自下而上的重力輔助壓力驅油的製作方法

2023-06-08 10:48:51

發明涉及一種利用自重洩油和位於地層底部附近的油井之間壓力差的機制來從地層中生產粘性烴的方法。

背景技術：

從地下地層中提取烴是重要的全球工業。提取自這些烴的燃料形成了大多數工業化世界的核心能量供應。石油工業面臨著兩個重大的挑戰。一方面，常規輕質油主要通過初級生產和注水而耗盡，並且必須實施增強回收過程以提高生產。增強回收過程通常依賴於在一個井中注入外部材料，然後朝著生產井掃掠剩餘的原位烴液體。

另一方面，非常規油藏很難通過初級生產方法來生產，而且其必須依賴於刺激。在北美和世界上的許多其他地方，烴以重質和粘稠的形式而存在，例如瀝青和重質油，這些油都是非常難以提取的。加拿大、委內瑞拉、加利福尼亞、中國和世界上的其他地方的瀝青飽和油砂儲層僅僅是這種地下地層的一些例子。在這些地層中，不可能簡單地鑽井和泵油。相反地，採用加熱或者其他方式刺激儲層可以降低烴的粘度並促進其提取。蒸汽驅、循環蒸汽刺激(css)和蒸汽輔助重力洩油(sagd)是一些可以採用的例子。

無論是在常規儲層的增強回收中，或是在非常規油藏的刺激中，它們的生產取決於同時起作用的兩個主要功能：一個是刺激，另一個是足夠的驅動能量。作為刺激的一個例子，原位重質油或者瀝青的粘度通過注入蒸汽、溶劑或者其他材料而降低。在另一個例子中，原位烴液體和驅替液之間的界面張力通過注入化學製品而降低，使得原位烴液體變得更加容易移動。注入材料與儲層的接觸面積是同樣重要的。期望接觸面積儘可能的大，並且儘可能早地具有接觸面積。

在通過增強回收過程生產常規儲層或者通過刺激生產非常規儲層中，另一個主要功能是向被刺激的烴類液體提供足夠的驅動能量，使其被生產。在蒸汽驅中，驅動能量是注入井和生產井之間的壓力差。在css中，驅動能量是儲層內部與生產井之間的壓力差。在sagd中，驅動能量是重力。

上述兩個功能應當同時發揮作用。例如，在蒸汽驅中，壓力差為生產提供了顯著的驅動能量。然而，注入的蒸汽可以容易地並且不被希望地越過原位烴類液體，從而繞過所需的待排放的產品。當這種穿透發生時，來自壓力差的驅動能量顯著降低。此外，已經認識到，例如在butler的美國專利no.4,344,485中，流體的流動性在排放的前部受到限制，流動的烴、注入材料和原位烴在排放的前部混合。

鑑於排放前部的流體流動受限制的問題，殼牌加拿大有限公司已試驗使用css方法，首先從排放前部的後面生產，直到流體流動的限制最終被克服，然後使用蒸汽驅。他們的方法被描述為不依賴於重力或者垂直流(2009年11月在加拿大阿爾伯塔能源資源保護委員會(ercb)的「申請批准卡門溪項目，第五卷項目描述」中的4.1節)。整個儲層厚度對蒸汽驅是開放的。

在sagd中，驅動能量來自於重力。其使用蒸汽或者其他減粘劑接觸儲層。粘度降低的瀝青或者重質油由於各相之間的密度差異而從接觸前部洩油，使得接觸前部基本上充滿新鮮注入的蒸汽或者其他試劑。

儘管其在商業上取得成功，但是sagd方法仍然存在以下缺點：

(1)其與儲層的接觸面積相對較小。這在操作的早期尤為如此。在由水平井對構成的sagd操作的常規循環啟動階段，儲層接觸為近似圓柱形並且與井幾乎同軸。在斜升階段，蒸汽腔幾乎垂直地延伸至儲層頂部，從而將儲層接觸增加到沿著水平井長度方向延伸的近似矩形形狀。在洩油階段，儲層接觸橫向擴散，但是不擴散遍及整個儲層寬度。接觸面積越小，刺激越少，產量也就越少。

(2)作為儲層生產中的驅動力，重力是能量較小的壓力差。隨著sagd蒸汽腔到達儲層的頂部，蒸汽橫向擴散並且其坡度逐漸減小，從而降低了重力洩油的效率。

(3)在sagd中，蒸汽腔非常早地達到儲層的頂部。然後，其橫向擴散，這導致越來越多的熱能損失在上覆巖層(overburdenrock)中。而且，由於長時間的熱接觸，上覆巖石也可以引起巖石形變，導致蓋層(caprock)完整性問題。在頂部具有複雜地質特徵的儲層中，sagd不適用或者不經濟，例如頂部天然氣，頂部水，受損或者不存在合格的蓋層。由於能量損失在上覆巖層，在薄儲層中的sagd操作可能不經濟。

(4)在sagd墊中，在兩個相鄰井對之間的空間形成未回收瀝青的礦囊。可以通過鑽探附加井獲得瀝青，從而提高油的總回收，但是鑽井的成本高。

在css方法的注入循環中，在足夠高的壓力下將蒸汽注入地層中以擴大孔隙空間。在注入循環結束時，在井附近的壓力和溫度是最高的，這就是蒸汽飽和。在生產周期開始時，必須首先回收具有最高能量值的蒸汽，然後回收在儲層壓力變低時可以生產的來自儲層遠端部分的油。因此，css方法的主要缺點是：(1)由於開始時產生的熱值對油的生產沒有多大貢獻的事實，能量效率低，(2)由於靠近生產井的掃掠區域隨著在該區域中的蒸汽循環和來回流動而變得越來越大，驅替過程不是有效的，和(3)在後期的循環中，生產自儲層遠端部分的油必須流過掃掠區域的長距離，從而被生產出來。

因此，需要提供同時優化刺激和驅動能量的刺激或者增強回收過程。

技術實現要素：

本發明教導了一種從儲層中生產烴的方法。該方法包括鑽探位於所述儲層底部附近的兩個或兩個以上的井，引發沿著儲層底部的與所述井相連的一個或多個高流動性區域，從所述儲層的底部向上生產儲層。

該方法可以進一步包括在引發一個或多個高流動性區域之後並且在生產烴之前，在兩個或兩個以上的井之間沿著儲層底部形成平坦的刺激劑腔的步驟。

該方法還可以進一步包括以下步驟：在大於儲層的地層壓力的壓力下，通過第一一個或多個注入井將刺激劑注入到儲層中，以在一個或多個高流動性區域中形成平坦的刺激劑腔；從兩個或兩個以上井的第二一個或多個生產井中生產冷凝的刺激劑和烴中的至少一種；在第一一個或多個注入井中連續注入刺激劑，與此同時，通過重力洩油和壓力驅油的組合，在第二一個或多個生產井中生產烴。

附圖說明

圖1a，1b和1c是在本方法中進行的步驟流程圖；

圖2是在含烴儲層中完成的多個井的橫截面圖；

圖3a至3b是本發明的兩個井的透視圖和正視圖，其示出了在鑽井和完井期間看到的局部不均勻性和井方差的實施例；

圖4是本發明完成井的實施例的平面圖；

圖5a是在本發明的第二階段期間圖2所示的井的正視圖；

圖5b是在本方法的第三階段期間圖2所示的井的正視圖；

圖6a是由實驗室規模模型來預測的隨著時間推移的刺激運動的示意圖，以分鐘測量；

圖6b是由實驗室規模模型進行模擬來預測的隨著時間推移的刺激運動的示意圖，以分鐘測量；

圖7是在實驗室規模模型中所使用的重質油樣品的粘度對溫度的圖；

圖8是對於模擬和實驗室規模模型，作為刺激劑注入時間的函數的累計分數油回收的圖。

具體實施方式

本發明教導了一種刺激方法，以從該方法的開始就在烴儲層中產生大的接觸面積，將重力洩油和壓力驅油組合，作為生產驅動機制，在大致均勻向上的方向上從儲層的底部生產儲層。

本發明利用重力和壓力差作為驅動能量。從方法的初始階段開始一直到結束，這兩種機制共同作用於地層。由於密度差異，重力促使油向下排放，而較輕的刺激劑則傾向於上升，從而使儲層中的刺激劑更均勻一致並且向下排放更均勻的油。壓力差控制注入的刺激劑和向下排放的被驅替至生產井的油的橫向移動。本發明的目的在於，從方法的早期階段開始，將刺激劑分布在儲層的橫向範圍內，並在整個生產過程中以這種方式持續刺激。

本方法可以帶來比常規方法更快的儲層生產，由於上覆巖層沒有熱損失，本方法可以實現具有更好熱效率的更完全的儲層回收。例如，如果使用蒸汽作為刺激劑，這反映在較小的累積蒸汽-油比例中。

本發明提供了一種生產石油儲層的新方法；從接近儲層底部開始，並且以具有相對平坦的水平前部的方式向上進行。井構造、注入材料和生產方法的各種變化可以在本發明中實施。該方法具有六個基本特徵：

(1)本方法力求在沿著儲層底部的兩個井之間實現早期連通。井間的連通發生在靠近儲層的底部。在回收過程開始之前，形成水平的高流動性區域。如果高流動性區域不是天然存在的話，則有可用於本發明的以產生這種高流動性區域的各種方法。

(2)刺激劑，即用於刺激儲層的材料，被注入到先前在儲層底部附近形成的水平的高流動性區域中。因此，在儲層回收開始時形成平坦的刺激劑腔，本發明提供了從方法的初始階段開始的大的刺激劑-油接觸面積。

(3)優選地，刺激劑比包含在儲層中的油輕，並且傾向於向上升起，代替包含在儲層孔中的油，從而使油由於重力向下排放。

(4)由於這些井之間的壓力差，刺激劑腔中的排放油被注入的刺激劑驅替至生產井中。該方法特別有利於生產油田或者重油儲層，其需要蒸汽或者其他刺激劑以降低油的粘度。總之，該方法可以應用於需要二次或者三次回收過程的任何儲層。後者包括初級生產後的枯竭的儲層。

(5)刺激劑前部從底層開始，相對均勻地向上前進，直到其前部撞擊水平滲透性屏障，因此在這種屏障下，能夠實現更快、更完全的儲層回收。理想的屏障是儲層的天然頂部，例如泥質和/或少油的飽和區間。例如，在加拿大艾伯塔省油砂開發的背景下，clearwater頁巖，wabiskaw頁巖或mcmurray頁巖是理想的屏障。

(6)此外，當刺激劑前部到達儲層的頂部或者上覆巖層的底部時，儲層基本上被刺激或回收。這顯著減少了刺激劑與上覆巖層的接觸時間。當刺激劑被加熱時，減少的暴露時間使得刺激劑在上覆巖層上損失的熱量最小。這提高了能量效率，減少了對蓋層的機械衝擊，將由儲層頂部特徵(例如頂部水、頂部氣體或者合格的蓋層不存在或有問題)帶來的不利影響最小化。

圖1a大致示出了通過本方法生產儲層的步驟，更優選地，圖1b和1c示出了實施例和步驟。

如圖2所示，在基本水平的方向上，鑽探兩個或兩個以上井4，這些井基本彼此平行和共面，並具有一定的水平間距，每個井4都靠近儲層的底部。水平井4的長度或者水平井4之間的水平間距可以改變。優選地，井的長度可以在400-800m範圍內，這是sagd操作中常見的通常長度。鑽井和完井的簡易性、地質條件、儲層質量和經濟性都會影響井長的選擇。本方法不需要通過井下封隔器將這種優選長度的水平井4分割成子部分。水平井4不需要具有相似的長度；然而，類似的長度有助於儲層的均勻回收。

井之間的井間隔也是本領域中常見的，例如30m到50m之間。由於這種井間距可以小於待生產的儲層的寬度，可以以注入井和生產井成對交替的方式鑽探兩個以上的井，並以預定的井間距隔開，以覆蓋儲層的整個寬度。地質條件、儲層質量和經濟性都會影響井間距的選擇。例如，較寬的井間距可以更加經濟，因為需要鑽探的井更少。另一方面，較寬的井間距可能使得該方法更加難以操控。因此，在確定井間距時需要權衡。一般來說，將地質條件和儲層特徵的良好表徵工作與數值模擬相結合，可以設計出最優的井間距。當然，現場操作的經驗最終也會影響決策。

在一些情況下，待生產的儲層可以具有一個或多個床層貝巖層或者穿過儲層的深度而存在的其他滲透性屏障。在這種情況下，可以認為儲層由一個或多個儲層組成，每個儲層被這種滲透性屏障隔開，為了本發明的目的，短語「儲層底部」被理解為包括每個所述床層滲透性屏障的正上方和附近的區域。在這些情況下，可能需要在每個床層滲透性屏障正上方的每個儲層的底部鑽探一個或多個井。

如圖3a和3b所示，井可以沿著井的長度方向具有不規則的形狀，允許井6和24之間沿垂直方向的小偏移遵循儲層底部的地形，或者允許從注入井6到生產井的更好的重力洩油。

應當注意的是，本發明同樣適用於垂直井或者傾斜井。垂直井或者傾斜井可以間隔開，以覆蓋儲層的一定寬度，也可以延伸儲層的整個深度。優選地，在這種情況下，在儲層底部附近的井是套管和穿孔的。優選地，兩個垂直井中的每個井的穿孔深度到儲層底部的距離基本一致。

本方法優選水平井，因為它們能夠實現更好、更大的儲層接觸。

在本發明中，水平井4的完井可以從sagd工業中借用。例如，如圖4所示，其具有通常不膠結的長的水平裸井部分8。插入具有開槽開口和/或線纏繞的水平襯套10。在襯套10和地層2之前存在開口的環面12。在襯套10內，第一長管16被設置在水平井段的結尾處，被稱為趾部(toe)18。第二短管20也被插入到水平井段的開始處，被稱為跟部(heel)22。優選這樣完成井4(特別是生產井)，以允許待生產的油和其他副產物(例如冷凝的刺激劑)流動，但阻止生產活性蒸汽態或者氣態刺激劑。這種完成方法是本領域公知的，例如butler的美國專利no.4,344,485中所教導的。可以改變井4的取向和完井，這些改變被本領域技術人員很好地理解為包括在本發明的範圍內。

優選地，在鑽探和完成水平井4之後，本方法進行以下三個階段：(1)水平高流動性區域的形成階段；(2)生產啟動階段；和(3)連續產油階段。它們在圖5a和5b中示出。

本發明特別有利於生產油田或者重油儲層，其需要蒸汽或者其他刺激劑以降低油的粘度。總之，該方法可以應用於需要二次或者三次回收過程的任何儲層。後者包括初級生產後的枯竭的儲層。為了本發明的目的，術語油、石油和烴應當理解為可以互換使用。

在一些優選的刺激劑(例如蒸汽)的情況下，蒸汽加熱重烴液體以降低其粘度。在其他情況下，刺激劑(例如溶劑)具有降低粘度的性質，其用於降低重質烴的粘度。在增強回收或者三次回收低粘度常規油的情況下，上升的刺激劑具有降低烴油相與驅替液之間的表面張力的性質，從而使油能夠下降。總之，當刺激劑向上移動時，其驅替相對較重的烴類液體，然後由於重力而向下排入高流動性區域中。

當烴類液體向下排放時，由於注入井和生產井之間的壓力差，其也朝著生產井被驅動。本方法從儲層的底部相對均勻地向上進行，從而實現更多的儲層接觸以及更快、更完全的烴回收。

步驟1：沿著儲層底部形成水平的高流動性區域。

作為第一步驟，在靠近儲層的底部形成連接兩個相鄰水平井4的一個或多個水平的高流動性區域。可以通過各種方式產生高流動性區域，只要他們能夠產生沿著儲層底部的兩個相鄰井之間的早期連通即可。

早期連通允許本方法步驟2中刺激劑的注入，從而更容易地從注入井穿透到生產井中，注入的刺激劑與儲層之間形成大的接觸面積。

靠近儲層的底部形成有水平的高流動性區域。沿著儲層底部的水平高流動性區域的形成使得儲層刺激和回收過程沿著相對水平的平坦前部從儲層底部朝著儲層頂部進行。操作結果是儲層中的刺激劑具有更好的一致性，更高的儲層回收率，對存在的頂部特徵(例如頂部水、頂部氣體或者不存在合格的蓋層)的不敏感。

在兩個井4之間形成的高流動性區域不必嚴格地水平，但應該基本上水平。在一個優選實施例中，生產井可以低於注入井，以通過重力增加烴類液體朝向生產井的流動。

產生水平的高流動性區域的方法有多種。以下引用一些實施例，但是可以採用其他產生水平高流動性區域的方法，這不背離本發明的範圍：

(a)通過高壓注入的受控擴張和壓裂——在這些情況下，沿著位於儲層底部附近的水平井或者通過注入到穿過儲層底部附近的垂直井的間隔中，對儲層底部進行高壓注入。

注入液體包括可以注入到地層中的任何液體，其可以提高孔隙壓力和刺激烴。可以使用蒸汽、溶劑、水或者熱水、或者可以用於形成裂縫或擴張區域的其他任何注入液體。水、熱水或者溶劑是選優的注入液體，因為液體傾向於向下流到儲層的底部。可選地，在高流動性區域的引發階段，可以隨著時間改變注入液體的類型。優選地，還可以進一步注入支撐劑，以撐開所形成斷裂區域。

(b)利用天然存在的高流動性區域，例如底部水區域。

(c)早期的循環蒸汽刺激(css)從高流動性區域的兩端的兩個井中產生高流動性區域，以使在儲層底部附近的井之間沿著水平方向建立早期連通通道。css可以與上述選項(a)中的受控擴張和壓裂組合操作，或者可以以非壓裂或者非膨脹的方式進行操作。

(d)冷重油生產(chop)——這個方法會產生含重質油的砂。chop通常用於早期儲層的生產，會在儲層中形成蟲孔。來自於較早期的chop方法的蟲孔可以用於產生本發明的水平高流動性區域。如果通過對垂直井穿孔或者放置水平井，從而在儲層底部附近產生連通至儲層的通道，那麼橫向靠近儲層底部的蟲孔可以延伸到儲層中，並最終與兩個相鄰的井相連。優選地，在原位應力條件和/或儲層性質下使用該方法，形成水平的蟲孔，然後這些蟲孔可以用於形成水平的高流動性區域。

其他改變和方法也可以用於產生高流動性區域，包括例如通過鑽探間隔小的垂直井或者水平井，以使在儲層底部附近機械地產生井間連通。

步驟2：生產啟動階段

本發明的第二階段是通過將刺激劑注入到第一階段形成的高流動性區域中，啟動生產。如圖5a所示。第二階段的目標是在刺激劑與儲層之間建立沿著水平井的長度方向穿過儲層底部的初始接觸面積。在第二階段結束時，在儲層底部形成平坦的水平取向的刺激劑腔。

優選地，通過降低油粘度和/或降低界面張力，刺激劑進一步刺激儲層的形成，以防止油相流出蟲孔。

可用於本發明的一些刺激劑的實施例包括：蒸汽、蒸汽形式的溶劑、二氧化碳(co2)、空氣、氮氣(n2)、氧氣(o2)、硫化氫(h2s)、不可凝氣體(ncg)或者這些材料的混合物。這些材料中的一些材料可以用作其他活性功能材料的載體。例如，空氣可以與一些化學催化劑混合，以形成用於注入的泡沫刺激劑。

刺激劑被注入到注入井6中，與此同時，生產井24打開，以從底部的高流動性層中進行生產，該高流動性層具有比其餘的地層2更高的水相滲透率。

優選地，開始時，通過本領域中公知的方法監測和操控注入井中的刺激劑注入速度和生產井中的生產速度，從而使刺激劑絕大多數地穿透形成在地層2的底層中的高流動性區域。這用於刺激地層2和該層中的油，降低粘度，使油流動，並允許其從生產井24中生產出來。

在本發明的這個階段，也可以隨著時間改變所使用的刺激劑的類型。

在以蒸汽作為優選刺激劑的情況下，由於初始的地層2的溫度遠低於蒸汽溫度，導致注入的蒸汽冷凝，隨著蒸汽加熱底層中的油，在注入井6附近開始並朝向生產井24緩慢地擴散。這種冷凝產物朝著生產井24移動，並在注入井6與生產井24之間產生第一連通。逐漸地，隨著更多的蒸汽被注入，高流動性區域被進一步加熱和刺激，更多的油流到生產井24中。當冷凝的熱水穿過生產井24時，生產效率提高，以允許蒸汽擴散到整個底層以產生第一平坦蒸汽腔26。上述過程如圖5a所示。當刺激劑被激活時，由於其密度低於待生產的油，刺激劑繼續上升，並穿過儲層。在可冷凝的刺激劑(例如蒸汽)以及可冷凝的氣態和蒸汽態溶劑的情況下，當刺激劑上升穿過儲層時，其可以冷凝，然後這種冷凝的刺激劑通常與油一起排放，並在生產井中生產。

在一個優選實施例中，除了將刺激劑注入到注入井6之外，可能還需要在有限的時間內將刺激劑在開始時就注入到生產井24中。注入的刺激劑用於刺激儲層，例如降低生產井24附近的瀝青的粘度。因此，可以更早地實現從注入井到生產井的穿透。

步驟3：連續產油階段

在位於儲層2底層的平坦的刺激劑腔26形成之後，開始連續生產油，如圖5b所示。在這個階段產油有利地利用兩種機制：重力洩油和壓力驅油。更為優選地，通過控制生產井24中的油和任何冷凝刺激劑的生產效率，和/或，也操控注入井6中的刺激劑的注入壓力和/或注入速度，使通過這兩種機制進行的產油是平衡的。一般地，在sagd工業實踐中，通過在生產井24處利用過冷控制來防止產生蒸汽態或者氣態刺激劑。

本方法的一種回收機制是刺激劑輔助的重力洩油，其在某些方面類似於美國專利no.4,344,485中所描述的。注入的刺激劑上升，與平坦的刺激劑腔上方的油接觸，而任何冷凝的刺激劑和被加熱的油下降，因為冷凝的刺激劑與油的混合物重於活性的氣態或者蒸汽態刺激劑。該過程佔據由井間距離和水平井長度確定的儲層的整個水平橫截面面積。

本方法的第二種回收機制是從注入井6到生產井24的壓力驅油。由於在第二階段形成了平坦的刺激劑腔，從注入井6注入的刺激劑輕於地層2中的油，而且由於較高壓力的注入井6與較低壓力的生產井24之間的壓力差，刺激劑傾向於上升和朝著生產井24橫向流動。

應當注意的是，本方法的驅替機制不同於常規的蒸汽驅和循環蒸汽刺激方法，本方法產生兩個不同的刺激劑驅替的區域，如圖5b所示。在第三階段之前，圖5b中區域ⅰ所表示的第一區域主要由冷凝的冷凝劑和一些捕獲的殘餘油填充。隨著平坦的底部持續向上進行，冷凝的刺激劑在儲層的底部積累，並緩慢地向上推動刺激劑腔，表示為區域ⅱ。通過區域ⅰ的驅替是形成在注入井6附近的新冷凝的刺激劑，其驅替早前形成的冷凝的刺激劑和夾帶的油。通過區域ⅱ的驅替是驅替下降油和冷凝刺激劑的新注入的刺激劑。

由於注入的刺激劑從注入井6向生產井24推動加熱的油和冷凝的刺激劑，從鄰近注入井6的高端到靠近生產井24的下端，兩個驅替區域變得越來越彎曲。這兩個驅替區域的形狀和相對尺寸由恆定注入壓力下的生產速度或者恆定注入速度下的生產壓力決定，或者由注入速度或注入壓力與生產速度或生產壓力的任意其他組合決定。通常來說，生產井的慢速或者低壓會產生相對平坦的區域，生產井24的快速或者高壓會增大兩個區域的斜率。

在本方法的這個階段中，所使用的刺激劑的類型可以與在本方法的第二階段中所使用的刺激劑相同或者不相同。同樣地，在本方法的這個階段，可以隨著時間改變所使用的刺激劑的類型。

操作條件優化重力洩油機制和壓力驅油機制之間的平衡，該平衡應當根據儲層的特徵進行選擇，例如水平和垂直滲透率，高溫下的油粘度和本領域技術人員公知的其他參數。在最優選的實施例中，調節生產速度以允許油和任意冷凝刺激劑的液體池圍繞生產井24，該液體池用於防止儲層中的活性蒸汽態或者氣態刺激劑通過生產井24產生。通常在sagd操作中實踐後者。

前述公開表示本發明的一個實施例。根據前述公開的內容，在不背離本發明的精神或範圍的情況下，在實踐本發明的過程中進行各種修改和替換，對於本領域技術人員來說是顯而易見的。

例子

以下實施例僅用於說明本發明的某些實施方案，而不限制本發明的範圍，本發明的範圍僅有權利要求書限定。

二維實驗室模型

已對本方法進行了二維實驗室規模的實驗。如圖6a示意性地示出，注入井位於模型的左下角，生產井位於模型的右下角。這兩個井垂直於二維模型，用以表示三維情況下的長水平井的部分。該模型為9"長、6"高、1"厚，並具有用於可視化蒸汽的發展過程的2"厚的plexiglastm窗。兩個井的直徑為3/8"，沿其周圍穿孔(直徑為1/10")，用200目的金屬網覆蓋，以防止砂從生產井中流出。

該模型填充有30-50目的砂，孔隙率為33％，滲透率為16.8達西。沿著模型的底部形成厚度為2cm的高滲透率層。在實驗室的實驗中使用在環境溫度(21℃)下粘度為290mpa·s的重質油樣品。測量在環境溫度與70℃之間的重質油的粘度，並通過使用如圖7所示的數學回歸方法外推至115℃。

在室溫下用油淹沒模型，以確保模型被油完全飽和。在模型被重質油飽和之後，通過注入井將水緩慢注入到模型中，並將生產經打開，以從模型地層底部的高流動性區域產油。在水穿透模型的底層之後，繼續注入水直到水的飽和度達到約45％，這足以在蒸汽注入開始時啟動平坦底部上升過程。

在高滲透底層中的水處於飽和之後，在約15psig下通過注入井降蒸汽注入模型中。從生產井中生產出冷凝物和熱油。在實驗過程中，通過模型的透明玻璃記錄蒸汽腔輪廓的發展過程。六個注入時間下的蒸汽-油邊界的輪廓如圖6a所示。在實驗室規模模型實驗中，蒸汽腔的演變表明：當儲層底部形成平坦的蒸汽腔時，兩個回收機制(重力洩油和壓力差)的組合用於持續地將模型中的流動油從生產井中移除。作為蒸汽注入時間的函數，累積油回收率繪製在圖8中。需要注意的是，可以回收模型中約80％的油。

採用數值模擬技術，模擬上述物理模型試驗。如圖7所示，測量在模型試驗中使用的油的粘度及其對溫度的依賴性，模擬油的粘度及其對溫度的依賴性。假設蒸汽在15psig下產生，用於加熱油。開始時，模型中砂的溫度為21℃。在模擬中，通過使用20℃的過冷來控制生產。蒸汽-油界面的模擬演化如圖6b所示。在圖8中比較了物理模型和模擬的累積分數油回收率與注入時間的結果。