SAGD双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法与流程

本发明涉及稠油开采方法模拟，特别是涉及一种sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法。

背景技术：

1、中国是世界上稠油资源最丰富的国家之一，新疆、辽河、胜利、塔里木以及渤海等主要油田均有大量稠油资源的分布和开采活动。然而，超稠油砂储层具有极高的粘度和极差的流动性，使得传统的油气开采技术难以有效开发此类油藏。为了提高稠油开采效率，加热油砂储层以降低稠油粘度、增加其流动性已成为一种广泛应用的可行方案。然而，传统的蒸汽吞吐法在处理此类高粘稠油藏时效率不高，不能满足现代开采需求。

2、蒸汽辅助重力泄油（sagd）技术的提出为稠油开采带来了革命性的变化。sagd技术通过在稠油储层中布置一对上下平行的水平井——上部为注汽井，下部为生产井，利用高温蒸汽注入加热储层形成蒸汽腔，进而建立有效的泄油通道。尽管sagd技术在中国的一些油田如新疆、辽河、胜利等地取得了一定的开采效果，但由于中国大多数稠油油藏存在河流沉积特性、强非均质性以及低渗透和低传热性夹层，这些复杂的地质条件使得常规的sagd技术在实际应用中仍面临诸多挑战。

3、针对上述挑战，学术界和工业界提出了多种改进技术，如sagd快速预热启动技术，通过短时间内的高压流体注入，在sagd井组之间产生高孔隙度和高渗透率的扩容区，从而大幅缩短了蒸汽循环时间，减少了蒸汽使用量，提高了初期采收率。然而，现有技术大多集中在现场施工经验的总结和分析上，虽然这为扩容技术的应用提供了宝贵的实践经验，但在理论研究层面，尤其是对水力扩容过程中涉及的如扩容机制、热传导、多相流体渗流等复杂物理化学过程的机理性和系统性研究仍然不足。这种研究不足导致了对扩容过程的理解不够深入，无法全面揭示扩容区内的物理变化和机制，限制了该技术的进一步优化和在更复杂地质条件下的推广应用。

4、因此，急需一种新的sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有在理论研究层面对水力扩容过程中涉及的如扩容机制、热传导、多相流体渗流等复杂物理化学过程的机理性和系统性研究仍然不足。这种研究不足导致了对扩容过程的理解不够深入，无法全面揭示扩容区内的物理变化和机制，限制了该技术的进一步优化和在更复杂地质条件下的推广应用的问题。

2、为此目的，本发明提供一种sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法，包括以下步骤：

3、建立模拟所需的目标地层，所述目标地层包括由下至上依次排序的底层、油砂储层和盖层，所述油砂储层内埋设两根筛管用于分别模拟sagd技术中的注汽井和生产井，每根筛管内设置有一根长管和一根短管，所述油砂储层内埋设有多个温度传感器以检测不同部位的温度，所述注汽井的井口和生产井的井口均安装有压力传感器和流量计；

4、利用真三轴加载系统对所述目标地层加载地应力；

5、在加载地应力的情况下，对所述油砂储层进行水力扩容操作以使所述油砂储层内部形成微裂缝网络；

6、在水力扩容操作完成后，对所述目标地层进行蒸汽循环模拟操作；

7、在所述目标地层达到转产标准时，执行稠油抽采模拟过程。

8、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述水力扩容操作包括：对所述油砂储层依次执行洗井操作、地应力改造操作、初步水力扩容操作、扩展水力扩容区操作和水平热连通性检验操作。

9、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述洗井操作具体包括：

10、向所述油砂储层注入清洗液进行清洗，并根据从短管排出的液体清洁度情况判断清洗是否完成；

11、如果所述清洁度达到预定的清洁标准，则认为清洗完成。

12、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，“向所述油砂储层注入清洗液”的步骤具体包括：

13、按照初始低流速向所述油砂储层注入清洗液；

14、在初始低流速达到稳定后，按照设定比例和设定间隔时间逐步增大注入油砂储层内清洗液的流速；

15、实时监测从短管排出的液体清洁度情况和油砂储层内相邻两次流速之间的压力变化值；

16、如果液体清洁度没有变化或者压力变化值大于预设压力差值，则停止继续增加流速，直到液体清洁度发生变化以及压力变化值小于预设压力差值时，继续增加流速；

17、在液体清洁度达到预定的清洁标准后，停止向所述油砂储层内注入清洗液。

18、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述地应力改造操作具体包括：

19、向所述油砂储层内注入清水并控制排水流量以进行地应力改造；

20、实时获取压力值，并根据压力值获取所述油砂储层内的孔隙压力值和有效应力值；

21、判断所述孔隙压力值和有效应力值的大小；

22、如果所述孔隙压力值和有效应力值均达到对应的预设要求值则判断地应力改造完成。

23、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述初步水力扩容操作具体包括：

24、按照预设注入压力方式向所述油砂储层内注入扩容液体，且在注入过程中所述短管上的阀门处于关闭状态；

25、在注入完成后按照第一设定时间进行憋压以形成初步的水力扩容区；

26、其中，所述预设注入压力方式为：以设定的最低注入压力值为起点，控制注入压力值按照阶梯方式逐渐升高至设定的最高注入压力值，所述最低注入压力值大于油砂储层的最小阻应力值，所述最高注入压力值小于油砂储层的破裂压力值。

27、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述扩展水力扩容区操作具体包括：

28、按照第二注入压力值和第二设定时间向所述油砂储层注入扩容液体，且在注入过程中短管上的阀门处于关闭状态；在达到第二设定时间时控制短管上的阀门打开进行排水以形成水力震荡操作；

29、重复上述水力震荡操作，直到根据实时获取的压力值反演得出的当前渗透率达到设定渗透率时停止，以达到均匀扩展水力扩容区并使所述油砂储层内部形成微裂缝网络。

30、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述水平热连通性检验操作具体包括：

31、通过所述注汽井向所述油砂储层内注入设定量和设定温度值的热水，在注入过程中短管上的阀门处于关闭状态；

32、实时获取所述油砂储层内各个位置的温度值并经过第三设定时间后计算获得各个位置的温度值与设定温度值之间的温度差值；

33、判断各个温度差值与对应的预设温度差值的大小；

34、如果该温度差值小于等于对应的预设温度差值，则判断所述油砂储层的水平热连通性合格。

35、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述水平热连通性检验操作具体还包括：

36、如果该温度差值大于对应的预设温度差值，则重复执行扩展水力扩容区操作中的水力震荡操作，且每间隔第四设定时间执行一次水平热连通性检验操作，直到判断所述油砂储层的水平热连通性合格为止。

37、在上述sagd双水平井扩容技术的大尺度三维物理模拟方法的具体实施方式中，所述蒸汽循环模拟操作具体包括：

38、根据现场蒸汽循环方法和相似准则确定的蒸汽注入流速和循环时间向注汽井和生产井中注入高温蒸汽以进行蒸汽循环过程；

39、实时获取所述油砂储层内的温度数据，根据温度数据判断所述油砂储层是否达到转产标准；

40、如果未达到转产标准，则继续执行蒸汽循环过程。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、本发明在模拟生产前先模拟了水力扩容操作，经过水力扩容操作后的油砂储层内部形成了微裂缝网络，而不是单一裂缝，实现了储层内部结构的根本改善，改变了油砂储层的孔隙结构和渗透率，极大地提高了扩容区的连通性和热传导效率，进一步提升了蒸汽辅助开采的效果；因此本发明在实验室条件下成功再现了实际的油砂储层扩容过程 ，使得油砂储层的物理结构得到了根本改善，这种直接改造储层的方式，不仅增强了蒸汽腔体的形成与扩展，还加快了油藏的加热速度，提高了稠油的采收率，这一突破性成果弥补了现有技术中缺乏对扩容过程实际效果的模拟与验证的不足，为sagd技术在不同地质条件下的广泛应用奠定了坚实的基础。

43、2、本发明在模拟水力扩容操作过程中，引入了水力震荡技术，通过周期性地升高和降低井筒内的流体压力，促进裂隙的进一步扩展和连接，同时能够破碎非均质油砂储层内夹层，实现均匀扩展扩容区，充分考虑了油砂储层的非均质性，通过水力扩容技术有效改善了储层的非均质性，优化了蒸汽运移路径，并扩大了蒸汽腔的发展区域，最大限度地提升了油藏的采收率。

44、3、本发明通过向注汽井中注入热水，并监测油砂储层温度变化，通过分析热源在油砂储层中的传播情况，‌来评估扩容区域的水平热连通性，‌从而确保扩容区的有效性和生产的连贯性，从而实现了对水力扩容施工效果的有效评估。