摘要：這篇論文從單獨(dú)作用和混合作用兩方面入手展現(xiàn)了在天然裂縫桐油油藏連續(xù)注蒸汽開采過(guò)程中，氣體溶解作用、CO₂生成作用、蒸汽蒸餾作用、毛細(xì)管自吸作用以及重力排驅(qū)作用等驅(qū)油機(jī)理對(duì)油氣采收率的不同影響。本研究利用兩個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬基巖升溫過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基質(zhì)巖塊蒸汽驅(qū)過(guò)程中原油的采出機(jī)理主要是蒸汽蒸餾和氣體溶解的混合作用，這個(gè)結(jié)論對(duì)同類油藏蒸汽注入工程的設(shè)計(jì)有著關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。

引言

上世紀(jì)80年代之前，人們普遍認(rèn)為天然裂縫性油藏采用蒸汽驅(qū)可能會(huì)導(dǎo)致原油偏離流道進(jìn)入裂縫，導(dǎo)致原油最終不能被采出。然而，在80年代初期，模擬操作及油田測(cè)試的結(jié)果展現(xiàn)了在天然裂縫性油藏中采用蒸汽驅(qū)開采稠油的經(jīng)濟(jì)潛力。為了對(duì)相關(guān)物理過(guò)程有更深的理解并證明這種方法的可行性，對(duì)諸如原油降粘作用、熱膨脹作用、蒸餾作用、毛細(xì)管自吸作用、氣體溶解作用、CO₂生成作用及重力排驅(qū)作用等機(jī)理的研究就變得十分重要。

1 方法

要研究采油機(jī)理，采用兩個(gè)相近的模型來(lái)模擬天然裂縫性油藏。模型1描述一個(gè)基質(zhì)巖塊對(duì)稱斷面(二維)的升溫過(guò)程；模型2描述同一巖塊垂向上的升溫過(guò)程。

2 各機(jī)理的研究

2.1氣體溶解作用與原油降粘機(jī)理

當(dāng)蒸汽被注入裂縫時(shí)，熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式傳人基巖中央，造成液體和固體膨脹，原油粘度降低。膨脹與基巖中的壓力上升，而降粘對(duì)流體的流動(dòng)有促進(jìn)作用。因此，流體被從基巖中排出，進(jìn)入到裂縫。

壓力波增長(zhǎng)期間，基巖中的平均壓力隨溫度的升高而增大。之后，盡管平均溫度依然上升，但基巖平均壓力會(huì)出現(xiàn)下降。壓力的下降是由原油中逸出氣體的衰竭引起的，并最終降低到與裂縫中的注入壓力相等。

基巖中原油的流量與釋放的氣體體積密切相關(guān)。最初，連氣體臨界飽和度的大小都會(huì)影響原油的流動(dòng)。原油流速與氣體流速同時(shí)達(dá)到最高值。之后，與溶解氣的逸出量一樣，原油產(chǎn)量下降。氣體溶解機(jī)理發(fā)揮作用的階段會(huì)產(chǎn)生大量的油氣，而它們的流動(dòng)又受到原油粘度的影響。

2.2氣體溶解、原油降粘與蒸汽蒸餾機(jī)理

蒸餾是基于液汽混合物平衡方程的一種分離方法。在實(shí)際條件下，當(dāng)在液體混合物中有兩種或多種純凈物時(shí)，蒸餾可以作為一種合適的分離方法，使用條件為各組分只需要有適度不同的揮發(fā)性。當(dāng)兩種不相溶的物質(zhì)混合加熱時(shí)會(huì)發(fā)生蒸汽蒸餾，這里的物質(zhì)即為水和分餾油。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，最初的混合蒸汽壓為其最大值，并且在烴類氣體被蒸餾完畢之前保持為常數(shù)。此后，混合蒸汽壓降低并在輕質(zhì)擬組分被完全分餾前保持不變。不久之后，壓力再次降低并保持恒定直到中間組分排盡。這時(shí)，混合蒸汽壓要小于基巖中壓力。而最后的重質(zhì)擬組分并不能被分餾。這樣，輕質(zhì)與中間擬組分就比重質(zhì)擬組分占有更高的比例，采出原油的品質(zhì)就會(huì)大幅提高。

2.3氣體溶解、原油降粘、蒸汽蒸餾與CO₂生成機(jī)理

本組機(jī)理附加的CO₂生成機(jī)理可以在一定程度上加快基巖油氣的采收。然而，最終的原油采收率并不會(huì)因此得到提高。由于CO₂的存在，混合蒸汽壓提高，因此；所有的組分都貢獻(xiàn)了大量的分子運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)平衡，氣體流量占優(yōu)。另一方面，即使混合物中存在CO₂，大量的重質(zhì)擬組分還是不能被蒸餾出來(lái)。因此，這對(duì)最后的重質(zhì)擬組分的采收并不有利，最終總的采收率也會(huì)受到影響。

在CO₂產(chǎn)生過(guò)程中，因CO₂的溶解造成的原油的溶脹并不明顯。在高溫條件下，氣體在液體中的溶解度非常小。因此，CO₂對(duì)原油溶脹并沒(méi)有明顯的作用，也就不能以這種方式排出可觀的原油體積。

2.4氣體溶解、原油降粘、蒸汽分餾、CO₂生成及毛管自吸機(jī)理

在本實(shí)驗(yàn)中毛管自吸作用非常有限，當(dāng)毛管自吸機(jī)理再被加入到活化機(jī)理中時(shí)，最終的原油采收率略有上升。這是由于非潤(rùn)濕相(油相)被潤(rùn)濕相(與蒸汽伴生的熱水)驅(qū)替造成的。由于毛管力的作用，裂縫中的水進(jìn)入基巖中的小孔，使內(nèi)部壓力升高。內(nèi)部壓力的升高主要影響到重質(zhì)擬組分產(chǎn)量的提高。

2.5熱膨脹與原油降粘機(jī)理

由于基巖壓力高于泡點(diǎn)壓力，原油中溶解的烴類氣體并不會(huì)被釋放，基巖流體向裂縫流動(dòng)的能量來(lái)源于流體與巖石的膨脹。從另一方面說(shuō)，溶于原油中的烴類氣體并不會(huì)影響油相的相對(duì)滲透率，也不會(huì)影響它的流動(dòng)。

因此，流動(dòng)狀況的改善有助于原油的產(chǎn)出，但氣體的采收會(huì)受到影響。這是因?yàn)闅怏w是溶解在原油中的，其采收受到流體與巖石熱膨脹排驅(qū)出的原油量的限制。

在克服裂縫與基巖間的壓差之后會(huì)產(chǎn)生垂向的壓力梯度，造成稠油相對(duì)滲透率下降而阻礙其流動(dòng)。同時(shí)，烴類氣體、輕質(zhì)及中間擬組分的釋放造成原油粘度上升。這樣，對(duì)重質(zhì)組分流動(dòng)的阻礙影響了其產(chǎn)出，并最終降低了原油的采收率。

2.6氣體溶解、蒸汽蒸餾、重力排驅(qū)及CO₂生成機(jī)理

加入CO₂生成作用會(huì)提高油氣的采收率。熱水與巖石化學(xué)反應(yīng)生成的CO₂在降低油相各分餾組分分壓及加快這些組分的采收方面發(fā)揮主要作用。

2.7氣體溶解、蒸汽分餾、重力排驅(qū)、CO₂生成及毛管自吸機(jī)理

當(dāng)毛管力的作用被添加到下面機(jī)理組合中時(shí)：氣體溶解、蒸汽蒸餾、重力排驅(qū)及CO₂生成作用，原油的采收率會(huì)略有上升。重力將裂縫中蒸汽排驅(qū)到基巖中最大的孔隙，毛管力將裂縫中的水排驅(qū)到基巖中最小的孔隙，由于它們的綜合作用，驅(qū)使流體排出的壓差增大。這樣，原油的流動(dòng)特別是其中重質(zhì)組分的流動(dòng)得到改善，并最終提高了采收率。

然而，兩種力的作用對(duì)重質(zhì)擬組分的影響是有限的。在本實(shí)驗(yàn)中，兩種力產(chǎn)生的壓差很小，它取決于流體的飽和度，基巖中水的飽和度的上升會(huì)降低它們的綜合作用。因此，由于壓力梯度的降低、低相對(duì)滲透率及高粘度的共同作用，重質(zhì)擬組分進(jìn)入基巖變得十分困難。

3 總結(jié)

相關(guān)機(jī)理的加入加快了高采油期基巖的油氣產(chǎn)出。每種機(jī)理提供的能量都會(huì)改善流體的流動(dòng)。最終，油氣的采收率也有望得到提高。

4 結(jié)論

(1)本研究證實(shí)了連續(xù)蒸汽驅(qū)在天然裂縫油藏稠油開采過(guò)程中的潛力。

(2)本研究涉及的所有機(jī)理的綜合作用都會(huì)加快基巖油氣的開采。

(3)由于能夠完全采出烴類氣體及油相中的輕質(zhì)和中間擬組分，因此蒸汽蒸餾是所有機(jī)理中最有效的。但是，它對(duì)重質(zhì)擬組分采收的影響非常小。因此，產(chǎn)出油的品質(zhì)會(huì)得到顯著提高。

(4)氣體溶解機(jī)理可以引發(fā)裂縫與基巖間壓差的明顯增大。

(5)烴類氣體、輕質(zhì)及中間擬組分的分離引起原油的高粘度及毛管力的大小，都使毛管自吸作用對(duì)基巖中原油采收的影響不甚明顯。

(6)隨著原油流動(dòng)條件的改善，對(duì)于基巖原油采收率的提高來(lái)說(shuō)，對(duì)原油降粘有貢獻(xiàn)的熱膨脹比氣體溶解有更明顯的促進(jìn)作用。然而，后者具更高的氣體采收率。

(7)原油粘度事實(shí)上并不能被算作一個(gè)機(jī)理，因?yàn)樗⒉皇且环N能量來(lái)源。但是，當(dāng)基巖與裂縫間存在壓力梯度時(shí)，它將會(huì)對(duì)基巖中原油的采出有顯著影響?？偟膩?lái)說(shuō)，其作用是使原油采出提前，推遲氣體產(chǎn)出。

(8)CO₂生成機(jī)理對(duì)油相中蒸餾出的各組分的采收發(fā)揮積極作用，對(duì)重質(zhì)擬組分的采收也有一定影響。

(9)本研究中，重力排驅(qū)作用對(duì)基巖中原油的采收沒(méi)有必然聯(lián)系，其作用甚微，且僅對(duì)重質(zhì)擬組分的采收有一定作用。