[发明专利]用于采油的优化的使用氧的蒸汽辅助重力泄油(“SAGDOXO”)方法及系统

说明书

背景技术

蒸汽辅助重力泄油(“SAGD”)是使用饱和蒸汽注入水平井2中的、商业化的热强化采油(“EOR”)工艺，其中使用潜热来加热沥青和降低沥青的粘度，使其通过重力泄到下方的平行、成对水平井(即开采井4)中，在储层底部附近完井(图1)。调节蒸汽注入速率以达到目标压力。调节液体产生速率以达到目标温度，其比饱和蒸汽温度低几度，使得新鲜蒸汽不能穿透开采井。

自从该工艺在1980年代早期开始(Butler,R.M.,Thermal Recovery of Oil&Bitumen,Prentice-Hall,1991)，SAGD已经成为用以从阿尔伯塔省(Alberta)的沥青沉积物中采收沥青的主要原位工艺。目前在阿尔伯塔省的SAGD沥青产量为约300千桶/天(bbl/d)(Oil sands Review,(2010))，装机容量为约475千桶/天(出处同上)。SAGD现在是世界领先的热EOR工艺。

图1(现有技术)显示出“传统的”SAGD几何结构，其使用在同一竖直平面上钻孔的成对、平行、水平井2、4，上注入井2和下开采井4，所述两个井2、4之间的间距为5米，每个井长约800米，并且下井(或开采井4)在(水平)储层基底上方的1到2米。通过在两个井中循环蒸汽来启动SAGD工艺。建立联通之后，使用上井注入蒸汽6和下井采出热水和热沥青8。液体采出通过自然升举、气举、或潜水泵来实现。

转换到正常SAGD操作后，蒸汽室10围绕注入井2和开采井4形成，其中空隙空间被蒸汽6占据。图2(现有技术)显示了SAGD怎样成熟。蒸汽6在室的边界冷凝，释放潜热(冷凝热)并加热沥青、原生水和储层基质。被加热的沥青和水8通过重力泄到较低的开采井4中。随着沥青的泄出，蒸汽室10向上和向外增长。初期的蒸汽室10使沥青从陡峭室侧面和从室顶层泄油。当室10增长触碰储层顶部时，顶层泄油停止，沥青生产率达到峰值和侧壁斜度随着侧向增长继续进行而下降。热损失随顶层接触增加和蒸汽室表面积增大而增大(蒸汽与油的比率(“SOR”)增加(图8)。泄油速率随侧壁角(θ)减小而减慢。最终，达到经济上的限度并且寿命末期的泄油角度是小的(10-20°)，如图2(现有技术)所示。

采出的流体接近饱和蒸汽温度，因此只有蒸汽的潜热有助于储层中的工艺。但是，一些显热可以从表面热交换器捕获(更高温度下更大的部分)，因此对于大部分SAGD项目的压力(“P”)和温度(“T”)范围而言，蒸汽净热量贡献的有用经验法则为1000BTU/磅，如图3(现有技术)所佳所示。

SAGD的操作性能可以通过以下参数的测量来表征：蒸汽室中的饱和蒸汽P和T(图2)；沥青生产率；SOR，通常在井口(“wh”)；过冷——饱和蒸汽和采出流体之间的温差；和水循环比(“WRR”)——采出水与注入蒸汽的比率。

在SAGD工艺过程中，SAGD操作者需要进行两次选择——过冷目标温差和储层中的操作压力P。约10至30℃的典型过冷目标温度差是为了确保没有新鲜蒸汽穿透至开采井。工艺压力和温度相关联，如图14(现有技术)中最佳示出的，并主要地涉及沥青生产率和工艺效率。沥青粘度是温度的强函数，如图5(现有技术)最佳所示，沥青粘度随温度升高而降低。根据Gravdrain方程，如图6(现有技术)所示，SAGD生产率正比于粘度倒数的平方根，(Butler(1991))。相反地，如果P和T增大，则蒸汽的潜热控制迅速下降(图3)并且更多的能量被用来加热岩石基质并损失到覆盖层或其它非开采区域。因此，增大的P增加了沥青生产率，但危害工艺效率(提高了SOR)。由于经济效益可由沥青生产率主导，所以SAGD操作者通常选择将操作压力高于天然、静水储层压力作为目标。

尽管正在成为主要的热EOR工艺，但SAGD具有一些限制和受损之处。良好的SAGD项目包括：

·在产油区底部附近完成水平井以有效地收集和产生热泄油流体。

·在砂面(“sf”)注入高质量的蒸汽。

·工艺启动是有效和便利的。

·蒸汽室平稳增长并被容纳。

·储层基质质量良好(孔隙率(“Φ”)>.2，初始油饱和度(“S_i0”)>.6，运动粘度(“k_V”)>2维(“2D”))。

·净产油层是足够的(>15米厚)。

·适当的设计和控制以同时防止蒸汽穿透、防止注入井溢流、刺激蒸汽室增长至开采区和抑制水流入蒸汽室。

·没有明显的储层折挡物(例如贫乏区)或阻隔物(例如页岩)。