Более глубокое понимание поровой физики процесса SA-SAGD (solvent-aided SAGD) для добычи тяжёлой нефти и битума

Механизмы порового уровня извлечения в процессе solvent-aided steam-assisted gravity drainage (SA-SAGD) были изучены в лаборатории Porous Media Университета Ватерлоо с использованием микромоделей, вытравленных в стекле. Эксперименты проводились в контролируемых условиях в вакуумной камере с перевёрнутым колоколом для уменьшения избыточных теплопотерь в окружающую среду. В пар перед подачей в модели вводили различные химические добавки (n-пентан и n-гексан). Локальные температуры по высоте и ширине модели измерялись в реальном времени с помощью системы сбора данных. Интегрированная система сбора данных и управления использовалась для контроля, мониторинга и регулирования вакуумного давления в среде. События на поровом уровне записывались на видео, а сделанные снимки тщательно анализировались с использованием методов обработки изображений. Рассмотрены соответствующие поровые механизмы, ответственные за мобилизацию и отток нефти in situ в процессе SA-SAGD; качественно задокументированы транспортные и капиллярные явления на поровом уровне, включая движение жидкостей, а также аспекты теплового и массового переноса. Визуализации показали, что гравитационный дренаж происходит в тонком слое пор толщиной 1–5 пор в направлении силы тяжести, параллельно кажущемуся интерфейсу масло–пар в так называемой мобилизованной зоне SA-SAGD. Взаимодействие гравитационных и капиллярных сил приводит к дренированию подвижной нефти, вязкость которой значительно снижается вследствие комбинированного теплового и массового переноса на микромасштабе. Считается, что теплообмен на поровом уровне происходит посредством теплопроводности и конвекции. Содержание растворителя в инжектируемой паровой смеси диффундирует в масляную фазу, снижая её вязкость за счёт разбавления в результате молекулярной диффузии и конвективного массового переноса. Визуализация продемонстрировала образование водо-в-масле эмульсий на интерфейсе из-за конденсации пара. Степень эмульгирования зависит от температурного градиента между газовой смесью и подвижной масляной фазой. Водо-в-масле эмульсия образуется из-за неспособности воды растекаться по подвижной масляной фазе в присутствии газовой фазы. Наблюдалась осадка аспфальтенов, когда конденсированный растворитель достиг интерфейса с битумом. Другие поровые явления включают локализованное захватывание пара и паров растворителя внутри контиинуума подвижной нефти на интерфейсе вследствие капиллярных нестабильностей с последующей конденсацией, относительно резкие температурные градиенты вдоль мобилизованной зоны SA-SAGD и отщепление жидких плёнок (snap-off). При отсутствии прямых измерений продукции была измерена средняя горизонтальная скорость продвижения кажущегося интерфейса SA-SAGD и скоррелирована с параметрами системы, такими как рабочая температура, макроскопические и поровые свойства пористой среды и свойства тяжёлой нефти в пределах экспериментальных условий. Эта средняя скорость охвата вместе с конечными значениями коэффициента извлечения в конце каждого испытания рассматривались как показатели эффективности процесса SA-SAGD на поровом уровне. Нормальный гексан (n-hexane) оказался более эффективной паровой добавкой по сравнению с n-пентаном при схожих условиях. Увеличение содержания растворителя в инжектируемой паровой смеси ускоряет процесс извлечения на поровом уровне и приводит к более высоким конечным значениям коэффициента извлечения. При прочих равных меньшая вязкость нефти in situ обеспечивает большую горизонтальную скорость охвата и более высокий конечный коэффициент извлечения. Скорость продвижения порового интерфейса зависит от поровых характеристик пористой среды: расстояние между порами, ширина объёма поры, ширина горла поры и расстояние диффузии влияют на измеренную горизонтальную скорость SA-SAGD. Макроскопические свойства пористой среды, такие как проницаемость и пористость, также влияют на скорость продвижения интерфейса SA-SAGD на поровом уровне.