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热水驱驱油机理研究-吕广忠

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热水 油机 研究 吕广忠
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第 卷 第 期以 抖 年 月新 疆 石 油 学 院 学 报 一为 洲 润文 章 编 号 为 一 一 一热 水 驱 驱 油 机 理 研 究吕 广 忠 ‘ , 陆 先 亮胜 利 油 田 地 质 科 学 研 究 院 , 山 东 东 营 巧胜 利 油 田 有 限 公 司 孤 岛 采 油 厂 , 山 东 东 营摘 要 热 水 驱 是 提 高 高 粘 原 油 采 收 率 的 重 要 方 法 之 一 , 由 于 其 热 能 消 耗 较 少 在 国 外 得 到 广 泛 应用 , 热 水 驱 具 有 其 独 特 的 机 理 。 本 文 介 绍 了 热 水 驱 的 基 本 机 理 、 方 式 以 及 存 在 的 问 题 , 并 通 过 物理 模 拟 证 明 其 提 高 采 收 率 机 理 。关 键 词 热 水 驱 聚 合 物 段 塞 热 能 消 耗 高 粘 原 油 物 理 模 拟中 图 分 类 号 文 献 标 识 码热 力 法 采 油 对 于 稠 油 油 田 是 基 本 的 开 发 方 法目 前 世 界 范 围 方 法 中 , 热 力 法 包 括 注 蒸 汽 、热 水 等 , 采 出 油 量 占 总 采 出 量 的 , 不 宜 偏 废 ,应 当 积 极 研 究 和 实 验 , 在 具 备 相 应 经 济 和 技 术 手 段的 前 提 下 广 泛 应 用 。蒸 汽 吞 吐 、 连 续 注 蒸 汽 、 注 热 水 方 法 、 地 下 燃 烧是 基 本 的 热 采 方 法 。 使 用 最 广 泛 的 是 循 环 注 蒸 汽和 连 续 注 蒸 汽 方 法 。 热 水 驱 的 缺 点 是 热 水 的 含 热量 太 少 , 不 能 作 为 有 效 的 热 载 体 把 热 量 带 人 油 藏地 层 内 燃 烧 是 油 藏 中 产 生 热 量 的 一 种 有 效 方 法 , 但由 于 其 过 程 的 复 杂 及 难 于 控 制 , 极 大 地 限 制 了 该 方法 的 广 泛 应 用 。 对 于 一 般 渗 透 率 级 别 油 田 从 理 论上 讲 , 循 环 注 蒸 汽 的 采 收 率 一 般 只 有 一 , 而蒸 汽 驱 的 采 收 率 可 达 , 热 水 驱 介 于 两 者 之 间 。热 水 驱 机 理 及 开 发 特 征热 水 驱 驱 油 机 理热 水 驱 基 本 上 是 一 种 热 水 和 冷 水 非 混 相 驱 替原 油 的 驱 替 过 程 。 注 热 水 比 注 常 规 水 提 高 稠 油 采收 率 的 主 要 原 因 是 提 高 地 层 温 度 降 低 原 油 粘 度 。其 提 高 采 收 率 的 机 理 在 于降 低 粘 度 和 改 善 流 度 比 。 温 度 升 高 一 般 会引 起 油 水 粘 度 比 减 小 , 对 于 稠 油 该 比 值 降 低 更 加 显著 。 在 这 种 情 况 下 , 贝 克 莱 一 列 维 勒 特 理 论 清 楚 的表 明 , 即 使 在 含 油 饱 和 度 和 相 对 渗 透 率 没 有 改 变 的情 况 下 , 升 高 温 度 也 能 引 起 水 的 前 沿 推 进 速 度 降低 , 提 高 水 突 破 时 油 田 的 采 收 率 。残 余 油 饱 和 度 的 变 化 及 相 对 渗 透 率 的 改变 。 试 验 证 明 , 当 温 度 增 加 时 , 残 余 油 饱 和 度 显 著降 低 。 一 般 情 况 下 , 温 度 增 加 会 引 起 相 对 渗 透 率 向有 利 的 方 向 改 变 。液 体 和 岩 石 的 热 膨 胀 。 注 热 水 必 定 会 引 起地 下 原 油 和 岩 石 的 热 力 学 膨 胀 , 这 对 于 地 层 压 力 的恢 复 起 到 一 定 的 作 用 , 从 而 提 高 原 油 采 收 率 。可 以 防 止 高 粘 油 带 的 形 成 。 蒸 汽 驱 替 高 粘原 油 一 个 突 出 的 技 术 难 题 是 , 被 高 温 蒸 发 降 粘 的 原油 不 断 积 聚 , 地 层 中 形 成 一 个 特 殊 的 高 含 油 饱 和 度“ 油 带 ” 。 这 个 “ 油 带 ” 在 向 油 井 流 动 过 程 中 逐 渐 冷却 , 原 油 粘 度 升 高 , 形 成 不 流 动 油 带 , 导 致 地 层 正 常驱 替 渗 流 通 道 被 堵 塞 , 蒸 汽 驱 方 案 失 败 。 热 水 驱 对油 层 加 温 比 较 缓 慢 平 和 , 不 形 成 高 含 油 饱 和 度 油 带堵 塞 地 层 。 近 年 来 国 外 通 常 利 用 热 水 驱 在 油 层 中建 立 正 常 的 驱 替 油 流 和 热 流 通 道 , 然 后 逐 步 提 高 注人 温 度 , 由 热 水 驱 平 稳 过 渡 到 蒸 汽 驱 。 因 此 , 对 于采 出 程 度 较 低 的 稠 油 油 藏 , 采 用 热 水 驱 作 为 油 藏 热力 驱 的 起 点 是 稳 妥 的 油 田 开 发 政 策 。收 稿 日 期 抖 一 一作 者 简 介 吕 广 忠 一 , 男 , 山 东 高 唐 , 博 士 , 主 要 从 事 油 田 开 发 研 究 和 软 件 研 制 等 工 作 。新 疆 石 油 学 院 学 报 抖 年热 水 驱 的 开 发 特 征热 水 驱 与 其 它 热 力 采 油 方 法 的 开 发 特 征 不 同 ,其 独 特 的 开 发 特 征 表 现 在 以 下 几 点波 及 区 域 位 于 油 层 底 部 。 与 常 规 蒸 汽 驱 不同 , 注 热 水 时 , 热 水 总 从 油 层 底 部 附 近 潜 人 的 , 即 使油 层 顶 部 渗 透 率 比 底 部 大 烤 也 还 是 如 此 。注 热 水 当 温 度 增 加 时 , 常 常 由 于 水 和 油 的 密 度差 增 大 使 重 力 分 离 严 重 。 实 验 指 出 , 注 人的 热 水 后 , 断 面 所 示 油 层 被 加 热 的 只 有 左 右 。注 人 热 水 的 前 沿 热 量 损 失 急 剧 。 注 人 热 水前 沿 温 度 很 快 达 到 初 始 地 层 温 度 。 因 此 在 驱 替 前缘 的 前 沿 , 油 的 流 动 性 等 于 未 受 热 原 油 的 流 动 性 。总 之 , 在 热 水 驱 过 程 中 , 原 油 粘 度 降 低 和 体 积增 大 会 提 高 绕 流 原 油 的 驱 替 。 虽 然 热 水 突 破 时 驱替 状 态 变 坏 , 但 受 热 的 绕 流 原 油 的 驱 替 改 善 可 得 到较 高 的 最 终 采 收 率 。蒸 汽 驱 转 水 驱 的 好 处 是 , 蒸 汽 驱 时 , 注 入 的 蒸汽 在 地 层 中 发 生 重 力 超 覆 , 也 就 是 说 , 蒸 汽 是 在 油层 的 上 部 位 驱 油 。 如 前 所 述 , 注 人 的 热 水 是 从 油 层底 部 附 近 潜 人 , 水 趋 向 于 在 油 藏 下 部 流 动 , 这 样 , 注人 的 热 水 就 可 以 采 出 蒸 汽 未 驱 扫 过 的 油 层 底 部 原油 。 另 外 , 蒸 汽 驱 后 注 人 的 热 水 还 可 以 采 出 被 蒸 汽绕 过 而 留 在 地 层 中 的 原 油 。为 了 经 济 有 效 地 操 作 一 个 常 规 蒸 汽 驱 转 热 水驱 方 案 , 必 须 优 化 转 热 水 驱 的 时 间 。 如 果 太 早 , 油藏 还 没 有 被 充 分 加 热 , 达 不 到 蒸 汽 驱 条 件 下 的 最 大可 采 油 量 如 果 转 换 太 晚 , 就 会 留 下 大 量 的 热 被 浪费 掉 。 因 此 , 必 须 通 过 对 不 同 转 换 时 间 所 预 测 采 收率 的 经 济 分 析 , 来 确 定 这 个 最 佳 的 转 换 时 间 。 初期 , 注 热 水 速 度 可 以 快 一 些 , 例 如 以 三 倍 水 当 量 速度 将 其 注 人 , 然 后 恢 复 正 常 注 入 速 度 。热 水 驱 的 方 式蒸 汽 驱 之 前 的 热 水 驱当 对 稠 油 油 藏 进 行 蒸 汽 驱 时 , 会 形 成 高 粘 油带 。 当 这 个 油 带 进 入 油 藏 的 冷 区 时 , 它 会 变 粘 以 至在 正 常 注 人 压 力 下 不 能 驱 动 , 对 特 高 稠 油 尤 为 突出 , 这 一 状 况 可 通 过 注 蒸 汽 前 注 人 热 水 得 以 减 轻 ,因 为 注 人 的 热 水 逐 渐 提 高 油 层 温 度 , 并 提 供 了 蒸 汽注 人 前 地 层 中 水 的 流 动 通 道 。热 水 驱 后 注 蒸 汽 可 增 加 采 收 率 , 其 机 理 是 , 注热 水 后 注 蒸 汽 , 与 单 独 注 蒸 汽 相 比 , 在 地 层 内 部 热流 动 的 路 径 、 范 围 发 生 了 实 质 性 改 变 。 因 为 注 热 水时 , 热 水 趋 向 于 在 油 藏 下 部 流 动 , 能 够 在 驱 替 段 低部 位 较 早 地 形 成 通 道 , 注 人 的 热 水 流 经 这 些 通 道 会逐 渐 提 高 油 层 温 度 , 扩 大 波 及 体 积 。 转 注 蒸 汽 后 ,蒸 汽 注 人 热 水 通 道 , 但 由 于 后 续 注 人 的 蒸 汽 将 发 生不 可 避 免 的 重 力 超 覆 , 导 致 后 续 注 人 的 蒸 汽 由 底 部通 道 向 油 层 顶 部 流 动 , 正 是 由 于 驱 替 段 底 部 加 热 通道 的 吸 汽 作 用 , 结 果 获 得 良 好 纵 向 波 及 剖 面 。燕 汽 驱 之 后 初 热 水 驱当 蒸 汽 驱 进 人 中 后 期 时 , 产 油 速 度 开 始 降 低 ,汽 油 比 开 始 升 高 , 高 汽 油 比 通 常 标 志 着 大 量 的 热 被滞 留 于 油 藏 的 岩 石 和 流 体 中 , 其 中 一 些 热 量 只 是 在油 藏 中 循 环 而 对 采 油 无 任 何 影 响 , 如 果 还 继 续 连 续注 蒸 汽 , 岩 石 和 流 体 中 热 量 就 会 被 滞 留 于 油 藏 中 而被 浪 费 。热 水 驱 存 在 的 问 题 及 热 水 驱 方 案完 善热 水 驱 存 在 的 问 题热 水 比 冷 水 粘 度 低 , 在 非 均 质 油 藏 中 更 易发 生 水 突 破加 热 范 围 和 程 度 不 如 蒸 汽 驱 , 油 田 增 产 效果 相 对 缓 慢 。热 水 驱 方 案 完 善为 弥 补 热 水 驱 的 不 足 , 建 议 在 注 热 水 前 加 人 一个 聚 合 物 小 段 塞 然 后 冷 水 顶 替 如 图 。 聚 合 物 具注 入 热 水 顶 替 冷 水 聚 合 物 段 塞 原 油 区图 地 层 流 体 剖 面有 较 高 的 粘 度 , 能 够 调 节 油 田 中 水 的 流 动 方 向 , 特别 在 非 均 质 油 藏 中 , 聚 合 物 能 够 使 水 均 匀 推 进 , 防止 水 的 指 进 。 在 注 热 水 的 过 程 中 , 能 够 使 热 水 的 突破 时 间 大 大 延 长 , 使 油 藏 均 匀 受 热 , 这 在 油 田 的 实际 生 产 中 是 有 具 体 例 子 的 。 在 注 聚 合 物 后 面 加 一段 冷 水 是 防 止 聚 合 物 的 热 降 解 。 该 实 施 方 案 可 以有 效 控 制 热 水 的 流 动 度 , 方 案 成 功 把 握 要 大 的 多 ,不 失 为 一 种 可 行 的 治 本 方 案 。第 卷 第 期 吕 广 忠 等 热 水 驱 驱 油 机 理 研 究物 理 模 拟 试 验实 验 装 置 为 一 维 管 式 模 型 装 置 , 由 压 力 调 节 器保 持 压 力 一 致 , 实 验 流 程 见 图 。 岩 心 长 ,直 径 为 , 孔 隙 度 为 , 岩 心 水 相 绝 对 渗透 率 为 拜 时 。 实 验 用 胜 利 孤 岛 油 田 渤 块井 原 油 , 地 面 原 油 粘 度 一 , 地 下原 油 粘 度 原 油 密 度 内 、 二 。 耐 ,阳 ℃ 岁 耐 。针 对 渤 块 原 油 , 研 究 相 同 条 件 下 , 热 水 驱 和冷 水 驱 的 驱 油 效 率 , 进 一 步 了 解 热 水 驱 提 高 采 收 率的 机 理 。岩 心 驱 油 效 率 实 验 是 针 对 渤 块 原 油 , 开 展了 冷 水 水 驱 、 热 水 水 驱 , 实 验 结 果 见 图 、 。 通 过对 比 可 以 看 出 热 水 与 冷 水 相 比 , 能 大 幅 度 的 提 高驱 油 效 率 和 降 低 残 余 抽 饱 和 度 。 驱 替 结 束 时 , 其 驱油 效 率 提 高 , 残 余 油 饱 和 度 降 低 。广广 万万万万万万万万万万万 , ,, , 一 掀 每 沪 」 、、、一 冷 水水水驱 替 孔 隙 体 积 倍 数图 采 收 率 与 驱 替 孔 隙 体 积 倍 数 关 系 曲 线阵阵 理。 。, , 狱 之 卜卜卜叼 卜 习 巨巨巨, , 俘 小驱 替 孔 隙 体 积 倍 数图 含 油 饱 和 度 与 驱 替 数 关 系 曲 线双 管 模 型 提 高 采 收 军 买 验该 项 实 验 是 利 用 物 理 模 拟 技 术 研 究 非 均 质 油藏 热 水 驱 提 高 原 油 采 收 率 的 机 理 。试 验 装 置 仍 为 一 维 管 式 模 型 装 置 , 压 力 由 压 力调 节 器 保 持 一 致 , 试 验 流 程 基 本 与 图 一 致 , 所 不同 的 是 将 岩 心 由 单 管 模 型 改 为 双 管 模 型 , 双 管 模 型置 于 同 一 平 面 上 , 双 管 进 出 口 在 相 同 的 压 力 系 统 。所 用 岩 心 为 石 英 砂 , 为 了 模 拟 油 层 的 非 均 质性 , 将 处 理 过 的 石 英 砂 按 不 同 粒 径 分 为 两 种 级 别 ,然 后 制 成 渗 透 率 为 高 、 低 两 个 级 别 的 岩 心 , 长 度 均为 , 直 径 。 试 验 用 岩 心 参 数 见 表 。表 试 验 用 岩 心 参 数岩 心 号 孔 隙 度 甲 水 相 渗 透 率 ”‘在 室 温 和 ℃ 条 件 下 , 进 行 了 两 次 双 管 岩 心 提高 采 收 率 试 验 , 结 果 见 图 、 。根 据 图 、 可 以 看 出 热 水 驱 在 非 均 质 油 藏 可以 提 高 采 收 率 , 驱 替 结 束 时 , 其 驱 油 效 率 提 高 ,残 余 油 饱 和 度 降 低 。 但 是 和 单 管 驱 油 实 验而 言 , 提 高 采 收 率 的 幅 度 要 小 。 产 生 这 种 现 象 的 主要 原 因 是 热 水 比 冷 水 粘 度 低 , 在 非 均 质 油 藏 中 更 易肠听︵求︶侧脚刃帐印︵冰侧属理侣如新 疆 石 油 学 院 学 报 抖 年发 生 水 突 破 。厂厂 育 一一一一一一今 热 水水水一一一 冷 水水水通 过 双 管 实 验 热 水 驱 在 非 均 质 油 藏 可 以提 高 采 收 率 , 改 善 波 及 体 积 , 热 水 驱 比 冷 水 驱 油 效率 提 高 , 残 余 油 饱 和 度 降 低 。热 水 比 冷 水 粘 度 低 , 在 非 均 质 油 藏 中 更 易发 生 水 突 破 。 因 此 在 实 施 热 水 驱 时 应 防 止 热 水 突破 , 加 人 泡 沫 或 聚 合 物 来 调 整 注 水 剖 面 。浙朋︵求︶侧彩习帐驱 替 孔 晾 体 积 倍 数 《图 采 收 率 与 驱 替 孔 陈 体 积 倍 数 关 系 曲 线卜卜 岌 卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜几 、 沪 、、、, 八 , ‘‘‘一 , 甲 刁 卜 一一一驱 替 孔 除 体 积 倍 数 《图 含 油 饱 和 度 与 驱 替 数 关 系 曲 线结 论热 水 驱 基 本 上 是 一 种 热 水 和 冷 水 非 混 相 驱替 原 油 的 驱 替 过 程 。 热 水 驱 是 开 采 稠 油 油 田 的 开发 方 法 , 由 于 其 能 在 提 供 热 量 的 同 时 为 地 层 提 供 能量 , 但 提 高 能 量 的 幅 度 小 于 蒸 汽 驱 , 而 蒸 汽 吞 吐 提供 的 能 量 远 小 于 热 水 驱 , 故 热 水 驱 提 高 采 收 率 的 幅度 比 燕 汽 吞 吐 高 , 比 蒸 汽 驱 低 。通 过 一 维 单 管 岩 心 驱 替 实 验 结 果 认 为 热水 驱 比 冷 水 驱 提 高 驱 油 效 率 , 残 余 油 饱 和 度降 低 。参 考 文 献【 〕 」 , , 明汕 , 肠 ,,〔 〕 盯 , , 囚 加 , 肠 肠 扭 叼 , 吃比 ,, ,〔 〕从 , 肠 , , 卿妙 切 石 场 , ,,, , ‘ 目 对 一朋 吻 一 汪 比 ,,」川 一 , , 山 。 协 阳 山 。七 , ,「 〕郭 美 云 , 架 志 安 油 田 开 发 〔 〕 北 京 石 油 工 业 出 版 社 ,【 陈 月 明 注 蒸 汽 热 力 采 油 〔 」 东 营 石 油 大 学 出 版 社 ,【 〕刘 惫 卿 热 力 采 油 技 术 原 理 与 方 法 【 东 营 石 油 大 学出 版 社 ,︵东︶侧乓理侣如, 、 一 ,一 , 一 」 , , , 。 。 一 、 、只 抖 〔 」 」 。 , 万 。 址 〔 。 。 , , 。一 〔 一 飞 〔一 、一 , ,爵 进 , 、 、 ,—招 几 办 。 , ‘ 刀 刀 旋 哈 沈 几刀 叩 口 材 漩 晓 必 , 叽 , , ,叮 , , 一助 , 翁洲 邵 叩 盯而玲盯 助 叩一 一一 扮 研 百 担 , , ‘ 刀 山 王 日 “ , 疮加 哪 凡 〕 叩 , , 鳍 , · 。 可 咭 ”万 王 哟 尸 叨 山 £ , , 一一 一 仆 一即 叮 即 抓 叭一 叮 一, 件 一, 卯 飞 一 以 〔汀一 一 汀 , 件 一 卯一 一 之一 妞 咭 一 汰 , 人 …记 咭 咭 舜倪 诉 占 加 , 咭 鳍 , , , 目 亡 , , 《 刃 ,一一 厅 一 ,一 , 一一 、】】
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