注空氣驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

林云清

摘 ?????要：借助填砂管模型實(shí)驗(yàn)以及細(xì)長管模型實(shí)驗(yàn)，分別開展了注入PV數(shù)（0、0.1、0.2、0.4 PV）、注入壓力（實(shí)驗(yàn)壓差分別為0.2、0.4、0.6 MPa）、油層溫度（60、80、100 ℃）對含油飽和度的影響研究以及不同注入壓力（實(shí)驗(yàn)壓差分別為2、4、6 MPa）、不同油藏溫度（60、80、100 ℃）、不同氧氣濃度（0%、10%、20%）對非烴類氣驅(qū)的影響研究。

關(guān) ?鍵 ?詞：填砂管模型;細(xì)長管模型;氣驅(qū)

中圖分類號：TQ 341 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0526-05

Abstract： The effect of injection PV （0， 0.1， 0.2， 0.4 PV）， injection pressure （experimental pressure difference of 0.2， 0.4， 0.6 MPa） and oil layer temperature （60， 80， 100 ℃） on the oil saturation was studied with the sand filling tube model experiment and the slender tube model experiment. And the effect of different injection pressure （experimental pressure difference of 0.2， 0.4， 0.6 MPa）， different reservoir temperature （60， 80， 100 ℃） and different oxygen concentration （0%， 10%， 20%） on the non hydrocarbon gas drive was investigated.

Key words： Sand filling tube model ; Slender tube model ; Air flooding

歷史經(jīng)驗(yàn)表明，單純的注水開發(fā)模式已經(jīng)不能滿足油田預(yù)期要求，由于研究區(qū)塊儲層屬于低滲透范疇，注水開發(fā)效果收效甚微[1-6]，尋找一種新的開發(fā)方式成為發(fā)展的必然結(jié)果。針對國內(nèi)外相關(guān)及相似情況的考察研究發(fā)現(xiàn)，非烴類氣驅(qū)是一種廣泛使用的有效的針對低滲透油藏的開發(fā)方式。其中，空氣驅(qū)因其自身成本優(yōu)勢、取材優(yōu)勢以及良好的驅(qū)油效率而廣泛使用[7-11]。作為一種引入型技術(shù)，室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)作為礦場試驗(yàn)的基礎(chǔ)，在驗(yàn)證整個實(shí)驗(yàn)的可行性以及驅(qū)替效果等重要因素方面占據(jù)著至關(guān)重要的作用。通過開展注空氣驅(qū)室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，可以更直觀、更清晰的判斷更因素之間的配伍關(guān)系以及對整個實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，為以后的礦場試驗(yàn)提供理論支持。

1 ?實(shí)驗(yàn)條件

1.1 ?實(shí)驗(yàn)儀器

依據(jù)研究內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)室自身所具備的技術(shù)條件，實(shí)驗(yàn)過程中涉及到儀器主要有：恒溫箱、高溫高壓反應(yīng)釜、壓力傳感器、溫度傳感器、反應(yīng)控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高壓空氣氣源、平流泵、填砂管、細(xì)長管、油氣分析裝置、流量計、恒溫空氣浴、壓力表等。

1.2 ?基礎(chǔ)用品

實(shí)驗(yàn)用油由現(xiàn)場提供，將其進(jìn)行過濾、脫水之后使用;實(shí)驗(yàn)用水是實(shí)驗(yàn)室根據(jù)現(xiàn)場提供的研究區(qū)塊地層水礦化度以及成分比例關(guān)系進(jìn)行模擬配制;填砂管模型：將不同粒徑的石英砂和黏土均勻混合，壓實(shí)后模擬低滲透儲層。

2 ?實(shí)驗(yàn)方案

2.1 ?填砂管模型實(shí)驗(yàn)

根據(jù)研究內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)流程的正確性與合理性，編制實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）將原油進(jìn)行過濾、脫水處理，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)備用。

（2）將滿足條件的石英砂充填在填砂管內(nèi)制作巖心模型。

（3）取備選巖心，稱干重，然后進(jìn)行抽真空、飽和水，稱濕重，計算飽和水量以及巖心的孔隙度。

（4）檢查實(shí)驗(yàn)儀器，將儀器按照實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行連接，并檢查整套實(shí)驗(yàn)裝置的密閉性。

（5）將恒溫箱調(diào)至實(shí)驗(yàn)所需溫度，對制作好的填砂管模型進(jìn)行飽和油，并記錄飽和油量，計算含油飽和度。

（6）將飽和油后的填砂管模型水平放置，然后進(jìn)行注空氣驅(qū)油。

（7）數(shù)據(jù)采集（壓力、產(chǎn)液量）。

（8）數(shù)據(jù)匯總、處理。

（9）實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2.2 ?細(xì)長管模型實(shí)驗(yàn)

根據(jù)研究內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)流程的正確性與合理性，編制實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）按照實(shí)驗(yàn)規(guī)范性將各儀器進(jìn)行連接。

（2）對細(xì)長管進(jìn)行乙醚沖洗，然后注氣烘干。

（3）對細(xì)長管模型進(jìn)行憋壓，待壓力升高至實(shí)驗(yàn)所需壓力，停止并維持3 h，判斷試驗(yàn)裝置的氣密性。

（4）對細(xì)長管模型飽和水，計算飽和水量和孔隙度。

（5）對細(xì)長管進(jìn)行水測滲透率。

（6）對細(xì)長管進(jìn)行飽和油，直至出口端接液中水量不再變化，此時出水量就是飽和油量，計算含油飽和度。

（7）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備就緒，按照規(guī)定速度進(jìn)行注空氣驅(qū)，對出口端氣體進(jìn)行采集，并且計算采出氣中O2和CO2的含量，待O2含量不再變化時，實(shí)驗(yàn)停止。

（8）升高溫度，重新測量O2和CO2的含量。

3 ?結(jié)果分析

3.1 ?填砂管模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)研究內(nèi)容以及研究目的，借助填砂管模型實(shí)驗(yàn)，研究不同注入PV數(shù)（0、0.1、0.2、0.4）、不同注入壓力（實(shí)驗(yàn)壓差為0.2、0.4、0.6 MPa）、不同地層溫度（60、80、100 ℃）對含油飽和度的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的合理性共設(shè)計7組實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)方案見表1。

3.1.1 ?注入PV數(shù)對含油飽和度的影響

方案1～3研究了不同注入PV數(shù)（0.1、0.2、0.4 PV）對含油飽和度的影響，在孔隙度、滲透率、初始含油飽和度基本保持一致的條件下，研究注空氣驅(qū)過程中含油飽和度的變化情況，并且對實(shí)驗(yàn)后填砂管模型不同位置處的含油飽和度進(jìn)行測定，結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)圖1，不難看出：在填砂管模型的注入端至采出端的方向上，三種方案的結(jié)果整體趨勢相似，含油飽和度呈現(xiàn)升高的趨勢;依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將0.2 PV假定為氣體突破的臨界點(diǎn);在氣體突破之前，氣和油之間以活塞式驅(qū)動為主，從而導(dǎo)致在氣油混合區(qū)內(nèi)，含油飽和度出現(xiàn)較大幅度的波動，而油墻現(xiàn)象會發(fā)生在純油區(qū)內(nèi)，當(dāng)氣體突破之后，氣油混相區(qū)域越來越大，油墻隨之消失。

3.1.2 ?注入壓力對含油飽和度的影響

方案2、方案4、方案5研究了不同注入壓力（實(shí)驗(yàn)壓差分別為0.2、0.4、0.6 MPa）對含油飽和度的影響，在孔隙度、滲透率、初始含油飽和度基本保持一致的條件下，研究注空氣驅(qū)過程中含油飽和度的變化情況，并且對實(shí)驗(yàn)后填砂管模型不同位置處的含油飽和度進(jìn)行測定，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2不難看出：在填砂管模型的注入端至采出端的方向上，三種方案的結(jié)果整體趨勢相似，含油飽和度呈現(xiàn)升高的趨勢，同時從側(cè)面也反映出氣與油之間的驅(qū)動形式是活塞式驅(qū)動;隨著注入壓差的增大，并不能完全形成充分混合的氣油混相區(qū)，容易形成串流從而導(dǎo)致氣體突破，也就是隨著注入壓力的增大，殘余油飽和度也變大，從而不能形成有利的油墻。

3.1.3 ?溫度對含油飽和度的影響

方案2、方案6、方案7研究了不同溫度（60、80、100 ℃）對含油飽和度的影響，在孔隙度、滲透率、初始含油飽和度基本保持一致的條件下，研究注空氣驅(qū)過程中含油飽和度的變化情況，并且對實(shí)驗(yàn)后填砂管模型不同位置處的含油飽和度進(jìn)行測定，結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)圖3，不難看出：隨著溫度的升高，在填砂管模型注入端至出口端的方向上含油飽和度波動幅度也較大;溫度的升高會導(dǎo)致原油粘度的下降，一方面增加了原油的流動性，另一方面也減小了氣油之間的滑脫效應(yīng);這些因素最終會表現(xiàn)出含油飽和度在氣油混相區(qū)域的浮動大，增加了油墻的覆蓋范圍。

3.2 ?細(xì)長管模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 ?注入壓力對非烴類氣驅(qū)影響

借助細(xì)長管模型開展室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同注入壓力（13、15、17 MPa）對非烴類氣驅(qū)的影響。具體實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2和圖4。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著注入壓力的增大，氣體突破時的驅(qū)油效率及最終的驅(qū)油效率皆呈現(xiàn)下降的趨勢;這是因?yàn)楫?dāng)增大注入壓力時，反應(yīng)到細(xì)長管模型兩端的壓差也會隨之增大，導(dǎo)致氣體的流速增加，從而降低了氣體的驅(qū)油效率。

3.2.2 ?溫度對非烴類氣驅(qū)影響

借助細(xì)長管模型開展室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同溫度（60、80、100 ℃）對非烴類氣驅(qū)的影響。具體實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表3和圖5。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：隨著溫度的升高，氣體突破時的驅(qū)油效率及最終的驅(qū)油效率皆呈現(xiàn)上升的趨勢;這是因?yàn)樯邷囟葧?dǎo)致原油的粘度變小，也即降低了氣體與原油之間的流度比，最大限度的弱化指進(jìn)現(xiàn)象，使最終采收率增加。

3.2.3 ?氧氣濃度對非烴類氣驅(qū)影響

借助細(xì)長管模型開展室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同氧氣濃度（0%、10%、20%）對非烴類氣驅(qū)的影響。具體實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表4和圖6。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：隨著氧氣濃度的增加，突破時驅(qū)油效率以及最終驅(qū)油效率并未呈現(xiàn)明顯的差異;也即表明氧氣濃度對驅(qū)油效率的作用效果不明顯。

4 ?結(jié) 論

（1）填砂管模型實(shí)驗(yàn)表明：0.2 PV是氣體突破的臨界點(diǎn)，在氣體突破之前存在含油飽和度較高的油墻;隨著注入壓力的增大，殘余油飽和度也變大，從而不能形成有利的油墻;

（2）細(xì)長管模型實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)增大注入壓力時，氣體的流速增加，從而降低了氣體的驅(qū)油效率;升高溫度會導(dǎo)致原油的粘度變小，也即降低了氣體與原油之間的流度比，最大限度的弱化指進(jìn)現(xiàn)象，使最終采收率增加;氧氣濃度對驅(qū)油效率的作用效果不明顯。

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