時(shí)　賢，李兆敏，張虎賁，李松巖，張　波

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司東勝集團(tuán)股份公司，山東東營(yíng)257000；3.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

超重油溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)驅(qū)提高采收率實(shí)驗(yàn)

時(shí)賢1，李兆敏1，張虎賁2，李松巖1，張波3

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司東勝集團(tuán)股份公司，山東東營(yíng)257000；3.中國(guó)石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

采用溶解氣驅(qū)開采超重油后，仍有大量殘余油存在，為了進(jìn)一步開發(fā)超重油潛力，開展了不同條件下超重油溶解氣驅(qū)轉(zhuǎn)驅(qū)方式對(duì)驅(qū)油效率影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在均質(zhì)模型基礎(chǔ)上，一般溶解氣驅(qū)采收率約為10%，而溶解氣驅(qū)后進(jìn)行蒸汽驅(qū)或二氧化碳轉(zhuǎn)驅(qū)都可在一定程度上提高最終采收率，其中實(shí)施溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)剩余油飽和度更低，平均采收率在70%以上，而轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)后平均采收率僅約為25%。另外，通過分析發(fā)現(xiàn)，壓降速度、溫度和滲透率等因素對(duì)溶解氣驅(qū)開采效果都有一定影響，其中壓降速度加快可適當(dāng)增加驅(qū)替速度，在一定的時(shí)間條件下，壓降速度越快，提高采收率效果越好。溫度的影響則存在明顯的時(shí)間效應(yīng)，其值越低，溶解氣驅(qū)提高超重油采收率的效果越明顯；滲透率對(duì)提高采收率效果的敏感性較低，較高的滲透率有助于提高驅(qū)替速度。

超重油 溶解氣驅(qū) 轉(zhuǎn)驅(qū) 提高采收率 壓降 溫度

全球原始超重油地質(zhì)儲(chǔ)量豐富，特別是加拿大、委內(nèi)瑞拉等國(guó)，擁有大規(guī)模的超重油富集帶［1］。與普通原油相比，超重油具有密度高、重金屬含量高、瀝青質(zhì)含量高、原油粘度相對(duì)低等特性，蒸汽驅(qū)等熱力開采技術(shù)效果有限。溶解氣驅(qū)技術(shù)因?yàn)橥昃绞胶?jiǎn)單，可在超重油油層出砂過程中形成“蚯蚓洞”似的網(wǎng)絡(luò)，加之孔隙或盲端處氣體對(duì)殘余油的攜帶作用，所以取得了明顯的驅(qū)油效果。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，利用溶解氣驅(qū)技術(shù)開采的超重油產(chǎn)量可占總產(chǎn)量的20%左右［2-4］。

溶解氣驅(qū)主要依靠氣體釋放能量，形成氣泡連續(xù)相驅(qū)替原油，屬于能量消耗的過程［5-7］。不過，由于氣體流動(dòng)性有限及壓力衰竭迅速，常規(guī)溶解氣驅(qū)后提高采收率十分有限，仍有大量剩余油存在于地層之中，所以輔助應(yīng)用其他提高采收率技術(shù)十分必要［8-11］。蒸汽驅(qū)和二氧化碳驅(qū)在提高常規(guī)稠油采收率方面具有不同優(yōu)勢(shì)，蒸汽驅(qū)主要是利用注入熱源使油層溫度升高，降低原油粘度達(dá)到提高產(chǎn)油量的目的；二氧化碳驅(qū)油機(jī)理較為復(fù)雜，主要認(rèn)為二氧化碳可降低原油粘度，使原油膨脹并改善油水流度比等［12-14］。結(jié)合上述常規(guī)稠油開采技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研究了溶解氣驅(qū)提高超重油采收率的機(jī)理和轉(zhuǎn)驅(qū)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了超重油活油的泡點(diǎn)壓力，并利用人工填砂巖心管進(jìn)行了不同溫度、壓降速度和滲透率下溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)驅(qū)提高采收率的模擬實(shí)驗(yàn)，并對(duì)2種不同溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)驅(qū)方式的驅(qū)替效果進(jìn)行分析，認(rèn)為溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)對(duì)提高超重油采收 率有較強(qiáng)優(yōu)越性，可為下一步開發(fā)超重油提供技術(shù)支持。

1　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料與裝置

實(shí)驗(yàn)采用委內(nèi)瑞拉的超重油及高壓純氮?dú)?、高壓純二氧化碳?xì)怏w、石英砂等原料。委內(nèi)瑞拉超重油的死油和活油基本參數(shù)包括：地層溫度為54℃，泡點(diǎn)壓力為6MPa，溶解氣油比約為18m3/m3，溶解氣二氧化碳摩爾分?jǐn)?shù)為13%，溶解氣甲烷摩爾分?jǐn)?shù)為87%，溫度為40℃時(shí)的粘度為125000mPa·s，80℃時(shí)降至3933mPa·s。

實(shí)驗(yàn)裝置由PVT系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、巖心夾持系統(tǒng)和收集系統(tǒng)組成。PVT系統(tǒng)主要由提供純甲烷氣體和純二氧化碳?xì)怏w的高壓氣瓶、用于油氣混合的高壓釜、控制儀及提供壓力的高壓泵組成；動(dòng)力系統(tǒng)主要包括平流泵和為二氧化碳驅(qū)提供動(dòng)力的氣源；巖心夾持系統(tǒng)由人工填砂巖心管和控制出口回壓的回壓控制裝置組成，收集系統(tǒng)包括用以測(cè)量溶解氣驅(qū)出氣體積的量氣瓶、錐形瓶和天平、量筒等。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟包括：①將人工填砂巖心管抽真空4h后，飽和水，稱取濕重，計(jì)算孔隙度；②將飽和好的人工填砂巖心管放置到恒溫箱內(nèi)，恒溫4h；③水驅(qū)巖心，測(cè)定人工填砂巖心管的水測(cè)滲透率；④按照要求在配樣器內(nèi)配制活油；⑤首先檢查實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)的密閉性，將一定量的委內(nèi)瑞拉超重油倒入高壓釜，再向高壓釜中注入一定量純甲烷，之后再注入一定量純二氧化碳，設(shè)定高壓釜至地層溫度，攪拌2 h，使油氣充分混合；⑥在回壓大于原油飽和壓力時(shí)，人工填砂巖心管飽和活油，計(jì)算含油飽和度；⑦進(jìn)行超重油溶解氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)，模擬超重油溶解氣驅(qū)衰竭式開采過程；⑧選取不同的人工填砂巖心管分別進(jìn)行溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)及溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)實(shí)驗(yàn)，觀察2種轉(zhuǎn)驅(qū)方式提高超重油采收率的效果。

選取巖心管長(zhǎng)度為60cm，直徑為2.5cm，實(shí)驗(yàn)的基本參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)Table1　Basicparametersofexperiments

1.3實(shí)驗(yàn)方法

超重油溶解氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)超重油溶解氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟為：①對(duì)1，2，3，8，9，10號(hào)人工填砂巖心管的巖心稱取干重；②關(guān)閉巖心入口閥門，用氮?dú)饪刂苹貕洪y的壓力，在壓降速度為7.6kPa/min的條件下，使回壓逐漸降低至大氣壓力，記錄巖心回壓、巖心入口和中點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)的壓力、產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化。

溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟為：①打開平流泵并設(shè)定流量，打開蒸汽發(fā)生器，加熱蒸汽至實(shí)驗(yàn)溫度；②將出口回壓設(shè)置為2MPa，對(duì)溶解氣驅(qū)開采之后的4號(hào)和5號(hào)人工填砂巖心管進(jìn)行蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)，蒸汽注入速度為2 mL/min，實(shí)驗(yàn)溫度分別為160和200℃，模擬地層溫度為120℃，記錄實(shí)測(cè)壓力，每注入0.05倍孔隙體積計(jì)量一次出液量，并對(duì)采出液進(jìn)行一次破乳分析，得到產(chǎn)水量和產(chǎn)油量；③當(dāng)含水率為100%時(shí)停止實(shí)驗(yàn)。

溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)實(shí)驗(yàn)溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟為：①將出口回壓設(shè)置為2 MPa，打開平流泵，對(duì)溶解氣驅(qū)開采后的6和7號(hào)人工填砂巖心管進(jìn)行二氧化碳驅(qū)實(shí)驗(yàn)，其回壓分別設(shè)定為2和6MPa，記錄實(shí)測(cè)壓力，每注入0.05倍孔隙體積計(jì)量一次出油量；②當(dāng)不再出油時(shí)即停止實(shí)驗(yàn)。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1溶解氣驅(qū)采收率影響因素

溫度由不同溫度下采收率與驅(qū)替時(shí)間的關(guān)系（圖1）可以看出，當(dāng)驅(qū)替時(shí)間為0～600min時(shí)，溫度越高，最終采收率越高，但采收率差異不大；在600min左右，出現(xiàn)交匯點(diǎn)，被認(rèn)為是原油啟動(dòng)階段和躍變階段的分界點(diǎn)；當(dāng)驅(qū)替時(shí)間為600～1080 min時(shí)，溫度越高，最終采收率越低。早期溫度對(duì)采收率影響不明顯是因?yàn)榧訜嵘a(chǎn)時(shí)間較短，原油粘度仍然較大，但隨著不斷加熱，補(bǔ)充了大量、連續(xù)的汽化潛熱能，增加了受熱面積，改善了開采效果；加熱到一定時(shí)段以后，驅(qū)油效果明顯變好，說明超重油對(duì)溫度的敏感性很強(qiáng)。

圖1　不同溫度下溶解氣驅(qū)的采收率Fig.1　Oilrecoveryunderdissolvedgasdriveat varioustemperatures

壓降速度原理上講，較高的壓力遞減率可以形成較多的氣泡，但只有當(dāng)氣體是非連續(xù)相的時(shí)候，其效果才會(huì)非常明顯［13］。由不同壓降速度下的采收率（圖2）可見，在驅(qū)替時(shí)間一定時(shí)，壓降速度大幅度升高后，提高采收率效果十分明顯，主要是因?yàn)閴航邓俣纫饍?chǔ)層應(yīng)力波動(dòng)，對(duì)基質(zhì)滲透率造成影響，從而提高了驅(qū)油效果。

圖2　不同壓降速度下的采收率Fig.2　Oilrecoveryunderdissolvedgasdriveat variouspressuredropspeeds

滲透率當(dāng)溫度設(shè)定為70℃時(shí)，分別對(duì)不同滲透率下的人工填砂巖心管2，8，9和10號(hào)進(jìn)行了驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖3）可以看出，滲透率對(duì)最終采收率影響較小，但滲透率越高，越容易在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的采收率。

圖3　不同滲透率下的采收率Fig.3　Oilrecoveryundervariouspermeabilities

2.2溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)前的溶解氣驅(qū)驅(qū)油效果（圖4）可以看出，采收率隨著驅(qū)替時(shí)間的增加而增加。從表2中可以看到，隨著溫度升高，溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)采收率提高十分明顯，主要因?yàn)檗D(zhuǎn)蒸汽驅(qū)前壓力較低，非常利于轉(zhuǎn)驅(qū)，在蒸汽干度一定時(shí)，油層壓力越低，在同樣注入量條件下形成蒸汽的體積也越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過注入熱水的體積［14-16］。分別在溫度為160和200℃條件下開展了溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的采收率實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，溫度對(duì)轉(zhuǎn)驅(qū)后的采收率影響較小，兩者最終采收率的差異僅約為3%。

圖4　轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)前溶解氣驅(qū)不同時(shí)刻出油體積和采收率的關(guān)系Fig.4　Relationshipbetweenoilvolumeandrecoveryefficiency underdissolvedgasdrivebeforesteam floodingindifferenttime

表2　溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table2　Experimentresultsofsteamflooding afterdissolvedgasdrive　%

2.3溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)前的溶解氣驅(qū)6號(hào)與7號(hào)人工填砂巖心管的驅(qū)油效果與圖4類似，隨著驅(qū)替時(shí)間的增加，采收率也一直增加，而出油體積存在較為明顯的峰值。由于泡點(diǎn)壓力為6MPa，而只有在泡點(diǎn)壓力以下才能進(jìn)行溶解氣驅(qū)，所以并沒有原油被驅(qū)替出來。由不同回壓下溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)的采收率（表3）可見，溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)使采收率提高到30%左右，大幅度改善了開采效果，同時(shí)發(fā)現(xiàn)二氧化碳驅(qū)過程中壓力對(duì)提高采收率效果并不十分敏感，而控制回壓可以提高最終的采收率效果，保證溶解氣驅(qū)中的油滴和氣態(tài)“段塞”具有向前的驅(qū)動(dòng)力。

表3　溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)二氧化碳驅(qū)的采收率Table3　RecoveryefficienciesofCO2flooding afterdissolvedgasdrive

3　結(jié)束語

由于超重油的儲(chǔ)層特性和特殊物性，需要采取溶解氣驅(qū)實(shí)行降壓開采以提高采收率，如果能在溶解氣驅(qū)后結(jié)合不同的轉(zhuǎn)驅(qū)方式，將會(huì)大幅度提高驅(qū)油效果，轉(zhuǎn)驅(qū)方式、驅(qū)替條件和時(shí)機(jī)都對(duì)驅(qū)油效果有一定影響。其中，溫度對(duì)超重油的初期開采驅(qū)油效果影響較小，溫度升高反而影響超重油溶解氣驅(qū)的效果，而滲透率對(duì)溶解氣驅(qū)最終采收率影響差異較小。另外，溶解氣驅(qū)具有明顯的出油峰值，之后因?yàn)樽陨韷毫档?，采收率急劇下降。?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)驅(qū)可使采收率有明顯提高，其中低壓條件下，轉(zhuǎn)二氧化碳?xì)怛?qū)采收率不如轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的值高，其原因是二氧化碳本身對(duì)壓力不敏感，另外低壓環(huán)境下易于擴(kuò)大蒸汽面積。所以對(duì)超重油而言，溶解氣驅(qū)后轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)是有效提高開發(fā)潛力的開發(fā)方式之一。

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編輯劉北羿

Experimentalstudyofimprovingtherecoveryinsuper heavyoilreservoirafterdissolvedgasdrive

ShiXian1，LiZhaomin1，ZhangHuben2，LiSongyan1，ZhangBo3

（1.SchoolofPetroleumEngineering，ChinaUniversityofPetroleum（EastChina），QingdaoCity，ShandongProvince，266580，China；2.DongshengGroupCompany，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，DongyingCity，ShandongProvince，257000，China；3.GeoscienceResearchInstitute，ShengliOilfieldCompany，SINOPEC，DongyingCity，ShandongProvince，257015，China）

Sinceamountsofresidualoilstillremainsafterdissolvedgasdriveinsuperheavyoilreservoir，effectsoffloodingconversiononoildisplacementefficiencywerestudiedthroughexperimentsundervariousconditionsfocusingonthis problem.Thelabexperimentresultsillustratethattheoilrecoverybythetraditionaldissolvedgasdriveforhomogeneous labcoremodelisabout10%.EithersteamstimulationorCO2stimulationafterdissolvedgasdrivingstimulationcanenhanceoilrecoverytosomeextent.Steamstimulationismoreapplicablewithafinaloilrecoveryofmorethan70%，whereas theoilrecoveryafterCO2stimulationcanonlyachieveabout25%.Additionally，theinfluencesofthepressuredropspeed，temperatureandpermeabilityonoilrecoveryaredifferent.Afasterpressuredropcanleadtoafasterrecoveryspeedandenhancerecoveryefficiencyforacertaintime.Theoilrecoveryiscontrolledbytemperaturewithtimeeffect.Lowertemperaturecanenhanceoilrecovery.Theeffectofformationpermeabilityontheoilrecoveryislimited，andahigherpermeability canboostrecoveryspeed.

superheavyoil；dissolvedgasdrive；floodingconversion；enhancedoilrecovery；pressuredrop；temperature

·油氣鉆采工程·

TE345

A

1009-9603（2015）01-0098-04

2014-11-15。

時(shí)賢（1984—），男，山東冠縣人，博士，從事采油理論與石油工程數(shù)值模擬研究。聯(lián)系電話：（0532）86981717，E-mail：xianshiupc@126.com。

國(guó)家“863”計(jì)劃“注氣輔助SAGD技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)”（2009AA06Z205）。