利用回壓閥控制和計量高壓氣體的實驗研究

孔慶濤

中國石油遼河油田分公司 勘探開發研究院 （遼寧 盤錦 124010）

利用回壓閥控制和計量高壓氣體的實驗研究

孔慶濤

中國石油遼河油田分公司 勘探開發研究院 （遼寧 盤錦 124010）

注氣（CO2、煙道氣、N2泡沫段塞）提高普通稠油油藏的采收率的研究工作，在遼河油田的礦場和實驗室內已經開展。作為室內評價實驗的關鍵技術，高壓氣體的控制和計量技術，直接影響到了評價試驗的結果。

注氣 計量方法 驅油效率

注氣（烴與非烴）驅油目前已成為世界三大(熱采、化學劑驅和CO2驅)提高油藏采收率的方法之一。以美國為例，注氣驅油已經占到三次采油(EOR)提高產油量的22%（熱采占39%、化學劑驅占37%、其它的占2%）左右。

目前，遼河油田的低滲、特低滲難采油藏、蒸汽吞吐后期急需轉換開發方式的普通稠油油藏、高滲而水驅效率低的普通稠油油藏，所占的儲量巨大。在對這部分油藏的深度開發和多元開發過程中，在室內開展了注氣（CO2、煙道氣、蒸汽驅過程中注入N2泡沫段塞）提高驅油效率的評價實驗。實驗中對注入氣體的壓力、流量的控制與計量，作為室內物理模擬評價實驗的關鍵技術，直接影響到驅油效率的評價結果。

由于室內缺少小流量高壓氣體的計量設備，作者嘗試了利用回壓閥對注入的高壓氣體進行控制和計量。初步實現了對注入氣體的壓力和流量的同步控制，也就是對同一注入氣源，在壓力不變的情況下，能使氣體以不同的注入速度，注入到模擬巖芯中，基本達到了模擬實驗的設計要求。

1 注入流體的控制與計量方法

1.1 回壓閥的工作原理

根據模擬實驗的壓力設計要求，首先，從注氣孔20分級向氣腔內注入N2，使其壓力值達到設計要求。由進液口接入要注入的流體（煙道氣、CO2、N2等氣體以及其它液體），當注入的流體的壓力大于設定的壓力時，流體才會從出液口流出。

1.2 氣體流量的控制與計量方法

1.2.1 注入氣體的控制流程

圖1是模擬實驗的流程示意圖，回壓閥2的作用是為模型本體 （或稱模擬巖芯）設定了一個回壓P2。在實驗過程中，P2是根據模擬實驗的要求（如地層壓力、某溫度下的飽和蒸汽壓等）首先確定的。利用高壓平流泵，將油、水以一定的比例向模型本體內注入，當回壓閥2的出液口有液體流出時，停止注入。此時注入泵的壓力P0稱為模型本體的啟動壓力。

當回壓閥1的壓力P1設定以后（P1的設置要高于模型本體的啟動壓力0.2～0.5MPa，P1＞P0＞P2），由高壓平流泵根據不同的流量設定向容器3中注入蒸餾水，當容器3中的壓力P3大于P1時，容器3中的氣體便被注入到模型本體中。高壓平流泵的注入速度越快，通過回壓閥1進入到模型本體的氣體的流量越大。

容器1和容器2中的N2的壓力偏低時，可以通過高壓泵向容器內注入蒸餾水，使P1、P2的壓力達到實驗設計的要求。

1.2.2 注入氣體的計量方法

注入氣體的流量可以通過氣體質量流量計和氣體體積流量計來計量，由于實驗室內現有的氣體質量流量計的最高工作壓力為2MPa，氣體體積流量計的工作壓力為常壓，無法滿足最高14MPa的壓力要求。因此在實際的氣體計量工作中，無奈采用人工計量的方法。

當實驗要求定量向模擬巖芯中注入氣體時，氣體的計量比較簡單。以一定的注入速度向容器3中注入蒸餾水，通過氣體體積流量計來計量從回壓閥1中溢出的氣體體積，累計到所要求的注入量時停止。同時記錄高壓平流泵的注入時間t0。將流量計前邊的閥門關閉，繼續向容器3中注入蒸餾水，當P4的壓力與P1相等時，打開模型本體的入口閥門，向模型本體內注入氣體，注入時間為t0，高壓平流泵的注入速度不變。

當實驗要求在一定的壓力下，以不同的注入速度向模擬巖芯中注入流體時，氣體的計量過程基本同上。例如，要求以X的注入速度向模擬巖芯中注入某種氣體，首先由高壓平流泵以接近X的注入速度向容器2中注入蒸餾水，記錄注入時間和氣體流量計的讀數，計算流量。調整高壓平流泵的注入速度,使注入的氣體流量等于X為止。在確定了平流泵的注入速度滿足注入氣體的流量要求后，開始向模擬巖芯中注入氣體，記錄注入時間，計算出氣體的注入量。

當要求以不同的壓力注入氣體時，改變回壓閥1的壓力設置即可。

在上述的計量方法中，忽略了容器2由于體積變化而造成的影響。

2 應用結果

利用本方法,陸續在室內開展了多個區塊的注氣提高油藏驅油效率的可行性研究，對CO2煙道氣的注入方式和注入流量對驅油效率的影響進行了評價。

2.1 CO2注入速度對驅油效率的影響

CO2的注入速度對驅油效率的影響，是在水驅0.5PV后轉CO2連續驅替的方式下進行的。

實驗分別模擬了CO2的注入速度為10cm3/h、15 cm3/h、20cm3/h（54℃、10MPa狀態）時，對模擬巖芯的最終驅油效率的影響。水的注入速度為15mL/h，實驗溫度54℃；回壓設置P2=10MPa、P1=10.5MPa。注入方式為連續、恒壓、勻速驅替。

實驗過程：水驅0.5PV后轉不同的CO2注氣速度連續驅替，直到不出油結束。3塊模擬巖心的物性參數見表1。

表1 N B12井用于注氣速度優化試驗的模型部分參數

實驗結果：通過油、水分離計量和數據處理，在水驅轉CO2連續驅替的注入方式下，當CO2的注入速度分別為10cm3/h、15cm3/h、20cm3/h（54℃、10MPa狀態）時，15#、10#、16#模擬巖心的最終驅油效率分別為24.46%、25.53%、28.94%(如圖2所示)。可見在CO2連續驅替的注入方式下，增加注氣速度，能夠提高氣驅的驅油效率。

2.2 不同大小的CO2段塞對驅油效果的影響

CO2段塞大小的優化實驗是在水、CO2交替注入的驅替方式進行的，段塞優化實驗選擇了3個級后CO2段塞、燜井24h再水驅0.5PV后CO2段塞、燜井24h后水驅結束。回壓設置 P2=10MPa、P1= 10.5MPa。注入方式為連續、恒壓、勻速驅替。水的注入速度15mL/h；CO2注入速度15cm3/h（54℃、10MPa狀態）。

通過數據處理，3塊模擬巖心在注入了0.3PV、0.5PV、0.7PV 3個不同大小的CO2段塞后，最終的驅油效率分別為：39.22%、42.86%、45.65%（見圖3的驅油效率對比曲線）。從對比曲線可以看出：隨著CO2注入段塞的增大，驅油效率增加。

3 結 論

在嘗試了利用回壓閥對注入的高壓氣體進行控制后,實現了對注入氣體的壓力和流量的同步控制，也就是對同一注入氣源，在注入壓力不變的情況下，能使氣體以不同的注入速度，注入到模擬巖芯中。

在室內物理模擬實驗的應用中，本方法能夠對氣體進行定壓、定流量控制，基本上滿足了氣體的不同注入速度、不同注入量、不同注入壓力對驅油效率的影響的實驗要求。

[1]郝永卯,薄啟煒,陳月明.CO2驅油實驗研究[J].石油勘探與開發, 2005(2).

[2]劉炳官,朱平,雍志強,等.江蘇油田CO2,混相驅現場試驗研究[J].石油學報,2002(4).

The research on how to use gas injection (carbon dioxide,hot flue gas,nitrogen,foam slugs)to enhance oil recovery ratio of ordinary heavy oil reservoir has been developed in the mine and laboratory of Liaohe oilfields.As one crucial technology of indoor evaluation experiment,the control and measurement of high pressure gas has directly affected the results of evaluation test.

gas injection;measuring methods,displacement efficiency

孔慶濤（1977-），男，工程師，現在遼河油田勘探開發研究院從事計量管理工作。

尉立崗

2012-03-30