注空氣驅室內實驗研究

林云清

摘 ?????要：借助填砂管模型實驗以及細長管模型實驗，分別開展了注入PV數（0、0.1、0.2、0.4 PV）、注入壓力（實驗壓差分別為0.2、0.4、0.6 MPa）、油層溫度（60、80、100 ℃）對含油飽和度的影響研究以及不同注入壓力（實驗壓差分別為2、4、6 MPa）、不同油藏溫度（60、80、100 ℃）、不同氧氣濃度（0%、10%、20%）對非烴類氣驅的影響研究。

關 ?鍵 ?詞：填砂管模型;細長管模型;氣驅

中圖分類號：TQ 341 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）03-0526-05

Abstract： The effect of injection PV （0， 0.1， 0.2， 0.4 PV）， injection pressure （experimental pressure difference of 0.2， 0.4， 0.6 MPa） and oil layer temperature （60， 80， 100 ℃） on the oil saturation was studied with the sand filling tube model experiment and the slender tube model experiment. And the effect of different injection pressure （experimental pressure difference of 0.2， 0.4， 0.6 MPa）， different reservoir temperature （60， 80， 100 ℃） and different oxygen concentration （0%， 10%， 20%） on the non hydrocarbon gas drive was investigated.

Key words： Sand filling tube model ; Slender tube model ; Air flooding

歷史經驗表明，單純的注水開發模式已經不能滿足油田預期要求，由于研究區塊儲層屬于低滲透范疇，注水開發效果收效甚微[1-6]，尋找一種新的開發方式成為發展的必然結果。針對國內外相關及相似情況的考察研究發現，非烴類氣驅是一種廣泛使用的有效的針對低滲透油藏的開發方式。其中，空氣驅因其自身成本優勢、取材優勢以及良好的驅油效率而廣泛使用[7-11]。作為一種引入型技術，室內物理模擬實驗作為礦場試驗的基礎，在驗證整個實驗的可行性以及驅替效果等重要因素方面占據著至關重要的作用。通過開展注空氣驅室內物理模擬實驗研究，可以更直觀、更清晰的判斷更因素之間的配伍關系以及對整個實驗結果的影響，為以后的礦場試驗提供理論支持。

1 ?實驗條件

1.1 ?實驗儀器

依據研究內容以及實驗室自身所具備的技術條件，實驗過程中涉及到儀器主要有：恒溫箱、高溫高壓反應釜、壓力傳感器、溫度傳感器、反應控制裝置、數據采集系統、高壓空氣氣源、平流泵、填砂管、細長管、油氣分析裝置、流量計、恒溫空氣浴、壓力表等。

1.2 ?基礎用品

實驗用油由現場提供，將其進行過濾、脫水之后使用;實驗用水是實驗室根據現場提供的研究區塊地層水礦化度以及成分比例關系進行模擬配制;填砂管模型：將不同粒徑的石英砂和黏土均勻混合，壓實后模擬低滲透儲層。

2 ?實驗方案

2.1 ?填砂管模型實驗

根據研究內容以及實驗流程的正確性與合理性，編制實驗步驟如下：

（1）將原油進行過濾、脫水處理，為后續實驗備用。

（2）將滿足條件的石英砂充填在填砂管內制作巖心模型。

（3）取備選巖心，稱干重，然后進行抽真空、飽和水，稱濕重，計算飽和水量以及巖心的孔隙度。

（4）檢查實驗儀器，將儀器按照實驗流程進行連接，并檢查整套實驗裝置的密閉性。

（5）將恒溫箱調至實驗所需溫度，對制作好的填砂管模型進行飽和油，并記錄飽和油量，計算含油飽和度。

（6）將飽和油后的填砂管模型水平放置，然后進行注空氣驅油。

（7）數據采集（壓力、產液量）。

（8）數據匯總、處理。

（9）實驗結束。

2.2 ?細長管模型實驗

根據研究內容以及實驗流程的正確性與合理性，編制實驗步驟如下：

（1）按照實驗規范性將各儀器進行連接。

（2）對細長管進行乙醚沖洗，然后注氣烘干。

（3）對細長管模型進行憋壓，待壓力升高至實驗所需壓力，停止并維持3 h，判斷試驗裝置的氣密性。

（4）對細長管模型飽和水，計算飽和水量和孔隙度。

（5）對細長管進行水測滲透率。

（6）對細長管進行飽和油，直至出口端接液中水量不再變化，此時出水量就是飽和油量，計算含油飽和度。

（7）實驗準備就緒，按照規定速度進行注空氣驅，對出口端氣體進行采集，并且計算采出氣中O2和CO2的含量，待O2含量不再變化時，實驗停止。

（8）升高溫度，重新測量O2和CO2的含量。

3 ?結果分析

3.1 ?填砂管模型實驗結果分析

根據研究內容以及研究目的，借助填砂管模型實驗，研究不同注入PV數（0、0.1、0.2、0.4）、不同注入壓力（實驗壓差為0.2、0.4、0.6 MPa）、不同地層溫度（60、80、100 ℃）對含油飽和度的影響。根據實驗的合理性共設計7組實驗，具體實驗方案見表1。

3.1.1 ?注入PV數對含油飽和度的影響

方案1～3研究了不同注入PV數（0.1、0.2、0.4 PV）對含油飽和度的影響，在孔隙度、滲透率、初始含油飽和度基本保持一致的條件下，研究注空氣驅過程中含油飽和度的變化情況，并且對實驗后填砂管模型不同位置處的含油飽和度進行測定，結果如圖1所示。

根據圖1，不難看出：在填砂管模型的注入端至采出端的方向上，三種方案的結果整體趨勢相似，含油飽和度呈現升高的趨勢;依據實驗結果，將0.2 PV假定為氣體突破的臨界點;在氣體突破之前，氣和油之間以活塞式驅動為主，從而導致在氣油混合區內，含油飽和度出現較大幅度的波動，而油墻現象會發生在純油區內，當氣體突破之后，氣油混相區域越來越大，油墻隨之消失。

3.1.2 ?注入壓力對含油飽和度的影響

方案2、方案4、方案5研究了不同注入壓力（實驗壓差分別為0.2、0.4、0.6 MPa）對含油飽和度的影響，在孔隙度、滲透率、初始含油飽和度基本保持一致的條件下，研究注空氣驅過程中含油飽和度的變化情況，并且對實驗后填砂管模型不同位置處的含油飽和度進行測定，結果如圖2所示。

根據圖2不難看出：在填砂管模型的注入端至采出端的方向上，三種方案的結果整體趨勢相似，含油飽和度呈現升高的趨勢，同時從側面也反映出氣與油之間的驅動形式是活塞式驅動;隨著注入壓差的增大，并不能完全形成充分混合的氣油混相區，容易形成串流從而導致氣體突破，也就是隨著注入壓力的增大，殘余油飽和度也變大，從而不能形成有利的油墻。

3.1.3 ?溫度對含油飽和度的影響

方案2、方案6、方案7研究了不同溫度（60、80、100 ℃）對含油飽和度的影響，在孔隙度、滲透率、初始含油飽和度基本保持一致的條件下，研究注空氣驅過程中含油飽和度的變化情況，并且對實驗后填砂管模型不同位置處的含油飽和度進行測定，結果如圖3所示。

根據圖3，不難看出：隨著溫度的升高，在填砂管模型注入端至出口端的方向上含油飽和度波動幅度也較大;溫度的升高會導致原油粘度的下降，一方面增加了原油的流動性，另一方面也減小了氣油之間的滑脫效應;這些因素最終會表現出含油飽和度在氣油混相區域的浮動大，增加了油墻的覆蓋范圍。

3.2 ?細長管模型實驗結果分析

3.2.1 ?注入壓力對非烴類氣驅影響

借助細長管模型開展室內物理模擬實驗，研究不同注入壓力（13、15、17 MPa）對非烴類氣驅的影響。具體實驗方案及結果見表2和圖4。

由實驗結果可知，隨著注入壓力的增大，氣體突破時的驅油效率及最終的驅油效率皆呈現下降的趨勢;這是因為當增大注入壓力時，反應到細長管模型兩端的壓差也會隨之增大，導致氣體的流速增加，從而降低了氣體的驅油效率。

3.2.2 ?溫度對非烴類氣驅影響

借助細長管模型開展室內物理模擬實驗，研究不同溫度（60、80、100 ℃）對非烴類氣驅的影響。具體實驗方案及結果見表3和圖5。

由實驗結果可知：隨著溫度的升高，氣體突破時的驅油效率及最終的驅油效率皆呈現上升的趨勢;這是因為升高溫度會導致原油的粘度變小，也即降低了氣體與原油之間的流度比，最大限度的弱化指進現象，使最終采收率增加。

3.2.3 ?氧氣濃度對非烴類氣驅影響

借助細長管模型開展室內物理模擬實驗，研究不同氧氣濃度（0%、10%、20%）對非烴類氣驅的影響。具體實驗方案及結果見表4和圖6。

由實驗結果可知：隨著氧氣濃度的增加，突破時驅油效率以及最終驅油效率并未呈現明顯的差異;也即表明氧氣濃度對驅油效率的作用效果不明顯。

4 ?結 論

（1）填砂管模型實驗表明：0.2 PV是氣體突破的臨界點，在氣體突破之前存在含油飽和度較高的油墻;隨著注入壓力的增大，殘余油飽和度也變大，從而不能形成有利的油墻;

（2）細長管模型實驗表明：當增大注入壓力時，氣體的流速增加，從而降低了氣體的驅油效率;升高溫度會導致原油的粘度變小，也即降低了氣體與原油之間的流度比，最大限度的弱化指進現象，使最終采收率增加;氧氣濃度對驅油效率的作用效果不明顯。

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