【正文】 究的目的和意義 12. 國內(nèi)外蒸汽驅(qū)技術(shù)的研究進(jìn)展 23. 油藏物理模擬的優(yōu)勢(shì) 3第二章 稠油蒸汽驅(qū)物理模擬理論及機(jī)理研究 41. 稠油蒸汽驅(qū)物理模擬的理論基礎(chǔ) 4 油藏物理模擬相似理論 4 油藏物理模擬相似準(zhǔn)則 5 室內(nèi)蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)相似參數(shù)的選擇 62. 蒸汽驅(qū)油機(jī)理 8 加熱降粘作用 9 原油受熱膨脹機(jī)理 9 蒸汽的蒸餾作用 10 混相驅(qū)作用 10 乳化驅(qū)作用 10第三章 蒸汽驅(qū)三維物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)步驟 121. 蒸汽驅(qū)三維物理模型裝置 122. 蒸汽驅(qū)三維物模實(shí)驗(yàn)的基本步驟 13第四章 蒸汽驅(qū)影響因素分析 161. 注入壓力對(duì)驅(qū)油效果的影響 162. 蒸汽干度對(duì)驅(qū)油效果的影響 183. 注汽速度對(duì)驅(qū)油效果的影響 214. 蒸汽突破及突破后的處理辦法 225. 蒸汽化學(xué)驅(qū)的研究 25第五章 結(jié)論 31致 謝 32參考文獻(xiàn) 33前言第一章 前 言1. 研究的目的和意義我國稠油資源分布較為廣泛，自1978年發(fā)現(xiàn)高升稠油油藏以來，先后又在勝利油田、河南油田等地發(fā)現(xiàn)稠油油藏?？梢?，稠油開采在我國整個(gè)石油工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中扮演著十分重要的角色。蒸汽驅(qū)稠油開采已取得初步成效，同時(shí)也暴露出很多問題。而目前對(duì)稠油注蒸汽開發(fā)技術(shù)研究較粗略或者考慮因素不全面，因而必須針對(duì)稠油油藏的具體情況確定影響蒸汽驅(qū)效果的關(guān)鍵因素，有針對(duì)性的對(duì)注采參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，尋找一種蒸汽驅(qū)經(jīng)濟(jì)合理的開發(fā)方式，保持產(chǎn)量穩(wěn)定，提高蒸汽驅(qū)采收率和經(jīng)濟(jì)效益。此后，在Yorba Linda油田也進(jìn)行了試驗(yàn)。美國于1960年在加利福尼亞州的Yorba Linda油田上開始大規(guī)模注蒸汽。大規(guī)模地開展蒸汽驅(qū)的油田還有South Belridge油田、San Ardo油田和MidwaySunset油田[2]。我國自1987年起先后開辟了七個(gè)不同類型油藏先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)，各先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)截止1992年底，共歷經(jīng)五年時(shí)間[3]。1998年開展了齊40蒸汽驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)[4]。礦場試驗(yàn)最能真實(shí)反映油藏內(nèi)流體的實(shí)際流動(dòng)過程,也是檢驗(yàn)試驗(yàn)效果的最終方法。但是,物理模擬試驗(yàn)仍是一種不可缺少的研究手段。（1）相似第一定理 相似第一定理（相似正定理）是1848年由法國的J. Bertrand建立的。相似指標(biāo)表示原型與模型內(nèi)各基本物理量之間滿足的比例關(guān)系。兩個(gè)相似系統(tǒng)的π方程必須相同”。單值量是指單值條件中的物理量，而單值條件又是將一個(gè)個(gè)現(xiàn)象從同類現(xiàn)象中區(qū)分開來，亦即將現(xiàn)象群中的通解轉(zhuǎn)變?yōu)樘亟獾木唧w條件。此過程所依據(jù)的理論是相似理論。幾何相似最直觀的例子是三角形相似。設(shè)在模型系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和距離分別為，在原型系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間和距離分別為，并假設(shè)運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng)。除了上述三種相似條件之外，作為模型系統(tǒng)本身，為了更好地模擬原型特征，往往還要求滿足單值性條件相似。模型系統(tǒng)對(duì)模擬井的設(shè)計(jì)、對(duì)蓋底層的設(shè)計(jì)、對(duì)模擬井網(wǎng)單元邊界的設(shè)計(jì)都要充分考慮單值性條件相似的要求[6]。表21 蒸汽驅(qū)及蒸汽泡沫驅(qū)階段主要相似準(zhǔn)則表階段劃分相似準(zhǔn)則數(shù)物理意義?；瘏?shù)蒸汽驅(qū)階段壓力與重力比壓差導(dǎo)熱與熱容比生產(chǎn)時(shí)間無因次質(zhì)量注入蒸汽注入速率蒸汽泡沫趨階段泡沫滲流能力與原油滲流能力之比泡沫阻力因子泡沫氣液比氣相注入速度毛管力與粘性力之比表面張力無因次流量生產(chǎn)時(shí)間根據(jù)表21中選取的相似準(zhǔn)則數(shù)，由現(xiàn)場生產(chǎn)的參數(shù)可以推出室內(nèi)模型參數(shù)。s50℃原油密度飽和蒸汽溫度300℃200℃地層溫度58℃58℃蒸汽干度%%純蒸汽驅(qū)蒸汽驅(qū)注采壓差蒸汽驅(qū)注入壓力蒸汽驅(qū)出口壓力蒸汽驅(qū)生產(chǎn)時(shí)間1a8min蒸汽注入速度140t/d90ml/min蒸汽化學(xué)驅(qū)表活劑濃度%%氣相注入速度14400m3/d300ml/min蒸汽泡沫驅(qū)生產(chǎn)時(shí)間1a8min圖21 蒸汽驅(qū)剖面2. 蒸汽驅(qū)油機(jī)理在蒸汽驅(qū)開采過程中，由注入井注入蒸汽，加熱原油并將它驅(qū)向生產(chǎn)井，由于重力分離作用，蒸汽向油層頂部超覆，熱水進(jìn)入油層下部，如圖21。原油飽和度分布主要取決于它的熱特性。以下幾點(diǎn)就是被大家普遍接受的蒸汽驅(qū)驅(qū)油機(jī)理： 加熱降粘作用高粘度原油在孔隙中流動(dòng)困難，主要是由于粘度高、粘滯力大。 原油受熱膨脹機(jī)理在油層孔隙中，原油在高溫下體積膨脹會(huì)產(chǎn)生一定驅(qū)油作用。 蒸汽的蒸餾作用蒸汽蒸餾的結(jié)果導(dǎo)致油層中形成蒸汽帶，這使得后面的剩余油在高溫下被部分汽化。當(dāng)水蒸汽冷凝成熱水時(shí)，凝析的含烴熱水和油一塊流動(dòng)，形成熱水驅(qū)。在蒸汽前沿，既有水包油乳狀液，也可能有水乳化在油中，形成油包水乳狀液。在蒸汽帶中，蒸汽驅(qū)的主要機(jī)理是蒸汽的蒸餾作用及蒸汽的驅(qū)替作用；在熱水凝結(jié)帶中，主要是降粘、熱膨脹、高溫滲透率變化、重力分離及溶劑驅(qū)油作用,冷凝區(qū)中的混合物的粘度比蒸汽粘性更大，降低了指進(jìn)作用，且與原油混合并將原油稀釋，使原油的密度和粘度降低；在原始油層帶中，主要是常規(guī)水驅(qū)及重力分離作用；升溫降粘這是加熱稠油油藏的最顯著效果，隨著原油粘度的降低，驅(qū)替效率得以提高。其中，三維模型最高工作壓力5MPa、最高工作溫度250℃，由主體、活塞式上蓋層、頂蓋3部分構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)活塞式上蓋層可以實(shí)現(xiàn)不同油層厚度的模擬，通過調(diào)節(jié)三維模型主體上的井網(wǎng)排布可以實(shí)現(xiàn)五點(diǎn)井網(wǎng)、九點(diǎn)井網(wǎng)、多水平井、水平井與直井等多種井網(wǎng)組合方式。模擬井、測(cè)壓點(diǎn)、測(cè)溫點(diǎn)2135內(nèi)壁45030064測(cè)溫點(diǎn)789陶瓷隔熱層圖32 三維模型內(nèi)部井網(wǎng)及溫度壓力測(cè)試點(diǎn)排布示意圖2. 蒸汽驅(qū)三維物模實(shí)驗(yàn)的基本步驟（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。對(duì)于原油粘度小于2000mPa在實(shí)驗(yàn)中我們使用的是單56的油樣。模型封裝好以后，用氮?dú)庀蚰Ｐ偷纳?、下蓋層和油層打壓。（4）建立初始溫度場。（5）注入流體調(diào)試。模擬生產(chǎn)井出口設(shè)有維壓裝置，考慮到稠油流動(dòng)阻力較大，維壓裝置使用大口徑快開閥，通過測(cè)控系統(tǒng)設(shè)定開啟壓力，實(shí)現(xiàn)開井、關(guān)井、恒定壓力下生產(chǎn)等油藏管理。采出系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)出液進(jìn)行分時(shí)段收集。1. 注入壓力對(duì)驅(qū)油效果的影響這里所說的注入壓力是指在注入井處測(cè)得的壓力。圖41 不同注入壓力下采出程度與時(shí)間的關(guān)系從圖41中可以看出注氣壓力越高蒸汽驅(qū)油效果越好。圖42 不同注入壓力下油汽比曲線從圖42可以看出4MPa的油汽比最高，油汽比隨著壓力升高而升高。稠油在地層中流動(dòng)困難主要是由于粘度高、粘滯力大。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，我們主要討論影響驅(qū)替效果的因素，注氣壓力大溫度就比較高，而溫度是影響稠油熱采的最重要的機(jī)理。提高蒸汽驅(qū)開采效果的關(guān)鍵是盡力擴(kuò)大蒸汽帶縱向及平面上的波及范圍。因此能否實(shí)現(xiàn)有效蒸汽的關(guān)鍵在于有足夠多的熱量補(bǔ)充到地層中。而且還可以看到，干度從25%升到50%驅(qū)替效果并沒有明顯改變，蒸汽驅(qū)效果對(duì)蒸汽干度不敏感，隨著蒸汽干度的增加，驅(qū)油效率變化不明顯；而從50%上升到75%采出程度有很大變化，由此可以看出干度至少應(yīng)在50%以上，采取提高蒸汽干度的方法對(duì)驅(qū)替結(jié)果的影響才明顯。從圖中看出75%的經(jīng)濟(jì)效益明顯比25%的好。由于水蒸汽有很高的汽化潛熱，高干度的蒸汽所含熱量大，注入油層后可以及時(shí)補(bǔ)充地層熱損失，維持和擴(kuò)大蒸汽帶的范圍。3. 注汽速度對(duì)驅(qū)油效果的影響注汽速度是指每分鐘注汽量的多少。這是因?yàn)檎羝c地層熱交換時(shí)只要還有蒸汽存在，溫度將一直維持在飽和溫度不變，若注入干度比較低的蒸汽，在地層內(nèi)一經(jīng)熱交換即降低溫度，注熱量但達(dá)不到一定的溫度是不能獲得好效果的。圖47 注汽速度對(duì)油汽比的影響圖47可看出油汽比最高的不是90ml/min，而是60ml/min。因此對(duì)每個(gè)具體油藏進(jìn)行蒸汽驅(qū)開采，都有一個(gè)最優(yōu)的注汽速度。圖48 邊/角井累計(jì)產(chǎn)油量與時(shí)間的關(guān)系圖49 油汽比與注入PV數(shù)之間的關(guān)系在圖48中看出邊井在115分鐘時(shí)蒸汽突破了，表現(xiàn)為邊井累