过热蒸汽驱蒸馏作用机理实验

郝 杰 吴 涛 王 勇

1西安石油大学石油工程学院 2西安石油大学地球科学与工程学院3陕西延安石油天然气有限公司

过热蒸汽驱蒸馏作用机理实验

郝 杰1 吴 涛2 王 勇3

1西安石油大学石油工程学院 2西安石油大学地球科学与工程学院3陕西延安石油天然气有限公司

选取河南油田2种典型原油样品（楼平5井Ⅲ63层和L803井IV53层），在240℃饱和条件下，测得蒸汽蒸馏率分别为11.9%和22.7%；在320℃饱和条件下，测得蒸汽蒸馏率分别为17.2%和35.7%。无论是在相同温度，还是在相同的压力条件下，蒸汽处于过热状态时，其蒸汽的热焓值大大高于饱和状态，过热蒸汽可以较大幅度地提高原油的蒸汽蒸馏率。实验结果表明：原油黏度和蒸汽蒸馏率存在一定关系，原油黏度低时，其蒸汽蒸馏率较高。

稠油；蒸汽蒸馏率；黏度；热焓值；特征曲线

目前国内外大多数稠油油藏采用的就是常规湿饱和蒸汽驱热采技术，注入的蒸汽干度在50%左右，随着井的深度增加，蒸汽干度还会下降。河南油田稠油注蒸汽开发已有20多年，而关于原油的蒸汽蒸馏率缺乏定量数据，不同原油注饱和蒸汽和过热蒸汽时的蒸汽蒸馏率及蒸馏机理对提高采收率的贡献率的研究尚属空白。测定不同原油在饱和条件和过热条件下的蒸汽蒸馏率数据，探讨过热蒸汽驱蒸馏作用机理，开展室内实验及现场模拟试验，对于该油田稠油开采来说具有重要意义。

1 室内蒸汽蒸馏实验的内容

河南油田2种非典型性稠油的性质见表1。主要进行压力3.34MPa、温度240℃的普通蒸汽和压力3.34MPa、温度320℃的过热蒸汽2种条件下稠油蒸汽蒸馏率的测定。

表1 实验用原油性质

实验测定的主要内容如下：

（1）压力3.34MPa、温度240℃的普通蒸汽，2个油样×1个温度×1个压力。

（2）压力11.4MPa、温度320℃的普通蒸汽，2个油样×1个温度×1个压力。

（3）压力3.34MPa、温度320℃的过热蒸汽，2个油样×1个温度×1个压力。

（4）测定原油的四组分，2个油样×4种条件下的油样品。

（5）原油馏出物定量分析。2个油样×3种条件下的蒸馏产物。

2 实验结果及分析

本次实验针对2种最具代表性的原油样品，进行了240℃和320℃的普通蒸汽蒸馏率测定以及在压力3.34MPa、温度320℃的过热蒸汽等条件下的蒸汽蒸馏率的测定。另外，还对2种原油样品及不同试验条件下试验后残留油的四组分进行了测定，对不同蒸馏条件下馏出物进行了定量分析，以便分析注过热蒸汽开采技术的机理。

（1）温度对饱和条件下原油蒸汽蒸馏率影响。温度升高，同一种原油在饱和条件下，原油的蒸汽蒸馏率增大，如图1所示。楼平5和L803两种原油饱和条件下，温度从240℃升高至320℃时，原油蒸汽蒸馏率分别从11.9%、22.7%升至17.2%和35.7%，温度升高80℃，蒸汽蒸馏率分别提高了5.3%和13.0%。

图1 饱和条件下2种原油蒸汽蒸馏特征曲线

（2）过热条件下原油蒸汽蒸馏率的测定。过热蒸汽能够较大幅度地提高原油的蒸汽蒸馏率。楼平5和L803两种原油过热条件下，蒸汽蒸馏率都有较大幅度的提高，如图2所示。320℃时，压力分别为3.34MPa和11.4MPa条件下，原油蒸汽蒸馏率分别从17.2%、35.7%升至26.25%和47.06%，过热度80℃时，2种原油的蒸汽蒸馏率分别提高了9.05%和11.36%。

图2 过热条件下2种原油蒸汽蒸馏特征曲线

（3）不同原油的蒸汽蒸馏率测定。河南油田原油的黏度范围变化较大，有轻油、普通稠油、特稠油、超稠油和高凝油等，不同类型的原油，具有不同的性质，这些不同性质不只表现在黏度上的差异，还表现在初馏点及馏分上的不同。其中，蒸汽蒸馏作用是稠油注蒸汽开采的重要机理之一，原油的蒸汽蒸馏率是蒸汽蒸馏机理的具体体现，不同原油蒸汽蒸馏率的差异直接反映了蒸汽蒸馏机理的贡献大小。本项实验选取了河南油田目前相对具有代表性的稠油2种，测定了它们的蒸馏率数据。楼平5原油黏度较大，属于特稠油范围，而L803原油属于普通稠油。测定结果显示：在相同条件下，L803原油蒸汽蒸馏率大于楼平5原油的蒸汽蒸馏率；不论是普通蒸汽还是过热蒸汽都具有相同的规律。但是，综合对以往的大量测试结果，并不能得到原油蒸汽蒸馏率和原油黏度具有直接的相关关系，因为原油的蒸汽蒸馏率除了受黏度的影响较大外，还和原油含蜡等自身化学性质密不可分。

3 对原油蒸汽蒸馏数据的探讨

注蒸汽热采的采油机理主要包括：温度升高，原油黏度降低；热膨胀作用；蒸汽的蒸馏作用；脱气作用。不同类型的原油，起主导作用的驱油机理不同。例如，对于稠油油藏，加热降黏及蒸汽蒸馏作用是最主要的采油机理；而对于稀油油藏，热膨胀、蒸汽蒸馏及气体脱油作用是主要的采油机理。至于稠油油藏注过热蒸汽的开采机理主要包括：①原油的热裂解，表现为在相同的温度条件下，原油蒸汽蒸馏率更高；②注过热蒸汽导致油藏岩石的润湿性发生变化；③注过热蒸汽携带更多的热量；④过热蒸汽具有更大的比热容等。实际上无论是进行蒸汽驱，还是过热蒸汽驱，其蒸汽蒸馏作用对整个蒸汽驱的采收率的贡献要比实验室测得的蒸馏率值低一些。具体蒸汽蒸馏机理在蒸汽驱/过热蒸汽驱采收率中所占的比例究竟有多大，需要根据实验室实际测定的蒸馏率数据以及岩心驱替实验数据进行综合分析计算才能得到。

4 结语

（1）针对选取的2种典型原油样品（楼平5井Ⅲ63层和L803井IV53层），在240℃饱和条件下，测得蒸汽蒸馏率分别为11.9%和22.7%；在320℃饱和条件下，原油的蒸汽蒸馏率分别为17.2%和35.7%。因为饱和压力条件下，随着温度的升高，湿饱和蒸汽的热焓增加。

（2）针对选取的2种典型原油样品（楼平5井Ⅲ63层和L803井IV53层），在3.34MPa及320℃条件下，蒸汽处于过热状态（过热度达80℃），原油的蒸汽蒸馏率分别达到26.25%和47.06%，与240℃饱和条件相比蒸汽蒸馏率分别提高了14.35%和14.36；与320℃饱和条件相比蒸汽蒸馏率分别提高了9.05%和11.36。这说明无论是在相同温度，还是在相同的压力条件下，蒸汽处于过热状态时，其蒸汽的热焓值大大高于饱和状态，表明过热蒸汽可以较大幅度地提高原油的蒸汽蒸馏率。

（3）实验选择的河南油田2种典型稠油（温度30℃，楼平5井Ⅲ63层，黏度：16 750mPa·s；温度30℃，L803井IV53层，黏度：508.2mPa·s），分别测定了它们在不同温度、压力下的蒸馏率，结果表明：原油黏度和蒸汽蒸馏率存在一定关系，原油黏度低时，其蒸汽蒸馏率较高。但由于实验测定的原油样品较少，得出原油黏度和其蒸汽蒸馏率的关系会有些勉强。其实，通过大量的样品测定可以发现，大部分原油的蒸汽蒸馏率和原油黏度有关，但也有一些出现反常，所以原油蒸汽蒸馏率只是和原油自身性质有关，黏度仅是其中性质之一。

（栏目主持 杨 军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.008