降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法技术

本发明专利技术公开了一种降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法。该方法包括以下步骤：S100、确定目前蒸汽腔的空间发育形态；S200、确定影响顶水入侵速率的主要因素；S300、利用S200中确定的主要因素建立顶水下窜速率的数学模型，计算当沥青壳厚度下的水和油的流量；S400、评价顶部沥青壳的封隔能力；S500、评价蒸汽腔与顶水层压差对顶水入侵速率的影响；S600、建立预防顶水下窜的技术界限。需要通过控制蒸汽腔与顶水层之间的压差，来减少顶水下窜的风险、保障SAGD的生产效果；从而延长顶水油藏的开发生产期，提高油藏的最终采收率。

【技术实现步骤摘要】
降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法
本专利技术涉及油田采油
，具体涉及一种降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法。
技术介绍
超稠油SAGD开发技术是开发超稠油的一项前沿技术。其开采机理是通过注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽向上超覆在地层中形成蒸汽腔，蒸汽腔向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换，被加热降粘后的原油和蒸汽冷凝水依靠重力作用泄到下面的水平生产井中产出，蒸汽腔持续扩展，不断占据原油体积。该技术由Butler博士1978年专利技术(ButlerRM著.见王秉章等译.重油和沥青的热力开采工艺M.北京石油工业出版社，1994：31～40.)，目前，已在国内外部分油田推广应用，国内新疆油田和辽河油田成功引进SAGD技术，并在超稠油油藏中成功实施，取得了较好的开发效果，极大的扭转了蒸汽吞吐年产油量持续递减的局面，采油速度高、开采成本低，其技术优势得到石油行业人士的认可，被认为是采收率最高的热采开发技术之一。ZL201611114279.1公开了一种改善SAGD开发效果的预处理方法，在该方法中将超临界CO2压裂技术引入到稠油开采过程中，利用超临界CO2对油藏进行预处理，通过大幅度降低原油粘度，降低SAGD操作过程中的蒸汽需求量，缩短循环预热时间，提高蒸汽带驱油效率，达到经济、有效开发稠油油藏的目的。ZL200810113261.9公开了一种气体辅助SAGD开采超稠油技术的方法，在该方法中应用非凝析气体(N2，甲烷，CO2等)注入到已发育的蒸汽腔中。利用气体导热系数小并且为非凝析气体的性质，形成隔热层，减小蒸汽向上覆岩层的传热速度，降低热损失，提高热效率；同时分布在蒸汽腔上部的非凝析气体能够维持系统压力，不仅对原油起到向下的推动作用，还缓解了蒸汽向上的超覆速度，加强了蒸汽腔的侧向扩展能力，增大蒸汽横向波及体积；但是该方法在应用中存在注入的非凝析气体影响蒸汽注入能力的问题，操作中发现同时注入非凝析气体时，由于明显提高了蒸汽腔压力，蒸汽注入量降低在30％左右。其次注入的气体仅仅有隔热和降粘的作用，因此只能提高采油速度，而在提高驱油效率方面效果并不明显。ZL201810028967.9公开了一种抑制SAGD蒸汽腔纵向突进的方法，对于SAGD开发过程中由于操作不当，导致蒸汽腔局部突进现象，特别是对于顶水的超稠油油藏，采用水+氮气交替注入的方式来抑制蒸汽腔突进，一方面注入的氮气密度小于蒸汽密度，注入的氮气主要分布在原始蒸汽腔顶部，利用氮气导热系数小的性质，在蒸汽腔顶部形成隔热层，另一方面，利用，常温水的热焓远小于水蒸汽的热焓，注入常温水降低突进腔温度，但是该方法在应用中存在注入氮气气体影响蒸汽注入能力，注入气体时也明显提高了蒸汽腔压力，减少了约30％蒸汽注入量，只能提高采油速度，不能提高驱油效率，同时，现场操作过程中发现，气体的刺穿作用导致汽腔在注入气体后短期内迅速膨胀，导致原有的突进的蒸汽腔又向上突进了3-5米。而注入常温水的方式在一定程度上降低了与常温水接触的局部的汽腔温度，长期注入常温水导致汽腔温度下降，影响SAGD产油量。为延长这种发育顶水的超稠油油藏SAGD开发生产期，减弱因油藏陆相沉积非均质性强，以及转SAGD开发方式前蒸汽吞吐动用不均带来的影响，防止蒸汽腔单沿某一优势通道方向快速向上突进，造成蒸汽腔单点迅速扩展至油藏顶部后，将导致顶部巨大的顶水水体下窜、倒灌进入油藏内，SAGD开发将终止，而油藏内由于汽腔发育不均，在油层上部还未形成汽腔的区域，也将因为水淹而无法采出，从而导致最终采收率低，浪费较好的石油资源。目前世界上底水油藏SAGD开采的实例较多，但这种顶水油藏SAGD开采的实例较少。为有效开发这种顶水油藏，最大限度提高油藏最终采收率，降低顶水水侵的主要措施是平衡汽腔与顶部水层的压力，努力延长SAGD生产时间。SAGD开发的核心关键是蒸汽腔的发育形态，而汽腔的扩展速度与SAGD成正相关关系，对于顶水油藏而言，如果SAGD操作不当，蒸汽腔单方向快速向上突进迅速扩展至油藏顶部，此时单纯的降注以防止顶水下窜，蒸汽腔不能有效扩展，导致SAGD产量降低。如果注入非凝析气体、常温水物质，都只能在1～3年的短期内减缓局部已发生汽腔突进区域的突进速度，由于油藏内其他区域上部剩余油层高度大于40米，按照汽腔上升速度每年3～7米计算，在已发生突进区域，汽腔到达顶部与顶水沟通导致顶水下窜到油藏内部、油藏遭到破坏时，油藏的其他区域上部将剩余20～35米的油层厚度还没有开发，最终采收率低，油藏内大量的剩余油无法再被采出。
技术实现思路
为解决以上至少之一的技术问题，本专利技术提供一种降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法，防止因为蒸汽腔操作压力不当，导致某一区域出现蒸汽腔快速突进而导致顶水下窜的现象。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法，该方法包括以下步骤：S100、确定目前蒸汽腔的空间发育形态；S200、确定影响顶水入侵速率的主要因素；S300、利用S200中确定的主要因素建立顶水下窜速率的数学模型，计算当沥青壳厚度下的水和油的流量；S400、评价顶部沥青壳的封隔能力；S500、评价蒸汽腔与顶水层压差对顶水入侵速率的影响；S600、建立预防顶水下窜的技术界限。本专利技术通过蒸汽腔操作压力的变化对蒸汽腔上升速度、SAGD产油量的影响，提出一种利用平衡蒸汽腔与顶部水层的压力来增加SAGD生产时间；而操控SAGD蒸汽腔压力，还可以控制蒸汽腔上升速度，促进SAGD蒸汽腔均匀发育，保障SAGD产油量不断上升的同时，也提高油藏的最终采收率，最大程度的动用(开发)这类顶水发育的超稠油油藏资源。以下针对每一步骤进行详细说明：S100、确定目前蒸汽腔的空间发育形态。一般SAGD的生产井由于在油藏中的布井高度和投产时间不同，各井组的蒸汽腔发育高度和与周围井组的连通程度也不一样，导致各井组的采出程度相差较大，蒸汽腔高度也不同，需要首先确定目前蒸汽腔的发育形态，即平面各个区域的蒸汽腔纵向高度。根据本专利技术的方法，优选地，S100中利用井温监测资料和数值模拟方法确定各单井的蒸汽腔范围、描述油藏内各区域蒸汽腔的发育形态，包括蒸汽腔高度、上部剩余油层厚度以及平面分布形态，以确定目前蒸汽腔的空间发育形态。S200、确定影响顶水入侵速率的主要因素。根据本专利技术的方法，优选地，S200中，所述主要因素包括：1)蒸汽腔顶部与顶水层的距离；2)顶水层与蒸汽腔的压差；3)沥青壳内的温度和分布；4)水相相对渗透率；5)油相相对渗透率；6)沥青壳渗透率和渗透率分布。随着蒸汽腔的上升，距离顶水层的距离会越来越小。随着顶水和蒸汽腔之间的沥青壳的温度上升，原油黏度降低，流动阻力变小。由于顶水层的压力高于蒸汽腔的操作压力，当油藏顶部沥青壳的流动阻力下降后，在重力作用之下或者在顶水层与汽腔之间的压差作用下，顶水将沿沥青壳下窜到蒸汽腔。顶水下窜对S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS100、确定目前蒸汽腔的空间发育形态；/nS200、确定影响顶水入侵速率的主要因素；/nS300、利用S200中确定的主要因素建立顶水下窜速率的数学模型，计算当沥青壳厚度下的水和油的流量；/nS400、评价顶部沥青壳的封隔能力；/nS500、评价蒸汽腔与顶水层压差对顶水入侵速率的影响；/nS600、建立预防顶水下窜的技术界限。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低蒸汽腔外溢预防SAGD开发过程中顶水下窜的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S100、确定目前蒸汽腔的空间发育形态；
S200、确定影响顶水入侵速率的主要因素；
S300、利用S200中确定的主要因素建立顶水下窜速率的数学模型，计算当沥青壳厚度下的水和油的流量；
S400、评价顶部沥青壳的封隔能力；
S500、评价蒸汽腔与顶水层压差对顶水入侵速率的影响；
S600、建立预防顶水下窜的技术界限。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S100中利用井温监测资料和数值模拟方法确定各单井的蒸汽腔范围、描述油藏内各区域蒸汽腔的发育形态，包括蒸汽腔高度、上部剩余油层厚度以及平面分布形态，以确定目前蒸汽腔的空间发育形态。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S200中，所述主要因素包括1)蒸汽腔顶部与顶水层的距离；2)顶水层与蒸汽腔的压差；3)沥青壳内的温度和分布；4)水相相对渗透率；5)油相相对渗透率；6)沥青壳渗透率和渗透率分布。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S300具体包括：
推导水相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式以及油相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式，进而推导蒸汽腔顶部到顶水层的温度剖面公式，再根据SAGD生产预测模型传热方程式，计算蒸汽腔外温度随距离的变化规律，再得到拟稳态下蒸汽腔之外油藏温度分布公式；
计算不同蒸汽腔运移速率下的沥青壳温度分布，估算原油粘度与温度的关系，计算原油粘度分布；利用所述水相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式以及油相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式，分别计算通过任一截面的水相和油相流量；在给定顶水层和蒸汽腔中操作压力、沥青壳中油水相对渗透率的条件下，利用流体连续流动原理，计算在沥青壳厚度下的水和油的流量。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，推导水相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式以及油相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式时，假设顶水向蒸汽腔中的流动为一维流动；在顶水和蒸汽腔的沥青壳中只考虑油水两相的流动，并假定油相和水相的有效渗透率为常数；
根据达西定律，水相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式为：



油相沿沥青壳向蒸汽腔的渗流速率公式采用下式：



其中，Qw为水相的渗流速率，m3/s；
Qo为油相的渗流速率，m3/s；
A为垂直方向蒸汽腔顶的表面积，m2；
k为油藏的绝对渗透率，m2；
krw为水相相对渗透率，分数；
kro为油相相对渗透率，分数；
μw为水粘度，mPa.s；
μo为油粘度，mPa.s；
ρw为水密度，kg/m3；
ρo为油密度，kg/m3；
P为蒸汽腔顶部到顶水之间某一点的压力，kPa；
C为单位换算系数；
z为Z方向；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王中元，葛明曦，才业，韩冰，尚策，张甜甜，邹兆玉，李晓漫，高飞，平原毓，马凤，刘雪梅，王秀清，刘军，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11