CO2，N2與蒸汽混合增效作用研究

林濤，孫永濤，劉海濤，王少華，顧啟林，王通

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450）

近年來，海上稠油熱采技術以多元熱流體熱采為主［1-3］。與單一的蒸汽熱采相比，由于多組分的存在，多元熱流體的作用機理更加復雜［4］。為了進一步研究多元熱流體中CO2，N2與蒸汽3者的混合增效作用，找出各因素與提高開采效果之間的關聯性［5-7］，開展了室內實驗研究和灰色關聯分析。

1 室內驅替實驗

1.1 實驗條件

實驗用水：根據渤海油田地層水實際組成配制的模擬鹽水，礦化度為7 402 mg/L，水型為Na2SO4，其中（Na++K+）質量濃度為 2 210 mg/L，Ca2+為 281 mg/L，Mg2+為 281 mg/L，Cl-為 3 226 mg/L，為 384 mg/L，為1159mg/L。

實驗用油：渤海油田原油，50℃地下原油黏度為753 mPa·s。

實驗用化學劑：高純度工業(yè)CO2（體積分數99.90%），高純度工業(yè)N2（體積分數99.95%）。

實驗模型：采用25 mm×150 mm的人工填砂模型。

實驗設備：由恒壓計量泵、蒸汽發(fā)生器、手動計量泵、預熱盤管、巖心模型、恒溫箱、冷凝器、回壓閥、氣液分離器、液樣收集器、濕式氣體流量計以及壓差、壓力傳感器和中間容器等組成。

1.2 實驗步驟

根據目標油藏特性制作填砂模型；在室溫條件下將模型抽空3.5 h；在56℃恒溫下飽和人工合成鹽水，測量孔隙度；將飽和鹽水的模型在56℃恒溫箱內放置12 h以上，用實驗原油以恒定速率驅替巖心中的飽和水，直到巖心兩端的壓差平穩(wěn)，建立束縛水飽和度（原始含油飽和度）［8］，記錄飽和壓力；采用恒速注入熱流體實驗方案，驅替至規(guī)定的孔隙體積倍數，記錄注入速度、注入壓力、采出油氣水量。

1.3 實驗方案

分別采用蒸汽、蒸汽+CO2、蒸汽+N2、蒸汽+CO2+N2等4種驅替方式。根據現場實際注入情況，折算蒸汽注入速度。以注入熱量相同為原則，根據溫度、壓力的關系，計算氣體的比例，設計注入流體的組成；蒸汽+CO2+N2的比例按現場實際多元熱流體組成比例配制。

1.4 實驗結果

對比不同注入方式下的階段采收率（見表1），可以看出不同注入溫度下，同時注入蒸汽與氣體（CO2，N2，N2+CO2）的最終采收率均高于單一蒸汽驅，其中蒸汽+CO2階段采收率最高，其次為蒸汽+N2+CO2。由于無法通過實驗確定CO2，N2與蒸汽的混合增效作用，因此結合實驗數據采用灰色關聯分析方法進行分析［9］。

表1 不同注入方式下的階段采收率

2 多因素關聯分析

灰色系統(tǒng)理論認為,任何隨機過程都是在一定幅度范圍和一定時區(qū)內變化的。對CO2，N2與蒸汽3種因素的混合增效來說，各敏感特性參數不是確定值，而存在變化范圍（即灰數）。它們作為灰色系統(tǒng)具有整體功能，存在某種潛在規(guī)律。

2.1 確定數列

蒸汽+N2+CO2階段采收率為參考數列，反映了CO2，N2與蒸汽3種因素混合增效綜合作用的結果，記為 X0=｛X0（1），X0（2），X0（3） ｝；蒸汽、蒸汽+CO2、蒸汽+N2階段采收率分別為不同的比較數列，反映了不同組成的作用效果，記為 Xi=｛Xi（1），Xi（2），Xi（3）｝。

2.2 無量綱化

根據確定的比較數列和參考數列，采用數列均值化方法對原始數據進行處理，計算公式為

2.3 計算關聯系數

式中：ξi（k）為第k個比較序列對參考序列的關聯系數；ρ 為分辨系數，ρ∈（0，1），通常取 0.5。

2.4 計算關聯度

定量分析系統(tǒng)發(fā)展的主要及次要因素時，需要對各樣品的關聯系數取平均值，此即為關聯度ri［6］：

利用式（3）計算各數列的關聯度，采用相對關聯度和綜合關聯度［10］的方法進行對比分析和排序（見表2）。

表2 關聯度分析及排序

由表2可以看出，在CO2，N2與蒸汽混合增效的3個影響因素中，蒸汽+N2的影響最大，蒸汽+CO2其次，蒸汽最小。分析認為：由于N2具有明顯的增壓作用［11-15］，其影響非常顯著，對于普通稠油油藏，壓力的增加是提高開采效果的主要驅動力之一；CO2具有溶解降黏作用，在熱作用下可提高降黏效果，改善開采效果。

3 結束語

CO2，N2與蒸汽混合增效作用的影響因素很多，根據室內模擬結果，結合灰色關聯分析理論，對影響增效作用的蒸汽+CO2、蒸汽+N2、蒸汽進行關聯分析。依據各因素的關聯度大小，可以確定影響混合增效作用的主要及次要因素，為后續(xù)海上稠油熱采多元熱流體組分優(yōu)化設計提供依據。

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