超稠油油藏火驅(qū)開發(fā)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究

賈 大 雷

(中國石油遼河油田公司勘探開發(fā)研究院， 遼寧 盤錦 124010)

遼河油田是我國的主要稠油生產(chǎn)基地，其超稠油資源量大，主要采用蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、蒸汽輔助重力驅(qū)油方式進(jìn)行生產(chǎn)。隨著油田開發(fā)的進(jìn)行，逐漸暴露出產(chǎn)量遞減快、經(jīng)濟(jì)效益變差等問題，地下滯留剩余油難以動用，需解決開發(fā)方式轉(zhuǎn)換問題[1-3]?；馃蛯邮翘岣咴筒墒章实闹匾椒ㄖ?，它是利用油層本身的部分裂解產(chǎn)物作燃料，使地層部分原油就地燃燒，利用燃燒前緣推動原油的熱采方法。超稠油已經(jīng)超出火驅(qū)法對于黏度的篩選標(biāo)準(zhǔn)[4]，因此對超稠油實(shí)施火驅(qū)開采的難度很大。

本次研究，主要通過一維物理模擬實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)火驅(qū)對超稠油的驅(qū)動效率，分析超稠油燃燒參數(shù)特征、火線推進(jìn)特征(如溫度梯度變化、壓力梯度變化)，為現(xiàn)場超稠油火驅(qū)方案設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)采用的火燒油層一維模擬裝置，主體部分尺寸為42 cm×9 cm×3.6 cm，可以承受的最高壓力為3 MPa，最高溫度為900 ℃。該裝置布置了3行13列共39支熱電偶，監(jiān)測溫度變化；點(diǎn)火方式為電點(diǎn)火，其中點(diǎn)火器位于模型注氣井處。模型本體溫度、壓力監(jiān)測點(diǎn)布置如圖1。

利用曙1-38-32區(qū)塊曙1-38-330井脫水原油進(jìn)行一維火燒油層實(shí)驗(yàn)，測定燃燒基礎(chǔ)參數(shù)。原油密度為0.985 gcm3(20 ℃)，黏度為38 670 mPa·s(50 ℃)，初始含油飽和度為56.0%。采用石英砂與原油按比例混合，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍b填模型。實(shí)驗(yàn)流程見圖2。

圖1 火燒油層一維模型的溫度、壓力監(jiān)測方案示意

實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：通風(fēng)強(qiáng)度為85.8 m3(m2·h)，空氣流量為0.3 m3h，點(diǎn)火溫度為500 ℃，出口回壓為1.0 MPa。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，對曙1-38-32區(qū)塊完全可以進(jìn)行火驅(qū)。實(shí)驗(yàn)中，燃燒比較完全，火線前緣推進(jìn)比較均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)燃燒；原油采出時(shí)間比較集中，沒有明顯的拖尾現(xiàn)象；燃燒反應(yīng)使溫度升高，裂化和原油降黏效果比較明顯，符合火驅(qū)反應(yīng)機(jī)理。驅(qū)油效率變化情況如圖3所示。

2.1 溫度場變化情況

火驅(qū)實(shí)驗(yàn)過程中，溫度場的變化如圖4所示。實(shí)驗(yàn)開始后36 min時(shí)，火線在點(diǎn)火器附近形成。在推進(jìn)過程中最高溫度達(dá)663 ℃?；鹁€推進(jìn)至生產(chǎn)井處，共耗時(shí)189 min。維持火線穩(wěn)定推進(jìn)，需要逐步提高注氣速度，模型壓力隨著注氣速度的增加而增大(見圖5)，但注氣速度過大會導(dǎo)致火線竄流。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程示意圖

圖3 火燒過程驅(qū)油效率的變化曲線

圖4 火驅(qū)過程中溫度場的變化

原油的黏度越大，其燃燒的門檻溫度和點(diǎn)火溫度也越高。一般稀油實(shí)現(xiàn)高溫燃燒的門檻溫度為210～240 ℃，稠油燃燒的門檻溫度為340～370 ℃，超稠油燃燒的門檻溫度接近400 ℃。曙1-38-330井脫水原油的門檻溫度為350～360 ℃，點(diǎn)火溫度為510～520 ℃。曙1-38-330井脫水原油的黏度較大，為38 670 mPa·s(50 ℃)，因而其燃燒的門檻溫度、點(diǎn)火溫度也較高。

圖5 注氣速度和壓力隨時(shí)間變化曲線

燃料消耗量是指在設(shè)定通風(fēng)強(qiáng)度下，燃燒帶掃過單位體積油砂所消耗的燃料質(zhì)量，它是判斷是否能實(shí)施火燒法的依據(jù)之一。燃料消耗量太小，燃燒無法維持下去；燃料消耗量太大，則需要很大的空氣量和壓縮功率消耗，產(chǎn)油量亦小。一般稀油高溫氧化的燃料消耗量約為20 kgm3，普通稠油和特稠油約為30 kgm3，超稠油高溫氧化的燃料消耗量大于40 kgm3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在85.8 m3(m2·h)的通風(fēng)強(qiáng)度下，曙1-38-330井脫水原油的燃料消耗量最大值為28.99 kgm3(見圖6)；燃燒完全，所需空氣消耗量為320.4 m3m3(見圖7)。

2.3 原油改質(zhì)效果

火驅(qū)后，不同時(shí)刻的原油密度、黏度都有不同程度的降低?；痱?qū)前的原油密度為0.985 gcm3(20 ℃)，黏度為38 670 mPa·s(50 ℃)；火驅(qū)后原油密度降為0.965 gcm3(20 ℃)，黏度降為1 411 mPa·s(50 ℃)。火燒后，原油中C20以前的組分相對含量比火燒前增大，C20以后的組分相對含量則比火燒前減少(見圖8和圖9)?；馃沟迷偷闹刭|(zhì)組分減少而輕質(zhì)組分增加了，原油改質(zhì)效果明顯。

圖6 實(shí)驗(yàn)過程中不同時(shí)刻的燃料消耗量

圖7 實(shí)驗(yàn)過程中不同時(shí)刻的空氣消耗量

圖8 火燒前原油全烴色譜分析

圖9 火燒后原油全烴色譜分析

3 結(jié) 語

針對曙1-38-32區(qū)塊超稠油的開發(fā)方式問題，利用曙1-38-330井脫水原油進(jìn)行了一維物理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，可實(shí)現(xiàn)成功點(diǎn)火，火線前緣推進(jìn)比較均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)燃燒，原油采出時(shí)間比較集中。實(shí)驗(yàn)表明，曙1-38-32區(qū)塊原油自燃溫度為340～360 ℃，燃燒反應(yīng)模式主要為高溫氧化反應(yīng)。燃燒反應(yīng)使溫度升高，高溫導(dǎo)致原油發(fā)生裂化，原油密度、黏度降低，流動性得以改善。在曙1-38-32區(qū)塊的超稠油油藏開發(fā)中，適合采用火驅(qū)法來提高采收率。