【文章內(nèi)容簡介】 21 溫度 t [oC] 密度 ρ [kg/m3] 定壓比熱容 Cp [kJ/(kg? K)] 動(dòng)力粘度 μ 106 [Pa? s] 運(yùn)動(dòng)粘度 ν 106 [m2/s] 600 700 800 900 1000 1100 1200 53 221 煙氣 的化學(xué)成分 并 非 固定，其性質(zhì) 由 其主要組成物的性質(zhì)和比例 決定。 煙氣 驅(qū)提高采收率基本理論 煙氣 驅(qū)油屬于三次采油技術(shù)，即利用化學(xué)物質(zhì)來改善油、氣、水及巖石相互之間的作用，以開采出更多石油的方法，又稱提高采收率 (EOR)方法。 煙氣 注入方式有多種，但大多采用 煙氣 蒸汽 混注法 和 蒸汽 煙氣 化學(xué)劑復(fù)合驅(qū) 法 。 因 為 煙氣 主要是由 N2 與 CO2組成的混合氣體，因此 煙氣 驅(qū)兼?zhèn)?N2 驅(qū)和 CO2 驅(qū)的特點(diǎn)。 在油藏開采之后，油層中的原油由兩部分組成：剩余油和殘余油。剩余油是指驅(qū)替劑沒有波及到的油藏內(nèi)所含有的原油；殘余油是指在驅(qū)替劑接觸的區(qū)域中未被采出的那部分原油。為了研究剩余油與殘余油的開采效率，引入波及效率和驅(qū)油效率兩個(gè)概念：波及效率是驅(qū)替劑接觸到的油藏體積與油藏總體積之比，驅(qū)油效率是驅(qū)替劑接觸到的油藏內(nèi)采出的原油總量與接觸油層空間原油總儲(chǔ)量的比值。 波及效率和驅(qū)油效率是描述原油開采效果的重要參數(shù)，提高采收率，就是要提高這兩個(gè)效率。 煙氣 作為驅(qū)替劑的作用 （ 1）增溶作用 在同一壓力條件下溶 解度由 高 到低排列依次是 CO2煙氣 N2， 且提高 CO2 組分比例 可以略微提高 煙氣 的溶解度 。 煙氣 溶于原油 后 具有 膨脹 作用 ，從而 使原油獲得額外的彈性能 。 其作用 效果與 煙氣 在原油中的溶解度 大小 有關(guān)， 兩者成正相關(guān)，也就是說，更第 2 章 煙氣驅(qū)基本理論 7 高溶解度的 煙氣 可以使原油 獲得的 更高的 彈性能。單純的蒸汽 溶解度 較 差 ，而 煙氣 的溶解 效果 有利于原油的采出。 （ 2） 降粘作用 以洼 38 塊原油為例，在 50oC 下 加入 煙氣 可使原油粘度降低 75%[21]。 煙氣 與原油混溶后，由于 CO2 的羧化作用 （即 CO2 以羧基的形式整合到原油中的有機(jī)物中 ） ，使原油粘度降低 ；同時(shí) CO2/油的界面張力較小， 從而提高了原油的 流度比，有利于 重質(zhì)原油的采出 。 （ 3） 強(qiáng)化蒸餾效應(yīng) 在注蒸汽過程中 ， 原油和水的汽化壓力 與溫度成正相關(guān) ，當(dāng) 其達(dá)到油層當(dāng)前壓力時(shí)， 原油中的輕 組分 開始汽化并 產(chǎn)生蒸汽蒸餾 效應(yīng) 。 如果進(jìn)行 煙氣 蒸汽 混注 ，則混注汽化壓力將會(huì)降低，而且由于 煙氣 導(dǎo)熱性差的 特性而增強(qiáng)了蒸汽的攜熱能力，從而 降低套管熱損 、 維持 蒸汽溫度、 減緩 蒸汽干度的 下降速率 ， 從而 強(qiáng)化了對(duì) 輕 組分的蒸餾效應(yīng)。 （ 4） 增強(qiáng) 油層 的滲流能力 煙氣 中的 CO2 溶于地層水中 后 會(huì) 產(chǎn)生 酸化作用 ， 能夠溶解 油層 中一些礦物成分， 增大 礦物顆粒間 的 孔隙 ， 從而改善 了 驅(qū)油的滲透條件，增加油井吸收能力，提高稠油采收率 。 煙氣 驅(qū) 的分類 按 煙氣 操作方式可分為 煙氣 驅(qū)技術(shù)、 煙氣 水交替驅(qū)技術(shù) ， 煙氣 蒸汽 混注 吞吐 驅(qū)技術(shù)、 煙氣 蒸汽 化學(xué)劑復(fù)合驅(qū)技術(shù)等。 其中，前兩種方法 是 國外早期（上世紀(jì) 90 年代及以前）發(fā)展 煙氣 驅(qū)應(yīng)用的技術(shù) ，經(jīng)濟(jì)效益不如后兩種，國內(nèi) 主要采用的是后兩種方法 。 煙氣 蒸汽 混注吞吐驅(qū) 是 將 高壓蒸汽 和 煙氣 分別從油管及油管與套管間環(huán)隙 同時(shí)注入 井下，在井底相混 進(jìn)入油層 ， 這適用于稠油井 。 注入的 煙氣 在高滲透油層 對(duì) 注入的蒸汽 封堵使其 進(jìn)入中低滲透 油層向 原油 傳熱 。 煙氣 蒸汽 化學(xué)劑復(fù)合驅(qū)就是在前者的基礎(chǔ)上同時(shí)注入耐高溫表明活性劑，產(chǎn)生泡沫以改善注入 蒸汽 剖面，以穩(wěn)定 蒸汽 在地層中的推進(jìn)。 煙氣 作為一種非凝析氣，可以提高地層壓力，加強(qiáng) 蒸汽 的傳熱效應(yīng)，以提高 油藏 采收率。 煙氣 驅(qū)的 基本 條件 根據(jù)大量的礦場試驗(yàn)，總結(jié)出適宜 煙氣 的基本條件如下： 第 2 章 煙氣驅(qū)基本理論 8 油層性質(zhì) （ 1） 滲透率 注氣工藝要求的 油藏一般為低滲透油藏 （滲透率約為 10md 左右） ，因?yàn)榈蜐B透油藏可提供較好的混相條件。對(duì)于高滲透性 油藏，應(yīng)用重力驅(qū)時(shí)油藏應(yīng)具備較高垂直滲透率。 （ 2）油層非均質(zhì)和裂縫非均質(zhì)性 油層非均質(zhì)性 和裂縫非均執(zhí)性 是影響注入氣波及系數(shù)和垂向驅(qū)油效率的關(guān)鍵因素。選擇非均質(zhì)性較小的油層注氣較為適宜。 （ 3）孔隙度 要求油層孔隙度比較均勻，驅(qū)油效果較為理想。 （ 4）油層深度 煙氣 驅(qū)的混相驅(qū)替壓力要求比氮?dú)庑。m合較淺油層，而深油層有利于達(dá)到混相壓力。 （ 5）油層溫度 在非混相壓力下，溫度 對(duì)于提高采收率 影響 較小；而在混相壓力下采收率與溫度成正相關(guān)。 注氣量 愈 高所需溫度越低。 （ 6） 油層壓力 在壓力達(dá)到最低混相壓力的情況下才能進(jìn)行注氣混相驅(qū)替。 如果油層壓力降低到飽和壓力以下，注入氣體將發(fā)生相變。 （ 7）飽和壓力 如 果飽和壓力大于最小混相壓力， 注氣壓力應(yīng)與飽和壓力相等；如果要維持油藏壓力，注氣壓力應(yīng)高于飽和壓力。 （ 8）原生水 原生水的含鹽量和組分影響 煙氣 驅(qū)效果，因?yàn)?煙氣 與水中的某些成分會(huì)反應(yīng)造成油藏堵塞。 （ 9） 含水飽和度 較低的 含水飽和度 對(duì)采收率的提高有利。但對(duì)于一定的注氣體積，原始含水飽和度有利于提高采收率。 （ 10）含油飽和度 第 2 章 煙氣驅(qū)基本理論 9 熱殘余油飽和度應(yīng)大于 20%~25%。 原油性質(zhì) （ 1）原油重度 煙氣 對(duì)于 API 值較高的原油有較強(qiáng)的溶解性 ，因此 煙氣 驅(qū)適宜稠油油藏。 （ 2）原油溶解度 實(shí)驗(yàn)表明，含有一定溶解氣的油藏適宜進(jìn)行 煙氣 驅(qū)。 （ 3） 原油粘度 由于 CO2 的羧化作用，可以使原油粘度降低，有利于重質(zhì)原油（比重 10~15oAPI，粘度為 100cp）的采出。 小結(jié) 本章 從 煙氣 的基本理論出發(fā)，總結(jié)了 煙氣 的性質(zhì)、作用及 煙氣 驅(qū)的分類，同時(shí)給出了油藏采用 煙氣 驅(qū)的基本條件。為建立 煙氣 驅(qū)工程模型及 煙氣 驅(qū)數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。 第 3 章 煙氣 驅(qū)工程模型 10 第 3 章 煙氣 驅(qū)工程模型 油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)概述 油 藏模擬是一種研究油藏的有效手段，它把油藏在 3D 空間里劃分為許多離散的單元，并且模擬油層中 流體 隨 空 間及時(shí)間 的發(fā)展變化。與物質(zhì)平衡方法一樣的是，系統(tǒng)遵循物質(zhì)守恒原理。 油藏模擬技術(shù)有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 可重復(fù)進(jìn)行“多次開發(fā)”； （ 2） 可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行開發(fā)以減少成本； （ 3） 可以模擬非均質(zhì)地層的復(fù)雜性。 要進(jìn)行 油藏 數(shù)值 模擬， 必須進(jìn)行基本數(shù)學(xué)模型的建立。 一般需要如下數(shù)學(xué)模型： （ 1）狀態(tài)方程； （ 2）質(zhì)量守恒方程； （ 3）運(yùn)動(dòng)方程（達(dá)西定律）； （ 4）能量守恒方程； （ 5）輔助方程（如飽和度方程，毛管力方程等）。 這些數(shù)學(xué)模型也是 CMG 之類的數(shù)值模擬軟件基于的重要原理。 油藏模擬一般遵循以下步驟： 圖 31 油藏模擬的一般步驟 基本物性參數(shù) 相對(duì)滲透率 油 藏巖石允許 某種單一流 體在其 內(nèi)部通過的能力稱為油 藏巖石的絕對(duì)滲透率 ， 巖石對(duì) 多相流體 中某一相流體的通過 能力 稱為油藏巖石的 有效滲透率 。而相對(duì)滲透率就是 后者與前者 的比值 ，如式 （ 31） 所示 。影響相對(duì)滲透率的因素是流體的飽和歷史和順序及潤濕性的變化 ，其中最主要的還是前者，故可將相對(duì)滲透率 近似 處理作飽和度的函數(shù)。 =有 效 滲 透 率相 對(duì) 滲 透 率 絕 對(duì) 滲 透 率 （ 31） 選擇模型 資料輸入 靈敏度試驗(yàn) 歷史擬合 動(dòng)態(tài)預(yù)測 第 3 章 煙氣 驅(qū)工程模型 11 Stone 分別在 1970 年和 1973 年提出兩種計(jì)算三相系統(tǒng)相對(duì)滲透率的模型 [22]： （ 1） 定義油、氣、水的規(guī)范化飽和度為： * ,1 o oro o orw r orSSS S SSS????? （ 32） * ,1 w wrw w wrwr orSSS S SSS????? （ 33） * ,1 gg g g rw r o rSS S SSS???? （ 34） 且 * * * 1o w gS S S? ? ? （ 35） 其中， o， w， g 分別代表油、水、氣三相（下同）， S 代表飽和度， Sr 表示殘余飽和度。 由此，三相系統(tǒng)中油的 相對(duì) 滲透率為： *ro o w gKS??? （ 36） 為求得 w? 及 g? ，可通過兩相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)測得，即分別令 * 0ggSS?? （沒有氣相，僅有油水兩相流動(dòng)）或 * 0wS ? （沒有水相，僅有油氣兩相流動(dòng)），可分別得到 w? 、 g?的計(jì)算式： *1 roww wK S? ? ? （ 37） *1rogggKS? ? ? （ 38） 其中 rowK 、 rogK 分別表示油水兩相流動(dòng)和油氣兩相流動(dòng)條件下油的相對(duì)滲透率。 （ 2） 該模型可以免去測三相系統(tǒng)中殘余油飽和度 owS 的麻煩： ( ) ( ) ( )r o r o w r w r o g r g r w r gK K K K K K K? ? ? ? ? （ 39） 其適用條件是 0roK ? 。 第 3 章 煙氣 驅(qū)工程模型 12 毛管壓力 巖石毛管壓力是指將巖石中的孔隙比擬成許多管徑不同的毛細(xì)管，在其內(nèi)部兩相流體接觸面兩側(cè)非潤濕相和潤濕相的壓力差。 利用該參數(shù)可以分析原始飽和度的分布情況，以確定油藏初始條件。 毛管壓力也主要是 流體飽和度的 函數(shù) ，其計(jì)算式為： 油水兩相： ()cw o o w wp p p f S? ? ? （ 310） 油氣兩相： ()c w g g o gp p p f S? ? ? （ 311） 通過以上兩式聯(lián)立也可以求得三相系統(tǒng)的巖石毛管壓力。 在實(shí)際油藏中，毛管壓力還和滲透率、孔隙度等參數(shù)有關(guān)， 等人為此提出了 J 函數(shù)的近似公式： coscp KJ ? ? ?? （ 312） 其中， ? 指潤濕相和非潤濕相間的表面張力， cos? 指潤濕接觸角。 利用 J 函數(shù)可以將不同油藏的毛管壓力曲線進(jìn)行合并，有利于進(jìn)一步的模擬計(jì)算。 地層體積系數(shù) 油、氣、水的地層體積系數(shù) 一般是其各自壓力的單值函數(shù)。 （ 1） 地層 原油 體積系數(shù) 地層原油體積系數(shù)是指溶有天然氣的原油體積和該原油在地面脫氣后的體積之比。其計(jì)算式為： og o gdo os osV V VB VV??? （ 313） 其中 ， ogV 、 oV 、 gdV 分別代表 地層條件下溶有天然氣的原油 、脫氣油、油中溶解氣體積， osV 代表 地面脫氣油的體積。 原油地層體積系數(shù)一般可通過高壓物性實(shí)驗(yàn)求得。 （ 2） 地層天然氣 體積系數(shù) 第 3 章 煙氣 驅(qū)工程模型 13 地層天然氣的體積系數(shù)指天然氣在地層條件下和標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積之比。其計(jì)算式為： 273273g sosgs s g gV ZTp tB Z pV T p p?? ? ? （ 314） 其中， gV 、 gsV —— 地層條件及標(biāo)準(zhǔn)條件下天然氣的體積； gp 、 sp —— 地層內(nèi)氣相壓力和大氣壓力； T 、 sT —— 地層條件及標(biāo)準(zhǔn)條件下的絕對(duì)溫度； t —— 地層溫度， oC； Z —— 天然氣壓縮因子。 （ 3）地層水 體積系數(shù) 地層水的體積系數(shù)指地層條件下和標(biāo)準(zhǔn)條件下水體積的比值，其定義式為： ww wsVB V? （ 315） 由于天然氣在水中的溶解度很小，所以一般的油藏模擬計(jì)算中不考慮水的溶解氣 量對(duì)地層水物性的影響。 粘度 流體粘度也是重要的物性參數(shù)之一，與流體的溫度、壓力及組成成分有關(guān)。天然氣及水的粘度可以直接通過實(shí)驗(yàn)測得，而原油粘度因?yàn)橛绊懸蛩睾芏啵?測量工作 相對(duì)比較復(fù)雜。 首先因進(jìn)行地層原油的實(shí)際測定以確定具體的變化規(guī)律或函數(shù)關(guān)系，以便輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行模擬測定。 等人曾給出有關(guān) 脫氣原油、飽和氣原油及地層原油的 粘度 計(jì)算關(guān)系式 ，因 其較為復(fù)雜 本文不再 詳 述。 壓縮系數(shù) （ 1）巖石 壓縮系數(shù) 巖石壓縮系數(shù)指由于壓力變化巖石空隙體積產(chǎn)生的變化率。 其 定義 式為： 1R dC dp??? （ 316） 其中 p 表示 壓力， ? 表示 孔隙度。 可以通過將上式進(jìn)行積分求得 RC 。 第 3 章 煙氣 驅(qū)工程模型 14 （ 2） 原油 壓縮系數(shù) 原油壓縮系數(shù)指單位體積的原油在壓力改變 1Mpa 時(shí)體積的變化率，其定義式為： 1 ()ooTo VC Vp??? ? （ 317） 因?yàn)橘|(zhì)量一定的原油