Обзор проектов с применением парогравитационного дренажа: основные этапы процесса, сравнительный анализ характеристик

Введение. На сегодняшний день существенная доля запасов углеводородов приходится на высоковязкие и сверхвысоковязкие нефти. Разработка таких месторождений возможна с использованием перспективной технологии парогравитационного дренажа. Этот процесс является технически сложной и дорогостоящей процедурой, что приводит к необходимости детального прогнозирования процесса, обоснования мероприятий по управлению разработкой. Одним из инструментов решения этих задач является подбор наиболее важных характеристик и оценка их количественных значений месторождений-кандидатов для успешного применения технологии парогравитационного дренажа.

Целью работы является сопоставительный анализ результатов экспериментального исследования процесса парогравитационного дренажа с промысловым опытом реализации данной технологии за рубежом и в ПАО «Татнефть».

Материалы и методы. Проведён анализ основных экспериментальных методик и математических моделей анализа процесса, выделены достоинства и недостатки подходов. Получена репрезентативная выборка проектов разработки месторождений высоковязкой нефти, включающая как пилотные проекты, так и промышленную добычу нефти на месторождениях с широким диапазоном геологических свойств залежи и фильтрационно-емкостных свойств пластов. На основе процедуры анализа выделены ключевые параметры, определяющие эффективность рассматриваемого процесса. Осуществлено сравнение средних значений параметров для группы отечественных и зарубежных месторождений.

Результаты. Сопоставительный анализ промысловых данных позволил установить диапазоны значений ключевых параметров реализации технологии парогравитационного дренажа. Зарубежный опыт применения технологии сопоставлен с пилотными проектами ПАО «Татнефть».

Заключение. Показано, что тепловая задача превалирует над гравитационно-сегрегационными процессами, которые происходят гораздо быстрее, и проницаемость пласта практически не влияет на дебиты продукции. В целом основные этапы и особенности процесса, прогнозируемые в экспериментальных и теоретических моделях, наблюдаются и в промысловых проектах, и на практике. 

1. Хасанов М.М., Шагиахметов А.М., Осадчий Д.Е., Смирнов В.А. Обоснование систем разработки и их технологических параметров в условиях освоения трудноизвлекаемых запасов // Нефтяное хозяйство. — 2021. — № 12. — С. 39–43. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2021-12-39-43

2. Торба Д.И., Бочкарев А.В., Овчаренко Ю.В., Глазырина А.Е., Березовский Ю.С., Метелкин Д.В. Применение подхода кросссегментного комплексного моделирования с целью повышения эффективности разработки ачимовских отложений // PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. — 2021. — Том 6. — № 3. — С. 103–113. https://doi.org/10.51890/2587-73992021-6-3-103-113

3. Butler R.M. Thermal recovery of oil and bitumen. Englewood Cliff s: Prentice Hall, 1991. — 529 p.

4. Ibatullin R.R., Ibragimov N.G., Khisamov R.S., Zaripov A.T. Problems and solutions for shallow heavy oil production // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE 161998 presented at the SPE Russian Oil and Gas Exploration and Production Technical Conference and Exhibition, October 16–18, 2012. — 2012. — P. 1–4. https://doi.org/10.2118/161998-MS

5. Chertenkov M.V., Loparev D.S., Buslaev G.V., Yusifov A.A., Klyavlin A.V. Improvement of drilling technology for the Yarega heavy oil fi eld development by SAGD method with counter producing and injecting wells // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-171275-MS presented at the SPE Russian Oil and Gas Exploration and Production Technical Conference and Exhibition, October 14–16, 2014. — 2014. — P. 1–16. https://doi.org/10.2118/171275-MS

6. Khisamov R., Zaripov A., Shaikhutdinov D. Best confi guration of horizontal and vertical wells for heavy oil thermal recovery from thin net pay // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-176702-MS presented at the SPE Russian Petroleum Technology Conference, October 26–28, 2015. — 2015. — P. 1–9. https://doi.org/10.2118/176702-MS

7. Кравцов Я.И., Марфин Е.А., Абдрашитов А.А. Повышение эффективности метода парогравитационного дренажа за счёт волнового воздействия на пласт // Разработка нефтяных и газовых месторождений. — 2016. — № 5. — С. 35–38.

8. Carpenter C. Two-wellhead SAGD scheme increases effi ciency of heavy-oil development // Journal of Petroleum Technology. — 2019. — Vol. 71. — № 4. — P. 69–70. https://doi.org/10.2118/0419-0069-JPT

9. Хисамов Р.С., Морозов П.Е., Хайруллин М.Х., Шамсиев М.Н., Абдуллин А.И. Моделирование процесса парогравитационного дренирования с учетом предельного градиента давления // Нефтяное хозяйство. — 2018. — № 8. — С. 48–51. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2018-8-48-51

10. Chung K.H., Butler R.M. Geometrical eff ect of steam injection on the formation of emulsions in the steam-assisted gravity drainage process // The Journal of Canadian Petroleum Technology. — 1988. — Vol. 27. — № 1. — P. 36–42. https://doi.org/10.2118/88-01-02

11. Sheng K., Okuno R., Imran M., Yamada T. An experimental study of steam-assisted gravity drainage // SPE Journal. — 2021. — Vol. 26. — № 3. — P. 1515–1534. https://doi.org/10.2118/200867-PA

12. Butler R.M., McNab G.S., Lo H.Y. Theoretical studies on the gravity drainage of heavy oil during in situ steam heating // Canadian Journal of Chemical Engineering. — 1981. — Vol. 59. — P. 455–460.

13. Шандрыгин А.Н., Нухаев М.Т., Тертычный В.В. Разработка залежей тяжёлой нефти и природного битума методом парогравитационного дренажа (SAGD) // Нефтяное хозяйство. — 2006. — № 7. — С. 92–96.

14. Gilmanov A.Ya., Fedorov K.M., Shevelev A.P. Optimization of steam assisted gravity drainage in verifi ed integral simulator // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. — 2023. — Vol. 96. — № 1. — P. 188–196. https://doi.org/10.1007/s10891023-02675-3

15. Гильманов А.Я., Федоров К.М., Шевелёв А.П. Математическое моделирование процесса парогравитационного дренажа при добыче высоковязкой нефти // Инженерно-физический журнал. — 2021. — Том 94. — № 3. — С. 611–620. https://doi.org/10.1007/s10891-021-02333-6

16. Nascimento C.M. Design, optimization and operation of SAGD wells using dynamic fl ow simulations // Society of Petroleum Engineers Conference Proceedings SPE-180459-MS presented at the SPE Western Regional Meeting, May 23–26, 2016. — 2016. — P. 1–25. https://doi.org/10.2118/180459-MS

17. Митрушкин Д.А., Хабирова Л.К. Математическое моделирование в проблеме добычи высоковязких нефтей // Вестник ЦКР Роснедра. — 2010. — № 1. — С. 52–59.

18. Ji D., Yang S., Zhong H., Dong M., Chen Z., Zhong L. Re-examination of fi ngering in SAGD and ES-SAGD // Society of Petroleum Engineers Conference Proceedings SPE-180708-MS presented at the SPE Canada Heavy Oil Technical Conference, June 7–9, 2016. — 2016. — P. 1–12. https://doi.org/10.2118/180708-MS

19. Delamaide E. Senlac, the forgotten SAGD project // SPE Reservoir Evaluation and Engineering. — 2018. — Vol. 21. — № 3. — P. 789–805. https://doi.org/10.2118/183721-PA

20. Liu H., Wang Y., Cheng L., Huang S., Chen X. Performance evaluation of long-horizontal-well solvent-assisted SAGD in rising stage // Society of Petroleum Engineers Conference Proceedings SPE-200528-MS presented at the SPE Europec, June 8–11, 2020. — 2020. — P. 1–10. https://doi.org/10.2118/200528-MS

21. Gao C., Leung J.Y. Techniques for fast screening of 3D heterogeneous shale barrier confi gurations and their impacts on SAGD chamber development // SPE Journal. — 2021. — Vol. 26. — № 4. — P. 2114–2138. https://doi.org/10.2118/199906-PA

22. Tao L., Li G., Li L., Shan J. Research and application of horizontal well infi ll SAGD development technology for super heavy oil reservoirs // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-200389-MS presented at the SPE Improved Oil Recovery Conference, August 31–September 4, 2020. — 2020. — P. 1–8. https://doi.org/10.2118/200389-MS

23. Yang Y., Huang S., Liu Y., Song Q., Wei S., Xiong H. A multistage theoretical model to characterize the liquid level during steam-assisted-gravity-drainage process // SPE Journal. — 2017. — Vol. 22. — № 1. — P. 327–338. https://doi.org/10.2118/183630-PA

24. Saltuklaroglu M., Wright G.N., Conrad P.R., McIntyre J.R., Manchester G.J. Mobil’s SAGD experience at Celtic, Saskatchewan // Journal of Canadian Petroleum Technology. — 2000. — Vol. 39. — № 4. — P. 45–51. https://doi.org/10.2118/00-04-03

25. Hamdi Z., Foo F.K. Cold CO2 and steam injection for heavy oil recovery // International Petroleum Technology Conference paper IPTC-20177-MS presented at the International Petroleum Technology Conference, January 13–15, 2020. — 2020. — P. 1–18. https://doi.org/10.2523/IPTC-20177-MS

26. Kim M., Shin H. Development and fi eld application of proxy models for predicting the shale barrier size using SAGD production data // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-186925-MS presented at the SPE/IATMI Asia Pacifi c Oil and Gas Conference and Exhibition, October 17–19, 2017. — 2017. — P. 1–17. https://doi.org/10.2118/186925-MS

27. Duncan G.J., Stahl R.M., Moseley P.E. Nodal analysis for SAGD production wells with ESPs // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-170054-MS presented at the SPE Heavy Oil Conference–Canada, June 10–12, 2014. — 2014. — P. 1–11. https://doi.org/10.2118/170054-MS

28. Duncan G.J., Young S.A., Moseley P.E. Nodal analysis for SAGD production wells with gas li` // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-174521-MS presented at the SPE Canada Heavy Oil Technical Conference, June 9–11, 2015. — 2015. — P. 1–17. https://doi.org/10.2118/174521-MS

29. Yongrong G., Erpeng G., Jian L., Youwei J., Hongyuan W., Yao W. Case study on a new approach for exploiting heavy oil reservoirs with shale barriers // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-179770-MS presented at the SPE EOR Conference at Oil and Gas West Asia, March 21–23, 2016. — 2016. — P. 1–10. https://doi.org/10.2118/179770-MS

30. Doan Q., Farouq Ali S.M., Doan M. Potential pitfalls from successful history-match simulation of a long-running Clearwater-FM SAGD well pair // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE 147318 presented at the SPE Annual Technical Conference and Exhibition, October 30–November 2, 2011. — 2011. — P. 1–9. https://doi.org/10.2118/147318-MS

31. Chun N.A.A.P. Assessment of thermal recovery: Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) to improve recovery effi ciency in the heavy-oil fi elds of the Peruvian jungle // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-171108-MS presented at the SPE Heavy and Extra Heavy Oil Conference: Latin America, September 24–26, 2014. — 2014. — P. 1–14. https://doi.org/10.2118/171108-MS

32. Sun X., Xu B., Qian G., Li B. The application of geomechanical SAGD dilation startup in a Xinjiang oil fi eld heavy-oil reservoir // Journal of Petroleum Science and Engineering. — 2021. — Vol. 196. — № 4. — P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107670

33. Си Ч., Ян Ч., Ду С., Чжоу Ю, Ши Л., Сань Л., Ли С., Ма Д. Исследование трёх моделей разработки неоднородных залежей сверхвязкой нефти при помощи технологии SAGD и мер по их совершенствованию // Society of Petroleum Engineers, Статья с конференции SPE-196762-RU, представленная на Российской нефтегазовой технической конференции SPE, 22–24 октября 2019. — 2019. — С. 1–14. https://doi.org/10.2118/196762-RU

34. Wu Y., Li X., Liu X., Li J., Zhao R., Yang L., He W., Gao L. Steam circulation strategies in the Fengcheng SAGD project to achieve enhanced conformance and production: a case study // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE174436-MS presented at the SPE Canada Heavy Oil Technical Conference, June 9–11, 2015. — 2015. — P. 1–19. https://doi.org/10.2118/174436-MS

35. Jorshari K., O’Hara B. A new SAGD well pair placement; a fi eld case review // Journal of Canadian Petroleum Technology. — 2013. — Vol. 52. — № 1. — P. 12–19. https://doi.org/10.2118/149239-PA

36. Guo E., Jiang Y., Gao Y., Wang H., Wei Y. Study on thermal-gas EOR method in in-depth extra-heavy oil reservoir in China // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-179799-MS presented at the SPE EOR Conference at Oil and Gas West Asia, March 21–23, 2016. — 2016. — P. 1–8. https://doi.org/10.2118/179799-MS

37. Chen S., Seib B., Ben-Zvi A., Robinson T. Christina Lake early rise rate solvent aided process pilot // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-189756-MS presented at the SPE Canada Heavy Oil Technical Conference, March 13–14, 2018. — 2018. — P. 1–11. https://doi.org/10.2118/189756-MS

38. Farouq Ali S.M. Life a` er SAGD — 20 years later // Society of Petroleum Engineers Conference paper SPE-180394-MS presented at the SPE Western Regional Meeting, May 23–26, 2016. — 2016. — P. 1–7. https://doi.org/10.2118/180394-MS