Совершенствование интегральной модели парогравитационного дренажа с целью прогноза времени прорыва пара в добывающую скважину

Abstract

One of the main problems for Steam Assisted Gravity Drainage (SAGD) is the risk of steam breakthrough into the producer. A relevant task is to simulate SAGD to predict steam breakthrough. The existing models do not predict many technological parameters, and the integral model, developed earlier, does not consider the risk of a steam breakthrough. In this article, for the first time, an integral model is proposed in a dimensionless form, which considers risk of steam breakthrough and allows calculating all stages of SAGD. The aim of this study is to improve the previously developed SAGD model to calculate the vertical coordinate of the upper boundary of liquid phase level. This has required a system of equations based on mass and heat balances both in the chamber and in the region of liquid phases. The system of equations is represented in dimensionless form. The research methodology involves using an explicit finite-difference scheme to solve this system and to verify the model according to the data by Ya. Yang et al. The nonlinear equation included in the system is solved using Newton’s iterative method. The lowering of the upper boundary of liquid phases’ region means steam breakthrough. The results have provided the dependences of volumetric oil flow rate, the vertical coordinate of the upper boundary of the level of liquid phases and steam-oil ratio on time of process. These results are compared with the production data from the Celtic field with good agreement of the calculated data with the actual data. A fast drop in the upper boundary of the liquid phases region, observed with the data used approximately 100 days after the end of vertical growth of the steam chamber, indicates the risk of steam breakthrough.

Одной из основных проблем при использовании метода парогравитационного дренажа (Steam Assisted Gravity Drainage, SAGD) является риск прорыва пара в добывающую скважину, поэтому актуальной задачей является моделирование SAGD в направлении прогнозирования прорыва пара. Существующие модели не предсказывают весь комплекс технологических параметров, а интегральная модель, разработанная ранее авторами данной статьи, не учитывает риск прорыва пара. В этой статье впервые предлагается интегральная модель в безразмерном виде, учитывающая риск прорыва пара и позволяющая провести расчет всех стадий процесса SAGD. Целью исследования является совершенствование ранее разработанной авторами модели SAGD с целью расчета вертикальной координаты верхней границы области жидких фаз. Для этого используется система уравнений, основанная на массовом и тепловом балансах как в камере в целом, так и в области жидких фаз в частности. Система уравнений представляется в безразмерном виде. Методология исследования заключается в использовании явной конечно-разностной схемы для решения этой системы и верификации модели по данным Я. Янга и его соавторов. Нелинейное уравнение, входящее в систему и описывающее рост паровой камеры по вертикали, решается с помощью итерационного метода Ньютона. Паровая камера разделяется на область жидких фаз, находящуюся внизу, и область пара. Опускание верхней границы области жидких фаз означает прорыв пара. В качестве результатов исследования приводятся зависимости объемного расхода нефти, вертикальной координаты верхней границы области уровня жидких фаз и паронефтяного отношения от времени процесса. Результаты сопоставляются с промысловыми данными месторождения Celtic. Установлено хорошее совпадение расчетных данных с фактическими. Резкое падение верхней границы области жидких фаз, наблюдаемое при используемых данных примерно через 100 суток после прекращения роста паровой камеры по вертикали, означает риск прорыва пара.