注空气驱室内实验研究

林云清

摘      要：借助填砂管模型实验以及细长管模型实验，分别开展了注入PV数（0、0.1、0.2、0.4 PV）、注入压力（实验压差分别为0.2、0.4、0.6 MPa）、油层温度（60、80、100 ℃）对含油饱和度的影响研究以及不同注入压力（实验压差分别为2、4、6 MPa）、不同油藏温度（60、80、100 ℃）、不同氧气浓度（0%、10%、20%）对非烃类气驱的影响研究。

关  键  词：填砂管模型;细长管模型;气驱

中图分类号：TQ 341       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）03-0526-05

Abstract： The effect of injection PV （0， 0.1， 0.2， 0.4 PV）， injection pressure （experimental pressure difference of 0.2， 0.4， 0.6 MPa） and oil layer temperature （60， 80， 100 ℃） on the oil saturation was studied with the sand filling tube model experiment and the slender tube model experiment. And the effect of different injection pressure （experimental pressure difference of 0.2， 0.4， 0.6 MPa）， different reservoir temperature （60， 80， 100 ℃） and different oxygen concentration （0%， 10%， 20%） on the non hydrocarbon gas drive was investigated.

Key words： Sand filling tube model ; Slender tube model ; Air flooding

历史经验表明，单纯的注水开发模式已经不能满足油田预期要求，由于研究区块储层属于低渗透范畴，注水开发效果收效甚微[1-6]，寻找一种新的开发方式成为发展的必然结果。针对国内外相关及相似情况的考察研究发现，非烃类气驱是一种广泛使用的有效的针对低渗透油藏的开发方式。其中，空气驱因其自身成本优势、取材优势以及良好的驱油效率而广泛使用[7-11]。作为一种引入型技术，室内物理模拟实验作为矿场试验的基础，在验证整个实验的可行性以及驱替效果等重要因素方面占据着至关重要的作用。通过开展注空气驱室内物理模拟实验研究，可以更直观、更清晰的判断更因素之间的配伍关系以及对整个实验结果的影响，为以后的矿场试验提供理论支持。

1  实验条件

1.1  实验仪器

依据研究内容以及实验室自身所具备的技术条件，实验过程中涉及到仪器主要有：恒温箱、高温高压反应釜、压力传感器、温度传感器、反应控制装置、数据采集系统、高压空气气源、平流泵、填砂管、细长管、油气分析装置、流量计、恒温空气浴、压力表等。

1.2  基础用品

实验用油由现场提供，将其进行过滤、脱水之后使用;实验用水是实验室根据现场提供的研究区块地层水矿化度以及成分比例关系进行模拟配制;填砂管模型：将不同粒径的石英砂和黏土均匀混合，压实后模拟低渗透储层。

2  实验方案

2.1  填砂管模型实验

根据研究内容以及实验流程的正确性与合理性，编制实验步骤如下：

（1）将原油进行过滤、脱水处理，为后续实验备用。

（2）将满足条件的石英砂充填在填砂管内制作岩心模型。

（3）取备选岩心，称干重，然后进行抽真空、饱和水，称湿重，计算饱和水量以及岩心的孔隙度。

（4）检查实验仪器，将仪器按照实验流程进行连接，并检查整套实验装置的密闭性。

（5）将恒温箱调至实验所需温度，对制作好的填砂管模型进行饱和油，并记录饱和油量，计算含油饱和度。

（6）将饱和油后的填砂管模型水平放置，然后进行注空气驱油。

（7）数据采集（压力、产液量）。

（8）数据汇总、处理。

（9）实验结束。

2.2  细长管模型实验

根据研究内容以及实验流程的正确性与合理性，编制实验步骤如下：

（1）按照实验规范性将各仪器进行连接。

（2）对细长管进行乙醚冲洗，然后注气烘干。

（3）对细长管模型进行憋压，待压力升高至实验所需压力，停止并维持3 h，判断试验装置的气密性。

（4）对细长管模型饱和水，计算饱和水量和孔隙度。

（5）对细长管进行水测渗透率。

（6）对细长管进行饱和油，直至出口端接液中水量不再变化，此时出水量就是饱和油量，计算含油饱和度。

（7）实验准备就绪，按照规定速度进行注空气驱，对出口端氣体进行采集，并且计算采出气中O2和CO2的含量，待O2含量不再变化时，实验停止。

（8）升高温度，重新测量O2和CO2的含量。

3  结果分析

3.1  填砂管模型实验结果分析

根据研究内容以及研究目的，借助填砂管模型实验，研究不同注入PV数（0、0.1、0.2、0.4）、不同注入压力（实验压差为0.2、0.4、0.6 MPa）、不同地层温度（60、80、100 ℃）对含油饱和度的影响。根据实验的合理性共设计7组实验，具体实验方案见表1。

3.1.1  注入PV数对含油饱和度的影响

方案1～3研究了不同注入PV数（0.1、0.2、0.4 PV）对含油饱和度的影响，在孔隙度、渗透率、初始含油饱和度基本保持一致的条件下，研究注空气驱过程中含油饱和度的变化情况，并且对实验后填砂管模型不同位置处的含油饱和度进行测定，结果如图1所示。

根据图1，不难看出：在填砂管模型的注入端至采出端的方向上，三种方案的结果整体趋势相似，含油饱和度呈现升高的趋势;依据实验结果，将0.2 PV假定为气体突破的临界点;在气体突破之前，气和油之间以活塞式驱动为主，从而导致在气油混合区内，含油饱和度出现较大幅度的波动，而油墙现象会发生在纯油区内，当气体突破之后，气油混相区域越来越大，油墙随之消失。

3.1.2  注入压力对含油饱和度的影响

方案2、方案4、方案5研究了不同注入压力（实验压差分别为0.2、0.4、0.6 MPa）对含油饱和度的影响，在孔隙度、渗透率、初始含油饱和度基本保持一致的条件下，研究注空气驱过程中含油饱和度的变化情况，并且对实验后填砂管模型不同位置处的含油饱和度进行测定，结果如图2所示。

根据图2不难看出：在填砂管模型的注入端至采出端的方向上，三种方案的结果整体趋势相似，含油饱和度呈现升高的趋势，同时从侧面也反映出气与油之间的驱动形式是活塞式驱动;随着注入压差的增大，并不能完全形成充分混合的气油混相区，容易形成串流从而导致气体突破，也就是随着注入压力的增大，残余油饱和度也变大，从而不能形成有利的油墙。

3.1.3  温度对含油饱和度的影响

方案2、方案6、方案7研究了不同温度（60、80、100 ℃）对含油饱和度的影响，在孔隙度、渗透率、初始含油饱和度基本保持一致的条件下，研究注空气驱过程中含油饱和度的变化情况，并且对实验后填砂管模型不同位置处的含油饱和度进行测定，结果如图3所示。

根据图3，不难看出：随着温度的升高，在填砂管模型注入端至出口端的方向上含油饱和度波动幅度也较大;温度的升高会导致原油粘度的下降，一方面增加了原油的流动性，另一方面也减小了气油之间的滑脱效应;这些因素最终会表现出含油饱和度在气油混相区域的浮动大，增加了油墙的覆盖范围。

3.2  细长管模型实验结果分析

3.2.1  注入压力对非烃类气驱影响

借助细长管模型开展室内物理模拟实验，研究不同注入压力（13、15、17 MPa）对非烃类气驱的影响。具体实验方案及结果见表2和图4。

由实验结果可知，随着注入压力的增大，气体突破时的驱油效率及最终的驱油效率皆呈现下降的趋势;这是因为当增大注入压力时，反应到细长管模型两端的压差也会随之增大，导致气体的流速增加，从而降低了气体的驱油效率。

3.2.2  温度对非烃类气驱影响

借助细长管模型开展室内物理模拟实验，研究不同温度（60、80、100 ℃）对非烃类气驱的影响。具体实验方案及结果见表3和图5。

由实验结果可知：随着温度的升高，气体突破时的驱油效率及最终的驱油效率皆呈现上升的趋势;这是因为升高温度会导致原油的粘度变小，也即降低了气体与原油之间的流度比，最大限度的弱化指进现象，使最终采收率增加。

3.2.3  氧气浓度对非烃类气驱影响

借助细长管模型开展室内物理模拟实验，研究不同氧气浓度（0%、10%、20%）对非烃类气驱的影响。具体实验方案及结果见表4和图6。

由实验结果可知：随着氧气浓度的增加，突破时驱油效率以及最终驱油效率并未呈现明显的差异;也即表明氧气浓度对驱油效率的作用效果不明显。

4  结 论

（1）填砂管模型实验表明：0.2 PV是气体突破的临界点，在气体突破之前存在含油饱和度较高的油墙;随着注入压力的增大，残余油饱和度也变大，从而不能形成有利的油墙;

（2）细长管模型实验表明：当增大注入压力时，气体的流速增加，从而降低了气体的驱油效率;升高温度会导致原油的粘度变小，也即降低了气体与原油之间的流度比，最大限度的弱化指进现象，使最终采收率增加;氧气浓度对驱油效率的作用效果不明显。

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