細(xì)管實(shí)驗(yàn)確定最小混相驅(qū)壓力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

楊付林，喻 鵬

(1.北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535011； 2.廣西高校北部灣石油天然氣資源有效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 欽州 535011)

0 引 言

MMP下注入氣體是提高原油采收率普遍和實(shí)際的方式之一[1-2]。MMP是在一定油藏溫度下，注入氣體與原油經(jīng)過多次接觸達(dá)到混相的最小壓力[3]。油藏原油的混相較強(qiáng)地依賴注入氣體的壓力，如果注入氣體的壓力低于MMP，氣體驅(qū)替原油不能完全達(dá)到混相，進(jìn)而降低ORF。在較高注入壓力下，氣體與原油易發(fā)生混相，但過高的注入壓力使項(xiàng)目運(yùn)行的成本大幅度增加，同時(shí)也增加了項(xiàng)目的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，準(zhǔn)確地確定MMP十分必要。確定MMP方法主要包括實(shí)驗(yàn)法、經(jīng)驗(yàn)公式法和數(shù)值計(jì)算法[4-6]。在這3種類型方法中，實(shí)驗(yàn)法是最準(zhǔn)確和可信的。常用的實(shí)驗(yàn)法主要包括細(xì)管實(shí)驗(yàn)法[7]、升泡儀法[8]和消除界面張力法[9]。細(xì)管實(shí)驗(yàn)法是被廣泛使用并為石油領(lǐng)域認(rèn)可的確定MMP的標(biāo)準(zhǔn)方法。截至目前，暫無被普遍認(rèn)可和使用的規(guī)范實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、流程和確定MMP的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

基于細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)定的ORF與注入壓力關(guān)系曲線，文獻(xiàn)中已介紹和描述了一些確定MMP的標(biāo)準(zhǔn)[10-11]。為了簡(jiǎn)化，在研究中稱為ORF標(biāo)準(zhǔn)。在早期發(fā)表的文獻(xiàn)中，在CO2突破后ORF大于80%或最終ORF為94%時(shí)，相應(yīng)的注入壓力即為MMP[12]。也有人將注入1.2倍孔隙體積氣體后，ORF為90%或95%時(shí)的注入壓力確定為MMP。普遍認(rèn)可的是注入1.2倍孔隙體積氣體后，ORF大于90%時(shí)的注入壓力即為MMP，其也被用作動(dòng)態(tài)的多次接觸混相的指標(biāo)[11]。Wu R S[11]等將混相和非混相驅(qū)的ORF與注入壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，用其相交點(diǎn)來確定MMP。如果線性相交或轉(zhuǎn)折變化不夠劇烈，需要采用轉(zhuǎn)折壓力標(biāo)準(zhǔn)來確定MMP。當(dāng)單位壓力的ORF增加值等于一個(gè)任選的低閾值斜率時(shí)，對(duì)應(yīng)的壓力即為MMP[13]?？梢?，對(duì)于確定MMP的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)沒有一個(gè)普遍的共識(shí)，如閾值或數(shù)值選項(xiàng)的詳細(xì)描述[14]。截至目前，幾乎沒有報(bào)道關(guān)于確定MMP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)研究和量化對(duì)比。為了準(zhǔn)確確定MMP，先通過細(xì)管實(shí)驗(yàn)，得到油樣的ORF與注入壓力的關(guān)系曲線，再依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)和BOP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)研究和定量對(duì)比，從而確定MMP。在ORF標(biāo)準(zhǔn)中，采用了線性外推和線性相交方法，在BOP標(biāo)準(zhǔn)中采用了3次方擬合方法。

1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)定MMP

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

原油樣品取自江蘇油田L(fēng)6區(qū)塊(50 ℃地面脫氣原油黏度為12.3 mPa·s)，正戊烷(n-C5H12)和正十六烷(n-C16H34)，試劑級(jí)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。模擬油的組成為物質(zhì)的量的比為0.43∶0.57的n-C5H12/n-C16H34混合物。CO2的純度為99.5%，在使用時(shí)，沒有進(jìn)一步純化或調(diào)整。

1.2 細(xì)管實(shí)驗(yàn)及方法

實(shí)驗(yàn)細(xì)管的特征見表1。

實(shí)驗(yàn)方法：在溫度為100 ℃條件下，用已蒸餾處理的丙酮清洗細(xì)管并通N2吹干；細(xì)管加熱至設(shè)定的溫度(油藏溫度)，在設(shè)定的壓力下，用泵注入油樣并飽和細(xì)管；在設(shè)定的溫度和壓力下，驅(qū)替泵注入速度為12.0 cm3/h，將CO2注入細(xì)管中驅(qū)替油；在細(xì)管實(shí)驗(yàn)中，記錄注入氣體的孔隙體積倍數(shù)及產(chǎn)出油的體積，每10 min采集一次數(shù)據(jù)；注入1.2倍孔隙體積氣體后，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定了2組油樣的MMP：模擬油和江蘇油田L(fēng)6區(qū)塊原油。對(duì)于每組體系，細(xì)管實(shí)驗(yàn)在5個(gè)不同壓力下運(yùn)行。對(duì)于L6區(qū)塊原油，測(cè)試的溫度為60 ℃。為與文獻(xiàn)中MMP對(duì)比，模擬油體系測(cè)試的溫度為40 ℃。

表1 細(xì)管的特征

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

圖1為60 ℃不同注入壓力(pinj)下ORF與注入CO2孔隙體積倍數(shù)的關(guān)系曲線。

圖1 不同pinj下注入CO2孔隙體積倍數(shù)與ORF關(guān)系

由圖1可知：隨著注入CO2孔隙體積倍數(shù)增加，ORF增加，在注入1.2倍孔隙體積后，達(dá)到最大值；在注入CO2初期，pinj=12.4 MPa的ORF比pinj≥13.8 MPa的ORF大，這是因?yàn)榈妥⑷雺毫ο翪O2的溶解度較低，大部分注入的CO2通過細(xì)管驅(qū)替原油，僅少部分的CO2溶入原油；當(dāng)pinj≥16.5 MPa時(shí)，初始階段ORF較低，隨著注入CO2孔隙體積倍數(shù)的增加，ORF持續(xù)增加，在注入CO2為1.2倍孔隙體積時(shí)，達(dá)到最大值；在注入1.2倍孔隙體積CO2時(shí)，ORF隨壓力的增加，增加幅度減小。因此，可推斷注入的CO2與原油在pinj≥17.9 MPa為混相，pinj=16.5 MPa為近混相，pinj≤13.8 MPa為非混相。

2.1 ORF標(biāo)準(zhǔn)

圖2為ORF標(biāo)準(zhǔn)采用線性外推法確定MMP。線性外推法是將非混相和近混相的細(xì)管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)線性擬合為一條直線，根據(jù)ORF閾值外推出MMP。通過線性擬合4個(gè)細(xì)管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，MMP等于ORF閾值為90%和95%的橫坐標(biāo)值(注入壓力)，相應(yīng)的MMP分別為17.5、18.6 MPa。因此，在無明確的ORF閾值情況下，給出較小的MMP范圍優(yōu)于單一的MMP值。

圖2ORF標(biāo)準(zhǔn)采用線性外推法確定MMP

圖3描述了依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)采用線性相交法確定的2個(gè)MMP。在該方法中，有2個(gè)數(shù)值選擇：第1個(gè)數(shù)值選擇為找到前4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合與后2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合的交點(diǎn)，在該方法中，第4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為共同點(diǎn)被使用了2次；第2個(gè)數(shù)值選擇是找到前4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合與第5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合的交點(diǎn)，原理上，線性相交的方法確定MMP是通過找到ORF與注入壓力關(guān)系曲線上斜率的突變點(diǎn)。關(guān)系曲線分為2個(gè)明顯的壓力區(qū)，即非混相區(qū)和混相區(qū)。基于5個(gè)細(xì)管實(shí)驗(yàn)的ORF與注入壓力數(shù)據(jù)，獲得的3條直線(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ)代表了前4個(gè)、后2個(gè)和第5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性擬合。LineⅠ與LineⅡ和LineⅠ與LineⅢ的交點(diǎn)見圖3。對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為2個(gè)MMP。因此，依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)采用線性相交法確定2個(gè)MMP分別為17.6 MPa和17.9 MPa。

圖3ORF標(biāo)準(zhǔn)采用線性相交法確定MMP(2個(gè)數(shù)值選擇)

2.2 BOP標(biāo)準(zhǔn)

若測(cè)定的ORF與注入壓力關(guān)系曲線的斜率或轉(zhuǎn)折點(diǎn)變化不大，用上述ORF標(biāo)準(zhǔn)的線性相交法確定的MMP不是很精確[10]，為此，采用BOP標(biāo)準(zhǔn)確定MMP。根據(jù)BOP標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)單位壓力的ORF增加值等于一個(gè)任選的低閾值斜率時(shí)，對(duì)應(yīng)的注入壓力即為MMP。對(duì)5個(gè)細(xì)管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)行3次方擬合，3次方程為：

ORF=46.65926+8.45062pinj+0.23247pinj2-0.01549pinj3

(1)

對(duì)式(1)求導(dǎo)，得：

ORF=8.45062+0.46494pinj-0.04647pinj2

(2)

式(2)可用來確定在任一壓力下，單位壓力的ORF增加值。根據(jù)BOP標(biāo)準(zhǔn)，選擇不同的閾值斜率，確定相應(yīng)的MMP。實(shí)驗(yàn)中1%、2%、3%MPa-1的閾值斜率分別對(duì)應(yīng)的MMP為18.6、17.8、16.9 MPa。

2.3 2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

表2為依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)、BOP標(biāo)準(zhǔn)確定的MMP和范圍的對(duì)比結(jié)果。

由表2可知，對(duì)于同一條ORF與注入壓力的關(guān)系曲線，如果采用不同標(biāo)準(zhǔn)和不同的擬合方法來確定MMP，可獲得不同的MMP范圍。因此，依據(jù)任何一種標(biāo)準(zhǔn)確定MMP，以較小的壓力范圍方式表達(dá)MMP，該表達(dá)方式優(yōu)于給出唯一的明確MMP值的方式。同時(shí)發(fā)現(xiàn)采用不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于一個(gè)給定的原油體系，存在一個(gè)較小的共同MMP范圍。

表2 ORF標(biāo)準(zhǔn)、BOP標(biāo)準(zhǔn)確定MMP和范圍的對(duì)比

由表2可知：依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)，ORF閾值(90%～95%)越高，確定的MMP越大。線性相交方法對(duì)于測(cè)得的ORF與注入壓力數(shù)據(jù)的分布較為敏感；線性相交方法給出一個(gè)相對(duì)較小的MMP范圍。因此，線性外推方法確定的MMP精度高于線性相交法。該認(rèn)識(shí)與文獻(xiàn)[10]觀點(diǎn)相一致，Wu R S等人[11]認(rèn)為，線性相交法無論哪種數(shù)值選項(xiàng)，確定的MMP精度較低。BOP標(biāo)準(zhǔn)是基于5個(gè)細(xì)管實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的3次方擬合，通常認(rèn)為3次方擬合法較好地描述了數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì)。與采用ORF標(biāo)準(zhǔn)的線性外推法對(duì)比，BOP標(biāo)準(zhǔn)確定MMP對(duì)選擇的低閾值尤其敏感。另外，采用BOP標(biāo)準(zhǔn)的3次方擬合法確定的MMP是一個(gè)較大的壓力范圍。若想獲得較精確的MMP，應(yīng)選擇1%～2%MPa-1低閾值斜率。

2.4 模擬油的MMP與文獻(xiàn)結(jié)果對(duì)比

為與文獻(xiàn)[11]中MMP對(duì)比，選擇相同的模擬油進(jìn)行細(xì)管實(shí)驗(yàn)，測(cè)試的溫度為40 ℃。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的ORF與注入壓力關(guān)系曲線斜率變化較大，依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)，采用較精確的線性擬合法確定MMP。圖4描述了ORF標(biāo)準(zhǔn)采用線性擬合法確定的MMP。ORF閾值為90%和95%，相應(yīng)的MMP分別為10.1、10.7 MPa，與文獻(xiàn)[11]中ORF為95%的MMP基本吻合(10.3 MPa)。這證明了細(xì)管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是可信的，以較小的壓力范圍(10.1～10.7 MPa)方式表達(dá)了MMP，該表達(dá)方式優(yōu)于給出唯一的明確MMP值的方式。

圖4 模擬油采用線性擬合法確定MMP

3 結(jié)論及建議

(1) 線性相交方法對(duì)于測(cè)得的ORF與注入壓力數(shù)據(jù)的分布較為敏感。線性相交方法給出一個(gè)相對(duì)較小的MMP范圍，與線性外推法對(duì)比，線性相交法確定的MMP精度較低。

(2) 在近混相條件下，確定測(cè)定的ORF與注入壓力的數(shù)據(jù)是十分重要的。依據(jù)ORF標(biāo)準(zhǔn)確定MMP時(shí)，為了獲得較精確的MMP，近混相條件下的數(shù)據(jù)應(yīng)包括在線性擬合的注入壓力范圍中。

(3) BOP標(biāo)準(zhǔn)的3次方擬合法對(duì)低閾值斜率的選擇很敏感。若選擇1%～2% MPa-1低閾值斜率，可獲得較精確的MMP。

(4) 使用同一組ORF與注入壓力關(guān)系的細(xì)管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)和不同的擬合方法，可獲得不同的MMP范圍。因此，建議以較小的壓力范圍方式表達(dá)MMP，該表達(dá)方式優(yōu)于給出唯一的明確MMP值的方式。