稠油油藏蒸汽吞吐注入能力影响因素研究

2021-01-14 07:30刘义刚钟立国刘建斌
能源与环保 2021年1期
关键词:驱油稠油渗透率

刘义刚,钟立国,刘建斌,邹 剑,张 华

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300452; 2.中国石油大学(北京),北京 102249)

随着开发技术的发展和对能源的需求,油气藏的开发越来越趋向于非常规油气藏。稠油油藏的开发作为非常规油气藏开发的一个重要组成部分,也得到了广泛的研究[1-2]。稠油油藏的开发主要是利用热采[3],热采是目前较为成熟、应用较为广泛的稠油开发技术。据统计,2008年热采产量占世界稠油总产量的一半以上[4-5]。

蒸汽吞吐是稠油热采的主要方式之一,增产效果非常显著[6-8]。但在注入蒸汽过程中,由于原油黏度大,注气量也较大,而加热降黏需要一定时间,所以在注入初期或过程中注入压力高,而影响注入能力,使得注汽速度受到影响,造成较大的热量损失,严重影响蒸汽吞吐开发效果[9]。另外,在蒸汽吞吐过程中,由于地层的非均质性、流度比差异及蒸汽超覆等因素造成的吸汽不均,甚至形成汽窜。汽窜既影响注汽井的蒸汽吞吐效果,又影响窜通井的正常生产,而且热能利用率低,严重影响热采效果。蒸汽窜流是注蒸汽热采过程中最棘手的难题之一[10-11]。为防止汽窜、 超覆等,提高蒸汽的热利用率,本文通过室内实验,在考虑油藏渗透率、注汽速度、注汽温度以及原油黏度的情况下,研究了蒸汽吞吐稠油油藏的吸汽规律,通过均一化研究分析了上述影响因素对吸汽能力的影响程度,从而对蒸汽吞吐稠油油藏开发时注汽参数的确定提供一定的指导。

1 实验部分

1.1 主要材料与仪器

实验用3种油样(1号、2号和3号)取自于渤海油田稠油油藏,它们的黏度—温度曲线如图1所示。实验中使用的水都为去离子水,净化设备为Millipore1 Elix-10净化装置。稠油黏度由HAAKE MARSIII流变仪测量。填砂管填砂所用的砂样取自于出砂井砂样(目数分别为40~60、60~90和90~120目)。通过控制不同目数砂样的比例,可以得到不同渗透率填砂管。实验中还用到ISCO恒流泵、蒸汽发生器、油水容器、压力传感器、恒温箱、填砂管等。

图1 渤海油田稠油黏度—温度曲线Fig.1 Viscosity-temperature curve of heavy oil in Bohai Oilfield

1.2 实验方法

在实验室模拟研究蒸汽注入能力主要通过图2所示实验装置进行,装置主要分为蒸汽生成模块、蒸汽注入模块和出口流体收集模块。在填砂模型的入口和出口装有压力传感器,实时收集记录压力数据。通过平流泵可以控制蒸汽的注入速度;蒸汽发生器可以控制蒸汽的温度;根据不同目数砂子的配比,可以得到不同渗透率填砂模型;液体收集装置可以收集填砂模型出口处的液体,可以实时监控驱油效率。

图2 蒸汽注入实验装置流程Fig.2 Steam injection experiment device process

2 结果与讨论

2.1 渗透率对注入能力的影响

渗透率是稠油油藏的主要因素之一,该部分选取1号油为实验用油,实验温度100 ℃,选取500×10-3、1 000×10-3、3 000×10-3μm2三个水平的填砂管,研究渗透率对蒸汽的注入能力的影响。实验结果见表1,如图3和图4所示。

表1 不同渗透率级别时注入能力实验研究结果Tab.1 Experimental research results of injection capacity at different permeability levels

图3 不同渗透率级别砂管的注入压力变化Fig.3 Variation of injection pressure of sand pipe with different permeability levels

图4 不同渗透率级别填砂管的驱油效率Fig.4 Oil displacement efficiency of sand-packed pipes with different permeability levels

可以看出,随着渗透率的升高,平均注入压力降低,吸汽指数升高。且从图3可以看出,渗透率越高,整个注入过程中压力越低;渗透率越高,蒸汽的注入能力就越强。另外,从图4可以看出,渗透率越高,蒸汽的驱油效率就越高。渗透率为500×10-3μm2时,驱油效率只有48%;渗透率为3 000×10-3μm2时,驱油效率高达56.67%,提高了8.67%。

2.2 注汽速度对注入能力的影响

不同的注汽速度会对开发具有一定的影响,设计实验研究注汽速度对蒸汽注入能力的影响。所用的1号油样,渗透率级别为3 000×10-3μm2,蒸汽温度为200 ℃。实验结果见表2,如图5和图6所示。可见,注汽压力随着注汽速度的增大而增大,而平均吸汽指数随着注汽速度增大而减小。注汽速度为0.5 mL/min时,驱替时最高压力1.534 MPa,平均压力0.285 MPa,吸汽指数为1.75;注汽速度为2.0 mL/min时,驱替时最高压力6.015 MPa,平均压力1.242 MPa,吸汽指数为1.61。另外,随着注汽速度的升高,驱油效率降低。注汽速度为0.5 mL/min时,驱油效率为75.24%;注汽速度为2.0 mL/min时,驱油效率降为46.98%,降低了28.26%。

表2 不同注汽速度时注入能力实验研究结果Tab.2 Experimental research results of injection capacity at different steam injection speeds

图5 不同注汽速度驱替时注入压力变化Fig.5 Variation of injection pressure during displacement with different steam injection speeds

图6 不同注汽速度驱油的驱油效率Fig.6 Oil displacement efficiency of different steam injection speeds

2.3 注汽温度对注入能力的影响

稠油对温度是非常敏感的,温度升高,稠油黏度会大幅度降低。为了研究注汽(热水)温度对注入能力的影响,实验研究了1号油样,在渗透率级别为1 000×10-3μm2、注汽速度为1 mL/min时吸汽指数与温度的关系。实验结果见表3,如图7和图8所示。可以看出,随着注汽温度的升高,吸汽指数升高。说明温度越高,越有利于蒸汽的注入。注汽温度越高,驱油效率越高,温度为52 ℃时,驱油效率为41.73%;注汽温度为300 ℃时,驱油效率为83.48%,驱油效率提高了41.75%。

表3 不同注汽温度时注入能力实验研究结果Tab.3 Experimental research results of injection capacity at different steam injection temperatures

图7 不同注汽(热水)温度下的注入压力变化Fig.7 Variation of injection pressure under different steam(hot water)temperature

图8 不同注汽温度下的驱油效率Fig.8 Oil displacement efficiency under different steam injection temperatures

2.4 原油黏度对注入能力的影响

实验采用的填砂管渗透率级别为1 000×10-3μm2,在1 mL/min的注汽速度下研究了不同黏度稠油的蒸汽注入能力,实验温度为300 ℃。实验结果见表4,如图9和图10所示。可以看出,稠油的黏度越高,平均压力越高,平均吸汽指数越低。另外,稠油黏度越高,驱油效率越低。1号稠油驱油效率为57.16%;3号稠油的驱油效率仅为46.18%。

表4 不同注汽温度时注入能力实验研究结果Tab.4 Experimental research results of injection capacity at different steam injection temperatures

图9 不同黏度稠油300 ℃蒸汽驱替的注入压力变化Fig.9 Variation of injection pressure of 300 ℃ steam flooding for heavy oil with different viscosity

图10 不同黏度稠油300 ℃蒸汽驱替的驱油效率Fig.10 Oil displacement efficiency of 300 ℃ steam flooding for heavy oil with different viscosity

2.5 注汽压力的因素敏感性分析

基于驱替实验所得的不同因素对注汽压力的影响情况见表5。

表5 基于驱替实验所得的不同因素对 注汽压力的影响情况Tab.5 Influence of different factors on steam injection pressure based on displacement experiment

通过上述研究发现,渗透率、注汽速度、注汽温度、稠油黏度对蒸汽注入能力都有一定的影响。为了明确不同因素对吸汽能力的敏感性,在基于上述研究的基础上,将所有影响因素做均一化研究。均一化因素水平是以因素水平最大值为基准,平均注汽压力级差为相应因素水平最大注汽压力与最小注汽压力的比值,注汽压力的因素敏感性是平均注汽压力级差与相应因素级差的比值。由表5可以看出,注汽压力对所考察4个因素的敏感性由大到小依次为注汽速度、注汽温度、稠油黏度和渗透率。

3 结论

通过实验模拟对稠油油藏蒸汽吞吐注入能力的研究,得到了以下结论。

(1)渗透率越高,整个注入过程中压力越低,蒸汽的注入能力就越强。渗透率越高,蒸汽的驱油效率就越高。渗透率为457×10-3μm2时,驱油效率只有48%;渗透率为2 851×10-3μm2时,驱油效率高达56.67%,提高了8.67%。

(2)注汽压力随着注汽速度的增大而增大,而平均吸汽指数随着注汽速度的增大而减小。随着注汽速度的升高,驱油效率降低,当注汽速度为0.5 mL/min时,驱油效率为75.24%;当注汽速度为2 mL/min时,驱油效率降为46.98%,降低了28.26%。

(3)随着注汽温度的升高,吸汽指数升高,越有利于蒸汽的注入。注汽温度越高,驱油效率越高。温度为52 ℃时,驱油效率为41.73%;注汽温度为300 ℃时,驱油效率为83.48%,驱油效率提高了41.75%。

(4)稠油的黏度越高平均压力越高,平均吸汽指数越低,驱油效率越低。1号稠油驱油效率为57.16%;3号稠油的驱油效率仅为46.18%。

(5)所研究的各个因素对蒸汽吞吐稠油油藏吸汽能力的敏感性由大到小依次为注汽速度、注汽温度、稠油黏度和渗透率。

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