ОБЗОР РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ SAGD ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

АННОТАЦИЯ

Технология самотечного дренажа с помощью пара (SAGD) подходит для разработки сверхтяжелой нефти в толстых пластах, но требует модернизации для тонкослойных залежей. Исследования показывают необходимость оптимизации интервалов между скважинами и улучшения контроля добычи для повышения эффективности SAGD.

ABSTRACT

Steam-assisted gravity drainage (SAGD) technology is suitable for the development of extra-heavy oil in thick reservoirs, but requires upgrading for thin reservoirs. Research shows the need to optimize well spacing and improve production control to improve the efficiency of SAGD.

Ключевые слова: SAGD, паровой дренаж, сверхтяжелая нефть, трудноизвлекаемые запасы, горизонтальные скважины.

Keywords: SAGD, steam assisted drainage, extra heavy oil, tight reserves, horizontal wells.

1. Введение

Тяжелая нефть составляет 70% нефтяных ресурсов и эксплуатируется во всем мире (Батлер, 2001, Донг и др., 2019). По мере разработки и истощения запасов обычной тяжелой нефти эффективная эксплуатация сверхтяжелой нефти становится все более и более важной. Вязкость сверхтяжелой нефти превышает 50 000 МПа с, а содержание желатина и асфальтенов высокое, поэтому она чувствительна к изменению температуры. Самотечный дренаж с помощью пара (SAGD) - это передовая технология термической рекуперации, и ее применение в сверхтяжелой нефти привлекло большое внимание (Butler, 2001).

Во время применения SAGD пар высокой сухости сначала закачивался посредством паровой стимуляции или циркуляции для нагрева высоковязкой сырой нефти между нагнетательной и добывающей скважинами, повышая подвижность нефти. Во-вторых, пар закачивается в пласт из верхней горизонтальной скважины для образования паровой камеры, а теплообмен между паром и нефтью происходит на краю паровой камеры. Наконец, нагретая нефть и конденсат пара стекают вниз под действием силы тяжести, а затем добываются из нижней горизонтальной скважины (Li et al., 2020).

В частности, процесс SAGD можно разделить на четыре стадии: предварительный нагрев паром, подъем камеры, боковое распространение по камере и удержание камеры (Заргар и Али, 2018). За более чем 30 лет применения в полевых условиях, лабораторных исследований и численного моделирования была сформирована относительно зрелая технология SAGD для мощных пластов сверхтяжелой нефти в мире, включая бурение и заканчивание сверхмалых двойных горизонтальных скважин, эффективную закачку пара с поверхности, интеграцию наземного и подземного автоматического мониторинга и т.д.

2. История разработки SAGD в мире

С тех пор, как Батлер и др. подробно описали механизм SAGD с двумя горизонтальными скважинами, технология SAGD постепенно применялась для разработки сверхтяжелой нефти (Батлер, 1998, Салтуклароглу и др., 2000, Роттенфуссер и Рейнджер, 2004, Цзян и др., 2010, Cenovus Energy, 2016, Деламайд, 2018, Атабаска Нефтяная корпорация, 2020, Ли и др., 2020). В 1987 году в Форт-Макмюррее (UTF), Канада, было проведено первое в мире пробное испытание месторождения SAGD под землей, и физические свойства его пласта и свойства сырой нефти показаны в таблице 1 (Батлер, 1998, Чен, 2009, Деламайд, 2018, Цзян и др., 2010, Салтуклароглу и др., 2000, Athabasca Oil Corporation, 2020, Cenovus Energy, 2016, Хаски, 2016, Касрайе и др., 1997, Мендоса и др., 1999, Роттенфуссер и Рейнджер, 2004, Suncor, 2017, Suncor, 2018, Таваллали и др., 2012). Этот пилотный проект состоит из пяти этапов, и технология поддержки месторождения, длина горизонтального участка и SAGD с газовым сопровождением были полностью протестированы. Впоследствии технология SAGD широко использовалась в коллекторах сверхтяжелой нефти в Канаде и других странах (Cenovus Energy, 2016), сформировав зрелую технологию SAGD с нефтеотдачей 40-60% (Bao et al., 2012), как показано на рисунке. 1. Видно, что глубина залегания пласта обычно составляет менее 300 м, в то время как толщина пласта превышает 20 м в проектах SAGD по всему миру (исключая Китай). Это связано с тем, что эти условия благоприятны для разработки паровой камеры, а затраты высоки при небольшой толщине пласта (примерно 15 м). Однако, если вязкость нефти не очень высока, SAGD можно успешно применять в глубоких и тонкослойных коллекторах сверхтяжелой нефти, таких как нефтяное месторождение Сенлак в Канаде (Delamaide, 2018).

Рисунок 1. История развития технологии SAGD в мире

3. Технология SAGD

Наиболее распространенными схемами скважин являются двойные горизонтальные и вертикально-горизонтальные скважины. Схема расположения двух горизонтальных скважин состоит из двух параллельных горизонтальных скважин с интервалом 4-6 м, как показано на, и верхняя скважина предназначена для нагнетания пара, в то время как нижняя скважина используется для добычи нефти (Тянь и Сун, 2013, Ли и др., 2017). Вертикально-горизонтальная схема скважины состоит из нижней горизонтальной скважины и нескольких вертикальных скважин, причем вертикальная скважина используется для закачки пара, а горизонтальная скважина - для добычи нефти. Система SAGD с вертикально-горизонтальной скважиной имеет очевидные преимущества для мощных пластов сверхтяжелой нефти с существующими вертикальными скважинами, но она не подходит для тонкослойных пластов сверхтяжелой нефти. Обычная двухгоризонтальная скважина SAGD также не подходит для тонкослойных пластов сверхтяжелой нефти из-за короткого подъема паровой камеры и слабого самотечного дренажа. Для реализации экономичной разработки тонкослойной сверхтяжелой нефти с использованием SAGD с двумя горизонтальными скважинами сокращение вертикального интервала нагнетательных и эксплуатационных скважин является одной из эффективных мер (Li, 2014). Другой эффективной мерой является увеличение горизонтального интервала нагнетательных и добывающих скважин, что может увеличить паровую камеру. Таваллали и др. (2012) обнаружили, что оптимальный горизонтальный интервал составляет 12 м для пласта сверхтяжелой нефти толщиной 10 м (Касрайе и др., 1997). В SAGD с одной горизонтальной скважиной используется одна скважина для осуществления процесса закачки-добычи, что снижает стоимость бурения и теплопотери (Хокинг и др., 2011, Джамали, 2014). Однако добычу нефти трудно контролировать, а дебит нефти низкий, поэтому соответствующие вспомогательные технологии все еще нуждаются в совершенствовании для оптимизации SAGD одной горизонтальной скважины. В целом, оптимизация схемы скважины для увеличения паровой камеры является одним из ключевых моментов будущих исследований по разработке тонкослойных пластов сверхтяжелой нефти.

Рисунок 2. Структура колонны и технологический процесс SAGD с двойной горизонтальной скважиной

Список литературы:

1. Р. Арыстанбай, У. Бэ, Х.Х. Нгуен, С. Рю, У. Ли, Т. Чан Успешное применение технологии metal PCP для максимального извлечения нефти в процессе SAGD. Конференция и выставка SPE по тяжелой нефти (2011)
2. Бэк, К. Х., Аргуэльес-Вивас, Ф. Дж., Окуно, Р., Шенг, К., Шарма. Органическая щелочь в качестве паровой добавки для улучшения SAGD: экспериментальное исследование поведения эмульсионной фазы и вязкости - Югры//Фундаментальные исследования. 2016. № 12-5. С. 993-997.
3. Р. Бейкер, К. Фонг, К. Боуз, М. Тоуэс Понимание эффективности объемной развертки в проекте SAGD //Территория Нефтегаз. – 2013 – № 9 – С. 50–57