海上稠油多元热流体吞吐增产机理室内实验研究

2013-05-30孙永涛马增华孙玉豹刘海涛

石油化工应用 2013年1期

张伟，孙永涛，林涛，马增华，孙玉豹，刘海涛

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450）

多元热流体热采技术[1-3]是利用航天火箭发动机的燃烧喷射机理，以工业柴油（原油或天然气）作燃料，同时向高压燃烧室内注入高压空气及高压水，燃烧产生高温高压的水蒸汽、CO2及N2气等混合气体，通过加热降粘[4]、气体溶解降粘[5-6]、气体增压、气体扩大加热范围和减小热损失来开采原油，达到提高原油采收率的目的。

1 降粘机理

1.1 加热降粘

多元热流体中的水蒸汽携带了大量的热量，油层中原油加热后粘度大幅度降低，流动阻力大大减小，通过室内试验测定在不同温度下南堡稠油与饱和天然气南堡稠油粘温曲线。南堡稠油与饱和天然气南堡稠油的粘度与温度的关系曲线（见图1）。

图1 南堡35-2 稠油与饱和天然气稠油的粘温曲线

由图1 可见，随着温度的升高，南堡稠油和饱和天然气南堡稠油的粘度逐渐降低，当温度由56 ℃增至120 ℃时，稠油和饱和天然气稠油的粘度降低了92 %以上。

1.2 气体溶解降粘

通过PVT 实验研究了氮气、二氧化碳、二氧化碳+氮气对稠油粘度的影响。在不同温度下，饱和不同量二氧化碳或氮气南堡稠油的粘度及对应饱和压力分别（见图2 和图3）。

气体在原油中具有一定的溶解性，在较高压力下溶解于原油，降低原油粘度，由图可见，二氧化碳较氮气对南堡稠油粘度的影响显著，饱和二氧化碳可使南堡稠油粘度降低50 %~90 %，氮气为10 %~30 %。

2 降低界面张力作用

原油与多元热流体的界面张力测定采用毛细管法，测定了56~240 ℃和5~20 MPa 条件下，油水（蒸汽）、氮气和二氧化碳与南堡稠油之间的界面张力。

图4 表明了氮气、二氧化碳和水与稠油之间的界面张力变化，氮气、二氧化碳和水与稠油之间的界面张力随温度升高而降低。二氧化碳与稠油之间界面张力要低于氮气与稠油之间界面张力。

图2 氮气对南堡稠油粘度的影响

图3 CO2 对南堡稠油粘度的影响

图4 氮气、二氧化碳和水与南堡稠油之间的界面张力随温度的变化

3 增能保压机理

多元热流体中大量气体进入地层后形成气腔，并随着注入量的增加，气腔逐渐增大，使液体被替换出来，由于气体的导热系数低，可以减少热损失，同时气体具有较大弹性，向地层注入气体后可以较长时间维持和补充地层能量。实验分别计算了油藏压力为5 MPa（模拟开发中后期油藏）和10 MPa（模拟开发初期油藏）的油藏注入多元热流体后，不同流体组分的增压作用及气腔平均压力增高值（见表1）。

由表1 可见，在给定多元热流体注入方案下，多元热流体具有明显的增压作用，增压贡献大小顺序为：氮气＞蒸汽＞二氧化碳。在形成不同高压气腔时，气腔内平均压力可达0.2~2.0 MPa，增产效果明显。而且，对低压油藏（5 MPa）的增产效果更为明显，这也表明，注多元热流体也适用于油藏开发中后期或者低压稠油油藏的增压开采。