Модель гравитационного дренажа с поддержкой паром для битуминозных песков: линейная геометрия

В статье представлена новая прогностическая модель гравитационного дренажа в битуминозных песках при закачке пара в линейной геометрии, например вдоль горизонтальных скважин. Модель валидирована на опубликованных экспериментальных данных. Предполагается, что форма паровой зоны представляет собой перевернутый треугольник с нижней вершиной, зафиксированной у добывающей скважины. Профиль температуры в нефти считается экспоненциально убывающим с удалением от интерфейса пар/нефть, но, в отличие от ранее опубликованных моделей, падение температуры не зависит от положения на интерфейсе. Энергетический баланс используется для определения скорости ввода скрытой теплоты пара, необходимой для расширения паровой зоны, предварительного нагрева породы впереди паровой зоны и уравновешивания теплопотерь в покровные породы. Уравнения энергетического баланса и скорости добычи нефти объединяются для получения коэффициента пар/нефть для этого процесса. Добыча нефти из битуминозных песков ограничена очень высокой вязкостью нефти (битума). Закачка пара для снижения вязкости является одним из немногих ин-ситу методов разработки этого ресурса. Наиболее широко используемым процессом является циклическая закачка пара, однако поскольку этот процесс может контактировать лишь с небольшой частью пласта, объем извлекаемой нефти ограничен. Паровое вытеснение — доказанный метод для пластов с меньшей вязкостью нефти, но в битуминозных песках он ненадежен, поскольку высокая вязкость битума препятствует коммуникации между нагнетательной и добывающей скважинами. Недавние достижения в технологии горизонтальных скважин делают возможными новые методы разработки битуминозных песков. Одним многообещающим новым процессом является процесс паром поддерживаемого гравитационного дренажа (SAGD). В этом процессе пар закачивается в пласт через горизонтальную скважину, а нефть стекает в отдельную параллельную горизонтальную скважину, расположенную ниже нагнетательной. Вариантом этого процесса является закачка пара в вертикальные скважины с отводом нефти в нижнюю горизонтальную скважину. Движущей силой добычи нефти в процессе SAGD является разность плотностей между паром и битумом. Возможны два режима гравитационного дренажа в зависимости от способа закачки пара: (1) когда пар проникает вверх в холодный пласт, а нефть течет вниз против потока, и (2) когда нефть стекает вниз вдоль интерфейса или при латерально расширяющейся паровой зоне. В данной работе представлена новая модель для второго из этих процессов. При закачке пара паровая зона будет расти латерально по мере того как нефть стекает вдоль интерфейса пар/нефть к добывающей скважине. Паровая зона у покровных пород будет расширяться, тогда как у подошвы она фактически останется зафиксированной у добывающей скважины. Поперечное сечение паровой зоны будет приближенно представлять собой перевернутый треугольник. Для этой конфигурации предполагается система координат, закрепленная на движущемся интерфейсе пар/нефть, с координатами ε и η, перпендикулярными и параллельными интерфейсу соответственно. Нефть будет стекать вдоль интерфейса, при этом скорость дренажа (скорость течения) зависит от местной вязкости (температуры), которая, в свою очередь, зависит от расстояния до интерфейса.