多元热流体中热—气降黏作用初步探讨

林　涛，孙永涛，马增华，孙玉豹，刘海涛，王少华

多元热流体中热—气降黏作用初步探讨

林涛，孙永涛，马增华，孙玉豹，刘海涛，王少华

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津塘沽300450）

摘要：多元热流体吞吐热采技术是一种新型的提高稠油采收率技术，目前在渤海湾NB-XX油田已经得到尝试并获成果，然而对于其降黏增产机理的认识并不清楚。通过模拟计算及室内实验研究，对多元热流体作用机理进行初步探讨分析，揭示了多元热流体增加稠油单井产能、改善稠油开发效果的作用机理，为该技术在其它稠油油田的运用提供了一定的理论依据。

关键词：海上油田；多元热流体；溶解降黏；增产机理

稠油在渤海海域的储量发现及产能建设中占据着重要的地位[1]，截至2010年底渤海稠油储量占到了已发现石油总储量的85%，其中地下黏度大于400 mPa·s的稠油探明地质储量达2.466 9× 108m3。目前稠油油田开发的有效手段是热力开采，主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、火烧油层等，这些技术已在国内外陆地稠油油田开发中得到了广泛应用，但在海上油田还未见应用报道。结合海上热采作业的特点海上稠油多元热流体热采吞吐工艺技术在渤海稠油田进行了现场实践应用，取得了显著的增产效果。多元热流体是一种含有水蒸汽、氮气和二氧化碳等的混合热流体，兼具气体混相驱（氮气驱、二氧化碳驱）和热力采油（蒸汽吞吐、蒸汽驱）的特点[2]，可满足海上稠油热采技术的需要。由于多元热流体中多组分的存在，与单一的蒸汽热采相比，作用机理更加复杂，本文对多元热流体的热—气降黏作用进行了初步探讨。

1　多元热流体的加热降黏作用

通过理论与实践证明在稠油热采中水是最好的注热载体[3]，常规蒸汽热采中携带热量的主要介质是水蒸汽；多元热流体是一种由水/水蒸汽、氮气、二氧化碳等多种组分组成的流体，热量的携带主要来自水蒸汽和气体。

从表1可看出在相同温度不同压力下，水的导热系数变化不大，氮气组分的导热系数变化较小，但二氧化碳组分的导热系数增加9倍以上。海上的稠油井原始地层压力一般在8~10 MPa，注热作业中的注入压力一般均大于10 MPa，因此二氧化碳组分携带的热量作用在多元热流体热采中具有独特的意义。

表1　不同组分的导热系数对比

根据相同注入水量条件下蒸汽热采与多元热流体热采的热量计算结果，从表2可看出，多元热流体携带的热量略高于蒸汽携带的热量，增加约8.4%的热量。多元热流体加热降黏作用是与常规蒸汽吞吐是一致的，在携带热量的介质上增加了气体组分。

表2　两种热采方式携带的热量对比

2　高温下气体溶解降黏实验研究

在高温高压下多元热流体中大量气体的存在，会对原油黏度造成影响。结合室内模拟实验对气体的溶解降黏作用进行了研究。

2.1实验条件

实验用油：渤海湾某油田实际原油样品（其族组分见表3），56 ℃黏度为1 572.6 mPa·s。

表3　实验用油族组分分析

实验用化学剂：工业高纯度CO2（纯度99.9%），工业高纯度N2（纯度99.95%）。

实验设备：实验采用南通市飞宇石油科技开发有限公司生产的PVT测定仪，包括配样器、气体流量计、分离器及水浴、PVT管、压力计等。

2.2实验步骤

在不同温度（56、80、140、180 ℃）下，向PVT筒内移入一定量实验用油，将PVT筒压力升至地层压力后，注入多元流体至饱和压力，搅拌均匀后测定多元流体与原油体系的密度、体积系数和溶解气油比等参数。

2.3实验结果与分析

从图1和图2可看出，饱和N2可使稠油黏度降低13%~20%，饱和CO2可使稠油黏度降低40%~60%。由于少量N2溶解于稠油中的氮气以微气泡的形式存在不易脱出[4]，可降低原油的黏度，但降黏幅度不大。CO2溶解到原油中后可使原油的体积膨胀，增加原油的体积，同时增加了原油的内动能，减少了原油流动过程中的毛管阻力和流动阻力[5]，降低原油的黏度。

图1　N2对稠油黏度的影响

从表4可看出，随着温度的增加两类稠油黏度都显著下降，但在同等温度下含气稠油的黏度均低于脱气稠油的黏度，随着温度的提高含气稠油黏度下降的趋势要高于脱气稠油。由于含气稠油中氮气和二氧化碳的加入，气体溶解到稠油中，导致黏度下降，同时随着温度上升，气体在稠油中的扩散性增加，稠油的膨胀性增加，稠油黏度进一步下降。

图2　CO2对稠油黏度的影响

表4　脱气稠油与含气稠油的黏度对比

3　现场应用

渤海湾NB-XX油田A井垂深1 078 m，水平段长280 m，地下原油黏度为687 mPa·s，原始地层压力10 MPa，油层厚度8~10 m，距离边底水较远[6]。该井采用多元热流体热采作业，累计注入热水4 512 t，累计注入氮气24.97×104m3。该井最大日产液量为186.7 m3，最大日产油量为134.4 m3，而同层位冷采井日产油量最高仅25~30 m3。这表明多元热流体中热—气降黏作用对于提高稠油的采收率效果非常显著，通过在海上多口井的试验，多元热流体热采产能均是常规产能的2倍以上。

4　结论

（1）加热降黏作用和气体溶解降黏作用共同构成了多元热流体的降黏体系，多元热流体可携带大量的热量，充分发挥其加热降黏的作用；多元热流体中的CO2和N2的溶解降黏作用也可使稠油黏度显著降低。

（2）通过在海上稠油油田应用多元热流体热采技术的实践表明，多元热流体热—气降黏作用效果显著，多元热流体热采产能均是常规产能的2倍以上，适合于海上稠油油田的高效开发。

参考文献：

[1] 李成见. 海上欠饱和稠油油田原油降黏方式探讨[J]. 中国海上油气，2004，16(6):408-411.

[2] 唐晓旭，马跃，孙永涛. 海上稠油多元热流体吞吐工艺研究及现场试验[J].中国海上油气，2011，23(3):185-188.

[3] 万仁溥，罗英俊. 采油技术手册[M]. 北京:石油工业出版社，1996.

[4] 于连东. 世界稠油资源的分布及其开采技术的现状与展望[J].特种油气藏，2001，8(2):98-103.

[5] 冯全兴，侯菊花. 注氮气在稠油热采中的应用研究[J]. 现代商贸工业，2011(19):276-277.

[6] 蔡秀玲，周正平，杜风华. 二氧化碳单井吞吐的机理及应用[J].石油钻采工艺，2002，24(4):45-46.

工信部明确海工装备研发重点

工信部8月14日发布《海洋工程装备科研项目指南（2012年）》。《指南》围绕海洋资源勘探、开采、储运和服务四大环节，选择了部分急需海洋工程装备重点产品和关键技术，形成了18个2012年海洋工程装备研发的重点方向。

在“海洋资源勘探、开采、作业装备”领域，《指南》明确了深海半潜式生产平台总体设计关键技术研究、浮式液化天然气生产储卸装置（LNG-FPSO）总体设计关键技术研究、深海半潜式支持平台研发等5个研发重点方向。

在“关键系统和设备”领域，《指南》明确了海洋钻井平台用深海隔水管系统研究及关键部件研制、深海轻型J型海底管道铺设系统研制、水下连接系统及关键设备研制等9个研发重点方向。

在“基础共性技术和标准”领域，《指南》明确了岛礁中型（总长300米级）浮式结构物关键技术研究、海洋工程涡激振动（VIV）和与涡激运动(VIM)专用工程计算软件开发等4个研发重点方向。

摘编自《中国证券报》2012年8月15日

中图分类号：TE327

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.074

基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发——海上稠油热采技术”（编号: 2011ZX05024-005）部分研究成果。

收稿日期：2012-01-12；改回日期：2012-02-08

第一作者简介：林涛，男，1983年生，工程师，硕士，2008年毕业于大庆石油学院油气田开发工程专业，从事海上油田采油工艺技术方面的研究。E-mail：lintao@cosl.com.cn。

文章编号：1008-2336（2012）03-0074-03

A Preliminary Discussion on Oil Viscosity Reduction by Heat-Gas Activity in Multiple Thermal Fluids

LIN Tao, SUN Yongtao, MA Zenghua, SUN Yubao, LIU Haitao, WANG Shaohua
（Oil fi eld Optimization R & D Institute COSL, Tanggu Tianjin 300450, China）

Abstract:Huff and puff stimulation with multiple thermal fl uids is a kind of new enhanced heavy oil recovery technology, and this heavy oil recovery technology has been used in NB-XX oilf i eld in Bohai Bay, with good oil recovery results. However, it is not clear about the viscosity reduction and enhanced oil recovery mechanism. Through mathematic simulation and laboratory experiments, the mechanism of multiple thermal fl uids has been analyzed. Through this study, the mechanisms of increasing heavy oil productivity in individual well with multi-thermal fl uids and improving heavy oil development effects have been made clear. It provides a theoretical basis for the application of this technology to other heavy oil fi elds.

Key words:offshore oilf i elds; multiple thermal fl uids; viscosity reduction by resolution; enhanced recovery mechanism