利用回壓閥控制和計(jì)量高壓氣體的實(shí)驗(yàn)研究

孔慶濤

中國石油遼河油田分公司 勘探開發(fā)研究院 （遼寧 盤錦 124010）

利用回壓閥控制和計(jì)量高壓氣體的實(shí)驗(yàn)研究

孔慶濤

中國石油遼河油田分公司 勘探開發(fā)研究院 （遼寧 盤錦 124010）

注氣（CO2、煙道氣、N2泡沫段塞）提高普通稠油油藏的采收率的研究工作，在遼河油田的礦場和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)開展。作為室內(nèi)評價(jià)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)，高壓氣體的控制和計(jì)量技術(shù)，直接影響到了評價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果。

注氣 計(jì)量方法 驅(qū)油效率

注氣（烴與非烴）驅(qū)油目前已成為世界三大(熱采、化學(xué)劑驅(qū)和CO2驅(qū))提高油藏采收率的方法之一。以美國為例，注氣驅(qū)油已經(jīng)占到三次采油(EOR)提高產(chǎn)油量的22%（熱采占39%、化學(xué)劑驅(qū)占37%、其它的占2%）左右。

目前，遼河油田的低滲、特低滲難采油藏、蒸汽吞吐后期急需轉(zhuǎn)換開發(fā)方式的普通稠油油藏、高滲而水驅(qū)效率低的普通稠油油藏，所占的儲(chǔ)量巨大。在對這部分油藏的深度開發(fā)和多元開發(fā)過程中，在室內(nèi)開展了注氣（CO2、煙道氣、蒸汽驅(qū)過程中注入N2泡沫段塞）提高驅(qū)油效率的評價(jià)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中對注入氣體的壓力、流量的控制與計(jì)量，作為室內(nèi)物理模擬評價(jià)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響到驅(qū)油效率的評價(jià)結(jié)果。

由于室內(nèi)缺少小流量高壓氣體的計(jì)量設(shè)備，作者嘗試了利用回壓閥對注入的高壓氣體進(jìn)行控制和計(jì)量。初步實(shí)現(xiàn)了對注入氣體的壓力和流量的同步控制，也就是對同一注入氣源，在壓力不變的情況下，能使氣體以不同的注入速度，注入到模擬巖芯中，基本達(dá)到了模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求。

1 注入流體的控制與計(jì)量方法

1.1 回壓閥的工作原理

根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的壓力設(shè)計(jì)要求，首先，從注氣孔20分級向氣腔內(nèi)注入N2，使其壓力值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由進(jìn)液口接入要注入的流體（煙道氣、CO2、N2等氣體以及其它液體），當(dāng)注入的流體的壓力大于設(shè)定的壓力時(shí)，流體才會(huì)從出液口流出。

1.2 氣體流量的控制與計(jì)量方法

1.2.1 注入氣體的控制流程

圖1是模擬實(shí)驗(yàn)的流程示意圖，回壓閥2的作用是為模型本體 （或稱模擬巖芯）設(shè)定了一個(gè)回壓P2。在實(shí)驗(yàn)過程中，P2是根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的要求（如地層壓力、某溫度下的飽和蒸汽壓等）首先確定的。利用高壓平流泵，將油、水以一定的比例向模型本體內(nèi)注入，當(dāng)回壓閥2的出液口有液體流出時(shí)，停止注入。此時(shí)注入泵的壓力P0稱為模型本體的啟動(dòng)壓力。

當(dāng)回壓閥1的壓力P1設(shè)定以后（P1的設(shè)置要高于模型本體的啟動(dòng)壓力0.2～0.5MPa，P1＞P0＞P2），由高壓平流泵根據(jù)不同的流量設(shè)定向容器3中注入蒸餾水，當(dāng)容器3中的壓力P3大于P1時(shí)，容器3中的氣體便被注入到模型本體中。高壓平流泵的注入速度越快，通過回壓閥1進(jìn)入到模型本體的氣體的流量越大。

容器1和容器2中的N2的壓力偏低時(shí)，可以通過高壓泵向容器內(nèi)注入蒸餾水，使P1、P2的壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求。

1.2.2 注入氣體的計(jì)量方法

注入氣體的流量可以通過氣體質(zhì)量流量計(jì)和氣體體積流量計(jì)來計(jì)量，由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)現(xiàn)有的氣體質(zhì)量流量計(jì)的最高工作壓力為2MPa，氣體體積流量計(jì)的工作壓力為常壓，無法滿足最高14MPa的壓力要求。因此在實(shí)際的氣體計(jì)量工作中，無奈采用人工計(jì)量的方法。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求定量向模擬巖芯中注入氣體時(shí)，氣體的計(jì)量比較簡單。以一定的注入速度向容器3中注入蒸餾水，通過氣體體積流量計(jì)來計(jì)量從回壓閥1中溢出的氣體體積，累計(jì)到所要求的注入量時(shí)停止。同時(shí)記錄高壓平流泵的注入時(shí)間t0。將流量計(jì)前邊的閥門關(guān)閉，繼續(xù)向容器3中注入蒸餾水，當(dāng)P4的壓力與P1相等時(shí)，打開模型本體的入口閥門，向模型本體內(nèi)注入氣體，注入時(shí)間為t0，高壓平流泵的注入速度不變。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)要求在一定的壓力下，以不同的注入速度向模擬巖芯中注入流體時(shí)，氣體的計(jì)量過程基本同上。例如，要求以X的注入速度向模擬巖芯中注入某種氣體，首先由高壓平流泵以接近X的注入速度向容器2中注入蒸餾水，記錄注入時(shí)間和氣體流量計(jì)的讀數(shù)，計(jì)算流量。調(diào)整高壓平流泵的注入速度,使注入的氣體流量等于X為止。在確定了平流泵的注入速度滿足注入氣體的流量要求后，開始向模擬巖芯中注入氣體，記錄注入時(shí)間，計(jì)算出氣體的注入量。

當(dāng)要求以不同的壓力注入氣體時(shí)，改變回壓閥1的壓力設(shè)置即可。

在上述的計(jì)量方法中，忽略了容器2由于體積變化而造成的影響。

2 應(yīng)用結(jié)果

利用本方法,陸續(xù)在室內(nèi)開展了多個(gè)區(qū)塊的注氣提高油藏驅(qū)油效率的可行性研究，對CO2煙道氣的注入方式和注入流量對驅(qū)油效率的影響進(jìn)行了評價(jià)。

2.1 CO2注入速度對驅(qū)油效率的影響

CO2的注入速度對驅(qū)油效率的影響，是在水驅(qū)0.5PV后轉(zhuǎn)CO2連續(xù)驅(qū)替的方式下進(jìn)行的。

實(shí)驗(yàn)分別模擬了CO2的注入速度為10cm3/h、15 cm3/h、20cm3/h（54℃、10MPa狀態(tài)）時(shí)，對模擬巖芯的最終驅(qū)油效率的影響。水的注入速度為15mL/h，實(shí)驗(yàn)溫度54℃；回壓設(shè)置P2=10MPa、P1=10.5MPa。注入方式為連續(xù)、恒壓、勻速驅(qū)替。

實(shí)驗(yàn)過程：水驅(qū)0.5PV后轉(zhuǎn)不同的CO2注氣速度連續(xù)驅(qū)替，直到不出油結(jié)束。3塊模擬巖心的物性參數(shù)見表1。

表1 N B12井用于注氣速度優(yōu)化試驗(yàn)的模型部分參數(shù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通過油、水分離計(jì)量和數(shù)據(jù)處理，在水驅(qū)轉(zhuǎn)CO2連續(xù)驅(qū)替的注入方式下，當(dāng)CO2的注入速度分別為10cm3/h、15cm3/h、20cm3/h（54℃、10MPa狀態(tài)）時(shí)，15#、10#、16#模擬巖心的最終驅(qū)油效率分別為24.46%、25.53%、28.94%(如圖2所示)?？梢娫贑O2連續(xù)驅(qū)替的注入方式下，增加注氣速度，能夠提高氣驅(qū)的驅(qū)油效率。

2.2 不同大小的CO2段塞對驅(qū)油效果的影響

CO2段塞大小的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)是在水、CO2交替注入的驅(qū)替方式進(jìn)行的，段塞優(yōu)化實(shí)驗(yàn)選擇了3個(gè)級后CO2段塞、燜井24h再水驅(qū)0.5PV后CO2段塞、燜井24h后水驅(qū)結(jié)束。回壓設(shè)置 P2=10MPa、P1= 10.5MPa。注入方式為連續(xù)、恒壓、勻速驅(qū)替。水的注入速度15mL/h；CO2注入速度15cm3/h（54℃、10MPa狀態(tài)）。

通過數(shù)據(jù)處理，3塊模擬巖心在注入了0.3PV、0.5PV、0.7PV 3個(gè)不同大小的CO2段塞后，最終的驅(qū)油效率分別為：39.22%、42.86%、45.65%（見圖3的驅(qū)油效率對比曲線）。從對比曲線可以看出：隨著CO2注入段塞的增大，驅(qū)油效率增加。

3 結(jié) 論

在嘗試了利用回壓閥對注入的高壓氣體進(jìn)行控制后,實(shí)現(xiàn)了對注入氣體的壓力和流量的同步控制，也就是對同一注入氣源，在注入壓力不變的情況下，能使氣體以不同的注入速度，注入到模擬巖芯中。

在室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用中，本方法能夠?qū)怏w進(jìn)行定壓、定流量控制，基本上滿足了氣體的不同注入速度、不同注入量、不同注入壓力對驅(qū)油效率的影響的實(shí)驗(yàn)要求。

[1]郝永卯,薄啟煒,陳月明.CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究[J].石油勘探與開發(fā), 2005(2).

[2]劉炳官,朱平,雍志強(qiáng),等.江蘇油田CO2,混相驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].石油學(xué)報(bào),2002(4).

The research on how to use gas injection (carbon dioxide,hot flue gas,nitrogen,foam slugs)to enhance oil recovery ratio of ordinary heavy oil reservoir has been developed in the mine and laboratory of Liaohe oilfields.As one crucial technology of indoor evaluation experiment,the control and measurement of high pressure gas has directly affected the results of evaluation test.

gas injection;measuring methods,displacement efficiency

孔慶濤（1977-），男，工程師，現(xiàn)在遼河油田勘探開發(fā)研究院從事計(jì)量管理工作。

尉立崗

2012-03-30