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        水平井蒸汽驅(qū)物理模擬相似原理研究

        2015-12-21 01:46:25賈大雷
        天然氣勘探與開發(fā) 2015年4期
        關(guān)鍵詞:模型

        賈大雷

        (中國石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院)

        水平井蒸汽驅(qū)物理模擬相似原理研究

        賈大雷

        (中國石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院)

        根據(jù)水平井蒸汽驅(qū)驅(qū)油特征,推導(dǎo)了水平井蒸汽驅(qū)過程傳質(zhì)、傳熱方程的三相六組分關(guān)系式,并采用無因次處理及量綱分析方法,建立了水平井蒸汽驅(qū)物理模擬相似準(zhǔn)則數(shù)群。參8

        水平井蒸汽驅(qū)物理模擬相似原理相似準(zhǔn)則

        0 引言

        水平井蒸汽驅(qū)過程涉及多相多組分,在假設(shè)條件的前提下,根據(jù)水平井蒸汽驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式、介質(zhì)相態(tài)變化、連續(xù)性(質(zhì)量守恒)方程、達(dá)西方程、能量守恒方程、飽和度方程、毛管壓力方程及定解條件,建立描述水平井蒸汽驅(qū)采油過程中傳質(zhì)、傳熱的偏微分方程組和相應(yīng)的輔助方程,推導(dǎo)出有明確物理意義的無因次準(zhǔn)則[1-3]。

        1 水平井蒸汽驅(qū)相似準(zhǔn)則的建立

        1.1 假設(shè)條件

        ●考慮原油輕質(zhì)組分蒸餾,不考慮化學(xué)反應(yīng);

        ●考慮油、水、汽三相的流動(dòng)[4];

        ●與熱能相比,動(dòng)能做功忽略不計(jì);

        ●熱平衡和相平衡在油藏的任意單元中瞬時(shí)完成;

        ●熱量的傳遞主要是由于對流傳熱和熱傳導(dǎo)引起的,忽略由于分子擴(kuò)散引起的傳熱;

        ●由于巖石的熱膨脹系數(shù)相比于流體來說很小,故不考慮巖石的壓縮性和熱膨脹;

        ●共有三相六組分,分別為:油相、蒸餾的輕質(zhì)組分遇低溫部分液化、不穩(wěn)定組分熱解;氣相,包括油蒸餾和熱解的氣態(tài)組分、水蒸汽;水相為:H2O。

        1.2 基本方程

        (1)連續(xù)性(質(zhì)量守恒)方程

        原油的質(zhì)量守恒方程:

        式中:

        So、Sw、Sg—三相流體飽和度;

        qo、qw、qg—在儲層條件下,單位時(shí)間、單位巖石體積注入或采出油、水、汽的質(zhì)量,g/(s·cm3);

        qHo、qgo、qLo、qLw—在熱作用下蒸餾組分、氣態(tài)輕質(zhì)組分的質(zhì)量、蒸餾后遇低溫部分液化輕質(zhì)組分、蒸汽冷凝水的質(zhì)量,g/(s·cm3);

        K—油層絕對滲透率,μm2;

        Kro、Krw、Krg—油、水、蒸汽(氣)三相相對滲透率;

        μo、μw、μg—油、水、蒸汽(氣)三相黏度,mPa·s;

        Po、Pw、Pg—油、水、蒸汽(氣)三相壓力,10-1MPa。

        (3)能量守恒方程

        由對流引起的能量交換量+巖石傳入熱量+注入熱量=單位時(shí)間、單元體內(nèi)的能量變化。因此能量方程為:

        式中:

        λR—油層導(dǎo)熱系數(shù),kJ/h·m·℃;

        e—單位質(zhì)量流體內(nèi)能,e=C(T-TR),kJ/kg;

        TR—油藏溫度,℃;

        ρo、ρHo、ρw、ρg、ρR、ρc—油、蒸餾組分、水、汽相、油層、蓋底層流體密度,kg/m3;

        Co、Cw、CR、Cc—油、水、油層、蓋底層的比熱容,J/kg·℃;

        QL—頂?shù)讓釉趩挝粫r(shí)間單元體損失的能量,kg/m3·h;

        QH—單元體在單位時(shí)間內(nèi)傳入或傳出的能量,kJ/(m3·h),QH=qoHo+qwHw+qg(Lv+Cw?T);

        Lv—飽和蒸汽汽化潛熱,kJ/kg;

        Ho、Hw—油、水的熱焓值,kJ/kg。

        (4)飽和度方程:

        (5)毛管壓力方程:

        1.3 定解條件

        (1)流體不流過蓋底層

        (2)井網(wǎng)的側(cè)邊界為封閉邊界

        式中:

        i—蒸汽質(zhì)量注入速率,kg/h;

        D—井徑,m;

        L—水平井長度,m;

        x—水平井水平段方向;

        r1、r2—柱坐標(biāo)原點(diǎn)到水平井最遠(yuǎn)和最近距離,m;

        E—能量注入速率,kJ/h。

        (7)產(chǎn)出井質(zhì)量流量

        L/2

        1.4 水平井蒸汽驅(qū)相似準(zhǔn)則數(shù)

        根據(jù)相似理論,將方程進(jìn)行無因次處理,可得到獨(dú)立簡化的無量綱準(zhǔn)數(shù)群:

        2 水平井蒸汽驅(qū)物理模擬相似準(zhǔn)則的選取

        2.1 高壓模型

        在物理模擬實(shí)驗(yàn)過程中,可針對不同的研究目的選擇合理的相似準(zhǔn)則。水平井蒸汽驅(qū)是以注入蒸汽為前提的,在相似準(zhǔn)則中含汽的準(zhǔn)則對其影響也較大,所以要選擇敏感性強(qiáng)的準(zhǔn)則,兼顧注入汽速度的準(zhǔn)則,才能使水平井蒸汽驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確實(shí)用。高壓模型選取滲透率、生產(chǎn)壓差、蒸汽干度、注入速度、生產(chǎn)時(shí)間5個(gè)相似準(zhǔn)則,利用相似準(zhǔn)則對應(yīng)相等進(jìn)行原理與模型參數(shù)的轉(zhuǎn)換。

        高壓比例模型力求使用原型巖心和原油,壓力和溫度也與現(xiàn)場一致或接近,因此在按比例?;邷馗邏簵l件下的有關(guān)變量群,如描述蒸汽蒸餾和溶解驅(qū)、巖石和流體在高溫、高壓下的膨脹、氣體溶解性、原油和乳化液的流變特性等方面有明顯的優(yōu)勢[2]。高壓模型缺點(diǎn)是不能恰當(dāng)?shù)匕幢壤;鲃?dòng)分布和熱分布。

        2.2 真空模型

        真空模型選擇生產(chǎn)壓差、蒸汽干度、黏度、生產(chǎn)時(shí)間、滲透率、注入速度6個(gè)相似準(zhǔn)則,利用相似準(zhǔn)則對應(yīng)相等的關(guān)系將原型參數(shù)轉(zhuǎn)換為模型參數(shù)。

        真空模型實(shí)現(xiàn)了蒸汽壓力、溫度的按比例?;?,溫場的變化范圍大,同時(shí)它較好地考慮了蒸汽前沿前后壓力梯度比,因而熱場和流場、流體黏度的?;洼^為理想[5-6],不考慮高溫的物理化學(xué)現(xiàn)象。

        2.3 低壓模型

        低壓模型選擇生產(chǎn)壓差、滲透率、生產(chǎn)時(shí)間、蒸汽注入率、蒸汽干度、黏度6個(gè)相似準(zhǔn)則,利用相似準(zhǔn)則對應(yīng)相等進(jìn)行原型與模型的參數(shù)轉(zhuǎn)換。

        使用低壓比例模型,需要使用高滲透率的孔隙介質(zhì)和精煉油,這樣可以更精確地按比例?;筒氐臒岱植己土鲃?dòng)分布,但是低壓模型不能滿意地按比例?;?xì)管壓力、滲透率、相對滲透率及其遲滯作用、潤濕性、黏土的影響、瀝青和其它的高溫物理化學(xué)效應(yīng)。

        3 結(jié)論

        (1)在假設(shè)條件的前提下,根據(jù)水平井蒸汽驅(qū)的驅(qū)動(dòng)方式、介質(zhì)相態(tài)變化、連續(xù)性(質(zhì)量守恒)方程、達(dá)西方程、能量守恒方程、飽和度方程、毛管壓力方程及定解條件,建立描述水平井蒸汽驅(qū)采油過程中傳質(zhì)、傳熱的偏微分方程組和相應(yīng)的輔助方程,并推導(dǎo)出相似準(zhǔn)則。

        (2)選擇敏感性強(qiáng)的壓力、溫度、蒸汽干度、生產(chǎn)時(shí)間的準(zhǔn)則,兼顧注入汽速度的準(zhǔn)則。

        1孔憲利,陳月明,任瑛,等.蒸汽驅(qū)采油物理模型研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào),1988,12(3):106-114.

        2Pujol L and Boberg T C.Scaling accuracy of laboratory steam flooding models[J].SPE 4191,1972.

        3Langhaar,H.L.Dimensional Analysis and Theory of Modles [M],John Wiley&Sons,New York,1951.

        4Muskat,M.:Physical Principles of Oil Production[M].New York(1949).

        5Stegemeier G L,Volek C W,Laumbach D D.Representing Steam Processes With Vacuum Models[J].SPE Journal,1980: 151-174.

        6周惠忠,查美生,徐元輝,等.用真空模型研究稠油蒸汽驅(qū)開采[J].石油學(xué)報(bào),1988,9(4):63-70.

        2014-08-28編輯文敏)

        賈大雷,男,1980年出生,2007年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)專業(yè),碩士,工程師;現(xiàn)從事稠油熱采室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究工作。地址:(124010)遼寧省盤錦市石油大街95號遼河油田勘探開發(fā)研究院。電話:13909873881。E-mail:jiadalei1018@126.com

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