王偉偉

（中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧盤錦124010）

遼河油田稠油資源豐富且復(fù)雜多樣[1]，目前主力稠油區(qū)塊歷經(jīng)三十年的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入注蒸汽熱采開發(fā)的中后期階段，油藏開發(fā)面臨蒸汽吞吐輪次高、地層壓力低、蒸汽驅(qū)汽油比低、剩余油分散、水侵等難題，亟須進(jìn)行開發(fā)方式轉(zhuǎn)換?；痱?qū)作為一種能有效提高采收率的稠油熱采方法[2-4]，具有油藏適應(yīng)范圍廣、物源充足、成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛關(guān)注及礦場(chǎng)應(yīng)用，遼河油田J91塊也在開展轉(zhuǎn)火驅(qū)開發(fā)礦場(chǎng)試驗(yàn)。含油飽和度作為油藏開發(fā)的重要參數(shù)，是評(píng)價(jià)油藏開發(fā)價(jià)值和劃分有利區(qū)的重要依據(jù)。在實(shí)際油藏開發(fā)過(guò)程中，隨著開采程度不斷加深，地層內(nèi)含油飽和度不斷發(fā)生變化，對(duì)開發(fā)效果產(chǎn)生不同影響。目前資料顯示，含油飽和度的研究方向主要建立在水驅(qū)、蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)等驅(qū)替方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行[5-9]，火驅(qū)中含油飽和度研究主要集中在火驅(qū)實(shí)驗(yàn)后不同區(qū)帶的含油飽和度分布上[10-12],缺少含油飽和度對(duì)火驅(qū)過(guò)程及效果的規(guī)律性分析。針對(duì)以上問(wèn)題，以室內(nèi)一維火驅(qū)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，探索不同含油飽和度的火驅(qū)可行性，在穩(wěn)定燃燒的前提下，分析不同含油飽和度對(duì)火驅(qū)過(guò)程中注氣速度和壓力的影響，對(duì)比不同含油飽和度的火驅(qū)生產(chǎn)效果，對(duì)火驅(qū)區(qū)塊的優(yōu)化選擇及火驅(qū)生產(chǎn)效果的預(yù)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 火驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)采用火驅(qū)一維物理模擬裝置模型，模型尺寸設(shè)計(jì)為42 cm×9 cm×3.6 cm，模型本體為填砂模型，共布設(shè)3行13列39支熱電偶監(jiān)測(cè)溫度變化；模型中央處布設(shè)1支測(cè)壓點(diǎn)監(jiān)測(cè)模型內(nèi)壓力變化；點(diǎn)火方式為電點(diǎn)火，設(shè)計(jì)點(diǎn)火溫度為500℃，點(diǎn)火器位于模型注氣井位置。實(shí)驗(yàn)所用原油為J91塊脫水原油，地面脫氣原油黏度（50℃）為28 990 mPa·s，與石英砂按不同比例分別配比出15%、20%、30%、60%的含油飽和度。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注氣速度為8 L/min，模型出口回壓設(shè)計(jì)為1 MPa。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

①將配制的油砂填入模型內(nèi)，確保裝填均勻后封蓋；②確保測(cè)試模型密閉性；③連接并檢查流程，保障各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常；④啟動(dòng)點(diǎn)火器并向模型內(nèi)注氣，開展火驅(qū)一維實(shí)驗(yàn)；⑤火線到達(dá)生產(chǎn)井時(shí)滅火結(jié)束實(shí)驗(yàn)；⑥通風(fēng)降低模型溫度，直至室溫。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 火驅(qū)穩(wěn)定性分析

點(diǎn)火成功后，火驅(qū)過(guò)程能否保持穩(wěn)定的高溫燃燒需要從溫度和高溫氧化判識(shí)指標(biāo)兩個(gè)方面進(jìn)行分析[13-20]。圖1為不同含油飽和度下中軸測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的最高溫度，表1為不同含油飽和度火驅(qū)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出尾氣組分含量及判識(shí)指標(biāo)。

從圖1可以看出，由于點(diǎn)火器溫度設(shè)定為500℃，不同含油飽和度實(shí)驗(yàn)點(diǎn)火初期注氣井處溫度均能達(dá)到500℃，點(diǎn)火成功。隨著不斷注氣，模型內(nèi)形成穩(wěn)定的火線后關(guān)閉點(diǎn)火器。伴隨注氣速度的不斷調(diào)整，不同含油飽和度下模型內(nèi)最高溫度均能維持在500℃以上，且能夠保持火線穩(wěn)定推進(jìn)。隨著含油飽和度增大，模型內(nèi)最高溫度也呈小幅上升趨勢(shì)，分析認(rèn)為含油飽和度越大需要的注氣速度越快，從而導(dǎo)致火線溫度也越高。

圖1 不同含油飽和度對(duì)燃燒溫度的影響曲線Fig.1 Effect curves of different oil saturation on combustion temperature

目前火驅(qū)尾氣判識(shí)指標(biāo)認(rèn)為，產(chǎn)出尾氣中CO2含量大于12%、視HC比范圍為1～3、氧氣利用率大于85%、氧氣轉(zhuǎn)化率大于50%即判定為高溫氧化。分析不同含油飽和度尾氣組分（表1）可以看出，不同含油飽和度CO2、視HC比、O2利用率及O2轉(zhuǎn)化率等指標(biāo)均符合高溫氧化指標(biāo)范圍，屬于高溫燃燒。因此，從溫度和尾氣指標(biāo)可以判斷，含油飽和度在15%及以上均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。

表1 不同含油飽和度火驅(qū)尾氣組分及判識(shí)指標(biāo)Table 1 Composition and identification index of exhaust gas in fire flooding with different oil saturation

2.2 對(duì)注氣速度與壓力的影響

火驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，為了保證點(diǎn)火成功并保持火線穩(wěn)定推進(jìn)，需要不斷調(diào)整空氣的注入速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)初期采用低注氣速度，隨著火線推進(jìn)，相應(yīng)調(diào)整注氣速度，不同含油飽和度對(duì)應(yīng)的注氣速度也有所不同（圖2）。

圖2 不同含油飽和度在不同時(shí)刻注氣速度調(diào)整曲線Fig.2 Gas injection velocity adjustment curves with different oil saturation at different time

分析注氣速度變化圖可知，實(shí)驗(yàn)初期，均以低速8 L/min的注氣速度注氣，能夠維持高溫燃燒，隨著火線推進(jìn)，不同含油飽和度所需的注氣速度開始出現(xiàn)差異。除了含油飽和度15%以8 L/min的注氣速度燒完了全程，含油飽和度大于15%均需要調(diào)整注氣速度，火線形成后注氣速度不變導(dǎo)致火線推進(jìn)速度變慢、火線溫度降低，注氣速度調(diào)整后火線繼續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)。隨著含油飽和度增大，低速注氣時(shí)間越來(lái)越短，需要的注氣速度越來(lái)越快，注氣速度調(diào)整也更加頻繁。隨著注氣速度的調(diào)整，模型內(nèi)壓力也隨之發(fā)生變化（圖3）。

圖3 不同含油飽和度在不同時(shí)刻模型內(nèi)壓力變化曲線Fig.3 Pressure curves of different oil saturation in different time models

分析壓力變化可知，壓力會(huì)隨著注氣速度增加而增大。含油飽和度15%注氣速度不變模型內(nèi)壓力也保持平穩(wěn)，其他含油飽和度條件下調(diào)整注氣速度后模型內(nèi)壓力都開始增大，含油飽和度越大，模型內(nèi)起壓越早，壓力變化越大，壓力也越來(lái)越高。壓力越大，原油運(yùn)移的阻力就越大，就需要更高的注氣速度來(lái)推動(dòng)原油移動(dòng)。因此，根據(jù)分析結(jié)果，注氣速度主要有兩個(gè)作用，維持火線燃燒所需的空氣耗量以及提供原油向前運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力?；痱?qū)過(guò)程中維持高溫氧化所需要的空氣耗量與原油性質(zhì)相關(guān)，對(duì)于同一種原油，改變含油飽和度對(duì)高溫燃燒所需的空氣耗量影響不大，隨含油飽和度增加而加快的注氣速度則主要用于作為推動(dòng)原油運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力，而原油運(yùn)移的阻力主要來(lái)自火驅(qū)過(guò)程中產(chǎn)生的油墻，也就是說(shuō)，在穩(wěn)定燃燒的前提下，含油飽和度越高，形成的油墻越大，造成的運(yùn)移阻力也越大，需要的注氣速度就越快。

2.3 對(duì)驅(qū)油效率和空氣油比的影響

驅(qū)油效率和空氣油比是反應(yīng)火驅(qū)效果的兩個(gè)重要指標(biāo)。驅(qū)油效率越大，空氣油比越低，說(shuō)明火驅(qū)效果越好。表2為不同含油飽和度火驅(qū)實(shí)驗(yàn)后的驅(qū)油效率與空氣油比。

從表2可以看出，含油飽和度對(duì)驅(qū)油效率、空氣油比等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)影響較大。含油飽和度15%火驅(qū)實(shí)驗(yàn)驅(qū)油效率小于2%，空氣油比接近無(wú)限大，產(chǎn)出液中僅漂浮有零星油花；而含油飽和度大于15實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出液中均有油產(chǎn)出，驅(qū)油效率隨著含油飽和度增加而升高，空氣油比則隨著含油飽和度增加而降低。結(jié)合不同含油飽和度火驅(qū)過(guò)程中注氣速度和模型內(nèi)壓力的變化，分析認(rèn)為含油飽和度15%火驅(qū)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有形成油墻，所有的原油都轉(zhuǎn)換成了高溫燃燒所需的燃料，沒(méi)有多余的原油被驅(qū)替出來(lái)，在技術(shù)上能實(shí)現(xiàn)火驅(qū)，但沒(méi)有經(jīng)濟(jì)意義。對(duì)于同一種原油而言，維持高溫燃燒所消耗的燃料幾乎不變，沒(méi)有參與燃燒的原油則以油墻的形式被驅(qū)替出來(lái)。含油飽和度越大，被驅(qū)替出的原油越多，驅(qū)油效率就越高，空氣油比也越低。

表2 不同含油飽和度的驅(qū)油效率和空氣油比Table 2 Oil displacement efficiency and air-oil ratio with different oil saturation

3 結(jié)論

1）含油飽和度在15%及以上時(shí)，火線溫度能保持在500℃以上，尾氣指標(biāo)符合高溫氧化，均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒并保持火線穩(wěn)定推進(jìn)。

2）含油飽和度對(duì)火驅(qū)過(guò)程中的注氣速度和壓力有較大影響。隨著含油飽和度增加，所需注氣速度越來(lái)越高、模型壓力越來(lái)越大，主要原因是火驅(qū)過(guò)程中產(chǎn)生的油墻隨含油飽和度增加而增大造成運(yùn)移阻力變大。

3）含油飽和度對(duì)驅(qū)油效率和空氣油比等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)有較大影響。驅(qū)油效率隨著含油飽和度增加而升高，空氣油比則隨著含油飽和度增加而降低，分析原因是油墻增大造成的。