梁 偉，趙曉紅，張紫軍，劉 輝，喬 真

（1.中國石化勝利油田分公司采油工藝研究院，山東東營257000；2.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠）

1 實驗儀器及方法

（1）實驗儀器。PVT高溫高壓大型實驗裝置，CRZF－2型蒸汽發(fā)生器，LC6000型制備高效液相色譜儀，CRZF蒸汽發(fā)生器，P6250－T恒流泵，恒溫箱，恒壓泵，油砂攪拌器，產(chǎn)液收集系統(tǒng)，測控系統(tǒng)等。

（2）實驗方法。PVT高壓物性試驗方法：把氣體、油樣通過增壓泵、計量泵注入配樣器充分?jǐn)嚢杌靹?，后轉(zhuǎn)入PVT主機，在一定溫度下加壓，使混合樣品成為均相后進行P－V參數(shù)測試，然后把混合樣品從PVT主機一方面注入落球粘度計測量粘度，另一方面放出后進行脫氣實驗，求取氣油比、體積系數(shù)等參數(shù)。

蒸汽驅(qū)替試驗方法：參照中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“稠油油藏驅(qū)油效率的測定”（SY／T 6315－1997）執(zhí)行。

2 多元熱流體提高稠油采收率作用機理

多元熱流體熱采技術(shù)是利用航天火箭發(fā)動機的燃燒噴射機理，燃油與空氣混合燃燒后產(chǎn)生高溫高壓的煙道氣，將水加熱汽化，形成N2、CO2、水蒸氣、熱水等組成的高壓多元熱流體混合物，注入井下油層，從而提高單井產(chǎn)量［1－8］。多元熱流體主要包括熱載體（蒸汽、熱水）、二氧化碳、氮氣。多元熱流體采油設(shè)備所產(chǎn)生的混合氣（汽）成分：在水蒸汽為飽和狀態(tài)時，各成份質(zhì)量百分比為：二氧化碳9.9%，氮氣32.8%，水蒸汽57.3%。

多元熱流體主要由水蒸汽、CO2、N2組成，因此，多元熱流體對稠油的主要作用機理由水蒸汽、CO2、N2各組分以及相互協(xié)同作用完成。

2.1 多元熱流體降低原油粘度，增加原油彈性能

研究CO2、N2在普通稠油中的溶解性能及其對原油體積系數(shù)、壓縮系數(shù)和原油降粘率等高壓物性的影響。

溶解氣油比隨壓力變化的實驗結(jié)果表明（圖1）：兩種氣體的溶解度隨壓力的增加基本線性增加，符合亨利定律。CO2具有較高的溶解能力，當(dāng)壓力為9.41 MPa時，溶解氣油比達(dá)到65.08 Nm3／m3；氮氣的溶解能力低，CO2在原油中的溶解能力約為N2的12倍以上。

不同氣體在原油溶解后對原油彈性影響對比實驗結(jié)果表明（圖2）：原油溶解了CO2后，體積系數(shù)的增加幅度可達(dá)到14%以上；溶解了N2后，體積系數(shù)的增加幅度≤2%，這說明原油溶解了CO2后彈性能增加幅度較N2明顯。

氣體在原油溶解后對原油降粘性能對比結(jié)果表明（圖3）：CO2對原油的降粘率最高達(dá)到96.1%，N2對原油降粘率最高為21.9%，CO2對稠油降粘的效果明顯好于N2。

圖1 不同飽和壓力條件下CO2／N2在原油中的溶解氣油比

圖2 CO2／N2不同溶解油氣比對原油體積系數(shù)影響

圖3 不同飽和壓力條件下CO2／N2對原油降粘率

2.2 多元熱流體大幅度提高熱水驅(qū)替效率

利用蒸汽驅(qū)線性模型裝置，開展多元熱流體提高驅(qū)替效率的實驗研究。實驗研究了水驅(qū)、200℃熱水驅(qū)、200℃多元熱流體驅(qū)對驅(qū)替效率的影響。

從圖4可以看出，25℃水驅(qū)驅(qū)替效率6.63%，200℃熱水驅(qū)驅(qū)替效率42.80%，200℃多元熱流體驅(qū)驅(qū)替效率54.59%，比熱水驅(qū)提高驅(qū)替效率11.8%

2.3 多元熱流體補充油層能量，提高蒸汽的熱利用率

多元熱流體中氮氣、二氧化碳可以補充地層能量，擴大蒸汽波及范圍，減少蒸汽熱損失，從而提高蒸汽熱利用率。

（1）多元熱流體增能、助排作用。利用數(shù)值模擬方法，研究與水平井單純蒸汽吞吐與水平井氮氣＋蒸汽吞吐兩種開采方式燜井結(jié)束時壓力展布情況。結(jié)果表明，“氮氣＋蒸汽吞吐”壓力最高11.69 MPa，比單純蒸汽吞吐增加0.82 MPa，有效增加了稠油油藏的地層能量，具有良好的助排作用。

圖4 不同驅(qū)替方式驅(qū)替效率對比

（2）多元熱流體擴大蒸汽波及范圍。從垂向溫度場可以看出（圖5），多元熱流體中氮氣能抑制蒸汽超覆，降低蒸汽沿上部蓋層的熱損失，提高蒸汽的加熱范圍和溫度場均勻分布的程度，增加了蒸汽的波及體積與效率。

圖5 蒸汽與蒸汽＋氮氣垂向溫度場

橫向溫度場的分布也表明，通過注入氮氣溫度場的分布更趨于均勻，增加了蒸汽的波及體積與效率。

（3）多元熱流體減少熱損失。通過對比二氧化碳＋蒸汽吞吐和氮氣＋蒸汽吞吐開采方式散失在上下層的熱量對比表明（表1）：在薄層稠油油藏中氮氣減少熱損失的作用顯著，氮氣的隔熱效果最佳，向上下層損失的熱量最少；二氧化碳由于在原油和水中溶解能力強，抑制蒸汽的超覆效應(yīng)較弱，因此隔熱效果較氮氣稍弱。

3 礦場應(yīng)用

2013年5月在勝利油田草20區(qū)塊進行多元熱流體先導(dǎo)試驗，注入井累計注空氣400 150 Nm3，累注水量983 t，燜井開井后，峰值日產(chǎn)油11.6 t，周期生產(chǎn)120 d，累液1 474.8 t，累油586.8 t，比該區(qū)塊同周期同層位注蒸汽井累增油高164.1 t；平均日產(chǎn)油4.9 t，比同周期同層位注蒸汽井平均日油高1.3t。

表1 不同油層厚度氮氣和二氧化碳減少熱損失能力

注入井周圍一口鄰井受到多元熱流體波及的影響，能量得到有效補充，延緩了動液面的繼續(xù)下降，與上一周期注蒸汽比較，生產(chǎn)天數(shù)延長160 d，產(chǎn)液增加3 700.4 t，產(chǎn)油增加490.3 t，取得了較好的生產(chǎn)效果，同時證實了多元熱流體對井組整體的驅(qū)替效果。

4 結(jié)論與認(rèn)識

（1）多元熱流體中含有大量的二氧化碳與氮氣組分，二氧化碳易溶于稠油中，主要起降粘作用；氮氣具有增能助排作用，能夠擴大蒸汽的波及范圍，減少注汽熱損失；實驗表明多元熱流體驅(qū)替比熱水驅(qū)替提高驅(qū)替效率11.8%。

（2）勝利油田應(yīng)用多元熱流體稠油開采技術(shù)在草20區(qū)塊進行了先導(dǎo)試驗，取得了較好的增油效果。

［1］ 唐曉旭，馬躍，孫永濤.海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現(xiàn)場試驗［J］.中國海上油氣，2011，23（3）：185－188.

［2］ Sun Yongtao，Zhao Lichang，Lin Tao.Enhance offshore heavy oil recovery by cyclic steam－gas－chemical co－stimulation［R］.SPE149831，2011.

［3］ 付美龍，張鼎業(yè).CO2在遼河油田杜84塊超稠油中的溶解性研究［J］.鉆采工藝，2006，29（2）：104－107.

［4］ 楊勝來，王亮，何建軍，等.CO2吞吐增油機理及礦場應(yīng)用效果［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，19（6）：23－26.

［5］ 劉艷波，劉東亮.氮氣在樂安稠油油田開采中的應(yīng)用［J］.石油鉆采工藝，2004，26（3）：68－71.

［6］ 李睿姍，何建華，唐銀明，等.稠油油藏氮氣輔助蒸汽增產(chǎn)機理試驗研究［J］.石油天然氣學(xué)報，2006，28（1）：72－75.

［7］ Ma D S，Wang H Z.Experimental and simulation studies of steam flooding process in shallow，thin extra－h(huán)eavy oil reservoirs［R］.SPE131942，2010.

［8］ 孫建芳.氮氣及降粘劑輔助水平井熱采開發(fā)淺薄層超稠油油藏［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2012，19（2）：47－49.