梁 偉，趙曉紅，張紫軍，劉 輝，喬 真

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營(yíng)257000；2.中國(guó)石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠）

1 實(shí)驗(yàn)儀器及方法

（1）實(shí)驗(yàn)儀器。PVT高溫高壓大型實(shí)驗(yàn)裝置，CRZF－2型蒸汽發(fā)生器，LC6000型制備高效液相色譜儀，CRZF蒸汽發(fā)生器，P6250－T恒流泵，恒溫箱，恒壓泵，油砂攪拌器，產(chǎn)液收集系統(tǒng)，測(cè)控系統(tǒng)等。

（2）實(shí)驗(yàn)方法。PVT高壓物性試驗(yàn)方法：把氣體、油樣通過(guò)增壓泵、計(jì)量泵注入配樣器充分?jǐn)嚢杌靹?，后轉(zhuǎn)入PVT主機(jī)，在一定溫度下加壓，使混合樣品成為均相后進(jìn)行P－V參數(shù)測(cè)試，然后把混合樣品從PVT主機(jī)一方面注入落球粘度計(jì)測(cè)量粘度，另一方面放出后進(jìn)行脫氣實(shí)驗(yàn)，求取氣油比、體積系數(shù)等參數(shù)。

蒸汽驅(qū)替試驗(yàn)方法：參照中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“稠油油藏驅(qū)油效率的測(cè)定”（SY／T 6315－1997）執(zhí)行。

2 多元熱流體提高稠油采收率作用機(jī)理

多元熱流體熱采技術(shù)是利用航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噴射機(jī)理，燃油與空氣混合燃燒后產(chǎn)生高溫高壓的煙道氣，將水加熱汽化，形成N2、CO2、水蒸氣、熱水等組成的高壓多元熱流體混合物，注入井下油層，從而提高單井產(chǎn)量［1－8］。多元熱流體主要包括熱載體（蒸汽、熱水）、二氧化碳、氮?dú)?。多元熱流體采油設(shè)備所產(chǎn)生的混合氣（汽）成分：在水蒸汽為飽和狀態(tài)時(shí)，各成份質(zhì)量百分比為：二氧化碳9.9%，氮?dú)?2.8%，水蒸汽57.3%。

多元熱流體主要由水蒸汽、CO2、N2組成，因此，多元熱流體對(duì)稠油的主要作用機(jī)理由水蒸汽、CO2、N2各組分以及相互協(xié)同作用完成。

2.1 多元熱流體降低原油粘度，增加原油彈性能

研究CO2、N2在普通稠油中的溶解性能及其對(duì)原油體積系數(shù)、壓縮系數(shù)和原油降粘率等高壓物性的影響。

溶解氣油比隨壓力變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖1）：兩種氣體的溶解度隨壓力的增加基本線性增加，符合亨利定律。CO2具有較高的溶解能力，當(dāng)壓力為9.41 MPa時(shí)，溶解氣油比達(dá)到65.08 Nm3／m3；氮?dú)獾娜芙饽芰Φ?，CO2在原油中的溶解能力約為N2的12倍以上。

不同氣體在原油溶解后對(duì)原油彈性影響對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖2）：原油溶解了CO2后，體積系數(shù)的增加幅度可達(dá)到14%以上；溶解了N2后，體積系數(shù)的增加幅度≤2%，這說(shuō)明原油溶解了CO2后彈性能增加幅度較N2明顯。

氣體在原油溶解后對(duì)原油降粘性能對(duì)比結(jié)果表明（圖3）：CO2對(duì)原油的降粘率最高達(dá)到96.1%，N2對(duì)原油降粘率最高為21.9%，CO2對(duì)稠油降粘的效果明顯好于N2。

圖1 不同飽和壓力條件下CO2／N2在原油中的溶解氣油比

圖2 CO2／N2不同溶解油氣比對(duì)原油體積系數(shù)影響

圖3 不同飽和壓力條件下CO2／N2對(duì)原油降粘率

2.2 多元熱流體大幅度提高熱水驅(qū)替效率

利用蒸汽驅(qū)線性模型裝置，開(kāi)展多元熱流體提高驅(qū)替效率的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究了水驅(qū)、200℃熱水驅(qū)、200℃多元熱流體驅(qū)對(duì)驅(qū)替效率的影響。

從圖4可以看出，25℃水驅(qū)驅(qū)替效率6.63%，200℃熱水驅(qū)驅(qū)替效率42.80%，200℃多元熱流體驅(qū)驅(qū)替效率54.59%，比熱水驅(qū)提高驅(qū)替效率11.8%

2.3 多元熱流體補(bǔ)充油層能量，提高蒸汽的熱利用率

多元熱流體中氮?dú)?、二氧化碳可以補(bǔ)充地層能量，擴(kuò)大蒸汽波及范圍，減少蒸汽熱損失，從而提高蒸汽熱利用率。

（1）多元熱流體增能、助排作用。利用數(shù)值模擬方法，研究與水平井單純蒸汽吞吐與水平井氮?dú)猓羝掏聝煞N開(kāi)采方式燜井結(jié)束時(shí)壓力展布情況。結(jié)果表明，“氮?dú)猓羝掏隆眽毫ψ罡?1.69 MPa，比單純蒸汽吞吐增加0.82 MPa，有效增加了稠油油藏的地層能量，具有良好的助排作用。

圖4 不同驅(qū)替方式驅(qū)替效率對(duì)比

（2）多元熱流體擴(kuò)大蒸汽波及范圍。從垂向溫度場(chǎng)可以看出（圖5），多元熱流體中氮?dú)饽芤种普羝玻档驼羝厣喜可w層的熱損失，提高蒸汽的加熱范圍和溫度場(chǎng)均勻分布的程度，增加了蒸汽的波及體積與效率。

圖5 蒸汽與蒸汽＋氮?dú)獯瓜驕囟葓?chǎng)

橫向溫度場(chǎng)的分布也表明，通過(guò)注入氮?dú)鉁囟葓?chǎng)的分布更趨于均勻，增加了蒸汽的波及體積與效率。

（3）多元熱流體減少熱損失。通過(guò)對(duì)比二氧化碳＋蒸汽吞吐和氮?dú)猓羝掏麻_(kāi)采方式散失在上下層的熱量對(duì)比表明（表1）：在薄層稠油油藏中氮?dú)鉁p少熱損失的作用顯著，氮?dú)獾母魺嵝Ч罴?，向上下層損失的熱量最少；二氧化碳由于在原油和水中溶解能力強(qiáng)，抑制蒸汽的超覆效應(yīng)較弱，因此隔熱效果較氮?dú)馍匀酢?/p>

3 礦場(chǎng)應(yīng)用

2013年5月在勝利油田草20區(qū)塊進(jìn)行多元熱流體先導(dǎo)試驗(yàn)，注入井累計(jì)注空氣400 150 Nm3，累注水量983 t，燜井開(kāi)井后，峰值日產(chǎn)油11.6 t，周期生產(chǎn)120 d，累液1 474.8 t，累油586.8 t，比該區(qū)塊同周期同層位注蒸汽井累增油高164.1 t；平均日產(chǎn)油4.9 t，比同周期同層位注蒸汽井平均日油高1.3t。

表1 不同油層厚度氮?dú)夂投趸紲p少熱損失能力

注入井周?chē)豢卩従艿蕉嘣獰崃黧w波及的影響，能量得到有效補(bǔ)充，延緩了動(dòng)液面的繼續(xù)下降，與上一周期注蒸汽比較，生產(chǎn)天數(shù)延長(zhǎng)160 d，產(chǎn)液增加3 700.4 t，產(chǎn)油增加490.3 t，取得了較好的生產(chǎn)效果，同時(shí)證實(shí)了多元熱流體對(duì)井組整體的驅(qū)替效果。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）多元熱流體中含有大量的二氧化碳與氮?dú)饨M分，二氧化碳易溶于稠油中，主要起降粘作用；氮?dú)饩哂性瞿苤抛饔茫軌驍U(kuò)大蒸汽的波及范圍，減少注汽熱損失；實(shí)驗(yàn)表明多元熱流體驅(qū)替比熱水驅(qū)替提高驅(qū)替效率11.8%。

（2）勝利油田應(yīng)用多元熱流體稠油開(kāi)采技術(shù)在草20區(qū)塊進(jìn)行了先導(dǎo)試驗(yàn)，取得了較好的增油效果。

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