海上稠油多元熱流體吞吐增產(chǎn)機(jī)理室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

張 偉，孫永濤，林 濤，馬增華，孫玉豹，劉海濤

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450）

多元熱流體熱采技術(shù)[1-3]是利用航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噴射機(jī)理，以工業(yè)柴油（原油或天然氣）作燃料，同時(shí)向高壓燃燒室內(nèi)注入高壓空氣及高壓水，燃燒產(chǎn)生高溫高壓的水蒸汽、CO2及N2氣等混合氣體，通過加熱降粘[4]、氣體溶解降粘[5-6]、氣體增壓、氣體擴(kuò)大加熱范圍和減小熱損失來開采原油，達(dá)到提高原油采收率的目的。

1 降粘機(jī)理

1.1 加熱降粘

多元熱流體中的水蒸汽攜帶了大量的熱量，油層中原油加熱后粘度大幅度降低，流動(dòng)阻力大大減小，通過室內(nèi)試驗(yàn)測定在不同溫度下南堡稠油與飽和天然氣南堡稠油粘溫曲線。南堡稠油與飽和天然氣南堡稠油的粘度與溫度的關(guān)系曲線（見圖1）。

圖1 南堡35-2 稠油與飽和天然氣稠油的粘溫曲線

由圖1 可見，隨著溫度的升高，南堡稠油和飽和天然氣南堡稠油的粘度逐漸降低，當(dāng)溫度由56 ℃增至120 ℃時(shí)，稠油和飽和天然氣稠油的粘度降低了92 %以上。

1.2 氣體溶解降粘

通過PVT 實(shí)驗(yàn)研究了氮?dú)?、二氧化碳、二氧化?氮?dú)鈱Τ碛驼扯鹊挠绊?。在不同溫度下，飽和不同量二氧化碳或氮?dú)饽媳こ碛偷恼扯燃皩?yīng)飽和壓力分別（見圖2 和圖3）。

氣體在原油中具有一定的溶解性，在較高壓力下溶解于原油，降低原油粘度，由圖可見，二氧化碳較氮?dú)鈱δ媳こ碛驼扯鹊挠绊戯@著，飽和二氧化碳可使南堡稠油粘度降低50 %~90 %，氮?dú)鉃?0 %~30 %。

2 降低界面張力作用

原油與多元熱流體的界面張力測定采用毛細(xì)管法，測定了56~240 ℃和5~20 MPa 條件下，油水（蒸汽）、氮?dú)夂投趸寂c南堡稠油之間的界面張力。

圖4 表明了氮?dú)?、二氧化碳和水與稠油之間的界面張力變化，氮?dú)狻⒍趸己退c稠油之間的界面張力隨溫度升高而降低。二氧化碳與稠油之間界面張力要低于氮?dú)馀c稠油之間界面張力。

圖2 氮?dú)鈱δ媳こ碛驼扯鹊挠绊?/p>

圖3 CO2 對南堡稠油粘度的影響

圖4 氮?dú)狻⒍趸己退c南堡稠油之間的界面張力隨溫度的變化

3 增能保壓機(jī)理

多元熱流體中大量氣體進(jìn)入地層后形成氣腔，并隨著注入量的增加，氣腔逐漸增大，使液體被替換出來，由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)低，可以減少熱損失，同時(shí)氣體具有較大彈性，向地層注入氣體后可以較長時(shí)間維持和補(bǔ)充地層能量。實(shí)驗(yàn)分別計(jì)算了油藏壓力為5 MPa（模擬開發(fā)中后期油藏）和10 MPa（模擬開發(fā)初期油藏）的油藏注入多元熱流體后，不同流體組分的增壓作用及氣腔平均壓力增高值（見表1）。

由表1 可見，在給定多元熱流體注入方案下，多元熱流體具有明顯的增壓作用，增壓貢獻(xiàn)大小順序?yàn)椋旱獨(dú)猓菊羝径趸?。在形成不同高壓氣腔時(shí)，氣腔內(nèi)平均壓力可達(dá)0.2~2.0 MPa，增產(chǎn)效果明顯。而且，對低壓油藏（5 MPa）的增產(chǎn)效果更為明顯，這也表明，注多元熱流體也適用于油藏開發(fā)中后期或者低壓稠油油藏的增壓開采。

4 協(xié)同增產(chǎn)機(jī)理

采用具有4 個(gè)測溫點(diǎn)和2 個(gè)測壓點(diǎn)的多元熱流體高壓模擬實(shí)驗(yàn)裝置，開展了南堡稠油和模擬特稠油注蒸汽吞吐、氮?dú)夂投趸纪掏隆⒍嘣獰崃黧w吞吐的模擬實(shí)驗(yàn)，其中，實(shí)驗(yàn)壓力均為10 MPa，燜井時(shí)間均為15 min。

由表2 可見，多元流體（蒸汽、氮?dú)夂投趸迹δ媳こ碛屯掏麻_采具有明顯的協(xié)同增產(chǎn)作用，多元流體增產(chǎn)油量是蒸汽吞吐與氣體吞吐增產(chǎn)油量之和的1.6 倍，原因在于多元流體吞吐過程中，蒸汽加熱降粘，而氣體除了降低稠油粘度外，還能為稠油提供驅(qū)動(dòng)壓力。

表1 不同流體組分的增壓作用及氣腔平均壓力增高計(jì)算結(jié)果

表2 南堡稠油吞吐模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 小結(jié)

（1）多元熱流體所攜帶的熱量可有效降低南堡稠油的粘度，當(dāng)溫度由56 ℃升至120 ℃時(shí)，稠油和飽和天然氣稠油的粘度降低了92 %以上。

（2）多元熱流體中二氧化碳較氮?dú)鈱δ媳こ碛驼扯鹊挠绊戯@著，飽和二氧化碳可使南堡稠油粘度降低50 %~90 %，氮?dú)鉃?0 %~30 %左右。

（3）多元熱流體中非凝析氣體可以降低多元熱流體與稠油之間的界面張力，提高了多元熱流體的洗油效率。

（4）多元熱流體中非凝析氣體具有較大彈性，可以較長時(shí)間維持和補(bǔ)充地層能量，有利于提高蒸汽波及效率，提高蒸汽利用率。

（5）多元熱流體吞吐開采具有明顯的協(xié)同增產(chǎn)作用。

［1］ 呂立華，李明華，蘇岳麗.稠油開采方法綜述［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2005，（3）：110-112.

［2］ 郭龍.特超稠油油藏復(fù)合驅(qū)替機(jī)理研究［D］.中國石油大學(xué)，2008.

［3］ 楊兵，李敬松，祁成祥，石海磊，等.海上稠油油藏多元熱流體吞吐開采技術(shù)優(yōu)化研究［J］.石油地質(zhì)與工程，2012，26（1）：54-56.

［4］ 朱靜，李傳憲，辛培剛.稠油粘溫特性及流變特性分析［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2011，24（2）：66-68.

［5］ 張躍雷，程林松，劉倩.稠油流變特性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究［J］.特種油氣藏，2009，16（6）：64-66.

［6］ 張龍力，王善堂，楊國華，等.稠油二氧化碳降粘的化學(xué)機(jī)制研究［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2011，24（2）：1-5.