特低渗透油田复合热载体吞吐室内试验

察兴辰， 刘 帅， 贾慧敏， 陈 楠

(1.提高油气采收率教育部重点实验室(东北石油大学)，黑龙江大庆 163318；2.中国石油辽河油田分公司沈阳采油厂，辽宁盘锦 124008)

低渗透油藏开采难度大，自然产能低，采用常规投产方式投产甚至不出油[1-2]。N2、CO2等气体易流动，具有体积膨胀、降黏、降低界面张力的作用，用于低渗透油藏开发有独特的优势[3]，但是N2、CO2为非凝结气体，自身热焓低，用蒸汽辅助能获得更好的驱油效果[4-5]。针对这种情况，提出采用复合热载体吞吐来提高低渗透油田的采收率。复合热载体是天然气、原油或煤炭等有机物在完全燃烧后生成的N2、CO2与水蒸汽的混合物[6]，因此复合热载体吞吐技术具有N2、CO2、蒸汽热力采油的多重优势，能够大幅度提高采收率，是一种有着广阔应用前景的原油开采技术[7]。目前，国内外主要进行了复合热载体驱油、复合热载体泡沫驱油等技术研究，而对于复合热载体吞吐采油技术还尚未进行研究。某油藏埋藏深，成岩作用强，岩性相对致密，平均气测渗透率为0.45 mD，属于典型的超低渗透油藏，开发难度较大，采用常规开采方式采收率很低。为降低该油藏的开发难度，提高采收率，笔者进行了复合热载体吞吐室内试验。

1 室内试验

1.1 试验方案

热水和水蒸汽的热焓较大，携带的热量很高，统称为热流体。根据现场实际要求，试验总共设计了5种不同热流体含量复合热载体吞吐试验方案，方案1—5的热流体含量分别为5.00%、10.00%、12.78%、16.00%和20.00%。按照试验要求，在相同的地层参数和注采参数条件下，采用饱和模拟原油的一维物理模型装置进行5种不同热流体含量的复合热载体吞吐试验，分析复合热载体中热流体含量对吞吐效果的影响，以期优选出最佳的热流体含量。

1.2 试验材料

模拟原油用现场脱气原油和煤油配制，其在地层温度67 ℃和地层压力15.79 MPa条件下的黏度为4.32 mPa·s。水为油田采出水，其矿化度为4 971 mg/L。

岩心为非均质管式岩心模型，其为石英砂填充管，长度30.0 cm，直径3.8 cm，模拟正韵律地层，上、中、下层的渗透率分别为0.1、0.5和0.8 mD，平均渗透率0.54 mD，平均孔隙度14.0%。

1.3 试验设备及流程

试验设备主要包括注入系统(蒸汽发生器、活塞容器、双缸恒速恒压泵)和采出系统(回压调节器、油气分离器、气体质量流量计)以及恒温箱、高温高压石英砂填充管、压力传感器等(见图1)。

图1 试验设备Fig.1 Test equipment

1.4 复合热载体的制备

试验所用的复合热载体主要是根据柴油(计算时一般选择C16H34)在空气中燃烧所得到的产物，并考虑空气中各种气体组分而配制的。根据实际气体状态方程，在室内将纯度为99.99%的N2(标准氮气)和纯度为99.99%的CO2(标准二氧化碳气)按87.01∶12.99的体积比加入到混合容器中，并保持容器内气体压力较高。将混合气和水按照一定的比例分别注入蒸汽发生器中混合，即得到不同热流体含量的复合热载体[8]。柴油在空气中燃烧的反应式为：

1.5 试验过程

将岩心模型饱和地层水后加热至地层温度67 ℃，并保持温度恒定，然后饱和模拟油，使岩心中形成束缚水。关闭岩样出口端；在300 ℃、27 MPa条件下，将热流体含量为5.00%的2.33 cm3复合热载体注入岩心，并保持一定时间(焖井时间8.8 min)，然后控制放喷压力5 MPa打开进口阀门，使油气流出，直到岩样内压力降至放喷压力而且没有流体流出为止，计量采出油、气、水的体积。在相同注入条件和生产条件下连续进行5个周期的吞吐试验。每个方案结束之后，更换具有相同物性参数的岩心模型，重复上述试验过程。

2 复合热载体吞吐驱油效果分析

2.1 采收率

将试验数据进行处理并绘成采收率、累计采收率与热流体含量的关系曲线，如图2、图3所示。

图2 采收率与热流体含量的关系Fig.2 Relation between the recovery of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

图3 累计采收率与热流体含量的关系Fig.3 Relation between the cumulative recovery of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

从图2可以看出，同一生产周期，随着热流体含量增大，采收率提高，当热流体含量超过12.78%后，采收率开始降低。从图3可以看出：方案3的累计采收率最高，其次分别为方案1和方案2；方案3的累计采收率比方案1、2、4、5分别高2.60%、1.54%、3.78%和6.05%。可见，复合热载体中热流体含量过大或过小，吞吐效果都会变差，这是因为在同样条件下，当复合热载体中的热流体含量较小时，复合热载体所携带的热量低，对原油的降黏作用也会明显减弱。此外，当复合热载体中少量的热流体进入地层时，由于热损失会形成不连续的水滴，产生液阻效应，阻塞喉道增大了原油的渗流阻力，故热流体含量较少时采收率会较低[9]。由于注入压力恒定，当复合热载体中的热流体含量达到一定值后，其分压增加，蒸汽的扩散速度加快，热损失加快，蒸汽干度降低过快，减小了热流体作用范围。同时，N2和CO2的比例降低，溶解在油中的气体也相应减少，膨胀能降低，助排效果变差，使采收率降低[10-11]。

随着吞吐周期增多，各方案的采收率先升高后降低，第3个周期的采收率最高(见图2)；5种方案的前3个周期，平均累计采收率分别占总采收率的74.23%，而后2个周期仅占25.77%，可见对采收率的贡献主要为前3个周期。这是由于吞吐3个周期以后，生产井附近含油饱和度急剧下降，注入的复合热载体集中在油井附近，而剩余油距离油井比较远。此外，复合热载体吞吐对原油轻质组分具有萃取作用，原油中的轻质组分被萃取出后，油井附近原油黏度增大，原油的流动阻力增大，产油量降低。从采收率看，虽然第3个周期以后累计采收率仍然升高，但是随着吞吐周期增多，生产成本增加，故复合热载体吞吐应选择3个周期。

2.2 含水率

将试验数据进行处理并绘成含水率与热流体含量的关系曲线，如图4所示。从图4可以看出，同一吞吐周期下，含水率随复合热载体中热流体含量的增大而升高。5个周期5种方案的平均含水率分别为2.49%、3.67%、4.60%、7.90%和11.13%，其中方案1的含水率最低，效果最好，其次为方案2。这是由于当热流体含量较少时，在地层中形成的可流动水较少。此外，由于形成的水滴产生贾敏效应，增大了地层中束缚水的渗流阻力，故含水率会降低;随着热流体含量的增大，地层中热水量增多，可流动水也增多，同时由于地层含水饱和度增大，可流动水的相对渗透率升高，故含水率升高。

图4 含水率与热流体含量的关系Fig.4 Relation between the water cut of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

随着吞吐周期增多，含水率总体趋势上升，特别是第4个周期和第5个周期，含水率上升明显。这是由于吞吐周期增多，岩心中平均含水饱和度和水相渗透率增大，所以含水率升高；另外地层温度逐渐升高，使束缚水体积膨胀，增大了可流动水饱和度。由于前3种方案的含水率都相对比较低，综合考虑选择方案3，吞吐周期选择3个周期。

2.3 气油比

将试验数据进行处理并绘制气油比与热流体含量的关系曲线，如图5所示。

图5 气油比与热流体含量的关系Fig.5 Relation between the gas-oil ratio of combined thermal carrier huff and puff and thermal fluid content

从图5可以看出，同一吞吐周期下，随着热流体含量的增大，气油比呈降低的趋势。5个周期内5种方案的平均气油比分别为438.73、358.99、294.65、331.51和312.14 m3/m3，方案3最低。这是由于随着复合热载体中热流体含量增大，热流体的热扩散速度高于N2、CO2等气体，油井附近的膨胀能升高，阻碍了气体的流动，使气油比降低。

从图5还可以看出，随着吞吐周期增多，气油比先降低后升高。前3个周期，5种方案的气油比普遍较低，第3个周期气油比最低，第5个周期开始大幅度升高。因为随着吞吐周期的增多,生产井附近含油饱和度逐渐降低,气体饱和度逐渐升高，采出的油越来越少,而采出的气体却越来越多,因此生产气油比逐渐增大。从气油比看，方案3的效果最好。

此外，热流体含量还影响着复合热载体的注入能力。5个周期方案1-5的注入能力分别为3.06、2.81、2.52、2.39和2.35 cm3/(min·MPa)，由此可知，在同样吞吐条件下，复合热载体的注入能力随热流体含量增大而降低。这是由于热流体在油井附近的凝析水会造成贾敏效应，增大油井附近气体流动的阻力，并且由于气体含量降低，膨胀能也降低，原油黏度增大，因此注入能力降低。复合热载体吞吐过程中在蒸汽和CO2双重作用下，形成高温、强酸性环境，使岩石中石英、长石、黏土矿物发生溶蚀，对储层岩石的孔隙结构、渗透率、润湿性造成极大的影响；而且，高温和低矿化度的蒸汽凝析水会对储层造成水敏性损害，含水量越大，损害就会越严重；另外，由于低渗透油层孔隙结构复杂，孔喉比大，混注蒸汽和非凝析气体会产生水锁，也使热载体的注入能力降低[12-13]。

3 结论与建议

1) 在同样条件下，随着复合热载体中热流体含量的增大和吞吐周期的增多，采收率先升高后降低，含水率增大，气油比先降低后升高，注入能力降低。

2) 复合热载体吞吐技术的室内试验可为现场应用复合热载体吞吐开发低渗透油田提供参考。

3) 考虑到影响复合热载体吞吐开发效果的因素较多，建议进一步开展复合热载体吞吐的注入参数优化研究，以提高复合热载体吞吐的开发效果。

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