稠油蒸汽驱三维物模实验影响因素分析

宋志学;郑继龙;陈平;翁大丽;胡雪

【摘 要】Steam flooding is a relatively effective thermal technology for heavy oil reservoirs .The steam flooding is limited by many conditions .In order to understand the steam flooding development way more

comprehensively , a three-dimensional model based on a certain oilfield is used in this paper to study the factors that influence heavy steam flooding , such as steam injection pressure , steam dryness , and steam injection rate , through the physical simulation methods of steam flooding .And it turns out that reservoir recovery efficiency can be increased with the increase of injection pressure; when the steam dryness is higher than 50%, the displacement efficiency will in-crease with the increase of steam dryness during the steam flooding .%蒸汽驱是稠油油藏开采较为有效的技术，由于受诸多条件影响，为了较为全面地认识蒸汽驱这一开发方式，利用三维物模装置，以某油田稠油油藏为主要原型，通过蒸汽驱物理模拟方法研究注入压力、蒸汽干度、注汽速度等因素对稠油蒸汽驱的影响。通过研究发现注入压力大，采收率提高；当蒸汽干度大于50％，在蒸汽驱过程中，蒸汽干度越高，驱油效果就越明显。 【期刊名称】《应用科技》 【年(卷),期】2014(000)003 【总页数】4页(P73-76)

【关键词】稠油;蒸汽驱;三维物模;注入压力;蒸汽干度;注入速度

【作 者】宋志学;郑继龙;陈平;翁大丽;胡雪

【作者单位】中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452;中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452 【正文语种】中 文 【中图分类】TE357.44

在蒸汽驱过程中，蒸汽由注入井注入储层，原油被加热后驱向生产井，通过重力分离作用，蒸汽向油层顶部超覆，热水进入油层下部。一般认为，蒸汽驱驱油的主要机理有以下6个方面［13］：1）向地层中注入高温高压蒸汽会提高油层温度，降低原油黏度和油水黏度比；2）原油在高温下体积膨胀会产生一定的驱油作用；3）蒸汽的蒸馏作用使剩余油在高温下被部分汽化，蒸汽相中的烃蒸汽，遇到低温的油层岩石，会形成轻油带，在驱替过程中起到萃取油的作用；4）当水蒸汽冷凝成热水时，凝析的含烃热水和油一块流动，形成热水驱；5）凝析的轻质馏分与地层中的原油混合并将其溶解，降低原油的密度和黏度，当轻质油带通过地层向前推进时，则形成油的混相驱；6）在蒸汽前沿，既有水包油乳状液，也可能有油包水乳状液。这些乳状液黏度均比油或水大，这种黏性乳状液将会堵塞蒸汽窜流的通道迫使蒸汽进入低渗层，降低蒸汽的指进强度。

本文基于三维物模装置，研究稠油蒸汽驱过程中注入压力、蒸汽干度、注汽速度等因素对稠油蒸汽驱的影响。 1．1 实验材料

实验用水：室内配置某油田地层水和注入水，地层水平均矿化度约7 562 mg／L

左右，经0．45 μm微孔滤膜过滤。

实验用油：某油田原油，油藏温度条件下（63℃）黏度为488 mPa·s。 石英砂：80－100目，外观为白色，无可见的机械杂质，二氧化硅的含量大于99．99%。 1．2 实验仪器设备

三维物理模型装置：飞宇石油科技有限公司生产，整套系统主要由模拟系统、注入系统、测控系统、油水计量系统、辅助配套系统等5部分组成； 蒸汽发生器：扬州华宝石油仪器有限公司；

高压恒压恒速泵：美国原装进口 Qiuzix品牌QX5210-HC-A-AH-S型号泵； 气体测量计：德国Ritter公司TG05-3。 1．3 实验步骤

驱替试验流程见图1。其特点是按照相似准则，准备合适粒径的石英砂，用于充填模型并满足渗透率要求，用物理模拟的方法研究注入压力、蒸汽干度、注汽速度等因素对稠油蒸汽驱的影响。 实验步骤如下［4-5］：

1）实验前准备。准备合适粒径的石英砂，用于充填模型并满足渗透率要求；测试模拟油的黏度、密度等物性数据；检查温度传感器、差压传感器，保证其处于良好状态。

2）模型填砂。安装模拟井、温度传感器和差压传感器，向模型填石英砂。 3）封装模型。填砂结束后，进行封装。再用氮气向模型的盖层和油层打压。实验过程中，将压力稳定在3 MPa，在模型各端口检测是否漏气，待模型封装后抽真空，然后饱和水测模型孔隙体积、孔隙度，最后用油驱水法造束缚水。

4）建初始温度场。封装模型后，设恒温箱温度，对模型加热。一般加热48 h后，待模型内各测温点温度达到地层温度时，可进行蒸汽驱三维物模实验。

5）注入流体调试。在注入蒸汽前首先调试蒸汽发生器，使注汽速度、注汽温度和压力能满足方案设计要求。

6）进行实验。实验时，计算机测控系统对实验流程中各处温度、压力进行实时监测。实验中实时计量油水总量，实验结束后，对收集到的产出液进行特殊处理、分离，以计量出油、水的瞬时产量。 2．1 注入压力对驱油效果的影响

在稠油蒸汽驱油实验过程中，水蒸汽饱和温度随注入压力升高而增大。实验过程分别以4．0、2．0和1．0 MPa的注汽压力进行蒸汽驱油实验，其驱油效果曲线见图2～4。

图2显示注汽压力越高蒸汽驱油效果越好。在150 min，压力分别为4．0、2．0、1．0 MPa时，采出程度分别为27%、14．5%、13%。可看出4 MPa时采出程度最高。压力从1．0～2．0 MPa，采出程度变化不大；但从2．0～4．0 MPa，变化比较明显。主要原因是随着注气压力的增加，蒸汽温度也随着升高，气体与原油的界面张力变小，油水流度比降低［6］。

由图3可知，不同注入压力条件下，4 MPa的油汽比最高，且油汽比随压力升高而升高。注入压力为4．0 MPa时的油汽比可达到0．13左右；而注入压力为1．0和2．0 MPa时，油汽比为0．8左右。温度越高，原油的黏度越低，越易被驱替，油汽比就越高。

从图4可看出，在1．0 MPa下，含水率最高，最终含水率在92．5%。而注入压力在4．0 MPa下最终含水率才88%。在高温下，稠油和轻质油的特性相近，温度越高，油水同出的比例越大，生产井含水率就越低。

由此可知，注入压力越高，蒸汽驱采出程度也越高。而注入压力并不是越大愈好，因为注入压力大会导致蒸汽注入困难，增加注气成本。 2．2 蒸汽干度对驱油效果的影响

1980年，Gomaa对Kern River典型稠油油藏进行了研究，研究表明存在最优蒸汽干度［7］。注入蒸汽干度越大，蒸汽驱的驱油效果就越好，驱油效率越高［8］。蒸汽驱过程中注入的蒸汽主要是作为驱替介质不断驱替原油，蒸汽驱在油层中形成蒸汽带，并不断保持蒸汽带向前扩展。湿饱和蒸汽中的热能包括水相中的显热与汽相中的潜热，蒸汽干度越高，汽化潜热越大。只有依靠注入油层的蒸汽中大量的、连续补充的汽化潜热能，才能保持形成的蒸汽带不断扩展、驱替原油至生产井中采出。实现有效蒸汽的关键在于能否有足够多的热量补充到地层中。实验中通过保持注汽速度、注入压力不变，研究了蒸汽干度对驱替效果的影响。

由图5可明显看出注入蒸汽干度越大，蒸汽驱的驱油效果就越好，驱油效率越高。在150 min时，干度为75%采出程度为15%左右，干度为50%和 25%的采出程度不到8%。而且干度从25%～50%，驱替效果没有明显改变；而从50%～75%采出程度变化很大。由此可知干度至少应在50%以上，提高蒸汽干度的方法才对驱替效果有影响。通过实验可知，当蒸汽干度小于50%时，注入蒸汽所含的热量少，导致蒸汽带的范围小，汽驱效果不明显，所以驱油效率较低；当蒸汽干度由50%增加到70%时，注入蒸汽内所含热量不断增多，能形成范围比较大的蒸汽带，使原油中的溶解气都分离出来，这种溶解气又由于体积膨胀，产生驱油作用，因而驱油效率大幅度提高。

由于水蒸汽有很高的汽化潜热，高干度的蒸汽所含热量大，注入油层后可以及时补充地层热损失，维持和扩大蒸汽带的范围。汽态分子的能量远比液态分子能量高，汽态分子可以进入液态分子进入不到的“微孔隙”中，使蒸汽带内的残余油饱和度低于热凝带的残余油饱和度。蒸汽干度的提高，导致注入气体含热量高，汽驱效果开始起作用，这样会大大提高驱油效果。这说明在蒸汽驱过程中，蒸汽干度越高，驱油效果越好。

2．3 注汽速度对驱油效果的影响

注汽速度越高会导致热损失率越低，井内干度越高；注汽占用的时间少，蒸汽容易沿高渗透部位和边井的方向突进［9］。上述分析是基于注汽干度75%的条件下进行的实验，注入量增加会导致热焓增加，前期是保持井底至少50%以上的干度，蒸汽效果才会好。这是因为蒸汽与地层进行热交换时只要有蒸汽存在，温度会维持在饱和温度不变；若蒸汽干度较低，蒸汽在地层内进行热交换后会导致注热量降低，驱油效果不明显。

由图6可知随着注汽速度增大，采出程度增加。当注汽强度达到40 mL／min时，采出程度可达到70%左右。当以低注汽速度注汽时，由于注汽的热损失，进入地层的热量较低，只能加热蒸汽前缘的热水带，蒸汽腔扩大有限，蒸汽驱变为热水驱，开发效果变差；当注汽速度变大时，模型内热量得到补充，有利于蒸汽带的扩展，开发效果好。

由图7可看出，油汽比最高的不是40 mL／min，而是20 mL／min。从而可知稠油蒸汽驱存在最优注汽速度，使油汽比达到最大，经济效益达到最佳。分析原因主要是由于当注汽强度超过最佳注汽速度时，由于蒸汽前缘油墙的存在，油层液体流动速度不能成比例增加，造成采注比失衡，致使油层压力增加，蒸汽带扩展体积反而小于低注汽强度条件下的体积，从而导致汽驱效果变差。同时，蒸汽注入速度过大会引起汽窜，蒸汽会向高渗透层和边井突进，造成油汽比下降［10］。 1）注入压力对蒸汽驱油效果影响比较大，注入压力大，蒸汽温度就高，采收率就越高。

2）在蒸汽驱过程中，蒸汽干度越高，驱油效果就越好，但蒸汽干度小于50%时，注汽干度的提高对驱油效果不敏感，且驱油效果较差。

3）稠油蒸汽驱开采过程中，都有一个最优的注汽速度，注汽速度太小，地层热量得不到补充；注汽速度太大，容易产生汽窜，油汽比会降低，经济效益会下降。

【相关文献】

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［2］张义堂．热力采油提高采收率技术［M］．北京：石油工业出版社，2006：20-36． ［3］孙川生．克拉玛依九区热采稠油油藏［M］．北京：石油工业出版社，1998：12-22． ［4］马骁．稠油油藏蒸汽开采过程中泡沫调剖模拟实验研究［D］．青岛：中国石油大学（华东），2009：10-25．

［5］禚冯昌．稠油油藏蒸汽驱三维物理模拟及数值模拟研究［D］．青岛：中国石油大学（华东），2010：2-30．

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［8］于海涛．注汽干度对驱油效果的影响研究［J］．科学技术与工程，2012，12（12）：2981-2982．

［9］王健竹．稠油油藏蒸汽驱技术研究［J］．大庆：大庆石油学院学报，2009：10-30． ［10］崔荣海．单家寺油田稠油热采技术及方案设计研究［D］．青岛：中国石油大学（华东），2006：68-88．