蒸汽辅助重力泄油（SAGD）是一种商业上成功的生产重油和沥青的采油方法。该方法通过一对水平井做为注气井和生产井，使用重力作为驱动力，不但确保了稳定的蒸汽前缘驱替且具有经济性。目前，提高 SAGD 性能的方法有几种，但通过改变井身结构来提高SAGD 性能的研究还没有出现。研究人员通过对加拿大阿尔伯达中部和北部Athabasca 和 Cold Lake 油藏测试方案验证了改变井身结构对 SAGD 的性能影响。

 

SAGD 操作过程

 

研究人员对比了垂直井和水平井注气的 SAGD 性能，发现最大采收率通过水平井获得，蒸汽注入净产层顶部附近沥青采收率较高（即通过垂直的注汽井）。SAGD 操作分为三个阶段：预热，注汽 / 生产和衰竭。第一阶段的目标是升温和移动注汽井和生产井之间的原油。第一阶段结束时，注汽井和生产井之间会建立流体连通。研究人员应用热油藏模拟器中的离散井筒对 SAGD 第一阶段进行热敏感性分析和优化，发现了井距对开发效果的影响，即在 SAGD过程中长井距能提高原油采收率和蒸汽腔的膨胀率，为了模拟 SAGD 循环预热阶段，基础模型中两个井筒都被做离散化处理，其目的是考虑流体流动和能量方程，为了使井筒中的每个组的每个网格都采用同样的方式。在循环阶段，通过油管注入蒸汽，套管生产，因此每个井都由用来注汽的油管和用来生产的套管组成。在循环阶段末期，用来注汽的油管和用来生产的套管将被关闭。在井之间的油藏变得足够热后，操作转变到 SAGD 第二个阶段，即蒸汽通过靠上的井注入，原油通过靠下的井采出。研究人员制定了一项优化注采井之间联系的策略，即在最低累计汽油比的情况下最大限度提高原油采收率。研究人员还介绍了用于低压油藏的 X-SAGD 结构，发现增加蒸汽压力会使这种结构的热效率比标准 SAGD 结构更差，于是提出为垂直粘度梯度的油藏配置，一种新的井身结构方法，这种方法的热效率比标准 SAGD 结构还要高。生产井位于基岩上方 2.5m，注汽井在生产井上方距生产井只有 5 米，这是这类油藏最佳的两口水平井之间的垂直间距。

 

改变井身结构影响 SAGD 性能

 

研究人员探讨了 SAGD 过程中新的井身结构在加拿大阿尔伯达的中部和北部的 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的适用性。研究人员利用全隐式热油藏模拟器（CMG 的 STARS 2007）与完全耦合的井眼结合，来计算沿井筒的摩擦压降和热损失，建立三维数值模拟模型，并进行注汽压力敏感性分析。在注汽压力优化后，使用这些模型对新的井身结构进行分析，结果表明 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的SAGD 过程的性能可通过改变井身结构显著提高。研究人员列出了基础方案的生产阶段和蒸汽循环预热阶段的操作条件：即 120 天被选为两口水平井之间建立热连接的时间（使两口井之间的温度接近 100℃）；SAGD 生产和循环阶段的注汽井和生产井定义了两个条件，即注汽井蒸汽干度为 0.9 时最大井底压力被设定，生产井最低井底压力和蒸汽腔控制被设定，采出液保持在比饱和蒸汽温度低 10℃以下。

 

研 究 人 员 分 别 对 Athabasca 和Cold Lake 油藏定义基础方案模型，在注汽井和生产井的垂向距离是 5m，水平方向为同一平面时，对两个油藏都以平均注汽压力进行了敏感性分析，结果表明油藏累积的产油量随注汽压力的升高而升高。Athabasca 注汽压力为 2,500kPa 的累积产油量与注汽压力高于 2,500kPa 的结果基本一样，但衰竭更快，并具有更高的汽油比。因此，2,500kPa 被 选 为 最 优 的 注 汽 压 力，而 Cold lake 油藏的最优注汽压力为5,500kPa。

 

倾斜注汽井 SAGD 更具优势

 

钻一口倾斜井与钻一口水平井的难度相当，它要求弯角大约是 89°而不是 90°，预测方位的精确性与平行SAGD 井一样。在 SAGD 生产之前，两井趾端之间的热连通通过循环建立，与传统 SAGD 相比，连接建立在较小的垂向距离下，所以循环周期较短且能源密集度较低，当趾端井间连通建立后，蒸汽通过倾斜注汽井连续注入，且通过底部水平井生产，随着蒸汽的持续注入，与 SAGD 方案一样，蒸汽腔不但向着垂直井的方向扩展，也向着井的趾端到跟端的上方扩展，这种蒸汽腔的扩展方式使蒸汽腔覆盖了井的整个水平段长度。在 Athabasca 和 Cold Lake油藏，研究人员对许多不同井身结构的方案（例如，垂直注汽井在水平生产井上方，水平和垂直注汽井相结合以及分支 SAGD）做了调研显示，所有结构中在生产井上方布倾斜注汽井的结构能提升 SAGD 性能的最大潜力。由于倾斜井增加了两井跟端的距离，与传统SAGD 相比，SAGD 蒸汽腔的控制更容易，使注汽井倾斜确保了所有水平段在 SAGD 生产阶段得到了动用；与普通 SAGD 相比，倾斜注汽井蒸汽腔扩展的更均匀；倾斜注汽井与大部分这些地质非均质性相交，有助于改善蒸汽腔的扩展。

 

为了证明这种新的井身结构的优势， 研 究 人 员 将 Athabasca 和 Cold Lake 油藏的这种结构和传统结构的SAGD 的性能进行了对比。Athabasca的基础方案的倾斜注汽井 SAGD 与普通 SAGD 的操作条件一致，注汽压力为 2,500kPa，比较了生产 1,750 天后的累积产油量和累积汽油比，考虑到蒸汽腔在倾斜注汽井的趾端开始扩展，可以通过封堵倾斜注汽井的末端，集中加热注汽井的跟端，以此提高加热过程的效率，注汽井的末端 200m 处要封堵 150 天，并且把注汽压力降到2,000kPa，通过关闭注汽井末端的注入蒸汽，热效率提高了 5%。在 Cold Lake 油藏，为了比较这种新的井身结构和普通 SAGD 的效果，蒸汽注入压力 范 围 为 3,500~5,500kPa， 两 个 方案的生产周期都在汽油比约等于 4 时截止，倾斜注汽井 SAGD 的循环周期更短，衰竭时间大约早 2 个月，但是采收率一样。试验证明了油汽藏采用倾斜注气井身机构 SAGD 更具优势。