徐 杰 徐 玲 胡 偉.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院, 湖北 武漢 4000;.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第七采油廠, 陜西 西安 7000;.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院, 北京 049

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稠油油藏氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)增油機(jī)理實(shí)驗(yàn)

徐 杰1徐 玲2胡 偉3
1.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院, 湖北 武漢 430100;2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第七采油廠, 陜西 西安 710200;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院, 北京 102249

稠油油藏;氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū);雙管模型;流線長(zhǎng)度比;驅(qū)油效率

0 前言

1 實(shí)驗(yàn)條件及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)裝置由注入系統(tǒng)(ISCO泵、油釜和氮?dú)飧?、蒸汽發(fā)生器等)、巖心夾持器、控溫系統(tǒng)(圖1中虛線部分)、壓力測(cè)量控制系統(tǒng)及油水分離系統(tǒng)組成,實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1)將巖心洗油、烘干、抽真空后,飽和地層水,裝入巖心夾持器中。在80 ℃的恒溫環(huán)境中,緩慢注入地層水約1.4 PV,用地層水疏通長(zhǎng)巖心并測(cè)量長(zhǎng)巖心單相水滲透率。

2)將出口端連接回壓控制器,入口端繼續(xù)注入地層水,對(duì)回壓控制器進(jìn)行升壓。同時(shí)對(duì)長(zhǎng)巖心的環(huán)壓同步

升壓(環(huán)壓始終高于注入壓力2～5 MPa)。當(dāng)回壓升至7 MPa,且出口端不斷有地層水流出,則回壓建立完成。

4)開(kāi)展氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)步驟因單管和雙管的不同而有差異。

2 單管長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)

2.1 單管長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)

表1 不同注入方式下的實(shí)驗(yàn)參數(shù)

注入方式實(shí)驗(yàn)溫度/℃模型孔隙度/()模型滲透率/μm2原始含油飽和度/()巖心長(zhǎng)度/cm單一蒸汽驅(qū)8033 992 5988 6467 84氮?dú)庹羝?∶18034 012 6186 5267 84氮?dú)庹羝稳?qū)(1∶1)8033 122 5489 1367 84

2.2 單管實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2 不同注入方式對(duì)驅(qū)油效率的影響

驅(qū)替壓差與驅(qū)替倍數(shù)的關(guān)系曲線見(jiàn)圖3，由圖3可以看出曲線總體上呈先上升后下降最后平緩的趨勢(shì)。驅(qū)替壓差上升階段為熱連通階段,當(dāng)驅(qū)替壓差上升到一定值時(shí)才能使原油開(kāi)始流動(dòng),下降階段為蒸汽突破階段,平緩階段為蒸汽剝離脫油階段。當(dāng)蒸汽在管內(nèi)突破后,驅(qū)替壓差急劇降低,氮?dú)廨o助性注入減緩了壓力下降速度,彌補(bǔ)了管內(nèi)壓力虧空。當(dāng)注入體積保持恒定時(shí),氮?dú)庹羝稳?qū)注入的氮?dú)饬看笥诘獨(dú)庹羝麖?fù)合驅(qū)注入的氮?dú)饬?而注入氮?dú)饬吭蕉?氮?dú)庋a(bǔ)充地層能量的效果越明顯。

圖3 驅(qū)替壓差與驅(qū)替倍數(shù)的關(guān)系曲線

圖4 不同注入方式下瞬時(shí)油汽比與驅(qū)替倍數(shù)關(guān)系曲線

圖5 不同注入方式下累積油汽比與驅(qū)替倍數(shù)關(guān)系曲線

不同注入方式下瞬時(shí)油汽比與驅(qū)替倍數(shù)關(guān)系曲線見(jiàn)圖4，不同注入方式下累積油汽比與驅(qū)替倍數(shù)關(guān)系曲線見(jiàn)圖5。對(duì)比分析圖4、5可知,蒸汽在管內(nèi)突破后,瞬時(shí)油汽比和累積油汽比迅速下降。隨著氮?dú)廨o助性的注入,瞬時(shí)油汽比有所提高,累積油汽比下降速度變緩,即氮?dú)獾淖⑷肽苡行У匾种普羝某埠透Z槽,提高了蒸汽的熱能利用率,單位時(shí)間內(nèi)采出的油量增加。若采用累計(jì)油汽比低至0.15時(shí)作為結(jié)束蒸汽驅(qū)的經(jīng)濟(jì)極限,那么氮?dú)庹羝麖?fù)合驅(qū)可以延長(zhǎng)蒸汽驅(qū)的有效開(kāi)采時(shí)間,提高經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 不同注入方式對(duì)含水率的影響

3 雙管長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)

3.1 雙管長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)參數(shù)

為了研究氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)在平面上的波及系數(shù)及剩余油分布情況,根據(jù)箱體蒸汽驅(qū)替實(shí)驗(yàn)將蒸汽驅(qū)替的過(guò)程看成沿著多條不同長(zhǎng)度的流線進(jìn)行的,不同流線長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的壓力梯度不同,將導(dǎo)致流速不同,產(chǎn)生溫度差異,最終導(dǎo)致黏度不同,從而影響驅(qū)油效率。不同流線可以通過(guò)不同長(zhǎng)度的長(zhǎng)巖心來(lái)模擬。設(shè)計(jì)了4組不同長(zhǎng)度的雙管實(shí)驗(yàn),其中雙管長(zhǎng)度分別對(duì)應(yīng)流線長(zhǎng)度比分別為1∶1,1.1∶1,1.25∶1,1.41∶1,見(jiàn)圖7。注汽參數(shù)設(shè)計(jì)：注蒸汽溫度為200 ℃,總的注入速度為3 mL/min,注入方式為氮?dú)庹羝?。其中氮?dú)庹羝⒈壤秊?∶1,氮?dú)庾⑷胨俣葹?.5 mL/min,蒸汽注入速度為1.5 mL/min,總注入速度為3 mL/min。

圖7 不同流線比示意圖

3.2 雙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖8 不同流線比對(duì)應(yīng)的驅(qū)油效率

不同流線比下驅(qū)替壓差變化曲線見(jiàn)圖9,從圖9中可以看出不同流線比時(shí)蒸汽在巖心中突破所需的驅(qū)替壓差變化較小,突破后驅(qū)替壓差趨于一致。其主要原因是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,高滲流線保持不變,驅(qū)替壓差主要取決于最短流線,即高滲流線。

圖9 不同流線比下的驅(qū)替壓差變化曲線

不同流線比對(duì)應(yīng)的累積油汽比變化曲線見(jiàn)圖10，從圖10可以看出,隨著注入體積的增加,流線比越長(zhǎng),累積油汽比越低,蒸汽熱利用率越低。這是因?yàn)榱骶€長(zhǎng)度越長(zhǎng),此處的壓力梯度越低,蒸汽在此處的流動(dòng)速度越低,熱量損失越大。

可以根據(jù)雙管實(shí)驗(yàn)中長(zhǎng)短兩管的產(chǎn)油量,即長(zhǎng)管產(chǎn)油量與短管產(chǎn)油量的比值,定義產(chǎn)油比。不同流線比對(duì)應(yīng)的產(chǎn)油比曲線見(jiàn)圖11，由圖11可以看出當(dāng)注入體積達(dá)到1 PV后,產(chǎn)油比不但隨著流線比的增加逐漸降低,也隨著驅(qū)替時(shí)間的增加逐漸降低。由此可知,隨著驅(qū)替時(shí)間的不斷延長(zhǎng),管的長(zhǎng)度越長(zhǎng),即流線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，所受的影響越大。

圖10 不同流線比對(duì)應(yīng)的累積油汽比變化曲線

圖11 不同流線比對(duì)應(yīng)的產(chǎn)油比曲線

3.3 驅(qū)油效率與流線比的關(guān)系

通過(guò)線性回歸的分析方式,可以得到單管與雙管模型驅(qū)油效率與流線比的相關(guān)關(guān)系曲線,見(jiàn)圖12。從圖12可以看出,單管模型的驅(qū)油效率與流線長(zhǎng)度比滿足三次函數(shù)曲線關(guān)系,且相關(guān)系數(shù)高達(dá)1;雙管模型的驅(qū)油效率與流線比滿足二次曲線關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.980 9。由回歸所得到的多項(xiàng)式公式可以求得氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)滲流場(chǎng)中任一流線上的驅(qū)油效率,再根據(jù)微積分原理和波及系數(shù)就能夠求得整個(gè)油藏的采出程度。

圖12 不同流線比與驅(qū)油效率關(guān)系曲線

表2 氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)雙管實(shí)驗(yàn)結(jié)果

參數(shù)實(shí)驗(yàn)1(管長(zhǎng)比1∶1)實(shí)驗(yàn)2(管長(zhǎng)比1∶1 1)實(shí)驗(yàn)3(管長(zhǎng)比1∶1 25)實(shí)驗(yàn)4(管長(zhǎng)比1∶1 41)原始儲(chǔ)量/mL88 488 488 497 488 4111 288 4123 64單管占雙管儲(chǔ)量百分比/()505047 652 444 455 641 558 5采出儲(chǔ)量/mL64 26364 857 265 455 168 5017 56驅(qū)油效率(單管)/()72 771 373 358 874 049 577 514 2驅(qū)油效率(雙管)/()36 335 634 930 832 827 632 38 28

4 結(jié)論

1)單管實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)提高采收率的主要機(jī)理有三個(gè)方面:氮?dú)獾膲嚎s系數(shù)較大,氮?dú)怆S著壓力的降低而膨脹,氮?dú)獾淖⑷胙a(bǔ)充了地層能量,擴(kuò)大了蒸汽的波及體積;氮?dú)庠谒械娜芙舛群艿?易在地層中形成微氣泡,微氣泡在巖心中會(huì)迅速占據(jù)原油孔道,減小死孔隙體積,從而降低殘余油飽和度;氮?dú)馀c原油界面張力較低,易與地下流體形成泡沫,使蒸汽前緣變得相對(duì)均勻,能有效提高熱能利用率。

3)采出程度與流線長(zhǎng)度比的函數(shù)關(guān)系式可以定量計(jì)算出整個(gè)油藏的最終采收率,也可以預(yù)測(cè)蒸汽驅(qū)后剩余油的分布情況,為氮?dú)廨o助蒸汽驅(qū)產(chǎn)能預(yù)測(cè)提供新的方法。

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2015-03-17

國(guó)家科技“十二五”重大專項(xiàng)(2011 ZX 05010-002)。

徐 杰(1988-),男,湖北鐘祥人,碩士研究生,主要從事油氣田開(kāi)發(fā)研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.010