CO2，N2与蒸汽混合增效作用研究

2013-09-20林涛孙永涛刘海涛王少华顾启林王通

断块油气田 2013年2期

林涛，孙永涛，刘海涛，王少华，顾启林，王通

（中海油田服务股份有限公司油田生产研究院，天津 300450）

近年来，海上稠油热采技术以多元热流体热采为主［1-3］。与单一的蒸汽热采相比，由于多组分的存在，多元热流体的作用机理更加复杂［4］。为了进一步研究多元热流体中CO2，N2与蒸汽3者的混合增效作用，找出各因素与提高开采效果之间的关联性［5-7］，开展了室内实验研究和灰色关联分析。

1 室内驱替实验

1.1 实验条件

实验用水：根据渤海油田地层水实际组成配制的模拟盐水，矿化度为7 402 mg/L，水型为Na2SO4，其中（Na++K+）质量浓度为 2 210 mg/L，Ca2+为 281 mg/L，Mg2+为 281 mg/L，Cl-为 3 226 mg/L，为 384 mg/L，为1159mg/L。

实验用油：渤海油田原油，50℃地下原油黏度为753 mPa·s。

实验用化学剂：高纯度工业CO2（体积分数99.90%），高纯度工业N2（体积分数99.95%）。

实验模型：采用25 mm×150 mm的人工填砂模型。

实验设备：由恒压计量泵、蒸汽发生器、手动计量泵、预热盘管、岩心模型、恒温箱、冷凝器、回压阀、气液分离器、液样收集器、湿式气体流量计以及压差、压力传感器和中间容器等组成。

1.2 实验步骤

根据目标油藏特性制作填砂模型；在室温条件下将模型抽空3.5 h；在56℃恒温下饱和人工合成盐水，测量孔隙度；将饱和盐水的模型在56℃恒温箱内放置12 h以上，用实验原油以恒定速率驱替岩心中的饱和水，直到岩心两端的压差平稳，建立束缚水饱和度（原始含油饱和度）［8］，记录饱和压力；采用恒速注入热流体实验方案，驱替至规定的孔隙体积倍数，记录注入速度、注入压力、采出油气水量。

1.3 实验方案

分别采用蒸汽、蒸汽+CO2、蒸汽+N2、蒸汽+CO2+N2等4种驱替方式。根据现场实际注入情况，折算蒸汽注入速度。以注入热量相同为原则，根据温度、压力的关系，计算气体的比例，设计注入流体的组成；蒸汽+CO2+N2的比例按现场实际多元热流体组成比例配制。

1.4 实验结果

对比不同注入方式下的阶段采收率（见表1），可以看出不同注入温度下，同时注入蒸汽与气体（CO2，N2，N2+CO2）的最终采收率均高于单一蒸汽驱，其中蒸汽+CO2阶段采收率最高，其次为蒸汽+N2+CO2。由于无法通过实验确定CO2，N2与蒸汽的混合增效作用，因此结合实验数据采用灰色关联分析方法进行分析［9］。

表1 不同注入方式下的阶段采收率

2 多因素关联分析

灰色系统理论认为,任何随机过程都是在一定幅度范围和一定时区内变化的。对CO2，N2与蒸汽3种因素的混合增效来说，各敏感特性参数不是确定值，而存在变化范围（即灰数）。它们作为灰色系统具有整体功能，存在某种潜在规律。

2.1 确定数列

蒸汽+N2+CO2阶段采收率为参考数列，反映了CO2，N2与蒸汽3种因素混合增效综合作用的结果，记为 X0=｛X0（1），X0（2），X0（3）｝；蒸汽、蒸汽+CO2、蒸汽+N2阶段采收率分别为不同的比较数列，反映了不同组成的作用效果，记为 Xi=｛Xi（1），Xi（2），Xi（3）｝。

2.2 无量纲化

根据确定的比较数列和参考数列，采用数列均值化方法对原始数据进行处理，计算公式为

2.3 计算关联系数

式中：ξi（k）为第k个比较序列对参考序列的关联系数；ρ 为分辨系数，ρ∈（0，1），通常取 0.5。

2.4 计算关联度

定量分析系统发展的主要及次要因素时，需要对各样品的关联系数取平均值，此即为关联度ri［6］：

利用式（3）计算各数列的关联度，采用相对关联度和综合关联度［10］的方法进行对比分析和排序（见表2）。

表2 关联度分析及排序

由表2可以看出，在CO2，N2与蒸汽混合增效的3个影响因素中，蒸汽+N2的影响最大，蒸汽+CO2其次，蒸汽最小。分析认为：由于N2具有明显的增压作用［11-15］，其影响非常显著，对于普通稠油油藏，压力的增加是提高开采效果的主要驱动力之一；CO2具有溶解降黏作用，在热作用下可提高降黏效果，改善开采效果。