超稠油油藏火驱开发物理模拟实验研究

贾 大 雷

(中国石油辽河油田公司勘探开发研究院， 辽宁 盘锦 124010)

辽河油田是我国的主要稠油生产基地，其超稠油资源量大，主要采用蒸汽吞吐、蒸汽驱、蒸汽辅助重力驱油方式进行生产。随着油田开发的进行，逐渐暴露出产量递减快、经济效益变差等问题，地下滞留剩余油难以动用，需解决开发方式转换问题[1-3]。火烧油层是提高原油采收率的重要方法之一，它是利用油层本身的部分裂解产物作燃料，使地层部分原油就地燃烧，利用燃烧前缘推动原油的热采方法。超稠油已经超出火驱法对于黏度的筛选标准[4]，因此对超稠油实施火驱开采的难度很大。

本次研究，主要通过一维物理模拟实验，检验火驱对超稠油的驱动效率，分析超稠油燃烧参数特征、火线推进特征(如温度梯度变化、压力梯度变化)，为现场超稠油火驱方案设计提供技术依据。

1 实验方案

实验采用的火烧油层一维模拟装置，主体部分尺寸为42 cm×9 cm×3.6 cm，可以承受的最高压力为3 MPa，最高温度为900 ℃。该装置布置了3行13列共39支热电偶，监测温度变化；点火方式为电点火，其中点火器位于模型注气井处。模型本体温度、压力监测点布置如图1。

利用曙1-38-32区块曙1-38-330井脱水原油进行一维火烧油层实验，测定燃烧基础参数。原油密度为0.985 gcm3(20 ℃)，黏度为38 670 mPa·s(50 ℃)，初始含油饱和度为56.0%。采用石英砂与原油按比例混合，经充分搅拌混合均匀，装填模型。实验流程见图2。

图1 火烧油层一维模型的温度、压力监测方案示意

实验参数设置：通风强度为85.8 m3(m2·h)，空气流量为0.3 m3h，点火温度为500 ℃，出口回压为1.0 MPa。

2 实验结果分析

从实验结果来看，对曙1-38-32区块完全可以进行火驱。实验中，燃烧比较完全，火线前缘推进比较均匀，能够实现连续燃烧；原油采出时间比较集中，没有明显的拖尾现象；燃烧反应使温度升高，裂化和原油降黏效果比较明显，符合火驱反应机理。驱油效率变化情况如图3所示。

2.1 温度场变化情况

火驱实验过程中，温度场的变化如图4所示。实验开始后36 min时，火线在点火器附近形成。在推进过程中最高温度达663 ℃。火线推进至生产井处，共耗时189 min。维持火线稳定推进，需要逐步提高注气速度，模型压力随着注气速度的增加而增大(见图5)，但注气速度过大会导致火线窜流。

图2 实验流程示意图

图3 火烧过程驱油效率的变化曲线

图4 火驱过程中温度场的变化

原油的黏度越大，其燃烧的门槛温度和点火温度也越高。一般稀油实现高温燃烧的门槛温度为210～240 ℃，稠油燃烧的门槛温度为340～370 ℃，超稠油燃烧的门槛温度接近400 ℃。曙1-38-330井脱水原油的门槛温度为350～360 ℃，点火温度为510～520 ℃。曙1-38-330井脱水原油的黏度较大，为38 670 mPa·s(50 ℃)，因而其燃烧的门槛温度、点火温度也较高。

图5 注气速度和压力随时间变化曲线

燃料消耗量是指在设定通风强度下，燃烧带扫过单位体积油砂所消耗的燃料质量，它是判断是否能实施火烧法的依据之一。燃料消耗量太小，燃烧无法维持下去；燃料消耗量太大，则需要很大的空气量和压缩功率消耗，产油量亦小。一般稀油高温氧化的燃料消耗量约为20 kgm3，普通稠油和特稠油约为30 kgm3，超稠油高温氧化的燃料消耗量大于40 kgm3。根据实验结果，在85.8 m3(m2·h)的通风强度下，曙1-38-330井脱水原油的燃料消耗量最大值为28.99 kgm3(见图6)；燃烧完全，所需空气消耗量为320.4 m3m3(见图7)。

2.3 原油改质效果

火驱后，不同时刻的原油密度、黏度都有不同程度的降低。火驱前的原油密度为0.985 gcm3(20 ℃)，黏度为38 670 mPa·s(50 ℃)；火驱后原油密度降为0.965 gcm3(20 ℃)，黏度降为1 411 mPa·s(50 ℃)。火烧后，原油中C20以前的组分相对含量比火烧前增大，C20以后的组分相对含量则比火烧前减少(见图8和图9)。火烧使得原油的重质组分减少而轻质组分增加了，原油改质效果明显。

图6 实验过程中不同时刻的燃料消耗量

图7 实验过程中不同时刻的空气消耗量

图8 火烧前原油全烃色谱分析

图9 火烧后原油全烃色谱分析

3 结 语

针对曙1-38-32区块超稠油的开发方式问题，利用曙1-38-330井脱水原油进行了一维物理模拟实验。实验中，可实现成功点火，火线前缘推进比较均匀，能够实现连续燃烧，原油采出时间比较集中。实验表明，曙1-38-32区块原油自燃温度为340～360 ℃，燃烧反应模式主要为高温氧化反应。燃烧反应使温度升高，高温导致原油发生裂化，原油密度、黏度降低，流动性得以改善。在曙1-38-32区块的超稠油油藏开发中，适合采用火驱法来提高采收率。