稠油重力驅(qū)過(guò)程中滲流速度的影響因素分析

修麗群，楊樹(shù)人，劉麗麗，王 洋，何鑫迪

稠油重力驅(qū)過(guò)程中滲流速度的影響因素分析

修麗群1，楊樹(shù)人1，劉麗麗1，王 洋2，何鑫迪2

（1. 東北石油大學(xué)， 黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田有限責(zé)任公司， 黑龍江 大慶 163000）

我國(guó)稠油資源豐富，但由于稠油的特殊物理性質(zhì)使其開(kāi)發(fā)及其困難。以重力泄水輔助蒸汽驅(qū)和稠油驅(qū)泄復(fù)合開(kāi)發(fā)技術(shù)為基礎(chǔ)，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件ANYSY CFX計(jì)算分析油層的傾斜角度和油層厚度及原油密度對(duì)油（水）滲流速度的影響。研究表明：稠油重力驅(qū)過(guò)程中，當(dāng)油層傾斜角度在40o與60o之間時(shí)油水的滲流速度減小較快。油層高度在15 m與25 m之間時(shí)，水的滲流速度增長(zhǎng)較快，并且密度對(duì)于兩相的滲流速度也有較大的影響。取得研究成果為稠油重力驅(qū)滲流研究提供借鑒。

滲流速度；重力驅(qū)；數(shù)值計(jì)算；ANYSY CFX

我國(guó)稠油資源豐富[1]，對(duì)于中深層稠油熱采較淺層有更高的開(kāi)采難度，埋藏深、沿程熱損失大、地層壓力高、蒸汽釋放的熱量少[2]。針對(duì)中深層稠油開(kāi)采，其關(guān)鍵技術(shù)在于最大程度提高注入油藏蒸汽干度，降低油藏壓力，提高油藏采注比[3]。所見(jiàn)報(bào)道中多從油藏?cái)?shù)值模擬角度，對(duì)蒸汽腔的擴(kuò)展進(jìn)行研究[4]，及建立數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)泄油公式，而未見(jiàn)對(duì)稠油重力驅(qū)滲流速度影響因素分析，本文運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法，結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，討論分析原油密度，油層厚度，油層傾斜角度對(duì)滲流速度的影響規(guī)律，明確重力與壓力復(fù)合作用機(jī)理，豐富稠油重力驅(qū)滲流理論，為研究稠油重力驅(qū)機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 基本概況

在我國(guó)油田稠油油藏立體開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，重力泄油、重力泄水已顯著改善了油藏的開(kāi)發(fā)效果[4-9]。主要開(kāi)發(fā)方式有：蒸汽驅(qū)輔助重力泄油、重力泄水輔助蒸汽驅(qū)。重力作用在整個(gè)油藏開(kāi)采過(guò)程中總是處處存在的，然而在多數(shù)情況下，與其它能量相比，重力所起的作用不大，只有當(dāng)進(jìn)入油藏開(kāi)發(fā)后期，其它驅(qū)動(dòng)力都比較微弱時(shí)，重力才會(huì)顯示主要驅(qū)動(dòng)作用。在某種主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)作用下，利用重力作用輔助生產(chǎn)，會(huì)獲得更好的開(kāi)發(fā)效果。尤其是傾角大、厚度大和滲透率好的油藏，往往可以合理利用重力進(jìn)行驅(qū)油。

本文的實(shí)驗(yàn)區(qū)塊，油層含油面積4.2 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量10×104t。凈總厚度比：0.7；平均孔隙度：35%；平均滲透率：1 613×10-3μm2；原始地層壓力：7.35 MPa（中深750 m）；原始油層溫度：60 ℃；50 ℃脫氣粘度：16.815×104mPa·s；地面原油密度：1.001 g/cm3。

2 數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析

2.1模型的建立及參數(shù)的設(shè)定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件，運(yùn)用Solidworks建立不同油層厚度的5個(gè)模型，模型設(shè)定直徑5 m，高度分別為15、25、35、45、55、65 m，如圖1所示。本文基于ANSYS CFX軟件的多孔介質(zhì)模型，設(shè)定模型的孔隙度為0.35，滲透率為1 613×10-3μm2，模型中的流體為油水兩相，水的密度為1 000 kg/m3，原油的密度為 990 kg/m3，初始含油飽和度設(shè)定為40%。

2.2數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析

2.2.1 油層的傾斜角度對(duì)滲流速度的影響

設(shè)置原油的溫度分別為250、270、290 ℃，在每個(gè)溫度下都設(shè)置模型的傾角（與豎直方向的夾角）為0°、30°、45°、60°、90°，油層厚度為15 m，縱向壓力梯度為2.43 MPa/m，初始含油飽和度為40%。油層的傾斜角度與速度的關(guān)系如圖2-圖3所示。

由圖2可知油相滲流速度和水相滲流速度均隨傾斜角度的增加而減小，當(dāng)油層傾斜角度在40o與60o之間時(shí)，油水的滲流速度減小較快。

由圖3可知傾斜角度增加時(shí)水相滲流速度與油相滲流速度的差逐漸減小，說(shuō)明當(dāng)驅(qū)替方向接近水平方向時(shí)，兩相的滲流速度更加接近，并且不隨溫度的變化而變化。

2.2.2 油層的高度對(duì)滲流速度的影響

設(shè)置油層溫度為 290 ℃，壓力梯度為 1.19 MPa/m，分別改變模型的高度為15、25、35、45、55、65 m，直徑均是5 m，油層滲透率為1613 mD，初始含油40%，油水滲流速度與油層的高度關(guān)系如圖4所示。

由圖4可見(jiàn)由于重力的作用，油相滲流速度和水相滲流速度隨油層高度的增加而增加，當(dāng)油層高度在15 m與25 m之間時(shí)，兩相的滲流速度均增長(zhǎng)較快，當(dāng)高度在25 m與65 m之間時(shí)兩相的滲流速度較為平穩(wěn)地增長(zhǎng)。

2.2.3 原油的密度對(duì)滲流速度的影響

在CFX軟件的前處理中設(shè)置油層的溫度為250℃，壓力梯度為2.43 MPa/m，改變密度分別為990、995、998、1 000、1 002、1 005 kg/m3，油層滲透率為1 613 mD，初始含油40%，設(shè)置此時(shí)的模型高度為30 cm，直徑2.5 cm，原油的密度與油相和水相的滲流速度關(guān)系如下圖5-圖6所示。

由圖5可知油相和水相的滲流速度隨油相密度的變化呈波浪形變化，并且當(dāng)原油密度大于995kg/m3時(shí)兩相的滲流速度的變化趨勢(shì)是相同的。

由圖6可知油相和水相的滲流速度差值變化情況與油相的密度有關(guān)，并且當(dāng)油相的密度與水相的密度相同均為1 000 kg/m3時(shí)，兩相的滲流速度差值最為接近。

3 結(jié) 論

（1）油層的傾斜角度影響泄油與泄水的速度。油水滲流速度隨傾斜角度的增加而減小，當(dāng)油層傾斜角度在 40o與 60o之間時(shí)油水的滲流速度減小較快。在傾斜角度改變時(shí)水相滲流速度與油相滲流速度的差是不隨溫度的變化而變化的。

（2）油水滲流速度隨油層高度的增加而增加，當(dāng)油層高度在15 m與25 m之間時(shí)，水的滲流速度增長(zhǎng)較快，大于25m時(shí)油水滲流速度較為平穩(wěn)地增長(zhǎng)。

（3）原油的密度影響泄油與泄水的速度。當(dāng)原油密度大于 960 kg/m3時(shí)油水滲流速度的變化趨勢(shì)是相同的。當(dāng)原油密度為1 000 kg/m3及與水密度相同時(shí)油相滲流速度與水相滲流速度最為接近。

［1］ 崔紅巖，李冬冬，林新宇，等．水平井蒸汽輔助重力泄油數(shù)值模研究[J]．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào),2011，8（6）：47-50．

［2］ 任芳祥，孫洪軍，戶昶昊．遼河油田稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)與實(shí)踐[J]．特種油氣藏,2012，19（1）：1-8．

［3］ 李鳳霞，重力泄油室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及油藏模擬[J]．特種油氣藏,2004，11（5）：118-119．

［4］ 王選茹，程林松，劉雙全，等．蒸汽輔助重力泄油滲流機(jī)理研究[J]．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2006，28（2）：44-47．

［5］ 張方禮，張麗萍，鮑君剛，等．蒸汽輔助重力泄油技術(shù)在超稠油開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J]．特種油氣藏，2007，7（2）：6-8．

［6］ 王威，趙春梅，張鷹．遼河油田杜 84塊超稠油油藏水平井開(kāi)采數(shù)值模擬[J]．新疆石油地質(zhì)，1998，19（3）：244-246．

［7］ 楊乃群，常斌，程林松．超常規(guī)稠油油藏改進(jìn)的蒸汽輔助重力泄油方式應(yīng)用研究[J]．中國(guó)海上油氣（地質(zhì)），2003，17（2）：123-127．

［8］ 任芳祥，油藏立體開(kāi)發(fā)探討[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2012，39（3）：320-325．

［9］ 張小波，遼河油區(qū)稠油采油工藝技術(shù)發(fā)展方向[J]．特種油氣藏，2005（5）：9-13.

Analysis on Factors Influencing the Flow Velocity of Heavy oil Gravity Drive

XIU Li-qun1，YANG Shu-ren1，LIU Li-li1，WANG Yang2，HE Xin-di3
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Daqing Oilfield Co., Ltd. Downhole Operation Branch, Heilongjiang Daqing 163000，China）

Heavy oil resources are rich in our country, but its development is difficult because of special physical properties of heavy oil. Based on the assisted gravity draining steam flooding and the development technology of drive drain compound, computation fluid dynamics software ANYSY CFX was used to analyze effect of inclined angle of oil layer, oil reservoir thickness and density of the crude oil (water) on the flow velocity. The results show that, in the process of heavy oil gravity drive, when inclined angle of reservoir is between 40oand 60o, oil and water seepage velocity decreases rapidly; when the reservoir height is between 15 m and 25 m, water seepage velocity increases rapidly; and the density has great influence on two phase seepage velocity. The research results can provide reference for seepage study of gravity drive of heavy oil.

Flow velocity; Gravity drainage; Numerical calculation; ANYSY CFX

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）05-1114-03

2014-12-01

修麗群（1990-），女，在讀碩士研究生，研究方向：復(fù)雜流體數(shù)值模擬。E-mail：996577741@qq.com。