稠油油藏氮气辅助蒸汽驱增油机理实验

徐 杰 徐 玲 胡 伟.长江大学石油工程学院, 湖北 武汉 4000;.中国石油长庆油田分公司第七采油厂, 陕西 西安 7000;.中国石油大学(北京)石油工程学院, 北京 049



稠油油藏氮气辅助蒸汽驱增油机理实验

徐 杰1徐 玲2胡 伟3
1.长江大学石油工程学院, 湖北 武汉 430100;2.中国石油长庆油田分公司第七采油厂, 陕西 西安 710200;3.中国石油大学(北京)石油工程学院, 北京 102249

稠油油藏;氮气辅助蒸汽驱;双管模型;流线长度比;驱油效率

0 前言

1 实验条件及方法

1.1 实验条件

实验装置由注入系统(ISCO泵、油釜和氮气釜、蒸汽发生器等)、岩心夹持器、控温系统(图1中虚线部分)、压力测量控制系统及油水分离系统组成,实验流程见图1。

图1 实验流程图

1.2 实验步骤

1)将岩心洗油、烘干、抽真空后,饱和地层水,装入岩心夹持器中。在80 ℃的恒温环境中,缓慢注入地层水约1.4 PV,用地层水疏通长岩心并测量长岩心单相水渗透率。

2)将出口端连接回压控制器,入口端继续注入地层水,对回压控制器进行升压。同时对长岩心的环压同步

升压(环压始终高于注入压力2～5 MPa)。当回压升至7 MPa,且出口端不断有地层水流出,则回压建立完成。

4)开展氮气辅助蒸汽驱实验,实验步骤因单管和双管的不同而有差异。

2 单管长岩心实验

2.1 单管长岩心实验参数

表1 不同注入方式下的实验参数

注入方式实验温度/℃模型孔隙度/()模型渗透率/μm2原始含油饱和度/()岩心长度/cm单一蒸汽驱8033 992 5988 6467 84氮气蒸汽同注1∶18034 012 6186 5267 84氮气蒸汽段塞驱(1∶1)8033 122 5489 1367 84

2.2 单管实验结果分析

图2 不同注入方式对驱油效率的影响

驱替压差与驱替倍数的关系曲线见图3，由图3可以看出曲线总体上呈先上升后下降最后平缓的趋势。驱替压差上升阶段为热连通阶段,当驱替压差上升到一定值时才能使原油开始流动,下降阶段为蒸汽突破阶段,平缓阶段为蒸汽剥离脱油阶段。当蒸汽在管内突破后,驱替压差急剧降低,氮气辅助性注入减缓了压力下降速度,弥补了管内压力亏空。当注入体积保持恒定时,氮气蒸汽段塞驱注入的氮气量大于氮气蒸汽复合驱注入的氮气量,而注入氮气量越多,氮气补充地层能量的效果越明显。

图3 驱替压差与驱替倍数的关系曲线

图4 不同注入方式下瞬时油汽比与驱替倍数关系曲线

图5 不同注入方式下累积油汽比与驱替倍数关系曲线

不同注入方式下瞬时油汽比与驱替倍数关系曲线见图4，不同注入方式下累积油汽比与驱替倍数关系曲线见图5。对比分析图4、5可知,蒸汽在管内突破后,瞬时油汽比和累积油汽比迅速下降。随着氮气辅助性的注入,瞬时油汽比有所提高,累积油汽比下降速度变缓,即氮气的注入能有效地抑制蒸汽的超覆和窜槽,提高了蒸汽的热能利用率,单位时间内采出的油量增加。若采用累计油汽比低至0.15时作为结束蒸汽驱的经济极限,那么氮气蒸汽复合驱可以延长蒸汽驱的有效开采时间,提高经济效益。

图6 不同注入方式对含水率的影响

3 双管长岩心实验

3.1 双管长岩心实验参数

为了研究氮气辅助蒸汽驱在平面上的波及系数及剩余油分布情况,根据箱体蒸汽驱替实验将蒸汽驱替的过程看成沿着多条不同长度的流线进行的,不同流线长度对应的压力梯度不同,将导致流速不同,产生温度差异,最终导致黏度不同,从而影响驱油效率。不同流线可以通过不同长度的长岩心来模拟。设计了4组不同长度的双管实验,其中双管长度分别对应流线长度比分别为1∶1,1.1∶1,1.25∶1,1.41∶1,见图7。注汽参数设计：注蒸汽温度为200 ℃,总的注入速度为3 mL/min,注入方式为氮气蒸汽同注。其中氮气蒸汽同注比例为1∶1,氮气注入速度为1.5 mL/min,蒸汽注入速度为1.5 mL/min,总注入速度为3 mL/min。

图7 不同流线比示意图

3.2 双管实验结果分析

图8 不同流线比对应的驱油效率

不同流线比下驱替压差变化曲线见图9,从图9中可以看出不同流线比时蒸汽在岩心中突破所需的驱替压差变化较小,突破后驱替压差趋于一致。其主要原因是在实验过程中,高渗流线保持不变,驱替压差主要取决于最短流线,即高渗流线。

图9 不同流线比下的驱替压差变化曲线

不同流线比对应的累积油汽比变化曲线见图10，从图10可以看出,随着注入体积的增加,流线比越长,累积油汽比越低,蒸汽热利用率越低。这是因为流线长度越长,此处的压力梯度越低,蒸汽在此处的流动速度越低,热量损失越大。

可以根据双管实验中长短两管的产油量,即长管产油量与短管产油量的比值,定义产油比。不同流线比对应的产油比曲线见图11，由图11可以看出当注入体积达到1 PV后,产油比不但随着流线比的增加逐渐降低,也随着驱替时间的增加逐渐降低。由此可知,随着驱替时间的不断延长,管的长度越长,即流线长度越长，所受的影响越大。

图10 不同流线比对应的累积油汽比变化曲线

图11 不同流线比对应的产油比曲线

3.3 驱油效率与流线比的关系

通过线性回归的分析方式,可以得到单管与双管模型驱油效率与流线比的相关关系曲线,见图12。从图12可以看出,单管模型的驱油效率与流线长度比满足三次函数曲线关系,且相关系数高达1;双管模型的驱油效率与流线比满足二次曲线关系,相关系数为0.980 9。由回归所得到的多项式公式可以求得氮气辅助蒸汽驱渗流场中任一流线上的驱油效率,再根据微积分原理和波及系数就能够求得整个油藏的采出程度。

图12 不同流线比与驱油效率关系曲线

表2 氮气辅助蒸汽驱双管实验结果

参数实验1(管长比1∶1)实验2(管长比1∶1 1)实验3(管长比1∶1 25)实验4(管长比1∶1 41)原始储量/mL88 488 488 497 488 4111 288 4123 64单管占双管储量百分比/()505047 652 444 455 641 558 5采出储量/mL64 26364 857 265 455 168 5017 56驱油效率(单管)/()72 771 373 358 874 049 577 514 2驱油效率(双管)/()36 335 634 930 832 827 632 38 28

4 结论

1)单管实验结果表明，氮气辅助蒸汽驱提高采收率的主要机理有三个方面:氮气的压缩系数较大,氮气随着压力的降低而膨胀,氮气的注入补充了地层能量,扩大了蒸汽的波及体积;氮气在水中的溶解度很低,易在地层中形成微气泡,微气泡在岩心中会迅速占据原油孔道,减小死孔隙体积,从而降低残余油饱和度;氮气与原油界面张力较低,易与地下流体形成泡沫,使蒸汽前缘变得相对均匀,能有效提高热能利用率。

3)采出程度与流线长度比的函数关系式可以定量计算出整个油藏的最终采收率,也可以预测蒸汽驱后剩余油的分布情况,为氮气辅助蒸汽驱产能预测提供新的方法。

[1] 苏玉亮,高海涛.稠油蒸汽驱热效率影响因素研究[J].断块油气田,2009,16(2):73-74. Su Yuliang,Gao Haitao.Influencing Factors of Thermal Efficiency during Heavy Oil Steam Drive [J].Fault-Bolck Oil & Field,2009,16(2):73-74.

[2] 暴喜涛,李顺初,肖绪霞,等.均质油藏非线性渗流模型解得相似构造法[J].天然气与石油,2012,30(5):47-51. Bao Xitao,Li Shunchu,Xiao Xuxia,et al.Similar Constructive Method of Nonlinear Seepage Model for Homogeneous Reservoir[J].Natural Gas and Oil.2012,30(5):47-51.

[3] 张广卿,刘 伟,李 敬,等.泡沫封堵能力影响因素实验研究[J].油气地质与采收率,2012,19(2):44-46. Zhang Guangqin,Liu Wei,Li Jing,et al.Experimental Study on the Factors Influencing the Blocking Ability of Foam[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2012,19(2):44-46.

[4] 卢 川,刘慧卿,卢克勤,等.浅薄层稠油油藏氮气泡沫调驱适应性研究[J].油气地质与采收率,2013,20(1):70-73.Lu Chuan,Liu Huiqing,Lu Keqin,et al.Flexibility Study on Nitrogen-Foam Flooding for Shallow-Thin Heavy Oil Reservoirs [J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2013,20(1):70-73.

[5] 袁士义,刘尚奇,张义堂,等.热水添加氮气泡沫驱提高稠油采收率研究[J].石油学报,2004,25(1):57-65. Yuan Shiyi,Liu Shangqi,Zhang Yitang,et al.Enhancing Heavy Oil Recovery with Hot Water Flooding by Adding Nitrogen and Surfactant[J].Acta Petrolei Sinica,2004,25(1):57-65.

[6] 王顺华.稠油油藏氮气泡沫辅助蒸汽驱驱油效率实验及参数优化[J].油气地质与采收率,2013,20(3):83-85. Wang Shunhua.Oil Sweeping Efficiency Experiment and Parameter Optimization of Nitrogen Foam-assisted Steam Flooding in Heavy Oil Reservoir [J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2013,20(3):83-85.

[7] 翟云芳.渗流力学册[M].北京:石油工业出版社,1999. Zhai Yunfang.Seepage Mechanics [M].Beijing:Petroleum Industry Press,1999.

[8] 王伟伟.杜229块蒸汽驱窜流调控技术研究与应用[J].天然气与石油,2014,32(5):57-60. Wang Weiwei.Research and Application of the Control Technology in Du 229 Block Steam Flooding and Channeling[J].Natural Gas and Oil,2014,32(5):57-60.

[9] 郑腊年,李晓平,张小龙,等.幂律流体稠油油藏水平井产能影响因素分析[J].天然气与石油,2013,31(2):65-68. Zheng Lanian,Li Xiaoping,Zhang Xiaolong,et al.Analysis on Influence Factors of Horizontal Well Productivity in Heavy oil Reservoir with Power Law Fluid[J].Natural Gas and Oil,2013,31(2):65-68.

[10] 李睿姗,何建华,唐银明,等.稠油油藏氮气辅助蒸汽增产机理试验研究[J].石油天然气学报,2006,28(1):72-75. Li Ruishan,He Jianhua,Tang Yinming,et al.Experiment on the Mechanism of Nitrogen-assisted Steam Stimulation in Heavy Oil Reservoir [J].Journal of Oil and Gas Technology,2006,28(1):72-75.

2015-03-17

国家科技“十二五”重大专项(2011 ZX 05010-002)。

徐 杰(1988-),男,湖北钟祥人,硕士研究生,主要从事油气田开发研究。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.04.010