特低滲透油田復合熱載體吞吐室內(nèi)試驗

察興辰， 劉 帥， 賈慧敏， 陳 楠

(1.提高油氣采收率教育部重點實驗室(東北石油大學)，黑龍江大慶 163318；2.中國石油遼河油田分公司沈陽采油廠，遼寧盤錦 124008)

低滲透油藏開采難度大，自然產(chǎn)能低，采用常規(guī)投產(chǎn)方式投產(chǎn)甚至不出油[1-2]。N2、CO2等氣體易流動，具有體積膨脹、降黏、降低界面張力的作用，用于低滲透油藏開發(fā)有獨特的優(yōu)勢[3]，但是N2、CO2為非凝結(jié)氣體，自身熱焓低，用蒸汽輔助能獲得更好的驅(qū)油效果[4-5]。針對這種情況，提出采用復合熱載體吞吐來提高低滲透油田的采收率。復合熱載體是天然氣、原油或煤炭等有機物在完全燃燒后生成的N2、CO2與水蒸汽的混合物[6]，因此復合熱載體吞吐技術具有N2、CO2、蒸汽熱力采油的多重優(yōu)勢，能夠大幅度提高采收率，是一種有著廣闊應用前景的原油開采技術[7]。目前，國內(nèi)外主要進行了復合熱載體驅(qū)油、復合熱載體泡沫驅(qū)油等技術研究，而對于復合熱載體吞吐采油技術還尚未進行研究。某油藏埋藏深，成巖作用強，巖性相對致密，平均氣測滲透率為0.45 mD，屬于典型的超低滲透油藏，開發(fā)難度較大，采用常規(guī)開采方式采收率很低。為降低該油藏的開發(fā)難度，提高采收率，筆者進行了復合熱載體吞吐室內(nèi)試驗。

1 室內(nèi)試驗

1.1 試驗方案

熱水和水蒸汽的熱焓較大，攜帶的熱量很高，統(tǒng)稱為熱流體。根據(jù)現(xiàn)場實際要求，試驗總共設計了5種不同熱流體含量復合熱載體吞吐試驗方案，方案1—5的熱流體含量分別為5.00%、10.00%、12.78%、16.00%和20.00%。按照試驗要求，在相同的地層參數(shù)和注采參數(shù)條件下，采用飽和模擬原油的一維物理模型裝置進行5種不同熱流體含量的復合熱載體吞吐試驗，分析復合熱載體中熱流體含量對吞吐效果的影響，以期優(yōu)選出最佳的熱流體含量。

1.2 試驗材料

模擬原油用現(xiàn)場脫氣原油和煤油配制，其在地層溫度67 ℃和地層壓力15.79 MPa條件下的黏度為4.32 mPa·s。水為油田采出水，其礦化度為4 971 mg/L。

巖心為非均質(zhì)管式巖心模型，其為石英砂填充管，長度30.0 cm，直徑3.8 cm，模擬正韻律地層，上、中、下層的滲透率分別為0.1、0.5和0.8 mD，平均滲透率0.54 mD，平均孔隙度14.0%。

1.3 試驗設備及流程

試驗設備主要包括注入系統(tǒng)(蒸汽發(fā)生器、活塞容器、雙缸恒速恒壓泵)和采出系統(tǒng)(回壓調(diào)節(jié)器、油氣分離器、氣體質(zhì)量流量計)以及恒溫箱、高溫高壓石英砂填充管、壓力傳感器等(見圖1)。

圖1 試驗設備Fig.1 Test equipment

1.4 復合熱載體的制備

試驗所用的復合熱載體主要是根據(jù)柴油(計算時一般選擇C16H34)在空氣中燃燒所得到的產(chǎn)物，并考慮空氣中各種氣體組分而配制的。根據(jù)實際氣體狀態(tài)方程，在室內(nèi)將純度為99.99%的N2(標準氮氣)和純度為99.99%的CO2(標準二氧化碳氣)按87.01∶12.99的體積比加入到混合容器中，并保持容器內(nèi)氣體壓力較高。將混合氣和水按照一定的比例分別注入蒸汽發(fā)生器中混合，即得到不同熱流體含量的復合熱載體[8]。柴油在空氣中燃燒的反應式為：

1.5 試驗過程

將巖心模型飽和地層水后加熱至地層溫度67 ℃，并保持溫度恒定，然后飽和模擬油，使巖心中形成束縛水。關閉巖樣出口端；在300 ℃、27 MPa條件下，將熱流體含量為5.00%的2.33 cm3復合熱載體注入巖心，并保持一定時間(燜井時間8.8 min)，然后控制放噴壓力5 MPa打開進口閥門，使油氣流出，直到巖樣內(nèi)壓力降至放噴壓力而且沒有流體流出為止，計量采出油、氣、水的體積。在相同注入條件和生產(chǎn)條件下連續(xù)進行5個周期的吞吐試驗。每個方案結(jié)束之后，更換具有相同物性參數(shù)的巖心模型，重復上述試驗過程。

2 復合熱載體吞吐驅(qū)油效果分析

2.1 采收率

將試驗數(shù)據(jù)進行處理并繪成采收率、累計采收率與熱流體含量的關系曲線，如圖2、圖3所示。

圖2 采收率與熱流體含量的關系Fig.2 Relation between the recovery of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

圖3 累計采收率與熱流體含量的關系Fig.3 Relation between the cumulative recovery of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

從圖2可以看出，同一生產(chǎn)周期，隨著熱流體含量增大，采收率提高，當熱流體含量超過12.78%后，采收率開始降低。從圖3可以看出：方案3的累計采收率最高，其次分別為方案1和方案2；方案3的累計采收率比方案1、2、4、5分別高2.60%、1.54%、3.78%和6.05%?？梢?，復合熱載體中熱流體含量過大或過小，吞吐效果都會變差，這是因為在同樣條件下，當復合熱載體中的熱流體含量較小時，復合熱載體所攜帶的熱量低，對原油的降黏作用也會明顯減弱。此外，當復合熱載體中少量的熱流體進入地層時，由于熱損失會形成不連續(xù)的水滴，產(chǎn)生液阻效應，阻塞喉道增大了原油的滲流阻力，故熱流體含量較少時采收率會較低[9]。由于注入壓力恒定，當復合熱載體中的熱流體含量達到一定值后，其分壓增加，蒸汽的擴散速度加快，熱損失加快，蒸汽干度降低過快，減小了熱流體作用范圍。同時，N2和CO2的比例降低，溶解在油中的氣體也相應減少，膨脹能降低，助排效果變差，使采收率降低[10-11]。

隨著吞吐周期增多，各方案的采收率先升高后降低，第3個周期的采收率最高(見圖2)；5種方案的前3個周期，平均累計采收率分別占總采收率的74.23%，而后2個周期僅占25.77%，可見對采收率的貢獻主要為前3個周期。這是由于吞吐3個周期以后，生產(chǎn)井附近含油飽和度急劇下降，注入的復合熱載體集中在油井附近，而剩余油距離油井比較遠。此外，復合熱載體吞吐對原油輕質(zhì)組分具有萃取作用，原油中的輕質(zhì)組分被萃取出后，油井附近原油黏度增大，原油的流動阻力增大，產(chǎn)油量降低。從采收率看，雖然第3個周期以后累計采收率仍然升高，但是隨著吞吐周期增多，生產(chǎn)成本增加，故復合熱載體吞吐應選擇3個周期。

2.2 含水率

將試驗數(shù)據(jù)進行處理并繪成含水率與熱流體含量的關系曲線，如圖4所示。從圖4可以看出，同一吞吐周期下，含水率隨復合熱載體中熱流體含量的增大而升高。5個周期5種方案的平均含水率分別為2.49%、3.67%、4.60%、7.90%和11.13%，其中方案1的含水率最低，效果最好，其次為方案2。這是由于當熱流體含量較少時，在地層中形成的可流動水較少。此外，由于形成的水滴產(chǎn)生賈敏效應，增大了地層中束縛水的滲流阻力，故含水率會降低;隨著熱流體含量的增大，地層中熱水量增多，可流動水也增多，同時由于地層含水飽和度增大，可流動水的相對滲透率升高，故含水率升高。

圖4 含水率與熱流體含量的關系Fig.4 Relation between the water cut of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

隨著吞吐周期增多，含水率總體趨勢上升，特別是第4個周期和第5個周期，含水率上升明顯。這是由于吞吐周期增多，巖心中平均含水飽和度和水相滲透率增大，所以含水率升高；另外地層溫度逐漸升高，使束縛水體積膨脹，增大了可流動水飽和度。由于前3種方案的含水率都相對比較低，綜合考慮選擇方案3，吞吐周期選擇3個周期。

2.3 氣油比

將試驗數(shù)據(jù)進行處理并繪制氣油比與熱流體含量的關系曲線，如圖5所示。

圖5 氣油比與熱流體含量的關系Fig.5 Relation between the gas-oil ratio of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

從圖5可以看出，同一吞吐周期下，隨著熱流體含量的增大，氣油比呈降低的趨勢。5個周期內(nèi)5種方案的平均氣油比分別為438.73、358.99、294.65、331.51和312.14 m3/m3，方案3最低。這是由于隨著復合熱載體中熱流體含量增大，熱流體的熱擴散速度高于N2、CO2等氣體，油井附近的膨脹能升高，阻礙了氣體的流動，使氣油比降低。

從圖5還可以看出，隨著吞吐周期增多，氣油比先降低后升高。前3個周期，5種方案的氣油比普遍較低，第3個周期氣油比最低，第5個周期開始大幅度升高。因為隨著吞吐周期的增多,生產(chǎn)井附近含油飽和度逐漸降低,氣體飽和度逐漸升高，采出的油越來越少,而采出的氣體卻越來越多,因此生產(chǎn)氣油比逐漸增大。從氣油比看，方案3的效果最好。

此外，熱流體含量還影響著復合熱載體的注入能力。5個周期方案1-5的注入能力分別為3.06、2.81、2.52、2.39和2.35 cm3/(min·MPa)，由此可知，在同樣吞吐條件下，復合熱載體的注入能力隨熱流體含量增大而降低。這是由于熱流體在油井附近的凝析水會造成賈敏效應，增大油井附近氣體流動的阻力，并且由于氣體含量降低，膨脹能也降低，原油黏度增大，因此注入能力降低。復合熱載體吞吐過程中在蒸汽和CO2雙重作用下，形成高溫、強酸性環(huán)境，使巖石中石英、長石、黏土礦物發(fā)生溶蝕，對儲層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率、潤濕性造成極大的影響；而且，高溫和低礦化度的蒸汽凝析水會對儲層造成水敏性損害，含水量越大，損害就會越嚴重；另外，由于低滲透油層孔隙結(jié)構(gòu)復雜，孔喉比大，混注蒸汽和非凝析氣體會產(chǎn)生水鎖，也使熱載體的注入能力降低[12-13]。

3 結(jié)論與建議

1) 在同樣條件下，隨著復合熱載體中熱流體含量的增大和吞吐周期的增多，采收率先升高后降低，含水率增大，氣油比先降低后升高，注入能力降低。

2) 復合熱載體吞吐技術的室內(nèi)試驗可為現(xiàn)場應用復合熱載體吞吐開發(fā)低滲透油田提供參考。

3) 考慮到影響復合熱載體吞吐開發(fā)效果的因素較多，建議進一步開展復合熱載體吞吐的注入?yún)?shù)優(yōu)化研究，以提高復合熱載體吞吐的開發(fā)效果。

參考文獻
References

[1] 李孟濤.低滲透油田注氣驅(qū)油實驗和滲流機理研究[D].北京：中國科學院滲流流體力學研究所，2006.

Li Mengtao.Laboratoy researches on gas injection and poorus flow meehanies for low permeabiliy resevroisr[D].Beijing:Chinese Academy of Sciences,Research Institute of Seepage Fluid Mechanics,2006.

[2] 李士倫，周守信，杜建芬，等.國內(nèi)外注氣提高石油采收率技術回顧與展望[J].油氣地質(zhì)與采收率，2002，9(2)：1-5.

Li Shilun,Zhou Shouxin,Du Jianfen,et al.Review and prospects for the development of EOR by gas injection at home and abroad[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2002,9(2):1-5.

[3] Koottungal L.2008 worldwide EOR survey[J].Oil & Gas Journal,2008,106(15):47-59.

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[4] 翁小紅，馬哲斌，肖見，等.HYS油田復合熱載體驅(qū)油先導試驗[J].石油鉆探技術，2012，40(4)：111-114.

Weng Xiaohong,Ma Zhebin,Xiao Jian,et al.Pilot test for oil displacement with combined heat carrier in HYS Oilfield[J].Petroleum Drilling Techniques,2012,40(4):111-114.

[5] 梁丹，馮國智，曾祥林，等.海上稠油兩種熱采方式開發(fā)效果評價[J].石油鉆探技術，2014，42(1)：95-99.

Liang Dan,Feng Guozhi,Zeng Xianglin,et al.Evaluation of two thermal methods in offshore heavy oilfields development[J].Petroleum Drilling Techniques,2014,42(1):95-99.

[6] 姜瑞忠，楊仁鋒，段志剛，等.復合熱載體泡沫驅(qū)提高采收率研究[J].應用基礎與工程科學學報，2011，19(4)：565-573.

Jiang Ruizhong,Yang Renfeng,Duan Zhigang,et al.Combined thermal carrier foam flooding to enhance the oil recovery[J].Journal of Basic Science and Engineering,2011,19(4):565-573.

Fu Meilong,Xiong Fan,Zhang Fengshan,et al.Physical analogue experiment of CO2,N2and flue gas stimulation for oil production in Du 84 Block,Shuyi District,Liaohe Oilfield[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2010,17(1):68-70.

[8] 夏春鵬，熊健，張小東.超稠油煙道氣輔助蒸汽吞吐室內(nèi)實驗研究[J].斷塊油氣田，2012，19(增刊1)：81-84.

Xia Chunpeng,Xiong Jian,Zhang Xiaodong.Laboratory experiment of fluegas-assisted steam stimulation in super-heavy oil reservoir[J].Fault-Block Oil & Gas Field,2012,19(supplement 1):81-84.

[9] 王紅濤，劉大錳，崔連訓，等.稠油油藏注蒸汽儲層傷害機理研究[J].西部探礦工程，2009,21(4)：91-95.

Wang Hongtao,Liu Dameng,Cui Lianxun,et al.Mechanisms of formation damage during steam injection in heavy oil reservoir[J].West-China Exploration Engineering,2009,21(4):91-95.

[10] 周俊杰，匡艷紅，武尚北，等.大港油田孔102井蒸汽吞吐熱采試驗研究[J].石油鉆探技術，2005，33(6)：66-67.

Zhou Junjie,Kuang Yanhong,Wu Shangbei,et al.Studies on steam recovery in Kong 102 Well,Dagang Oilfield[J].Petroleum Drilling Techniques,2005，33(6):66-67.

[11] 王新征.稠油熱力-化學法復合采油技術數(shù)值模擬研究[J].石油鉆探技術，2004,32(4)：60-62.

Wang Xinzheng.Numerical simulation study on thermal-chemical heavy oil recovery technology[J].Petroleum Drilling Techniques,2004,32(4):60-62.

[12] 陽曉燕，楊勝來，李秀巒，等.蒸汽驅(qū)對儲層潤濕性的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率，2012,19(3)：87-89,93.

Yang Xiaoyan,Yang Shenglai,Li Xiuluan,et al.Study of steam flooding onreservoir wettability[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2012,19(3):87-89,93.

[13] 雷昊，郭肖，賈英，等.稠油注蒸汽開采對儲層傷害的機理研究[J].中國西部油氣地質(zhì)，2006，2(2)：212-214.

Lei Hao,Guo Xiao,Jia Ying,et al.Study of formation damage mechanism of heavy oil exploitation with steam injection[J].West China Petroleum Geosciences,2006,2(2):212-214.