统泵送 (或运送）到表面。
[0102] 图2显示出SAGD如何成熟。初期蒸汽室（1)从陡峭侧面和室的顶部泄油沥青。当 所述室增长（2)并触碰到净产油区的顶部时，从室顶部的泄油停止，并且当所述室继续向 外增长时，侧壁的斜度降低。沥青生产率在约1〇〇〇桶/天、当所述室触碰到净产油区的顶 部时达到峰值，而当所述室向外增长时降低（3)，直至最终（10-20年）达到经济上的限度。
[0103] 由于采出流体具有或接近饱和蒸汽的温度，因此只有所述蒸汽的潜热有助于所述 (在储层中的）工艺。由于蒸汽被注入到储层中，所以重要的是确保蒸汽具有高质量。
[0104] 在良好、均质储层中的SAGD工艺的特征可以仅在于几个量度：
[0105] (1)饱和蒸汽的温度（或压力）
[0106] (2)沥青生产速率（一个关键的经济因素），和
[0107] (3)S0R_工艺效率的量度
[0108] 对于受损的储层，添加第四个量度-水循环比（WRR)使得能够明了多少注入的蒸 汽作为冷凝水返回。WRR是作为液态水量度的产生的水与注入蒸汽的体积比。
[0109] 在质量良好的储层中，SA⑶的操作是简单直接的。蒸汽注入上部水平井的速率和 蒸汽压力通过操作者选择的压力目标来控制。如果压力低于所述目标，则提高蒸汽压力和 注入速率。如果压力高于所述目标，则进行相反的操作。控制下部水平井的生产速率以实 现作为在储层条件下饱和蒸汽的平均温度和采出流体（沥青+水）的实际温度之间差异的 过冷目标。采出流体保持在比饱和蒸汽更低的温度下，以确保新鲜蒸汽不被采出。20°C是 典型的过冷目标。这也被称为蒸汽疏水阀控制。
[0110]SAGD的操作者有两种选择-工艺的过冷目标和操作压力。操作压力可能更为重 要。压力越高，与饱和蒸汽的性质相关联的蒸汽温度越高（图3)。随着操作温度升高，加热 的沥青的温度也升高，其反过来降低沥青的粘度。沥青的粘度是温度的强函数。图4描述 了各种沥青采收站点和沥青粘度vs.各个站点沥青的操作温度的关系。SAGD井对的生产率 正比于沥青粘度倒数的平方根（Butler(1991年））。所以压力越高，沥青的采收更快一一这 是一个关键的经济性能指标。
[0111] 但是，如果压力增加则会失去效率。只有蒸汽的潜热有助于（在储层中的）SAGD工 艺。当升高蒸汽压力⑵和温度⑴以改善生产率时，蒸汽的潜热含量下降（图3)。此外， 当升高压力、温度时，需要更多能量来将储层基质加热到饱和蒸汽温度，以致于热损失增加 (S0R和ET0R增加）。
[0112]SAGD操作者通常选择最大化经济收益和尽可能地升高压力、温度。压力通常比天 然储层压力高得多。一些操作者已操作过度、超过了破裂压力（裂压），并引起蒸汽和砂的 表面穿透（Roche,P."BeyondSteam",New.Tech.Mag.，，2011 年 9 月）
[0113] 从图5中清晰可见，SA⑶还可能存在水力限度。两个SA⑶井（10, 20)之间的静 压头约为8psia(56kPa)。当泵吸或采出沥青和水（10)时，所述井中由于摩擦力而存在自 然压降。如果该压降超过所述静压头，则蒸汽/液体界面（50)可能"倾斜"并与开采井或 注入井（10, 20)相交。如果与开采井（10)相交，则蒸汽可能穿透。如果与注入井（20)相 交，则它可能溢流，并且可能缩短有效注入井长度。由于该限制，对于目前的标准管尺寸和 井（10, 20)之间5m的间距而言，SAGD井的长度限于约彡1000m。
[0114] 对于具有水入侵的受损SAGD储层的一个常见补救是将SAGD的操作压力降低至匹 配天然储层压力一一也称为低压SAGD。其由于下述原因，这在最好情况下是困难的，而在最 坏情况下是不切实际的：
[0115] (1)在净产油区存在天然的静压梯度。例如，对于30m的净产油区，静压头约为 50psi(335kPa)。由于蒸汽室为气体，其处在恒定压力下。应选择什么压力来匹配储层压 力？
[0116] (2)SA⑶中还存在侧压梯度。选择SA⑶开采井的管尺寸，以致于当泵吸时的自然 压力梯度小于SAGD蒸汽注入井和沥青开采井之间的静压差异（约为8psia或56kPa)。如 果存在侧压梯度的话，如何能够将SAGD压力与储层压力相匹配？
[0117] (3)对SA⑶的压力控制是困难的，并且测量是不精确的。预期会有±200kPa的压 力控制不确定度。
[0118] 如上所述，标准的沥青E0R工艺是SA⑶。SA⑶目前是主要的沥青E0R工艺。理想 地，SAGD最适合于具有干净的砂、高沥青饱和度、高渗透率（特别在竖直方向上）和高孔隙 率的均质沥青储层。但是，Athabasca砂质储层相对于理想预期具有若干损坏，包括（但不 限于）以下：
[0119] (1)顶层气体（也称为沥青上方气体）是沥青储层上方（或通过活性顶层水区连 接到沥青储层）的气体饱和区。已有报告称，油砂区域的约三分之一具有油砂（沥青）储 层和上覆气藏（图 3) (Li,P?等，"GasoverBitumenGeometryanditsSAGDPerformance AnalysiswithCoupledReservoirGasMechanicalSimulation"，JCPT，2007 年 1 月）。 还已有报道称对于所述油砂区域，约60%的气藏连接到沥青沉积物（Lowey，M.，"Bitumen StrategyNeedsBetterGrounding，BusinessEdge，2004 年 1 月 15 日）。因此，如果我 们采纳这两个报告的表面价值，以面积计约20%的所述油砂具有连接到沥青储层的顶层气 体。这可能低估了问题的尺度。在另一项研宄中，据估计，所述油砂区域（McMurray地层） 的40%包括可以连接到下伏沥青的顶层气体。
[0120] (2)水贫乏区（WLZ)-在烃储层中，其中沥青饱和度相对于沥青产油区显著降低 的区。出于本文的目的，我们将WLZ定义为〈50% (v/v)的在储层的孔隙体积中的沥青饱和 度。这些区可或为"活性的"（>50m3/天的水补给速率）或为"受限的"（〈50m3/天的水补给 速率）。
[0121] (3)顶层/底层水-取决于沥青和水的密度（以及当沥青通过石油的细菌降解而 采出时的历史密度），高水饱和度（>50% (v/v))的区可直接存在于沥青产油区的上方（顶 层水）或直接下方（底层水）。这些区通常是"活性的"，具有高补给速率。
[0122] (4)页岩/泥石-页岩是由泥组成的、细粒的碎肩沉积岩，所述泥是粘土矿物的片 和细小碎片（粉砂大小的颗粒）的混合物。页岩一般是不能渗透的和易裂的（薄层）。黑 色页岩含有大于1%的碳质材料，其表示还原性环境（即石油储层）。粘土，包括高岭石、蒙 脱石和伊利石是多数页岩的主要成分。泥石是相关的材料，具有相同的页岩固体成分，但是 具有多得多的水并且没有易裂性。泥石具有极低的渗透率。
[0123] 页岩和泥石形成两种类型的储层损坏_1)折挡物是产油区内的页岩/泥石条痕， 但仅有有限的面积范围；2)阻隔物是更广泛的页岩/泥石层，具有与SAGD采收井网相同的 规模（即>105m2)。
[0124]Athabasca沥青资源（McMurray地层）平均含有约20至40% (v/v)的页岩和泥 石。商业操作者将其评价为具有少得多的页岩和/或泥石损坏的区域的高级资源。但对于 大多数资源来说，任何原位采收的工艺都必须应对显著的页岩和泥石浓度。
[0125] (5)薄产油层（thinpay)-总体上在Athabasca沥青沉积的周边，沥青产油区可 能是薄的，而不在SAGD的经济限度（即<15m厚）之内。
[0126] (6)沥青质量梯度_由于沥青通过生物降解产生，所以接近沥青储层底部的沥 青相对于在净产油区中较高处的沥青通常具有显著下降的质量（较低的API，增大的粘 度）。由于沉积环境，沥青质量也存在显著的侧向变化（Adams，J.等，〃Controlsonthe VariabilityofFluidPropertiesofHeavyOilsandBitumeninForelandBasin:A CaseHistoryfromTheAlbertanOilSands,"BitumenConf,Banff,阿尔伯塔省，2007 年9月30日）。
[0127]SAGD在均质沥青储层中的操作是简单直接的。但是，受损的沥青储层可导致SAGD 性能和SAGD操作的下述问题：
[0128] (1)顶层气体（图6) _阿尔伯塔省具有大量沥青资源，其顶层气体与所述沥 青相连接。这造成了多个问题。如何采收沥青而不受来自该气体的干扰？如何最大化 沥青的采收？应允许首先采收气体（耗尽气层内的压力）还是采收沥青（即，哪个优 先）？阿尔伯塔监管者（ERCB)意识到所述问题，决定沥青优先而关闭了该省内多个气井 (Lowey,M.，''BitumenStrategyNeedsBetterGrounding,BusinessEdge，2004 年 1 月 15 日）。
[0129](i)顶层气体可充当蒸汽的漏失层（图7)，因此SA⑶的操作压力必须与气体压力 相平衡。但是，该平衡是脆弱的。
[0130] (ii)如果SAGD压力过低，则顶层气体可溢满SAGD蒸汽室并通过稀释蒸汽而降低 温度。这降低了SAGD生产率。
[0131] (iii)如图7底部所示，如果SAGD压力过高，则蒸汽流失至气层并且S0R将增大。
[0132] (iv)在地质或工艺中的任何不均质性都会导致（ii)和（iii)同时发生并加速生 产损耗。
[0133] (v)如果气体移至SAGD蒸汽室，则可能损害将来的气体生产。
[0134] (vi)如果顶层气体已经从先前的气体生产中耗尽压力，则SA⑶操作者将不得不 降低压力以平衡所述工艺，并且将损失生产率。
[0135] 现有技术文献报告了具有沥青上方气体的SA⑶的下述问题：
[0136] ⑴评价了顶层气体问题，关闭了相关区域（图8)中的938个气井（Lowey(2004 年））（Ross,E.''InjectedAirReplacesGasinDepletedGasoverBitumen 1^861^〇;[1'〃他￥16(311.]\&^.，2009年5月1日）。当时，这相当于阿尔伯塔气体产量的约2% 或约130MMSCFD的天然气。
[0137] (ii)存在技术路线图和工业/政府研发项目来试图解决或改善沥青上方气体的 问题（图 8 和 9)(阿尔伯塔省，〃GasOverBitumen",Alt.EnergyWebsite，2〇11 年）。焦 点在于低压SAGD、替代EOR工艺、和气体再增压方案。有一些进展，但该问题并未全部解决 (TriangleThreeEngineering^TechnicalAuditReport,GasOverBitumenTechnical Solutions"，2010 年 12 月）（Jaremko,D.，"PressureCommunication",Oilweek，2006 年 2 月）。
[0138] (iii) -次演讲将沥青上方气体确定为需要进行工作和改进的主要问题之一 (IndustryCanada, 〃0ilSandsTechnologyRoadmap-InsituBitumenProduction"， 2010年8月）。
[0139] (iv)Encana(现为Cenovus)已经开发出一种工艺以在沥青储层附近的气层内燃 烧残余的沥青来对所述气层进行再增压，使得可在更高压力下操作SAGD来实现更高的沥 青生产率。
[0140] (v)CSS在Clearwater地层内进行的沥青上方气体模拟研宄断定，顶层气体的产 生对于CSS使用水平井没有不利影响（Adegbesan，K.0.，〃GasoverBitumenSimulation Study,"adeTech.，2006 年 9 月 5 日）。
[0141] (vi) 一项研宄调查了SAGD的最佳操作压力（Edmunds,N."EconomicOptimum OperatingPressureforSAGDProjectsinAlberta, 〃JCPT，2001 年 12 月）。基于最小 S0R比率，该研宄断定，在3