水平SAGD井对的开采方法以及SAGD油井系统

技术领域

本发明涉及油藏开采领域，尤其涉及一种水平SAGD井对的开采方法以及SAGD油井系统。

背景技术

蒸汽辅助重力泄油技术(简称：SAGD)由1978年加拿大Bulter所发明，在加拿大油砂矿区、我国的辽河油田、新疆油田等地的稠油油藏得到了成功应用。

SAGD的原理是在同一油层部署上下叠置的水平井对，在上部注汽井中注入高干度蒸汽，蒸汽由于密度远远小于原油而向上超覆在地层中形成蒸汽腔，随着蒸汽的不断注入，蒸汽腔不断向上及侧面扩展，与油层中的原油发生热交换。被加热的原油粘度降低，与冷凝水在重力作用下向下流动，从油层下部的水平生产井中采出。

但由于我国的稠油油藏属于河流相沉积环境，储层非均质性较强，在蒸汽辅助重力泄油技术的开发过程中，当相邻SAGD井对之间的井距较大时，井间的非均质性往往变化也较大，或者存在不连续分布的夹层，阻挡了蒸汽腔的均匀扩展，注入的蒸汽很难有效波及并动用相邻井对之间中部的储量；且由于井距较大，中间位置的原油流向生产井的流动路径过长，流动阻力过大，在一定程度上影响到了该部位油层的有效动用，造成大井距SAGD条件下的采收率偏低，经济效益较差。

综上所述，提供一种可以促进SAGD蒸汽腔向相邻井对中间部位的扩展，实现稠油油藏双水平井SAGD中后期相邻井对中间部位储量有效动用，提高大井距SAGD采收率的开采方法是本领亟待解决的关键问题之一。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种水平SAGD井对的开采方法以及SAGD油井系统，该方法和系统可有效提高SAGD蒸汽腔横向扩展速度，有效动用相邻双水平SAGD井对中间位置的油层，实现电加热-蒸汽协同作用以加速原油的采出速率，提高SAGD产油水平、蒸汽腔波及体积、水平段动用程度与采收率。

本发明的具体技术方案是：一种水平SAGD井对的开采方法，包括以下步骤：

向水平SAGD井对的注气井注气；

在蒸汽腔上升到油层顶部并且进入横向扩展阶段时，向设置在U型水平井内的导电电缆接通高压高频交流电，从而加热油层，其中，所述U型水平井的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内；

根据SAGD蒸汽腔横向扩展参数，调节所述交流电并持续加热油层；

当SAGD蒸汽腔下降到预设高度时，断开U型水平井内的导电电缆，从而停止加热油层。

优选地，步骤“向设置在U型水平井内的导电电缆接通高压高频交流电，从而加热油层”中所述高压高频交流电的电压为220伏至20千伏之间，电流为16至60安培之间，变频频率为1KHZ至80KHZ之间。

优选地，步骤“根据SAGD蒸汽腔横向扩展参数，调节所述交流电并持续加热油层”中的SAGD蒸汽腔横向扩展参数为SAGD蒸汽腔在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔在油层下部的横向扩展距离的比值。

优选地，步骤“根据SAGD蒸汽腔横向扩展参数，调节所述交流电并持续加热油层”包括：

当SAGD蒸汽腔横向扩展参数为SAGD蒸汽腔在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔在油层下部的横向扩展距离的比值在1.1至1.5之间时，所述交流电的频率为1KHZ至2KHZ之间；

当SAGD蒸汽腔横向扩展参数为SAGD蒸汽腔在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔在油层下部的横向扩展距离的比值在1.5至2之间时，所述交流电的频率为2KHZ至10KHZ之间；

当SAGD蒸汽腔横向扩展参数为SAGD蒸汽腔在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔在油层下部的横向扩展距离的比值大于2时，所述交流电的频率为10KHZ至80KHZ之间。

优选地，在停止加热油层后，当SAGD井组产量在预设时间内达到预设值后，停止生产。

优选地，步骤“在停止加热油层后，当SAGD井组产量在预设时间内达到预设值后，停止生产”包括，当SAGD井组产量在一个月内低于3吨/天后，停止生产。

优选地，在导电电缆处于与高压高频交流电接通状态时，向所述导电电缆内通入冷却剂。

优选地，步骤“当SAGD蒸汽腔下降到预设高度时，断开U型水平井内的导电电缆，从而停止加热油层”包括：当SAGD蒸汽腔下降到U型水平井水平段最低点上方的1至3米之间时，断开U型水平井内的导电电缆，从而停止加热油层。

本申请还公开了一种SAGD油井系统，包括：

多个连续的水平SAGD井对；

多个U型水平井，所述U型水平井的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内；

加热机构，所述加热机构包括设置在所述U型水平井内的导电电缆，所述导电电缆的两端分别与交流电的电极连接。

优选地，所述U型水平井的水平段与所述SAGD井对的水平段平行。

优选地，所述U型水平井的水平段与与其对应的所述SAGD井对或与其相邻的SAGD井对的水平段长度相等。

优选地，所述U型水平井的水平段的最低点高于油层底界3至5米。

优选地，所述导电电缆包括设置在一个U型水平井内的第一电缆和设置在相邻的U型水平井内的第二电缆，所述第一电缆和所述第二电缆位于地面上的一端电性连接，所述第一电缆和所述第二电缆位于地面上的另一端分别与交流电的电极连接。

优选地，所述导电线缆分别与交流电的电极连接的两端之间设置有隔离器。

优选地，所述U型水平井由套管完井，所述套管由非金属不导电材质制成。

优选地，所述导电电缆内为空心管结构，所述导电电缆内能通入冷却流体。

优选地，所述交流电的频率可以根据SAGD蒸汽腔横向扩展参数为SAGD蒸汽腔在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔在油层下部的横向扩展距离的比值来设定。

本发明提供的稠油油藏双水平井SAGD中后期开采方法具有如下优点：

1、本发明提供的开采方法和系统，在蒸汽辅助重力泄油过程中基于安培定律通过设置在U型水平井内的导电电缆在油层中产生感应电磁波，并加热该部位油层，从而促进SAGD水平井对中部油层与蒸汽腔之间的热连通，加速SAGD蒸汽腔的横向扩展，提高相邻SAGD水平井中部油层的有效动用率，从而提高采收率。

2、本发明提出在SAGD蒸汽腔横向扩展阶段，根据蒸汽腔扩展形态灵活调整电流频率，通过产生不同频率的电磁波，实现油层升温的职能可控，从而实现沿水平段蒸汽腔的均衡发育，大大提高水平段动用程度。

3、本发明提出相邻SAGD井组两侧部署U型电加热水平井来实现电缆在地面两端连接形成闭合回路，从而使得井对两端的电缆流经的电压电流等具有相同的值，有利于蒸汽腔两端均匀加热，并促进蒸汽腔向两端均衡扩展。

4、本发明提出的电缆为空心管结构，电缆通电以后，向电缆中注入循环常温冷水的方法，有利于在加热工作期间，有效降低电缆本身的发热温度到50-100摄氏度，避免造成电缆由于长期高温工作损坏，从而实现电缆的长效加热，大大降低替换电缆的成本。

5、本发明所提供的开采方法，可以在蒸汽辅助重力泄油基础上，进一步提高采收率15-20％，最终采收率可以达到60％以上，且经济效益明显好于普通注蒸汽SAGD。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为SAGD油井系统的井位分布示意图。

图2a为本申请实施例中的水平SAGD井对的开采方法在蒸汽腔横向扩展初期蒸汽腔形态示意图。

图2b为采用现有方法在蒸汽腔横向扩展初期蒸汽腔形态示意图。

图3a为本申请实施例中的水平SAGD井对的开采方法在蒸汽腔横向扩展中期蒸汽腔形态示意图。

图3b为采用现有方法在蒸汽腔横向扩展中期蒸汽腔形态示意图。

图4a为本申请实施例中的水平SAGD井对的开采方法在生产结束时蒸汽腔形态示意图。

图4b为采用现有方法在生产结束时蒸汽腔形态示意图。

以上附图的附图标记：1、蒸汽腔；2、蒸汽腔；3、蒸汽腔；11、注气井；21、注气井；31、注气井；12、生产井；22、生产井；32、生产井；13、U型水平井；14、U型水平井；33、U型水平井；34、U型水平井；15、隔离器；35、隔离器。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

参照图1所示，本申请实施例公开了一种SAGD油井系统，包括：多个连续的水平SAGD井对；U型水平井(13、14、33、34)，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内；加热机构，所述加热机构包括设置在所述U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，所述导电电缆的两端分别与交流电的电极连接。

在本实施方式中，多个水平SAGD井对可以沿一轴线方向间隔连续排布。例如，图1中示出了沿图纸的长度方向间隔排布的三个水平SAGD井对。当然的，在其他可选的实施方式中，所述水平SAGD井对的数量可以为其他值。例如，可以为两个、四个、五个或更多个。

每个水平SAGD井对包括一个注气井(11、21、31)和一个生产井(12、22、32)。其中，水平SAGD井对中的注气井(11、21、31)的水平段位于该SAGD井对中的生产井(12、22、32)的水平段的上方。且，水平SAGD井对中的注气井(11、21、31)的水平段平行于该SAGD井对中的生产井(12、22、32)的水平段。

所述U型水平井(13、14、33、34)呈U字形。每一个U型水平井(13、14、33、34)具有两个沿竖直方向延伸的竖直段，且两端分别与两个竖直段下端连通的水平段。每一个竖直段的上端可以穿出地面，从而可以自该竖直段可以下入或穿出导电电缆。

所述U型水平井(13、14、33、34)的数量可以为多个。其中，一部分的U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间。即，该U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在其中一个水平SAGD井对的生产井(12、22、32)的下方，且该U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在与上个水平SAGD井对相邻的水平SAGD井对的注气井(11、21、31)的上方。其中，另一部分的U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在一个水平SAGD井对内。即，该U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在该水平SAGD井对的注气井(11、21、31)下方，且，该U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在该水平SAGD井对的生产井(12、22、32)的上方。

例如，图1中共示出了沿纸面的长度方向间隔排布的四个U型水平井(13、14、33、34)。其中两个设置在相邻的两个水平SAGD井对之间(图中自左向右第二个和第四个)。另外两个设置在水平SAGD井对内(图中自左向右第一个和第三个)。

在一个优选的实施方式中，为了尽可能地均匀地作用于所述水平SAGD井对，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与所述SAGD井对的水平段平行。为了尽可能多地作用于所述水平SAGD井对，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与与其对应的所述SAGD井对或与其相邻的SAGD井对的水平段长度相等。

经过本发明人研究，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段的最低点高于油层底界3至5米。

在本实施方式中，所述U型水平井(13、14、33、34)由套管完井。为了起到绝缘作用，所述套管由非金属不导电材质制成。例如，所述套管可以由聚四氟乙烯管制成。

所述加热机构包括设置在所述U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，所述导电电缆的两端可以分别与交流电的电极连接。在本实施方式中，所述导电电缆包括设置在一个U型水平井(13、14、33、34)内的第一电缆和设置在相邻的U型水平井(13、14、33、34)内的第二电缆，所述第一电缆和所述第二电缆位于地面上的一端电性连接，所述第一电缆和所述第二电缆位于地面上的另一端分别与交流电的电极连接。

本实施例采用相邻SAGD井组两侧部署U型电加热水平井来实现电缆在地面两端连接形成闭合回路，从而使得井对两端的电缆流经的电压电流等具有相同的值，有利于蒸汽腔(1、2、3)两端均匀加热，并促进蒸汽腔(1、2、3)向两端均衡扩展。

当然的，在其他可选的实施方式中，所述导电电缆可以包括与各个U型水平井(13、14、33、34)相对应数量(例如三个、四个或其他数量等)的线缆，各个线缆之间相互电性连接，且其中两个线缆的自由端分别与交流电的电极连接，从而能接通高频高压交流电，在油层中产生感应电磁波，并加热该部位油层，从而促进SAGD水平井对中部油层与蒸汽腔(1、2、3)之间的热连通，加速SAGD蒸汽腔(1、2、3)的横向扩展，提高相邻SAGD水平井中部油层的有效动用率，从而提高采收率。

优选地，为了避免所述导电线缆分别与交流电的电极连接的两端短路，可以在所述导电线缆的两端之间设置隔离器(15、35)。

在一个优选的实施方式中，所述导电电缆内为空心管结构，所述导电电缆内能通入冷却流体(例如，水)，从而在所述导电电缆接通时，对所述导电电缆进行降温，以延长所述导电电缆的使用寿命。

在一个优选的实施方式中，所述交流电的频率可以根据SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数为SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层下部的横向扩展距离的比值来设定。在SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展阶段，根据蒸汽腔(1、2、3)扩展形态灵活调整电流频率，通过产生不同频率的电磁波，实现油层升温的职能可控，从而实现沿水平段蒸汽腔(1、2、3)的均衡发育，大大提高水平段动用程度。

本申请实施例公开了一种水平SAGD井对的开采方法，包括以下步骤：

向水平SAGD井对的注气井(11、21、31)注气；

在蒸汽腔(1、2、3)上升到油层顶部并且进入横向扩展阶段时，向设置在U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆接通高压高频交流电，在电加热井沿程产生高频感应电磁波从而加热油层，其中，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内，其中，所述高压高频交流电的电压为220伏至20千伏之间，电流为16至60安培之间，变频频率为1KHZ至80KHZ之间；

根据SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数，调节所述交流电并持续加热油层；例如，可以根据SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数，调节所述交流电并持续加热油层”中的SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数为SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层下部的横向扩展距离的比值。具体的，当SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数为SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层下部的横向扩展距离的比值在1.1至1.5之间时，所述交流电的频率为1KHZ至2KHZ之间；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数为SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层下部的横向扩展距离的比值在1.5至2之间时，所述交流电的频率为2KHZ至10KHZ之间；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)横向扩展参数为SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离与SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层下部的横向扩展距离的比值大于2时，所述交流电的频率为10KHZ至80KHZ之间。

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)下降到预设高度时，断开U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，从而停止加热油层。例如，当SAGD蒸汽腔(1、2、3)下降到U型水平井(13、14、33、34)水平段最低点的1至3米之间时，断开U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，从而停止加热油层。

优选地，在停止加热油层后，当SAGD井组产量在预设时间内达到预设值后，停止生产。例如，当SAGD井组产量在一个月内低于3吨/天后，停止生产。

优选地，在导电电缆处于与高压高频交流电接通状态时，向所述导电电缆内通入冷却剂。

参照图2a、图2b以及图3a和图3b所示，经过与相同油藏条件的纯蒸汽SAGD井对生产效果相比，本发明所提供的开采方法，可以大大提高了蒸汽腔(1、2、3)的横向扩展速度，有效动用了相邻SAGD井对之间的原油。参照图4a和图4b所示，尤其在生产结束时刻，对于本发明电加热辅助SAGD的方法，相邻SAGD井对之间的原油已被完全动用，而相同条件下的纯蒸汽SAGD井对在生产结束时刻井间仍然存在大量的剩余未动用区。与相同条件下的纯蒸汽SAGD井对相比，本发明进一步提高采收率15％至20％之间，最终采收率达到62％以上，且经济效益明显好于普通注蒸汽SAGD。

在一个可选的实施例中，水平SAGD井对的开采方法，包括以下步骤：

向水平SAGD井对的注气井(11、21、31)注气；

在蒸汽腔(1、2、3)上升到油层顶部并且进入横向扩展阶段时，向设置在U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆接通高压高频交流电，从而加热油层，其中，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与所述SAGD井对的水平段平行，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与与其对应的所述SAGD井对或与其相邻的SAGD井对的水平段长度相等。所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段的最低点高于底界3米，此时接通的高压高频交流电的电压为220伏，电流为16安培，变频频率为1KHZ至10KHZ之间，在导电电缆处于与高压高频交流电接通状态时，向所述导电电缆内通入冷却剂以使导电电缆的温度维持在50摄氏度左右；

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的1.1倍时，将交流电的频率调至1KHZ；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的1.5倍时，将交流电的频率调至2KHZ；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的2倍以上时，将交流电的频率调至10KHZ；

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)下降到U型水平井(13、14、33、34)水平段最低点的上方1米时，断开U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，从而停止加热油层。

当SAGD井组产量连续一个月下降到3t/d(吨/天)以下时，结束生产。

本实施方式进一步提高采收率15％，最终采收率达到62％，且经济效益明显好于普通注蒸汽SAGD。

在另一个可选的实施例中，水平SAGD井对的开采方法，包括以下步骤：

向水平SAGD井对的注气井(11、21、31)注气；

在蒸汽腔(1、2、3)上升到油层顶部并且进入横向扩展阶段时，向设置在U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆接通高压高频交流电，从而加热油层，其中，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与所述SAGD井对的水平段平行，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与与其对应的所述SAGD井对或与其相邻的SAGD井对的水平段长度相等。所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段的最低点高于底界5米，此时接通的高压高频交流电的电压为380伏，电流为60安培，变频频率为1KHZ至80KHZ之间，在导电电缆处于与高压高频交流电接通状态时，向所述导电电缆内通入冷却剂以使导电电缆的温度维持在100摄氏度左右；

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的1.5倍时，将交流电的频率调至2KHZ；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的2倍时，将交流电的频率调至10KHZ；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的2倍以上时，将交流电的频率调至80KHZ；

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)下降到U型水平井(13、14、33、34)水平段最低点的上方3米时，断开U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，从而停止加热油层。

当SAGD井组产量连续一个月下降到3t/d以下时，结束生产。

本实施方式进一步提高采收率18％，最终采收率达到65％，且经济效益明显好于普通注蒸汽SAGD。

在另一个可选的实施例中，水平SAGD井对的开采方法，包括以下步骤：

向水平SAGD井对的注气井(11、21、31)注气；

在蒸汽腔(1、2、3)上升到油层顶部并且进入横向扩展阶段时，向设置在U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆接通高压高频交流电，从而加热油层，其中，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段设置在相邻的两个水平SAGD井对之间，或，设置在一个水平SAGD井对内，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与所述SAGD井对的水平段平行，所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段与与其对应的所述SAGD井对或与其相邻的SAGD井对的水平段长度相等。所述U型水平井(13、14、33、34)的水平段的最低点高于底界4米，此时接通的高压高频交流电的电压为10千伏，电流为30安培，变频频率为1KHZ至40KHZ之间，在导电电缆处于与高压高频交流电接通状态时，向所述导电电缆内通入冷却剂以使导电电缆的温度维持在80摄氏度左右；

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的1.3倍时，将交流电的频率调至2KHZ；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的1.8倍时，将交流电的频率调至5KHZ；当SAGD蒸汽腔(1、2、3)在油层顶部的横向扩展距离达到下部横向扩展距离的2倍以上时，将交流电的频率调至40KHZ；

当SAGD蒸汽腔(1、2、3)下降到U型水平井(13、14、33、34)水平段最低点的上方2米时，断开U型水平井(13、14、33、34)内的导电电缆，从而停止加热油层。

当SAGD井组产量连续一个月下降到3t/d以下时，结束生产。

本实施方式进一步提高采收率20％，最终采收率达到66％，且经济效益明显好于普通注蒸汽SAGD。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。