過熱蒸汽驅(qū)蒸餾作用機(jī)理實(shí)驗(yàn)

郝 杰 吳 濤 王 勇

1西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院3陜西延安石油天然氣有限公司

過熱蒸汽驅(qū)蒸餾作用機(jī)理實(shí)驗(yàn)

郝 杰1 吳 濤2 王 勇3

1西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院 2西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院3陜西延安石油天然氣有限公司

選取河南油田2種典型原油樣品（樓平5井Ⅲ63層和L803井IV53層），在240℃飽和條件下，測(cè)得蒸汽蒸餾率分別為11.9%和22.7%；在320℃飽和條件下，測(cè)得蒸汽蒸餾率分別為17.2%和35.7%。無論是在相同溫度，還是在相同的壓力條件下，蒸汽處于過熱狀態(tài)時(shí)，其蒸汽的熱焓值大大高于飽和狀態(tài)，過熱蒸汽可以較大幅度地提高原油的蒸汽蒸餾率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：原油黏度和蒸汽蒸餾率存在一定關(guān)系，原油黏度低時(shí)，其蒸汽蒸餾率較高。

稠油；蒸汽蒸餾率；黏度；熱焓值；特征曲線

目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)稠油油藏采用的就是常規(guī)濕飽和蒸汽驅(qū)熱采技術(shù)，注入的蒸汽干度在50%左右，隨著井的深度增加，蒸汽干度還會(huì)下降。河南油田稠油注蒸汽開發(fā)已有20多年，而關(guān)于原油的蒸汽蒸餾率缺乏定量數(shù)據(jù)，不同原油注飽和蒸汽和過熱蒸汽時(shí)的蒸汽蒸餾率及蒸餾機(jī)理對(duì)提高采收率的貢獻(xiàn)率的研究尚屬空白。測(cè)定不同原油在飽和條件和過熱條件下的蒸汽蒸餾率數(shù)據(jù)，探討過熱蒸汽驅(qū)蒸餾作用機(jī)理，開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，對(duì)于該油田稠油開采來說具有重要意義。

1 室內(nèi)蒸汽蒸餾實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容

河南油田2種非典型性稠油的性質(zhì)見表1。主要進(jìn)行壓力3.34MPa、溫度240℃的普通蒸汽和壓力3.34MPa、溫度320℃的過熱蒸汽2種條件下稠油蒸汽蒸餾率的測(cè)定。

表1 實(shí)驗(yàn)用原油性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)測(cè)定的主要內(nèi)容如下：

（1）壓力3.34MPa、溫度240℃的普通蒸汽，2個(gè)油樣×1個(gè)溫度×1個(gè)壓力。

（2）壓力11.4MPa、溫度320℃的普通蒸汽，2個(gè)油樣×1個(gè)溫度×1個(gè)壓力。

（3）壓力3.34MPa、溫度320℃的過熱蒸汽，2個(gè)油樣×1個(gè)溫度×1個(gè)壓力。

（4）測(cè)定原油的四組分，2個(gè)油樣×4種條件下的油樣品。

（5）原油餾出物定量分析。2個(gè)油樣×3種條件下的蒸餾產(chǎn)物。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本次實(shí)驗(yàn)針對(duì)2種最具代表性的原油樣品，進(jìn)行了240℃和320℃的普通蒸汽蒸餾率測(cè)定以及在壓力3.34MPa、溫度320℃的過熱蒸汽等條件下的蒸汽蒸餾率的測(cè)定。另外，還對(duì)2種原油樣品及不同試驗(yàn)條件下試驗(yàn)后殘留油的四組分進(jìn)行了測(cè)定，對(duì)不同蒸餾條件下餾出物進(jìn)行了定量分析，以便分析注過熱蒸汽開采技術(shù)的機(jī)理。

（1）溫度對(duì)飽和條件下原油蒸汽蒸餾率影響。溫度升高，同一種原油在飽和條件下，原油的蒸汽蒸餾率增大，如圖1所示。樓平5和L803兩種原油飽和條件下，溫度從240℃升高至320℃時(shí)，原油蒸汽蒸餾率分別從11.9%、22.7%升至17.2%和35.7%，溫度升高80℃，蒸汽蒸餾率分別提高了5.3%和13.0%。

圖1 飽和條件下2種原油蒸汽蒸餾特征曲線

（2）過熱條件下原油蒸汽蒸餾率的測(cè)定。過熱蒸汽能夠較大幅度地提高原油的蒸汽蒸餾率。樓平5和L803兩種原油過熱條件下，蒸汽蒸餾率都有較大幅度的提高，如圖2所示。320℃時(shí)，壓力分別為3.34MPa和11.4MPa條件下，原油蒸汽蒸餾率分別從17.2%、35.7%升至26.25%和47.06%，過熱度80℃時(shí)，2種原油的蒸汽蒸餾率分別提高了9.05%和11.36%。

圖2 過熱條件下2種原油蒸汽蒸餾特征曲線

（3）不同原油的蒸汽蒸餾率測(cè)定。河南油田原油的黏度范圍變化較大，有輕油、普通稠油、特稠油、超稠油和高凝油等，不同類型的原油，具有不同的性質(zhì)，這些不同性質(zhì)不只表現(xiàn)在黏度上的差異，還表現(xiàn)在初餾點(diǎn)及餾分上的不同。其中，蒸汽蒸餾作用是稠油注蒸汽開采的重要機(jī)理之一，原油的蒸汽蒸餾率是蒸汽蒸餾機(jī)理的具體體現(xiàn)，不同原油蒸汽蒸餾率的差異直接反映了蒸汽蒸餾機(jī)理的貢獻(xiàn)大小。本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)選取了河南油田目前相對(duì)具有代表性的稠油2種，測(cè)定了它們的蒸餾率數(shù)據(jù)。樓平5原油黏度較大，屬于特稠油范圍，而L803原油屬于普通稠油。測(cè)定結(jié)果顯示：在相同條件下，L803原油蒸汽蒸餾率大于樓平5原油的蒸汽蒸餾率；不論是普通蒸汽還是過熱蒸汽都具有相同的規(guī)律。但是，綜合對(duì)以往的大量測(cè)試結(jié)果，并不能得到原油蒸汽蒸餾率和原油黏度具有直接的相關(guān)關(guān)系，因?yàn)樵偷恼羝麴s率除了受黏度的影響較大外，還和原油含蠟等自身化學(xué)性質(zhì)密不可分。

3 對(duì)原油蒸汽蒸餾數(shù)據(jù)的探討

注蒸汽熱采的采油機(jī)理主要包括：溫度升高，原油黏度降低；熱膨脹作用；蒸汽的蒸餾作用；脫氣作用。不同類型的原油，起主導(dǎo)作用的驅(qū)油機(jī)理不同。例如，對(duì)于稠油油藏，加熱降黏及蒸汽蒸餾作用是最主要的采油機(jī)理；而對(duì)于稀油油藏，熱膨脹、蒸汽蒸餾及氣體脫油作用是主要的采油機(jī)理。至于稠油油藏注過熱蒸汽的開采機(jī)理主要包括：①原油的熱裂解，表現(xiàn)為在相同的溫度條件下，原油蒸汽蒸餾率更高；②注過熱蒸汽導(dǎo)致油藏巖石的潤(rùn)濕性發(fā)生變化；③注過熱蒸汽攜帶更多的熱量；④過熱蒸汽具有更大的比熱容等。實(shí)際上無論是進(jìn)行蒸汽驅(qū)，還是過熱蒸汽驅(qū)，其蒸汽蒸餾作用對(duì)整個(gè)蒸汽驅(qū)的采收率的貢獻(xiàn)要比實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的蒸餾率值低一些。具體蒸汽蒸餾機(jī)理在蒸汽驅(qū)/過熱蒸汽驅(qū)采收率中所占的比例究竟有多大，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)定的蒸餾率數(shù)據(jù)以及巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析計(jì)算才能得到。

4 結(jié)語

（1）針對(duì)選取的2種典型原油樣品（樓平5井Ⅲ63層和L803井IV53層），在240℃飽和條件下，測(cè)得蒸汽蒸餾率分別為11.9%和22.7%；在320℃飽和條件下，原油的蒸汽蒸餾率分別為17.2%和35.7%。因?yàn)轱柡蛪毫l件下，隨著溫度的升高，濕飽和蒸汽的熱焓增加。

（2）針對(duì)選取的2種典型原油樣品（樓平5井Ⅲ63層和L803井IV53層），在3.34MPa及320℃條件下，蒸汽處于過熱狀態(tài)（過熱度達(dá)80℃），原油的蒸汽蒸餾率分別達(dá)到26.25%和47.06%，與240℃飽和條件相比蒸汽蒸餾率分別提高了14.35%和14.36；與320℃飽和條件相比蒸汽蒸餾率分別提高了9.05%和11.36。這說明無論是在相同溫度，還是在相同的壓力條件下，蒸汽處于過熱狀態(tài)時(shí)，其蒸汽的熱焓值大大高于飽和狀態(tài)，表明過熱蒸汽可以較大幅度地提高原油的蒸汽蒸餾率。

（3）實(shí)驗(yàn)選擇的河南油田2種典型稠油（溫度30℃，樓平5井Ⅲ63層，黏度：16 750mPa·s；溫度30℃，L803井IV53層，黏度：508.2mPa·s），分別測(cè)定了它們?cè)诓煌瑴囟取毫ο碌恼麴s率，結(jié)果表明：原油黏度和蒸汽蒸餾率存在一定關(guān)系，原油黏度低時(shí)，其蒸汽蒸餾率較高。但由于實(shí)驗(yàn)測(cè)定的原油樣品較少，得出原油黏度和其蒸汽蒸餾率的關(guān)系會(huì)有些勉強(qiáng)。其實(shí)，通過大量的樣品測(cè)定可以發(fā)現(xiàn)，大部分原油的蒸汽蒸餾率和原油黏度有關(guān)，但也有一些出現(xiàn)反常，所以原油蒸汽蒸餾率只是和原油自身性質(zhì)有關(guān)，黏度僅是其中性質(zhì)之一。

（欄目主持 楊 軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.008