郝 杰 吳 濤 王 勇

1西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院3陜西延安石油天然氣有限公司

過熱蒸汽驅(qū)蒸餾作用機理實驗

郝 杰1 吳 濤2 王 勇3

1西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院3陜西延安石油天然氣有限公司

選取河南油田2種典型原油樣品（樓平5井Ⅲ63層和L803井IV53層），在240℃飽和條件下，測得蒸汽蒸餾率分別為11.9%和22.7%；在320℃飽和條件下，測得蒸汽蒸餾率分別為17.2%和35.7%。無論是在相同溫度，還是在相同的壓力條件下，蒸汽處于過熱狀態(tài)時，其蒸汽的熱焓值大大高于飽和狀態(tài)，過熱蒸汽可以較大幅度地提高原油的蒸汽蒸餾率。實驗結(jié)果表明：原油黏度和蒸汽蒸餾率存在一定關(guān)系，原油黏度低時，其蒸汽蒸餾率較高。

稠油；蒸汽蒸餾率；黏度；熱焓值；特征曲線

目前國內(nèi)外大多數(shù)稠油油藏采用的就是常規(guī)濕飽和蒸汽驅(qū)熱采技術(shù)，注入的蒸汽干度在50%左右，隨著井的深度增加，蒸汽干度還會下降。河南油田稠油注蒸汽開發(fā)已有20多年，而關(guān)于原油的蒸汽蒸餾率缺乏定量數(shù)據(jù)，不同原油注飽和蒸汽和過熱蒸汽時的蒸汽蒸餾率及蒸餾機理對提高采收率的貢獻率的研究尚屬空白。測定不同原油在飽和條件和過熱條件下的蒸汽蒸餾率數(shù)據(jù)，探討過熱蒸汽驅(qū)蒸餾作用機理，開展室內(nèi)實驗及現(xiàn)場模擬試驗，對于該油田稠油開采來說具有重要意義。

1 室內(nèi)蒸汽蒸餾實驗的內(nèi)容

河南油田2種非典型性稠油的性質(zhì)見表1。主要進行壓力3.34MPa、溫度240℃的普通蒸汽和壓力3.34MPa、溫度320℃的過熱蒸汽2種條件下稠油蒸汽蒸餾率的測定。

表1 實驗用原油性質(zhì)

實驗測定的主要內(nèi)容如下：

（1）壓力3.34MPa、溫度240℃的普通蒸汽，2個油樣×1個溫度×1個壓力。

（2）壓力11.4MPa、溫度320℃的普通蒸汽，2個油樣×1個溫度×1個壓力。

（3）壓力3.34MPa、溫度320℃的過熱蒸汽，2個油樣×1個溫度×1個壓力。

（4）測定原油的四組分，2個油樣×4種條件下的油樣品。

（5）原油餾出物定量分析。2個油樣×3種條件下的蒸餾產(chǎn)物。

2 實驗結(jié)果及分析

本次實驗針對2種最具代表性的原油樣品，進行了240℃和320℃的普通蒸汽蒸餾率測定以及在壓力3.34MPa、溫度320℃的過熱蒸汽等條件下的蒸汽蒸餾率的測定。另外，還對2種原油樣品及不同試驗條件下試驗后殘留油的四組分進行了測定，對不同蒸餾條件下餾出物進行了定量分析，以便分析注過熱蒸汽開采技術(shù)的機理。

（1）溫度對飽和條件下原油蒸汽蒸餾率影響。溫度升高，同一種原油在飽和條件下，原油的蒸汽蒸餾率增大，如圖1所示。樓平5和L803兩種原油飽和條件下，溫度從240℃升高至320℃時，原油蒸汽蒸餾率分別從11.9%、22.7%升至17.2%和35.7%，溫度升高80℃，蒸汽蒸餾率分別提高了5.3%和13.0%。

圖1 飽和條件下2種原油蒸汽蒸餾特征曲線

（2）過熱條件下原油蒸汽蒸餾率的測定。過熱蒸汽能夠較大幅度地提高原油的蒸汽蒸餾率。樓平5和L803兩種原油過熱條件下，蒸汽蒸餾率都有較大幅度的提高，如圖2所示。320℃時，壓力分別為3.34MPa和11.4MPa條件下，原油蒸汽蒸餾率分別從17.2%、35.7%升至26.25%和47.06%，過熱度80℃時，2種原油的蒸汽蒸餾率分別提高了9.05%和11.36%。

圖2 過熱條件下2種原油蒸汽蒸餾特征曲線

（3）不同原油的蒸汽蒸餾率測定。河南油田原油的黏度范圍變化較大，有輕油、普通稠油、特稠油、超稠油和高凝油等，不同類型的原油，具有不同的性質(zhì)，這些不同性質(zhì)不只表現(xiàn)在黏度上的差異，還表現(xiàn)在初餾點及餾分上的不同。其中，蒸汽蒸餾作用是稠油注蒸汽開采的重要機理之一，原油的蒸汽蒸餾率是蒸汽蒸餾機理的具體體現(xiàn)，不同原油蒸汽蒸餾率的差異直接反映了蒸汽蒸餾機理的貢獻大小。本項實驗選取了河南油田目前相對具有代表性的稠油2種，測定了它們的蒸餾率數(shù)據(jù)。樓平5原油黏度較大，屬于特稠油范圍，而L803原油屬于普通稠油。測定結(jié)果顯示：在相同條件下，L803原油蒸汽蒸餾率大于樓平5原油的蒸汽蒸餾率；不論是普通蒸汽還是過熱蒸汽都具有相同的規(guī)律。但是，綜合對以往的大量測試結(jié)果，并不能得到原油蒸汽蒸餾率和原油黏度具有直接的相關(guān)關(guān)系，因為原油的蒸汽蒸餾率除了受黏度的影響較大外，還和原油含蠟等自身化學(xué)性質(zhì)密不可分。

3 對原油蒸汽蒸餾數(shù)據(jù)的探討

注蒸汽熱采的采油機理主要包括：溫度升高，原油黏度降低；熱膨脹作用；蒸汽的蒸餾作用；脫氣作用。不同類型的原油，起主導(dǎo)作用的驅(qū)油機理不同。例如，對于稠油油藏，加熱降黏及蒸汽蒸餾作用是最主要的采油機理；而對于稀油油藏，熱膨脹、蒸汽蒸餾及氣體脫油作用是主要的采油機理。至于稠油油藏注過熱蒸汽的開采機理主要包括：①原油的熱裂解，表現(xiàn)為在相同的溫度條件下，原油蒸汽蒸餾率更高；②注過熱蒸汽導(dǎo)致油藏巖石的潤濕性發(fā)生變化；③注過熱蒸汽攜帶更多的熱量；④過熱蒸汽具有更大的比熱容等。實際上無論是進行蒸汽驅(qū)，還是過熱蒸汽驅(qū)，其蒸汽蒸餾作用對整個蒸汽驅(qū)的采收率的貢獻要比實驗室測得的蒸餾率值低一些。具體蒸汽蒸餾機理在蒸汽驅(qū)/過熱蒸汽驅(qū)采收率中所占的比例究竟有多大，需要根據(jù)實驗室實際測定的蒸餾率數(shù)據(jù)以及巖心驅(qū)替實驗數(shù)據(jù)進行綜合分析計算才能得到。

4 結(jié)語

（1）針對選取的2種典型原油樣品（樓平5井Ⅲ63層和L803井IV53層），在240℃飽和條件下，測得蒸汽蒸餾率分別為11.9%和22.7%；在320℃飽和條件下，原油的蒸汽蒸餾率分別為17.2%和35.7%。因為飽和壓力條件下，隨著溫度的升高，濕飽和蒸汽的熱焓增加。

（2）針對選取的2種典型原油樣品（樓平5井Ⅲ63層和L803井IV53層），在3.34MPa及320℃條件下，蒸汽處于過熱狀態(tài)（過熱度達80℃），原油的蒸汽蒸餾率分別達到26.25%和47.06%，與240℃飽和條件相比蒸汽蒸餾率分別提高了14.35%和14.36；與320℃飽和條件相比蒸汽蒸餾率分別提高了9.05%和11.36。這說明無論是在相同溫度，還是在相同的壓力條件下，蒸汽處于過熱狀態(tài)時，其蒸汽的熱焓值大大高于飽和狀態(tài)，表明過熱蒸汽可以較大幅度地提高原油的蒸汽蒸餾率。

（3）實驗選擇的河南油田2種典型稠油（溫度30℃，樓平5井Ⅲ63層，黏度：16 750mPa·s；溫度30℃，L803井IV53層，黏度：508.2mPa·s），分別測定了它們在不同溫度、壓力下的蒸餾率，結(jié)果表明：原油黏度和蒸汽蒸餾率存在一定關(guān)系，原油黏度低時，其蒸汽蒸餾率較高。但由于實驗測定的原油樣品較少，得出原油黏度和其蒸汽蒸餾率的關(guān)系會有些勉強。其實，通過大量的樣品測定可以發(fā)現(xiàn)，大部分原油的蒸汽蒸餾率和原油黏度有關(guān)，但也有一些出現(xiàn)反常，所以原油蒸汽蒸餾率只是和原油自身性質(zhì)有關(guān)，黏度僅是其中性質(zhì)之一。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.008