加拿大油砂sagd开发储量品质评价关键参数研究

评价关键参数研究刘振坤，王 晖，王盘根，郭 晓，武 静，张雨晴，郑 强，胡晓庆（中海油研究总院有限责任公司，北京100028）摘 要：笔者立足于油砂SAGD开发的实际效果，分析影响油砂SAGD开发的主要地质

因素，确定油砂储量品质评价的关键地质参数。研究结果表明HPVH、Faciesl比例和

Sw 3项参数是决定油砂SAGD开发储量品质的关键参数。明确了关键参数的界限：

HPVH>& m3/m2,Faciesl 比例>70%作为 I 类储量划分界限；HFVH<4 m3/m2,Fa-

ciesl比例<70%作为ID类储量划分界限；II类储量划分界限介于上述二者参数之间。依

据含水饱和度和累积汽油比的关系将I类储量进一步细分为1-1和1-2。储量品质评价 关键参数研究结果为油砂SAGD开发储量品质评价奠定了基础，也为SAGD开发水平井 井位部署提供了依据。关键词：油砂；SAGD开发；储量品质；关键参数中图分类号:TE155

文献标识码：A DOI： 10.16028力.1009-2722.2019.120070引言油砂是富含天然沥青的沉积砂，也称为“沥青

砂”。油砂实质上是一种沥青、沙、富矿黏土和水

的混合物。加拿大油砂资源丰富，约占世界油砂

资源的85%以上，其沥青原油地质储量约为

17 0 00X 108 bbl,可采储量约为 1 680 X 108 bbl

图1世界各主要产油国石油储量统计图(据 Oil & Gas Journal Dec.2013 and AER)（2013年12月）m （图1）。油砂资源主要分布在加

拿大阿尔伯塔省的阿萨巴斯卡地区、冷湖地区、和 平河地区⑵（图2），分布面积分别为4.3X104 km2、

Fig. 1 Oil reserve statistical result for major oil

producers in the world( According to Oil &Gas Journal Dec.2013 and AER)0. 73X 10' km2 和 0. 97X 104 km2。收稿日期:2018-11-06基金项目：“十三五”国家科技重大专项课题\"油砂SAGD开发地

加拿大阿萨巴斯卡地区油砂矿埋藏一般比较

浅⑷（约o〜1 000 m）,含油层段为下白垩统的

McMurra y段⑷（图3）,属河口湾背景下受潮汐影

响的曲流河沉积储层皈，在前陆盆地EW向挤压 作用下，相对海平面不断上升过程中形成的多期

质油藏评价及方案优化技术\"（2016ZX05031003）!中海石油（中 国）有限公司综合科研项目“Nexen油砂有效开发地质油藏关键

技术研究 ”（YXKY-2018-ZY-04）作者简介：刘振坤（1980—）,男，高级工程师，主要从事开发地质 与油藏描述研究工作.E-mail: Liuzhk2 @ cnooc. com. cn相互切叠的河道砂岩⑷。储层成岩作用弱，胶结 差，平均厚度30〜40 m,平均孔隙度33%,平均渗56Marine Geology Frontiers 海洋地质前沿2019年12月图2加拿大阿尔伯塔盆地油砂矿分布图Fig.2 Distribution of oil sands in Alberta Basin, Canadac\"oNE£?i三

z:TIWHg

泥盆系

图3 阿萨巴斯卡地区地层柱状图Fig.3 Stratigraphic column of Athabasca region透率2 000X10~3 油藏温度下沥青黏度（10〜800） X104 mPa • s,密度 1. 007 1〜1. 036 6 g/cm3，密

度比水大。油砂的开采分为露天开采和原位开采。

露天开采法适用于埋深＜75 m的油砂矿；原位开

采法适用于埋深75~1 000 m的油砂矿。原位开 采包括循环蒸汽强化法（CSS）；蒸汽辅助重力泄

油法（SAGD）；出砂冷采技术；地下水平井注气体

溶剂萃取技术（VAPEX）；井下就地催化改质开采 技术；水热裂解开采技术。原位开采是主要的油

砂开采方式\"切。统计显示（表1）,截至2015年 底，阿尔伯塔省采用SAGD开发的油砂项目达到

56个,SAGD是油砂开发的主要方式〔血。SADG技术理论最早由罗杰•巴特勒博士于

1978年提出，后被广泛应用于油砂开发工业领 Wlbl3]o其主要机理是向油藏注入高温蒸汽，在

注采井对间形成热连通，注入的蒸汽向上扩散，在 油藏中形成蒸汽腔，蒸汽腔向外扩展，与沥青油发

生热交换，使固体沥青变为可流动的原油，与蒸汽 冷凝水一起流入采油井中被采出（图4）。表1加拿大油砂露天开采、CSS及SAGD

方式开发的项目个数统计表Table 1Statistics for oil sand mines in Canada开采方式开发项目个数阿萨巴斯卡冷湖和平河合计露天开采区99CSS4812SAGD485356图•》油砂SAGD开发示意图Fig.4 A Scheme showing SAGD development of oil sandsSAGD的主要布井方式为双水平井mm （图4）,

在靠近油层底部钻一对上下平行的水平井，上部水

平井注蒸汽，下部水平井采油，水平井对的垂直距 离约5 m,下部水平采油井距离油层底的垂直距离

5 m。形成的蒸汽腔平面波及半径约40 m。平面

上，单个水平井长度一般在500-1 200 m,多个井 对（Pair）组成1个泄油区，地面上组成1个井场

（Pad）,共用1套井口集输设备（图5）。纵向上,

选择连续油层厚度最大的单元作为1个开发动用 层段（单个泥岩层V2 m,累计泥岩层厚度V4 m

的储层段），蒸汽腔在其中扩散。SAGD水平生产井(Pair) SAGD对平生产井组(Pad)图5 A油田SAGD开发井井位分布图Fig.5 Well location map for Oilfield A underSAGD development第35卷第12期刘振坤，等：加拿大油砂SAGD开发储量品质评价关键参数研究571油砂SAGD开发效果分类油砂SAGD开发生产动态显示，单井高峰日

产油量30 — 400 m3/d,平均累积汽油比（消耗的 蒸汽量与生产的沥青油的体积比，该蒸汽量为折 算到单位体积液态水的体积计量）3. 5 m3/m\\

单井产量和汽油比的高低是决定油砂开发效益的 关键指标。以A油田为例，该油田主力储层平均

埋深260 m,储层属受潮汐影响的曲流河点坝砂 体“旳，储层平均厚度30 m,孔隙度28.9%,水 平渗透率4 5X 10_3Mm2,垂向渗透率3 500 X

10-3fzm2,平均含水饱和度36%。该油田已开发

10年以上，共有开发井对93个，平均水平井段长

度800 m,平均井距75 m0根据生产动态将生产 井开发效果分为3类（表2、图6）：①单井日产油 量V60 m3/d（约为 8 （m3/d）/100 m）、汽油比＞

6 m3/m3的井的数量占比超过了 1/3,此类井产

油量低、生产单位体积沥青油消耗的蒸汽量大、生

产效果差，被认为是低产低效井；②介于高产井和

低产低效井参数范围之间的井被认为是生产效果 中等的井；③单井日产油量＞120 n?/d（约为

16（m3/d）/100 m）、平均汽油比V4 m3/m3 的井

被界定为高产井，高产井单井日产油量高、生产单 位体积沥青油消耗的蒸汽量小、生产效果好。表2 A油田生产井开发效果分类表Table 2 Classification of development statusfor Oilfield A单井高峰日产量/累积汽油比/类型((m3/d)/100 m)(m3/m3)好^16<4中8〜1〜6差W8>6E(、E@)M0r=o

图6 A油田SAGD开发不同开发效果典型井生产曲线Fig.6 Wells production curves for Oilfield A除生产作业和操作等因素外，低产低效井产

生的主要原因是储层因素。SAGD开发单井产油 量的高低受控于储层厚度和净毛比等参数，而汽

油比的高低则受控于储层含水饱和度的高低。与常规油气资源开发相比，油砂SAGD开

发效果主要决定于蒸汽腔在空间扩展的范围。 理想条件下，蒸汽腔在均质介质中扩展的范围

呈下部略窄上部略宽型的腔体，但实际地质条 件下，储层内部非均质性强〔旳，隔夹层和层间高

含水饱和度层（油砂储层内部发育含水饱和度

＞50%的层内高含水层）广泛发育，蒸汽腔的扩

展形态受到影响（图7）。蒸汽腔发育形态决定 了 SAGD开发的效果，分析影响蒸汽腔发育的

地质因素及关键参数的界限是油砂SAGD开发 研究的关键。•注气井•采油井图7 SAGD开发蒸汽腔空间扩展示意图Fig.7 Steam chamber expansion in SAGD development2储量品质研究与应用油砂SAGD开发过程中，蒸汽腔发育的形态

受多种地质因素综合影响。基于开发效果的分类

结果表明单井高峰日产油量和累积汽油比是决定 分类的主要动态指标。通过单因素分析和多因素

综合分析相结合的方法，建立各主要地质参数与

单井高峰日产油、累积汽油比的关系。根据各地 质参数与生产动态参数的关系，确定影响开发效

果的关键地质参数。经过数据统计和地质分析, 影响油砂SAGD开发效果的关键地质参数分别

是HPVH（储量丰度参数）、Faciesl比例（纯砂岩

比例）、S®（含水饱和度）。HPVH是计算SAGD动用层段（EBIP段）

58Marine Geology Frontiers 海洋地质前沿2019年12月储量丰度的参数，计算方法由公式（1）得到。在单 产量是A油田实际生产数据，受各方面因素影

井上计算HPVH的大小，HPVH数值决定于 响）,SAGD井位一般部署在HPVH>3 m3/m2 的区域。HPVH^SPHIEXSoXO. Im（采样间隔）SAGD动用层段的厚度、孔隙度和含油饱和度的

大小;在平面上通过井间插值得到HPVH平面 分布图。一般情况不动用HPVH <3 m3/m2区 域的储量⑴。HPVH数值越高，储量丰度越高，

（1）

式中:HPVH为储量丰度；PHIE为孔隙度；So为含油饱和度。(p

25o 2OO

单井高峰产油量越高。如图8, HPVH与平均单 井高峰产量的关系相关性较好（平均单井高峰日

25o 2OO

、

塗帼*<冒*

m

e)rk

y=19.613e0 27861♦ ♦疋=0.571 6g、)、克Km

^=0.031 8x-l.584 3x+51.91

即钾5度比例，纯砂岩定义为岩心上为分选磨圆好的细

砂岩或粉砂岩（图9）,测井特征为泥质含量V

10%的砂岩段。井点计算SAGD动用层段的Fa- ciesl比例的大小，井间进行插值，得到Faciesl比

例平面分布图。Faciesl比例越高表示该层段的 泥岩隔夹层厚度比例越小，蒸汽腔在其中扩展的

与常规油气资源的含水饱和度概念一致。SAGD 动用层段含水饱和度越高，同等条件下加热该层

p、(Oo

5O

蠻炮<*盘

H-Oo-

5o- O_ O

50 60 70 80 90HPyH/(m3/m2)facies 1 比例/%图8 HPVH.Faciesl参数与咼峰产量的关系图Fig.8 Correlation between HPVH , Faciesl and average oil peakFaciesl比例为SAGD动用层段纯砂岩的厚 速度越快，蒸汽腔形态越完整；相反,Faciesl比例 越小，该层段的泥岩隔夹层厚度比例越大,蒸汽腔

在其中扩展的速度就会越慢，蒸汽腔形态越复杂。 统计结果表明,Faciesl比例与平均单井高峰日产 量具有一定的正相关性（图8）,研究结果表明,

Faciesl比例的数值>70%的区域储层质量好，有

利于蒸汽腔发育。SdI GR 卜:VSH|砂岩相Faciesl6).0agAP! BO.OOSAGD开发层段顶■cs砂质侧积泥岩相Facies2泥砾岩相Facies3泥质侧积泥岩相Facies4废气河道泥岩相Facies5Facies］岩相累积厚度

Faciesl 比例=开发层段厚度3.11+2.3+4.86+3.24+0.94+2.8344.26xl00%=39.04°o灵

6E 6E 6

SAGD开发层段顶图9 砂岩相Faciesl岩心与测井特征图Fig.9 Core and logging features for Faciesl sandstoneSw为SAGD动用层段含水饱和度，该参数

段需要的蒸汽量就越大，汽油比越高。因此含水

饱和度越高的层段，其SAGD开发过程中的累积 汽油比则越大（图10）,开发效果越差。第35卷第12期刘振坤，等：加拿大油砂SAGD开发储量品质评价关键参数研究5990.00.PadA80.00XPadB■ PadEPadC. PadF▲BPdK60.00PadOPadM •PadL50.00Padla2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.0016 18 20 22 24 26 28 30 32 34HPUHRm'lm、Sw/%图10储量品质分类关键参数界限图板Fig. 10 Criteria of key parameters for reserve classification在开发效果分类的基础上，通过单因素和多因

esl比例$70%,该类储量开发效果最好（表3）； 素敏感性分析，明确了影响SAGD开发效果的关键

01类品质储量的参数界限为HPVHV4 m3/m2, 地质因素，确定了不同品质储量类型评价的关键

Faciesl比例＜70%,该类储量开发效果最差

参数,建立了关键参数的定量界限（图10）。I类 （表3）;介于二者间的储量为D类品质的储量，该 品质储量的参数界限为HPVH》6 m3/m2 ,Faci-

类储量开发效果中等（表3）。表3油砂储量品质类型参数界限划分表Table 3 Oil sands reserve quality classificationHPVH/单井每百米高峰日产

类型Faciesl 比例分类(m3/m2)Sw累积汽油油量/（（m3/d）/100 m）比 CSOR<30%<3.51-1i类>70%>30%>3.51-2il类一4〜6一8〜1〜6nin类<70%<4一<8>6in累积汽油比与含水饱和度呈正相关关系（图

将上述关键参数划分结果应用于B区块，得

10）,随着含水饱和度的增加，汽油比增大。油砂

到各关键参数平面分布图，根据关键参数界限确

SAGD开发行业把累积汽油比作为评价开发效果

定不同品质类型的储量分布平面范围，为SAGD

的重要参数。通常情况累积汽油比的平均值为

开发井的部署提供依据。以探井测井解释的

3. 5 m3/m3 ,＞3. 5 m3/m3时开发效益较差。累

EBIP层段HPVH、Faciesl比例和Sw参数为基

积汽油比3. 5 m3/m3对应的含水饱和度是0. 3。

础，通过井间插值方法（一般是收敛的插值算法）

将上述I类品质储量进一步划分为累积汽油比＜ 得到各参数平面分布图（图11）。以表3中储量

3. 5 m3/m3 和＞3.5 m3/m3 两类，分别是 1-1、1-2

不同品质类型划分界限确定平面范围内不同位 类，其对应的SAGD动用层段的平均含水饱和度

置所属的类型（图12）,图12中绿颜色区域属于

分别是V30%和〉30%。1-1类储量分布区、粉颜色区域属于1-2类储

依据上述关键参数，将油砂SAGD开发储量

量分布区、黄颜色区域属于II类储量分布区、粉

品质类型划分为3类，其中I类可进一步细分为 颜色区域属于m类储量分布区。选择储量品质 I-KI-2类，各类的动静态参数界限如表3所 最优的I -1.1-2类分布区域优先部署SAGD

zK o开发井对。60Marine Geology Frontiers 海洋地质前沿2019年12月①平面分布图②Facies 1比例平面分布图③Sw平面分布图图11 B区块关键参数平面分布图Fig. 11 The key parameters distribution map for Oilfield B类。单井高峰日产＞16 (m3/d)/100 m,累积汽 油比V4

的井开发效果最好，效益最好；单井高峰日产V8 m3/d/100 m,累积汽油比

＞6 m3/m3的井开发效果最差，效益最差；介于二

者之间的井开发效果中等。(4) 动静结合确定关键地质参数的类型和界

限。HPVHA6肝/廿，Faciesl比例＞70%作为

I类储量划分界限；H PVHV4 m3/m2, Faciesl

比例V70%作为DI类储量划分界限；II类储量划

分界限介于上述二者参数之间。依据含水饱和度 和累积汽油比的关系将I类储量进一步细分为

I -1 和 I -2。(5) 储量品质类型与开发效果具有很好的对

I・1类储 「2类储 II类储量 m类储量 SAGD

开发井组量分布区量分布区分布区分布区应关系。一类开发效果的井对应于I类储量，二

类和三类开发效果的井分别对应于II类和DI类储 量。参考文献：图12 B区块不同品质类型储量平面分布范围图Fig.12 The distribution map of different type

of reserve quality for Oilfield B[1] McDaniel & Associates Consultants Ltd. Evaluation o£ bit­

3结论(1) 立足动静态参数对油砂储量品质进行综

合评价是进行油砂SAGD开发井位部署和指标

umen and synthetic oil reserves and contingent resources

based on forecast prices and costs as of December 31» 2010 [R]. Canada Alberta Province[S. 1.] ： McDaniel & Associ­

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预测的基础和关键。ters and borehole images in oil sand deposits-A Canadian studyCJj. Frontiers Innovation, 2009,26(1): 197-203.[3]

Hubbard S M, Smith D G, Nielsen H, et al. Seismic geo­

(2) HPVH、Faciesl比例和Sw 是油砂

SAGD开发储量品质评价的3个关键参数。morphology and sedimentology of a tidally influenced river

(3) 根据单井高峰日产量和累积汽油比参数

可将油砂SAGD开发生产井开发效果划分为3[4]

deposit [J]. AAPG Bulletin, 2011, 95(7):1123-1145.Alberta Energy and Utilities Board. Athabasca Wabiskaw-

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OIL SAND SAGD DEVELOPMENT IN CANADALIU Zhenkun,WANG Hui,WANG Pangen, GUO Xiao, WU Jing,

ZHANG Yuqing, ZHENG Qiang, HU Xiaoqing

(CNOOC Research Institute Co.» Ltd. ♦ Beijing 100028, China)Abstract: This paper is devoted to the study of main geological factors affecting SAGD development of

oil sand in Canada and defining key geological parameters for reserve quality evaluation based on the performance in SAGD development. It is revealed that the key parameters for reserve quality evalua­

tion include HPVH , Faciesl percentage and Szv. Criteria are established for defining each parameter

mentioned above. There are three types of reserves・ The type I is the reserve w让h HPVH higher than 6 m3 /m2 and Faciesl percentage more than 70%, the type III is that w让h HPVH less than 4 m3/m2

and Faciesl percentage less than 70%, and the type II are those having the parameters between the

type I and type IH ・ The type I could be further divided into 2 sub-types based on Sw・ The results mentioned above can be taken as the foundation of reserve quality evaluation» and used as the basis for well placement in un-development areas during SAGD production.Key words: oil sand； SAGD development； reserve quality； key parameters