多元熱流體提高稠油油藏采收率作用機理及應用

梁 偉，趙曉紅，張紫軍，劉 輝，喬 真

（1.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000；2.中國石化勝利油田分公司現河采油廠）

1 實驗儀器及方法

（1）實驗儀器。PVT高溫高壓大型實驗裝置，CRZF－2型蒸汽發生器，LC6000型制備高效液相色譜儀，CRZF蒸汽發生器，P6250－T恒流泵，恒溫箱，恒壓泵，油砂攪拌器，產液收集系統，測控系統等。

（2）實驗方法。PVT高壓物性試驗方法：把氣體、油樣通過增壓泵、計量泵注入配樣器充分攪拌混勻，后轉入PVT主機，在一定溫度下加壓，使混合樣品成為均相后進行P－V參數測試，然后把混合樣品從PVT主機一方面注入落球粘度計測量粘度，另一方面放出后進行脫氣實驗，求取氣油比、體積系數等參數。

蒸汽驅替試驗方法：參照中華人民共和國石油天然氣行業標準“稠油油藏驅油效率的測定”（SY／T 6315－1997）執行。

2 多元熱流體提高稠油采收率作用機理

多元熱流體熱采技術是利用航天火箭發動機的燃燒噴射機理，燃油與空氣混合燃燒后產生高溫高壓的煙道氣，將水加熱汽化，形成N2、CO2、水蒸氣、熱水等組成的高壓多元熱流體混合物，注入井下油層，從而提高單井產量［1－8］。多元熱流體主要包括熱載體（蒸汽、熱水）、二氧化碳、氮氣。多元熱流體采油設備所產生的混合氣（汽）成分：在水蒸汽為飽和狀態時，各成份質量百分比為：二氧化碳9.9%，氮氣32.8%，水蒸汽57.3%。

多元熱流體主要由水蒸汽、CO2、N2組成，因此，多元熱流體對稠油的主要作用機理由水蒸汽、CO2、N2各組分以及相互協同作用完成。

2.1 多元熱流體降低原油粘度，增加原油彈性能

研究CO2、N2在普通稠油中的溶解性能及其對原油體積系數、壓縮系數和原油降粘率等高壓物性的影響。

溶解氣油比隨壓力變化的實驗結果表明（圖1）：兩種氣體的溶解度隨壓力的增加基本線性增加，符合亨利定律。CO2具有較高的溶解能力，當壓力為9.41 MPa時，溶解氣油比達到65.08 Nm3／m3；氮氣的溶解能力低，CO2在原油中的溶解能力約為N2的12倍以上。

不同氣體在原油溶解后對原油彈性影響對比實驗結果表明（圖2）：原油溶解了CO2后，體積系數的增加幅度可達到14%以上；溶解了N2后，體積系數的增加幅度≤2%，這說明原油溶解了CO2后彈性能增加幅度較N2明顯。

氣體在原油溶解后對原油降粘性能對比結果表明（圖3）：CO2對原油的降粘率最高達到96.1%，N2對原油降粘率最高為21.9%，CO2對稠油降粘的效果明顯好于N2。

圖1 不同飽和壓力條件下CO2／N2在原油中的溶解氣油比

圖2 CO2／N2不同溶解油氣比對原油體積系數影響

圖3 不同飽和壓力條件下CO2／N2對原油降粘率

2.2 多元熱流體大幅度提高熱水驅替效率

利用蒸汽驅線性模型裝置，開展多元熱流體提高驅替效率的實驗研究。實驗研究了水驅、200℃熱水驅、200℃多元熱流體驅對驅替效率的影響。

從圖4可以看出，25℃水驅驅替效率6.63%，200℃熱水驅驅替效率42.80%，200℃多元熱流體驅驅替效率54.59%，比熱水驅提高驅替效率11.8%

2.3 多元熱流體補充油層能量，提高蒸汽的熱利用率

多元熱流體中氮氣、二氧化碳可以補充地層能量，擴大蒸汽波及范圍，減少蒸汽熱損失，從而提高蒸汽熱利用率。

（1）多元熱流體增能、助排作用。利用數值模擬方法，研究與水平井單純蒸汽吞吐與水平井氮氣＋蒸汽吞吐兩種開采方式燜井結束時壓力展布情況。結果表明，“氮氣＋蒸汽吞吐”壓力最高11.69 MPa，比單純蒸汽吞吐增加0.82 MPa，有效增加了稠油油藏的地層能量，具有良好的助排作用。

圖4 不同驅替方式驅替效率對比

（2）多元熱流體擴大蒸汽波及范圍。從垂向溫度場可以看出（圖5），多元熱流體中氮氣能抑制蒸汽超覆，降低蒸汽沿上部蓋層的熱損失，提高蒸汽的加熱范圍和溫度場均勻分布的程度，增加了蒸汽的波及體積與效率。

圖5 蒸汽與蒸汽＋氮氣垂向溫度場

橫向溫度場的分布也表明，通過注入氮氣溫度場的分布更趨于均勻，增加了蒸汽的波及體積與效率。

（3）多元熱流體減少熱損失。通過對比二氧化碳＋蒸汽吞吐和氮氣＋蒸汽吞吐開采方式散失在上下層的熱量對比表明（表1）：在薄層稠油油藏中氮氣減少熱損失的作用顯著，氮氣的隔熱效果最佳，向上下層損失的熱量最少；二氧化碳由于在原油和水中溶解能力強，抑制蒸汽的超覆效應較弱，因此隔熱效果較氮氣稍弱。

3 礦場應用

2013年5月在勝利油田草20區塊進行多元熱流體先導試驗，注入井累計注空氣400 150 Nm3，累注水量983 t，燜井開井后，峰值日產油11.6 t，周期生產120 d，累液1 474.8 t，累油586.8 t，比該區塊同周期同層位注蒸汽井累增油高164.1 t；平均日產油4.9 t，比同周期同層位注蒸汽井平均日油高1.3t。

表1 不同油層厚度氮氣和二氧化碳減少熱損失能力

注入井周圍一口鄰井受到多元熱流體波及的影響，能量得到有效補充，延緩了動液面的繼續下降，與上一周期注蒸汽比較，生產天數延長160 d，產液增加3 700.4 t，產油增加490.3 t，取得了較好的生產效果，同時證實了多元熱流體對井組整體的驅替效果。

4 結論與認識

（1）多元熱流體中含有大量的二氧化碳與氮氣組分，二氧化碳易溶于稠油中，主要起降粘作用；氮氣具有增能助排作用，能夠擴大蒸汽的波及范圍，減少注汽熱損失；實驗表明多元熱流體驅替比熱水驅替提高驅替效率11.8%。

（2）勝利油田應用多元熱流體稠油開采技術在草20區塊進行了先導試驗，取得了較好的增油效果。

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