ationofSAGDinComplexReservoirs"SPE，2010 年 10月
[0174] (viii) -项研宄对具有顶层气体的储层中SAGD进行了模拟，考虑到影响SAGD性 能的页岩。该模型包括2种作用-如果/当页岩在水中饱和时的热需求和由页岩导致的 流动阻隔物。页岩渗透率的量度在1〇_ 6至10 _3mD的范围内（极低）。假设页岩是横向不 连续的，图13示出了该模型中用来预测SAGD性能的体积渗透率（bulkpermeability)，其 作为储层中储层页岩含量的函数。不连续页岩的主要作用是强烈降低竖直渗透率一SAGD 性能的一个关键因素（Pooladi-Darvish,M.等，〃SAGDOperationsinthePresenceof OverlyingGasCapandWaterLayer-EffectofShaleLayers",JCPT，2002 年6 月）〇
[0175] (ix)另一篇文章预测，SAGD生产率与竖直渗透率的平方根成正比（Butler，1991 年）。这已经在该工艺的成比例物理模型测试中得到证实。所以可用图13计算不连续页岩 对SA⑶沥青生产率的作用。对于20%的页岩含量，降低了 42%。对于30%的页岩含量，降 低了 59%。对于40%的页岩含量，降低了 71%。
[0176] (x)已经估算出含有沥青的McMurray地层中的平均页岩含量为约20%至40%。 不连续页岩是充分开采沥青资源的主要阻碍。
[0177] 关于页岩阻隔物阻碍SAGD的尺度存在一些分歧，但是关于页岩阻碍SAGD则不存 在分歧。SAGD对于沥青产油区中的页岩异质性敏感。SAGD0X提供减轻/去除这些敏感性 的机会。
[0178] (6)薄产油层-通常接受SAGD的经济限度是约15m的净沥青产油区。在该限度 以下，对于SAGD而言资源过于稀少而无法具有经济性-热损失导致S0R过高而低重力头 限制了沥青生产率。沥青生产率通常是关键的经济驱动力。关键的成本因素是蒸汽的成 本。已显示，沥青生产率与净产油层厚度的平方根成正比（Butler，1991年）。如果另外的 ⑶工艺能够显著降低能源成本，则该工艺可以经济地应用于比SAGD的限度薄得多的产油 层。例如，如果限制因素为沥青生产率和能源成本，则削减20%的能源成本会将净产油层的 限制从15m降至约10m。这可以拓宽E0R工艺的适用性并增加来自资源基础的最终可采收 沥青。
[0179] (7)沥青质量梯度-预期在大多数沥青储层中存在显著的沥青质量（即粘度）梯 度（Adams(2007年））。存在2个顾虑-竖直的和侧向的。最低API(最高密度）沥青和最 高粘度沥青是在SAGD正常启动的底部。对于40m厚的储层，沥青粘度可以随深度增加100 倍。SAGD的损坏将导致启动延迟和初始阶段较低的生产率。侧向变化可以增加侧向压降并 损害一致性控制。
[0180] 如果另外的工艺可以在储层中的更高处一一此处沥青密度较低一一启动，则现状 可得到改善，并且早期生产率可改善。SAGD0X是类似于SA⑶的工艺，但它使用氧气以及蒸 汽来给储层提供能量以加热沥青。GD室得到保存，但它含有蒸汽和热燃烧气体的混合物。
[0181]SAGD0X的详细描述可以见于通过引用并入本文的专利申请US2013/0098603和 W02013/006950,以及我们从中要求优先权并通过引用并入本文的序列号13/543, 012和 13/628, 164的美国申请。
[0182]SAGD0X可以认为是一种结合了蒸汽EOR(SAGD)和原位燃烧（ISC)的拼合工艺。 SAGD0X保存了SA⑶的水平井对（10, 20)，但该工艺添加了至少两个新井（图14)- 一个井 用于注入氧气（100)而第二个井（110)用于去除不凝性燃烧气体。与SAGD相比，SAGD0X具 有下述优点/特征：
[0183] 1.蒸汽直接通过冷凝添加热量；氧气通过燃烧残余的沥青添加热量。
[0184] 2.对于递送给储层的每单位热量，氧气的成本显著小于蒸汽。
[0185] 3.对于递送给储层的每单位热量，所需氧的体积约为蒸汽体积的十分之一（表 1)，因此蒸汽和氧混合物的气体体积可以远小于只有蒸汽时。
[0186] 4.只有蒸汽的工艺在储层中使用饱和蒸汽，因此温度、压力条件受限于饱和蒸汽 的性质（图3)。如果压力需要降低至接近天然储层压力，则温度将自动降低。0 2和蒸汽的 氧混合物可以去除这一限制。燃烧温度高于饱和蒸汽压力（~600°Cvs. 200°C)并且它们 不与储层压力强烈相关。
[0187] 5.蒸汽协助燃烧-它预热储层使得可自发点火，它将0H-和H+基团添加到燃烧 区以改善和稳定化燃烧。它通过在冷烃界面处冷凝而充当良好的热传递介质以释放潜热。
[0188] 6.氧协助蒸汽-燃烧产生作为燃烧化学产物的蒸汽，原生水蒸发并且水可以回 流。最重要的是，在相同的储层压力下，燃烧可以在比蒸汽更高的平均温度下操作。
[0189] 7.蒸汽和氧混合物中的氧含量（例如表1)被用作标注所述工艺的方式。术语混 合或混合物并不暗示注入了混合物或良好的混合是E0R工艺的先决条件。它只是一个标注 所述工艺的方便的方式。事实上，优选的工艺具有单独用于氧和蒸汽的注入井。
[0190] 8.蒸汽+氧混合物中存在优选的02含量范围（从约5至50% (v/v))。低于5% 的氧，燃烧区非常小，并且如果混合，则燃烧可开始变得不稳定。高于50 %的氧，储层中的蒸 汽水平可对于良好热传递而言变得太低，并且采出液体（水+沥青）对于良好流动而言在 沥青中过分富集。
[0191]SAGD0X还具有下述可用于受损沥青储层中的E0R的特征：
[0192] 1.氧注入井竖直井和采出气体（PG)排出井是直径小的井-对于大多数SAGD0X 操作而言优选3至4英寸的直径。所述井的钻探不昂贵。
[0193] 2.多个02注入井和PG排气阀无损于SAGD0X性能；多个井协助一致性控制。
[0194] 3.如果需要多个氧注入井或PG排气阀，则单个井的直径优选在2至3英寸范围 内。优选地，这些井可潜在地使用挠性管钻塔进行钻孔。
[0195] 4.氧注入井可在WLZ(水贫乏区）内或附近、或在页岩阻隔物附近被完井，以利用 WLZ中的残余燃料或页岩中的烃燃料。
[0196] 5.尤其在较低压力（<2000kPa)下，SAGD0X可具有远高于SA⑶的平均温度。相比 于蒸汽温度<250°C，燃烧发生在400°C到800°C(HT0)之间的温度下。
[0197] 6.SAGD0X更高的温度可协助WLZ水的蒸发和页岩的热断裂。
[0198] 7.对于相同的沥青生产速率，SAGD0X在水平开采井中具有较低的流体流速（沥青 +水）。这将沿所述井的长度降低压降，产生比SAGD更均匀的压力分布。
[0199] 8.蒸汽+氧混合物的能源成本比蒸汽廉价得多，因此相比于SA⑶，SAGD0X的采收 工艺可以操作更久以增大储量，并且可开发更薄的产油层。
[0200] SAGD0X在顶层气体损坏的沥青储层中相比于SAGD具有多个优点-即：
[0201]i.SAGD0X可在比SAGD更低的压力下操作而仍然在⑶室内维持高温，导致更高的 沥青生产率。这允许操作者匹配SAGD0X和顶层气体压力，以最小化向顶层气体漏失层的泄 漏，同时维持沥青生产率。
[0202] ii.SAGD0X产生不凝性气体（主要是C02)作为燃烧产物。SAGD0X工艺可以使用 PG排出井（图14条目3和4)或多个排出井（110)来控制（图15,在具有顶层气体区（60) 的储层中）。文献中已显示，在SAGP工艺中，具有蒸汽的不凝性气体（Jiang(1998年））聚 集在蒸汽区的顶部并且相对于SA⑶具有2种作用。第一，GD室的顶部通过气体隔热，并且 到覆盖层的热损失减少。第二，GD室的形状扭曲以有利于侧向增长而不是竖直增长。对于 SAGD0X，不凝性气体含量可使用PG排出井（110)来控制（图15)以（相对于SAGD)增大沥 青产量-即增大储量。
[0203]iii.对于递送给沥青储层的每单位能量，SAGD0X成本显著小于SAGD，特别对于具 有高氧水平（蒸汽+氧混合物中~50% (v/v)的氧）的SAGD0X工艺而言。其直接原因是 氧成本为蒸汽成本的约1/3 (每单位递送的能量）。因此，对于SAGD可改良的顶层气体储层 将对SAGD0X具有较少的成本。一些对于SA⑶薄利的顶层气体储层，对于SAGD0X可以是经 济的。
[0204] 如果SAGD0X压力过高，则SAGD0X可使顶层气体区破裂，主要污染物是C02。二氧 化碳可在甲烷中容纳最高几个百分点，或者它可以使用公知技术在气体处理设备中去除。
[0205] 在WLZ储层中的SAGD0X可使用传统的SAGD0X几何结构（图12)，或者氧注入井 (100)可在WLZ内部完井（图16)，无论是连续还是不连续的。
[0206] 虽然WLZ可对SAGD造成问题，但其对SAGD0X可以是一个机会。只要WLZ中的沥 青饱和度高于约5. 5% (v/v)，就存在足够的经由燃烧该沥青产生的能量来蒸发WLZ中的所 有水。如果沥青饱和度高于这个量，则来自WLZ的沥青将作为增量产量采收（图15)。该增 量沥青将不通过蒸汽SAGD工艺采收。
[0207]WLZ可提供机会来对WLZ内部的氧注入井进行完井（图12)，特别是如果WLZ是散 布在产油区之中的区的话。由于WLZ具有良好的流体注入能力，它可充当天然水平井来协 助分散的氧进行燃烧（这对于顶层WLZ或底层WLZ也可行）。如果WLZ尚未通过蒸汽预加 热至约200°C，则可能需要在氧注入之前注入一些蒸汽来确保点火和HT0反应。
[0208] 总之，相对于SAGD，在具有WLZ的沥青储层中的SAGD0X的优点如下：
[0209]i.氧注入井可在WLZ内进行完井，以利用残余沥青的燃料价值，从而采收所述沥 青中的一部分，以及WLZ的高注入能力（图16)。
[0210] ii.氧可燃烧WLZ中的残余沥青并蒸发WLZ水-这是一种比饱和蒸汽加热更快的 破裂WLZ的方式。SAGD不能蒸发WLZ中的水，该工艺只能将水加热至接近饱和蒸汽温度、并 希望所述水会快速排空而不被外部水流取代（即，漏失层行为）。
[0211]iii.对于大多数WLZ(图17)而言，氧可燃烧残余的沥青、并采收否则将会遗留的 沥青。燃烧-吹扫区具有几乎为零的残余沥青；蒸汽-吹扫区可具有10-20%残余的未采 收沥青（图18)。
[0212] iv.尤其在较低压力下，蒸汽和02的E0R可具有比饱和蒸汽高得多的平均温度。燃 烧发生在400-800 °C下；蒸汽E0R对于较低压力的储层在150-250 °C下操作。
[0213]i.增大的生产率
[0214]ii?增大的产量/储量
[0215]iii.增大的效率
[0216] V.使用残余沥青或重质油作为WLZ中的燃料，由此部分沥青的采收将增大沥青的 采收（即储量）。
[0217]vi.对于每单位注入的能量，氧比蒸汽更廉价，因此SAGD0X的经济限度将相对于 SAGD增大储量。
[0218] 底层水对SAGD造成特别的问题。如果底层水是活性的，那么主要受水平开采井中 压力梯度的驱动，损坏是不可避免的。但是对于与SAGD相同的沥青产量，SAGD0X在水平开 采井中具有较低的流体流动（水和沥青）。这将使△F沿所述井的长度降低，在工艺井网 中产生比SAGD更均匀和更低的压力。这使得平衡顶部WLZ、底部WLZ、或散布的WLZ更加容 易。
[0219] 顶层水比底层水更加有害，因为对于30m的净产油层而言，泄油进入⑶室是通过 约50psia(335KPa)的重力头驱动的。SAGD0X的优点类似于顶层气体问题，即：
[0220] i.SAGD0X允许压力平衡（低压操作）而不损失同样大的沥青生产率。
[0221] ii.SAGD0X中产生的不凝性气体（PG)允许顶部的绝热和⑶室的形状发生扭曲以 有利于侧向增长。二者均允许在顶部穿透之前增大沥青产量。
[0222] iii.降低的SAGD0X成本可以扩展经济限度并增大储量。
[0223] 在页岩和泥石中，SAGD0X的ISC组分增强