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氮气泡沫热水驱提高采收率机理研究 原油长距离开采具有极其重要的战略地位和重要性。现在，它是石油专业人员研究的重点和难点之一。随着油田开发技术的不断提高,为适应油田多变的地质条件,氮气泡沫驱已经逐渐被提出和应用于油田的开发中,并取得了较好的经济效益,例如在胜利油田孤岛采油厂、胜利采油厂进行的氮气泡沫吞吐提高稠油采收率的现场试验取得了较好的效果。氮气泡沫驱开采稠油是利用氮气驱、泡沫驱和热水驱的优点而提出的一种复合驱油新方法。因此,有必要对热添加剂提高稠油采收率技术进行细致的研究。 胜利油田分公司孤岛采油厂在2001年进行了氮气蒸汽吞吐先导矿场试验,取得了较好的效益。为深入研究氮气泡沫热水驱油机理,笔者在国内外泡沫驱研究的基础上,综合前人的热力采油数学模型、泡沫驱数学模型及氮气驱相关理论,为该项技术的现场应用提供理论依据,进行了一系列氮气泡沫热水驱油室内物理模拟和数值模拟研究。 1 泡沫法驱油的物理模拟 1.1 岩心水相相对渗透率m 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,实验装置见图1。岩心长50.0 cm,直径为3 cm,孔隙度为31.8%,岩心水相绝对渗透率为1.91 μm2。实验采用胜利孤岛油田渤21块7-19井原油,原油密度20 ℃时0.9793 g/cm3,85 ℃时0.9377 g/cm3。实验用发泡剂为英特公司高温发泡剂,质量分数为0.3%,气液比1∶2。 1.2 热压法驱油实验 针对孤岛油田原油,研究相同条件下,热水驱和泡沫驱的驱油效率,进一步了解氮气泡沫热水驱提高采收率的机理以及存在原油时泡沫驱的开发动态。为此设计了2个初始条件相同的平行实验,即在85 ℃条件下,进行了热水驱、热水+氮气泡沫驱实验,结果见图2。 在热水驱过程中加入氮气和泡沫剂,能大幅度地提高驱油效率,降低残余油饱和度。驱替结束时,其驱油效率提高21.3%,残余油饱和度降低14.9%。另外,泡沫剂本身是一种表面活性剂,具有降低油水界面张力和洗油的作用,表现为驱油效率提高和残余油饱和度降低。 从图2还可以看出,在泡沫驱替初期,原油饱和度较高,泡沫很难形成,氮气泡沫热水驱与热水驱驱油效果基本一致;随着含油饱和度的降低,泡沫逐渐形成,氮气泡沫热水驱提高采收率的效果逐渐表现出来,验证了泡沫具有“遇油消泡、遇水稳定”的性能。 1.3 双管模型提高了采收率的实验 1.3.1 岩心拉伸率测试 该实验的目的是利用物理模拟技术研究非均质油藏热水驱过程中出现“指进”和“窜流”时,通过添加所选用的泡沫剂能否使热水发生转向,改善热水驱波及体积,提高原油采收率。 试验装置仍为一维管式模型装置,由压力调节器保持压力一致,试验装置图与图1基本相同,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,双管进出口处于相同的压力系统中。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2种级别,然后制成渗透率为高、低2个级别的岩心,长度均为500 mm,直径30 mm。试验用岩心参数见表1。 1.3.2 热水加压器+氮气 在85 ℃条件下,进行了2次双管岩心提高采收率实验,结果见表2和图3、4。 由图4可以看出,在热水中加泡沫剂及氮气时,在改善波及效率,提高采收率的同时,还能显著提高采油速度,在注入孔隙体积倍数分别为0.5、1.0、1.5和2.0时,和纯热水驱相比,采收率分别提高了16.7%,21.9%,24.6%和26.1%。 2 数学模型的构建 2.1 岩相色谱与温度 (1)油藏中存在3相(水、油、气)4组分(水、油、氮气、起泡剂)。 (2)油藏流体符合达西定律。 (3)油藏岩石具有各向异性和非均质性,考虑毛管力的影响和岩石与流体的热膨胀及压缩性。 (4)考虑起泡剂在油藏中的对流与扩散以及在油层中的吸附、在高温下的热降解损失。其中起泡剂扩散符合Fick定律。 (5)在油藏的任一小单元体积中,瞬时达到热平衡与相平衡。 (6)氮气组分存在于气相和油相中,油组分仅存在于油相中,起泡剂组分存在于水相和油相中,水组分存在于水相和气相中。 2.2 基本公式 (1) 树立w+pcwg1+g1+g1+g1+g1+g1. ?[ρgXg1kkrgμg?(p+pcg?γgZ)+ρwXw1kkrwμw?(pw+pcw?γwZ)]+q1=??t(?ρgSgXg1+?ρwSwXw1)(1)?[ρgXg1kkrgμg?(p+pcg-γgΖ)+ρwXw1kkrwμw?(pw+pcw-γwΖ)]+q1=??t(?ρgSgXg1+?ρwSwXw1)(1) (2) [ox2]t[oxop+pco-oo[o] ?[ρoXo2kkroμo?(p+pco?γoZ)]+q2=??t(?ρoSoXo2)(2)?[ρoXo2kkroμo?(p+pco-γoΖ)]+q2=??t(?