形成蒸汽腔。注入蒸汽在上升过程中与冷油接触，凝析水和加热原油在重力驱替下流向生产井而产出。这种工艺最大的优点是利用蒸汽的重力超覆作用，化不利因素为有利条件，极大提高热能利用率，尤其对特稠油或超稠油的开采有着明显的优势。

在蒸汽辅助重力泄油过程中，蒸汽腔内整个泄油方式分为两种：首先是垂向泄油，蒸汽垂直向上运动并加热顶部原油，在重力势差的作用下直接流向底部；其次是侧向泄油，蒸汽在上升的同时，热量沿侧向传递，使蒸汽腔逐渐向两侧发展，侧部流动呈斜面状，受热原油沿斜面依靠重力作用向下流动。在流动过程中随着温度下降，原油粘度逐渐增加，形成一个上薄下厚的流动剖面。在整个蒸汽腔的形成和发育过程中，垂向泄油和斜面泄油并存，两者的共同作用使蒸汽腔呈现“蘑菇状”的剖面。

在蒸汽辅助重力泄油过程中，除了流体密度不同而产生的驱动力外，在注入井和生产井之间没有压差，原油完全依靠重力排泄采出。通过蒸汽的加热作用，降低原油粘度提高泄油速度；同时，减小蒸汽的窜流，增加扫油效率，可以获得较高的原油采收率。蒸汽辅助重力泄油开采的主要特征有三点：①注蒸汽加热油层，降低原油粘度；②水平井生产，大幅度提高泄油面积；③利用蒸汽的重力超覆作用，化不利因素为有利条件。蒸汽和原油密度差越大，其泄油效果越明显。蒸汽不断加热上部油层，受热原油通过重力作用泄入生产井。

(2)SAGP技术

蒸汽辅助重力泄油过程中加入非凝析气体的驱动方式被称为Steam And Gas Push，简称为SAGP。Butler教授将SAGP视为SAGD的改进。非凝析气体聚集在注入井上方的蒸汽腔内，降低上覆岩层的热损失，使得蒸汽腔中保持较低的热焓，因而大大减少了蒸汽的用量。

SAGP生产过程中，随着非凝析气体与蒸汽的同时注入，蒸汽腔不断扩展，蒸汽腔顶部的原油温度逐渐升高，受热原油沿着蒸汽腔边界流入到底部生产井中；同时，非凝析气体逐渐上升并聚集在油层顶部。根据非凝析气体的性质，顶部聚集的气体具有良好的隔热作用，能有效阻止蒸汽与蒸汽腔顶部油藏岩石间的热交换，降低蒸汽腔向油层顶部的扩展速度。同时，蒸汽携带的大部分热量主要用于加热蒸汽腔两侧的油藏岩石。因此，SAGP蒸汽腔在垂向上的扩展速度小于SAGD，在横向上的扩展速度大于SAGD，整个蒸汽腔的形状呈现椭圆形，而SAGD蒸汽腔形状呈现倒三角形。在SAGP过程中，由于有非凝析气体的存在，对维持蒸汽腔的压力起到了一定作用，节约了蒸汽的用量。SAGP中添加的非凝析气体的指进作用有利于提高蒸汽前缘的流动能力。

(3)SAGD与SAGP的基本理论与研究方法

目前，针对SAGD技术已经建立起一套完善的油藏工程理论。如图1所示，当汽液界面达到均匀稳定导热状态时，可进行以下推导：

①冷凝面推进速度

由图1可知：冷凝面垂直方向上的推进速度U为：

由物质平衡原理得，对于所选小微元，dt时间内流出的原油体积等于小微元内原油体积的变化量，即

dq·dt＝φΔS_oLdx·dy (1-2)

因此，可以得到：

其中，U：冷凝面垂直方向上的移动速度，m/s；θ：小微元的倾斜角；φ：油藏孔隙度，小数；ΔS_o：可动原油饱和度，ΔS_o＝S_oi-S_orw，小数；S_oi：原始油藏含油饱和度，小数；S_orw：汽驱残余油饱和度，小数。

②泄油产量

如图1所示，在流动的受热原油中距离冷凝面ε处取一小微元，由达西定律得：