王洋，蔣平，葛際江，張貴才，劉清華

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580）

0 引言

蒸汽吞吐是目前國(guó)內(nèi)開采稠油的主要方法，約有80%的稠油產(chǎn)量依靠該工藝獲得［1-3］，其在美國(guó)、委內(nèi)瑞拉、加拿大亦得到廣泛應(yīng)用。井樓油田是河南油田的主力油田，經(jīng)過(guò)多輪次蒸汽吞吐開采后，面臨地層能量不足、產(chǎn)量遞減逐年增大、加熱半徑達(dá)到經(jīng)濟(jì)極限等問題，亟需轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式。井樓油田高淺三區(qū)總含油面積為1.06 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量96×104t，油層溫度下脫氣原油黏度為25 905 mPa·s，屬特稠油油藏。氮?dú)鈱?dǎo)熱系數(shù)低，且具有很大的壓縮系數(shù)，因此在普通稠油油藏蒸汽吞吐開發(fā)后，可以注入一定量的氮?dú)庖愿纳普羝掏麻_發(fā)效果［3-15］。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了氮?dú)廨o助蒸汽吞吐開發(fā)特稠油油藏的機(jī)理，為此類油藏的開發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及流程

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

恒溫箱、平流泵（北京衛(wèi)星泵廠）、蒸汽發(fā)生器、巖心夾持器、回壓閥、中間容器罐、ISCO恒壓恒流泵、多點(diǎn)測(cè)溫填砂管。

1.2 實(shí)驗(yàn)流程

1）測(cè)定不同溫度下井樓油田高淺三區(qū)的原油混合氮?dú)馇昂笤趲r心（直徑2.5 cm，長(zhǎng)度10～16 cm）中的滲流能力。實(shí)驗(yàn)溫度為120℃和160℃，設(shè)置回壓為地層壓力，分別將不飽和氮?dú)獾脑秃惋柡偷獨(dú)獾脑妥⑷霂r心中，記錄入口壓力的變化以及出第1滴油時(shí)的壓差。

2）填制2根滲透率2 μm2的填砂管，依次飽和地層水、原油后，分別使用氮?dú)夂驼羝诤銐合买?qū)替填砂管，記錄出口端產(chǎn)出的原油體積。

3）填制2 μm2的填砂管，恒流速注入蒸汽，記錄各測(cè)溫點(diǎn)的溫度；向該填砂管中注入氮?dú)庵翛]有水產(chǎn)出時(shí)，再次恒速注入蒸汽，并記錄各測(cè)溫點(diǎn)的溫度。

4）填制2 μm2的填砂管，依次飽和地層水、原油后，地層溫度條件下，先注入蒸汽驅(qū)替至不出油后注入氮?dú)?，同樣?qū)替至不出油后再注入蒸汽；填制滲透率相當(dāng)?shù)奶钌肮埽瑫r(shí)注入氮?dú)夂驼羝?qū)替。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均計(jì)量產(chǎn)出液體積及驅(qū)替壓差。

5）填制2 μm2的填砂管，依次飽和地層水、原油后，地層溫度條件下，先注入蒸汽驅(qū)替至不出油后，再注入氮?dú)怛?qū)替，同樣驅(qū)替至不出油后再注入蒸汽驅(qū)替。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中計(jì)量產(chǎn)出液體積及驅(qū)替壓差。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 氮?dú)飧纳瞥碛土鲃?dòng)性實(shí)驗(yàn)

圖1為不同溫度下巖心驅(qū)替壓差隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線?？梢钥闯?，在相同溫度條件下，與飽和氮?dú)獾某碛拖啾?，未飽和氮?dú)獾某碛驮趲r心中流動(dòng)的啟動(dòng)壓差較大，說(shuō)明氮?dú)鈱?duì)稠油流動(dòng)性具有一定的影響。

圖1 飽和氮?dú)馇昂笤土鲃?dòng)能力變化曲線

從飽和氮?dú)馇昂蟮膲翰?、黏度比值（見?）可以看出：

1）混入氮?dú)夂?，稠油的流?dòng)壓差減小。

2）在120℃時(shí)，混入氮?dú)夂髥?dòng)壓差及平衡壓差的比值大于160℃時(shí)啟動(dòng)壓差及平衡壓差的比值，而峰值壓差的比值結(jié)果相反。

3）對(duì)于高淺三區(qū)原油，混入氮?dú)夂箴ざ鹊慕档头嚷孕∮趩?dòng)壓差、峰值壓差及平衡壓差的降低幅度。

表1 飽和氮?dú)馇昂蟮膲翰?、黏度比?/p>

2.2 氮?dú)怛?qū)替實(shí)驗(yàn)

分別使用氮?dú)夂驼羝?qū)替時(shí)的采收率曲線如圖2所示。

圖2 恒壓條件下氮?dú)狻⒄羝?qū)提高采收率曲線

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：氮?dú)馔黄茣r(shí)間為9 min，蒸汽突破時(shí)間為16 min，這是由于注入的蒸汽在填砂管中流動(dòng)時(shí)，隨溫度降低逐漸變?yōu)樗势渫黄茣r(shí)間要長(zhǎng)于氮?dú)?。相同壓差下，?dāng)?shù)獨(dú)馔黄坪?，其?qū)油效果明顯比水差。這是由于相同壓差下，氮?dú)獾牧鲃?dòng)速度高于水，而黏度遠(yuǎn)小于水，故其與原油的流度比大于水與原油的流度比，突破后氮?dú)鉄o(wú)法起到很好的驅(qū)油效果。實(shí)驗(yàn)也表明，蒸汽吞吐過(guò)程中宜采取先注入氮?dú)庠僮⑷胝羝姆绞?，以使氮?dú)膺M(jìn)入到地層深處，一定程度上延遲開井生產(chǎn)時(shí)氮?dú)獾耐黄茣r(shí)間。由于氮?dú)獾膲嚎s性較好，所以使地層壓力在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持在一個(gè)較高的水平，從而提高采收率。

2.3 氮?dú)鈱?duì)熱量傳播的影響

各測(cè)溫點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3中2—4號(hào)測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以看出：

1）2種情況下，3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的最終穩(wěn)定溫度大致相當(dāng)，這表明注入大量蒸汽后，各測(cè)溫點(diǎn)的極限加熱溫度相同。

2）向飽和氮?dú)獾奶钌肮苤凶⑷胝羝麜r(shí)，各測(cè)溫點(diǎn)溫度開始大幅上升的時(shí)間要早于飽和蒸汽的填砂管，而溫度上升速率則是前者略小于后者。這是由于在相同蒸汽注入量下，當(dāng)存在氮?dú)鈺r(shí)，近井地帶（近注入端

處）由于氮?dú)飧魺岬淖饔孟牡臒崃枯^少，此時(shí)氮?dú)庥捎陲柡投容^高，不會(huì)被完全驅(qū)出，所以蒸汽的線速度較高，可以較早地加熱到遠(yuǎn)井地帶（遠(yuǎn)離注入端處），蒸汽熱量可以傳播到更遠(yuǎn)的地層；當(dāng)填砂管的整個(gè)孔隙被水飽和后，由于要加熱近井地帶的水，部分蒸汽熱量被損耗，且此時(shí)蒸汽的縱向波及系數(shù)要高于管內(nèi)為氮?dú)鈺r(shí)，因而在相同的注入流量下，蒸汽線速度較低，所以測(cè)溫點(diǎn)測(cè)試到的溫度上升速率會(huì)更快。蒸汽吞吐開發(fā)過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)行了一定輪次的吞吐開采后，加熱半徑達(dá)到了一定的極限，此時(shí)注入氮?dú)?，其隔熱效果可以使蒸汽的熱量波及到更遠(yuǎn)的地層，擴(kuò)大了后續(xù)蒸汽的加熱半徑，從而提高采收率。

圖3 不同測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)采集曲線

2.4 氮?dú)飧纳普羝掏麻_發(fā)效果

交替注入和同時(shí)注入蒸汽氮?dú)庖则?qū)替原油的采收率曲線分別如圖4和圖5所示。從圖中可以看出：

1）二者最終采收率大致相當(dāng)，均約52%。

2）蒸汽驅(qū)后進(jìn)行氮?dú)怛?qū)替，仍有約10%的原油可以驅(qū)出，再進(jìn)行蒸汽驅(qū)仍有油被驅(qū)出，而單純氮?dú)怛?qū)的采收率小于單純蒸汽驅(qū)，即氮?dú)怛?qū)油效率比蒸汽差，說(shuō)明蒸汽和氮?dú)獾尿?qū)油通道并不完全相同。

3）注蒸汽后再注入氮?dú)?，氮?dú)獾牟墒章市∮趫D6中直接注入氮?dú)鈺r(shí)的采收率，所以先前注入的蒸汽也采出了部分氮?dú)馔ǖ纼?nèi)的油，即二者通道有部分是重疊的。

4）蒸汽和氮?dú)馔瑫r(shí)注入的采收率，較單獨(dú)注入蒸汽或氮?dú)獾牟墒章识家?。這是由于填砂管（油藏）多為水濕，注入蒸汽后，蒸汽主要沿巖石表面流動(dòng)驅(qū)替原油；氮?dú)鉃榉菨?rùn)濕相，注入后主要沿孔道中心驅(qū)替原油；同時(shí)注入氮?dú)夂驼羝?，可以起到提高?qū)油效率的效果。

5）吞吐開采過(guò)程中，在注入氮?dú)夂驼羝恳欢ǖ臈l件下，應(yīng)選擇先注入氮?dú)庠僮⑷胝羝?。這是由于2種情況下，氮?dú)馄鸬降母魺嶙饔么笾孪嗤?，因而在相同的蒸汽注入量下，其熱利用率大致相?dāng)。由于蒸汽與氮?dú)饣熳r(shí)的驅(qū)油效果要好于先注入氮?dú)庠僮⑷胝羝?，混注?huì)將更多的原油驅(qū)至遠(yuǎn)井地帶，而生產(chǎn)過(guò)程是氮?dú)夂驼羝谙嗤瑝翰钕峦瑫r(shí)向井底流動(dòng)，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氮?dú)飧羝瑫r(shí)注入的過(guò)程，因此可以最大限度地提高采收率。

圖4 蒸汽氮?dú)饨惶孀⑷腧?qū)油曲線

圖5 氮?dú)庹羝瑫r(shí)注入驅(qū)油曲線

圖6 氮?dú)狻羝?qū)油曲線

2.5 氮?dú)庹{(diào)剖實(shí)驗(yàn)

在蒸汽—氮?dú)狻羝?qū)替實(shí)驗(yàn)中，注入氮?dú)怛?qū)替出約7 cm3液體（油+水），即此時(shí)氮?dú)庹紦?jù)孔道的體積為7 cm3，關(guān)閉填砂管兩端的閥門，稱量填砂管質(zhì)量為2 218.6 g，再進(jìn)行蒸汽驅(qū)，驅(qū)替結(jié)束后填砂管的質(zhì)量為2 222.0 g，該過(guò)程中產(chǎn)油約4 cm3，增加質(zhì)量4×（1-0.995 2）=0.179 2 g（該區(qū)塊原油密度為 0.955 2 g/cm3），即第2次蒸汽驅(qū)后由氮?dú)庹紦?jù)的7 cm3孔隙體積由水占據(jù)了2 222.0-2 218.6-0.179 2=3.220 8 cm3，氮?dú)獯藭r(shí)仍占有3.8 cm3左右的孔隙體積，氮?dú)庖巡皇沁B續(xù)相，多數(shù)以微氣泡的形式存在，對(duì)蒸汽/水的流動(dòng)產(chǎn)生一定的阻力。

3 結(jié)論

1）氮?dú)鈱?duì)高淺三區(qū)原油的流動(dòng)性有一定改善作用。氮?dú)鈱?dǎo)熱系數(shù)低，在蒸汽吞吐過(guò)程中注入氮?dú)?，可以起到隔熱的作用，從而擴(kuò)大加熱半徑以提高采收率。

2）氮?dú)馀c蒸汽/水在油藏中的滲流通道有部分重合，但并不完全相同。

3）蒸汽吞吐過(guò)程中，應(yīng)采用先注入氮?dú)庠僮⑷胝羝姆绞?，不宜同時(shí)注入。

4）部分氮?dú)庠谟筒刂幸晕馀莸男问酱嬖?，?duì)后續(xù)注入蒸汽具有調(diào)整吸汽剖面的作用。

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