【正文】 流速對出砂規(guī)律的影響 （ 1） 實驗方法 ① 選取 單 根填砂管； ② 填砂管基本參數(shù) 見 表 311； ③ 依據(jù)上述實驗步驟開展流速對出砂規(guī)律的影響實驗 ； ④ 記錄實驗數(shù)據(jù)，觀察實驗現(xiàn)象，分析流速對出砂規(guī)律影響的實驗結(jié)果 。 填砂管基本參數(shù)見表39，各組實驗的累積出砂量、臨界出砂壓力梯度等實驗結(jié)果見表 310。 原因分析：這主要是由于 孔隙度 高的儲層中，流體儲存空間大，膠結(jié)程度相對疏松，一定程度上含油飽和度也高，在開采過程中有利于流體的運移，使得儲層內(nèi)部的 自由顆粒 在稠油的粘滯沖刷作用下攜帶出地層，發(fā)生出砂現(xiàn)象。 （ 2）實驗結(jié)果 填砂管基本參數(shù)見表 37，出砂量與孔隙介質(zhì) 滲透率 的關系見表 3 圖 323 和圖 324 所示 。 б μ m2 ml砂粒標準偏差 原始水測滲透率 累積出砂量不同模型下的實驗參數(shù)不同參數(shù)的實驗數(shù)值模型J3: 水泥 加量,8ml模型J4: 水泥 加量,8ml模型J5: 水泥 加量,8ml 圖 322 不同 粒度組成 、相同水泥加量 模型 的實驗結(jié)果 圖 322 表明 ： 粒度 組成不同、水泥加量相同的 填砂模型 中， 出砂量 也 不同 ， 出砂量最多的是大顆粒組成的填砂模型， 同時標準偏差也較小的；其次是砂子粒徑大小混合 的填砂模型 中 ， 出砂量次之；而分選性較差、 粒徑 較小 的模型出砂量 最小 。 表 35 填砂管基本參數(shù) 編號 長度 cm 直徑 cm 水泥加量 ml PV ml 孔隙度 % 水測滲透率 μm2 J1 40 4 0 J2 40 4 4 J3 40 4 8 J4 40 4 8 J5 40 4 8 表 36 膠結(jié)程度對出砂量的影響實驗結(jié)果 編號 砂樣 標準偏差 б 水泥加量 ml 原始水測 滲透率 μm2 含油飽和度 % 累積出砂量 ml J1 0 J2 4 J3 8 J4 8 J5 8 備注：水泥加量不同（膠結(jié)程度不同）、 粒度 組 成 相同（ 砂樣 標準偏差相同）的填砂模型 J J J3實驗結(jié)果見圖 321。 綜上所述， 多種機理在砂子的運移過程中共同起作用，促使砂子隨流體共同流動到井底。 表 33 填砂管基本參數(shù) 編號 長度 ,cm 直徑 ,cm PV, ml 孔隙度 ,% 原始 滲透率 ,μm2 N1 40 4 N2 40 4 N3 40 4 N4 40 4 N5 40 4 表 34 出砂量與 原油粘度 實驗結(jié)果 編 號 原始 滲透率 μm2 Soil % 原油粘度 臨界出砂 壓力梯度 ,MPa/cm 臨界出砂 流速 ,ml/min 累積出砂量 ml N1 680 稠油冷采中出砂規(guī)律與提高采收率方法研究 20 N2 1535 N3 2800 N4 3500 N5 6500 在不同 原油粘度 下，累積出砂量、出砂后 滲透率 與累積注入量的關系 分析如下。 顆粒直徑，m m重量百分比，%產(chǎn)出砂原始模型砂樣 圖 36 低滲模型中產(chǎn)出砂 與模型內(nèi)部砂 樣 對比曲線 西南石油大學碩士研究生學位論文 19 顆粒粒徑，m m累積重量百分比，%模型內(nèi)砂樣產(chǎn)出砂 圖 37 低滲模型中 產(chǎn)出砂 與模型內(nèi)砂 樣的 累積分布對比曲線 從上述砂子粒度組成曲線、 粒度組成 累積分布曲線、實驗 數(shù)據(jù)以及實驗 現(xiàn)象綜合分析得出： 低滲模型產(chǎn)砂量較低，并且大部分產(chǎn)出砂 粒徑較小 ， 粗砂相對較少 。 圖 33 后續(xù)注水驅(qū)替后 的出口端示意圖 高滲模型 產(chǎn)出砂組成與 所填砂樣 組成對比分析實驗 結(jié)果見圖 34 和圖 35。 表 31 并聯(lián)填砂管基本參數(shù) 巖心類型 長度 ,cm 直徑 ,cm PV, ml 孔隙度 ,% 原始水測 滲透率 ,μm2 高 滲透 層 40 4 低 滲透 層 40 4 （ 2）實驗結(jié)果 并聯(lián)巖心 實驗 所得的 結(jié)果見表 32。 通過稱量填砂管濕重 2G ，計算填砂管的孔隙體積 pV 和孔隙度 ? ，具體公式如下： w12p ? GGV ?? （ 33） %100p ?? VV? （ 34） ③ 飽和原油 以 ，直至出口端不產(chǎn)水為止，記錄累計出水量（即為飽和油量 oV ）和流動壓差 oP? ，計算原始含油飽和度 oiS ，具體公式如下： %100pooi ?? VVS （ 35） ④ 出砂冷采實驗 流量由小到大，提高到某一排量時，開始 出砂 ，記錄臨界出砂壓力梯度；繼續(xù)提高流量， 并以 為一個計量段，收集排出砂液，記錄出砂量，直到幾乎不出砂只產(chǎn)油為止 ； ⑤ 根據(jù)實驗方案重新填砂 ，重復 實 驗步驟 ① ~④ ，記錄實驗數(shù)據(jù) ，分析稠油出砂冷采過程中 的 出砂規(guī)律與各影響因素的關系 。 實驗流程 分為 單管巖心流動實驗（圖 31）和并聯(lián)巖心流動實驗（圖 32）。在未打開油藏前，地層內(nèi)應力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) ， 打開油藏后， 近井地帶 的平衡被打破， 并且隨著開采 的進行，影響區(qū)域 逐漸向地層深部延伸 和擴展 ， 當巖石承受的應力超過自身的 抗剪切或者 抗壓強度，地層 結(jié)構(gòu) 發(fā)生變形或者 破壞 ，隨流體一起流動，從而造成 地層 出砂。對稠油出砂冷采后的儲層特征 和流體特性進行分析，討論如何進一步科學合理地開采地下原油，為后續(xù)深入的研究稠油油藏提高采收率技術(shù)提供參考。 圖 210 稠油 出砂冷采驅(qū)油 實驗 模型 稠油冷采中出砂規(guī)律與提高采收率方法研究 14 圖 211 稠油出砂冷采驅(qū)油模型 進 出口端示意圖 稠油出砂冷采技術(shù)的研究方法 稠油冷采中出砂規(guī)律的室內(nèi)研究方法 通過調(diào)研國內(nèi)外對于稠油出 砂冷采技術(shù)的室內(nèi)研究方法，綜合分析國內(nèi)外目前的研究進展和存在的問題，基于物理模擬的相似理論，設計制作出出砂冷采模型，開展巖心流動實驗，考慮了地質(zhì)因素和開采因素對出砂規(guī)律的影響，重點研究了儲層非均質(zhì)性、原油粘度、膠結(jié)程度、孔隙介質(zhì) 滲透率 、壓力梯度以及流速等因素對出砂規(guī)律的 具體 影響，在巖心流動實驗的基礎上，進一步對稠油出砂冷采過程中的出砂機理展開理論研究。 綜上所述，模型設計原理的總原則是安全方便、簡單實用、科學合理。 砂樣的粒度組成 鑒于稠油油藏的天然巖樣取心困難和加工受限，本文采用 新疆 克 拉瑪依油田稠油 油藏 采出砂 ，將其浸泡于煤油中、攪拌、沉降、過濾并沖洗到不含稠油為止，再將其取出放于烘箱內(nèi)烘干，為室 內(nèi)模擬實驗提供砂樣；將上述烘干的砂樣在振動篩上分離，并且做出其累積 組成分布曲線， 經(jīng)過洗油 后的砂樣 如圖 26 所示。牛頓流體的視粘度不隨剪切時間變化，而觸變性流體的視粘度隨著剪切時間增加而降低；與觸變性流體相反，震凝性流體的視粘度隨著剪切時間增加而增大。 表 22 油罐油視粘度、剪切應力與剪切速率的關系（ 35℃ ） 序號 剪切速率， s1 剪切應力， N/m2 粘度， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 一般來說，油層條件下的剪切速率為 ～ (參考大慶油田 )，此時油罐油粘度為 1535～稠油冷采中出砂規(guī)律與提高采收率方法研究 10 ，近井地帶的剪切速率更高，稠油粘度更低。油罐稠油在不同剪切速率下的剪切應力和視粘度實驗結(jié)果見表22，油罐稠油粘度與剪切速率的關系曲線見圖 23。其大小一般用剪切應力表示，簡稱切應力，即單位面積上所受的剪切力，記為 ? ；在剪切力作用下，流體各層之間發(fā)生相對位移，即產(chǎn)生剪切變形，其大小一般用剪切速率表示，即速度梯度，記為 ?? 。由此可見，流變現(xiàn)象也是一種力學現(xiàn)象。 對上述實驗結(jié)果進行擬和，用指數(shù)關系擬合 ， 相關系數(shù) 為 ，具體公式如下： 西南石油大學碩士研究生學位論文 9 ??? （ 21） 式中 μ— 原油粘度， ； t— 實驗 溫度， ℃ 。 實驗藥品 油樣的粘溫特性 本實驗稠油樣品 來源于 新疆克拉瑪依油田，見圖 21 所示。 本文研究的創(chuàng)新點 （ 1）在結(jié)合國內(nèi)外稠油油藏出砂冷采的特點，設計加工出了室內(nèi)研究稠油出砂冷采技術(shù)的填砂模型；并且通過巖心流動實驗，研究了稠油出砂冷采過程中的出砂規(guī)律； （ 2）稠油出砂冷采技術(shù)是一次采油，開采后地層中仍然滯留大量的剩余原油，針對這部分剩余原油，通過巖心流動實驗，探討了稠油出砂冷采后注 CO2 氣體進一步提高油藏采收率的方法研究。 工程上：缺少預測出砂量的合理方法，無法進行準確地優(yōu)化地層出砂量 和制定 合理的 開發(fā)方案 ，同時對于出砂冷采后的剩余油分布、儲層特征和流體特性等認識不足。同時也有學者針對注氣時機、注氣量、注氣壓力等開展進一步研究，不斷優(yōu)化現(xiàn)場開采工藝和理論，實現(xiàn)油藏開發(fā)的最佳效果。 2020 年，張紅梅在室內(nèi)開展了稠油油藏的 CO2 吞吐采油實驗和數(shù)值模擬，從而突破了 CO2 在稠油油藏中的應用，同時在一定程度上為轉(zhuǎn)換稠油開采方式的研究和應用提供了理論和礦場試驗依據(jù)[34]。由于當時 受到 氣源和壓縮機技術(shù)的 限制 ，使得該技術(shù)沒有很好 地 應用起來。 Simon在前人研究的基礎上， 針對多種不 同粘度的原油，進 行了 CO2溶解于稠油的室內(nèi)實驗研究 [31]。歸納國內(nèi)外對于稠油出砂冷采技術(shù)的研究成果見圖 11 所示。此外，西南石油大學的任勇碩士，針對稠油出砂冷采技術(shù)中的出砂規(guī)律建立了相應的數(shù)學模型。 2020 年 ， 孫來喜 對稠油出砂冷采技術(shù)的適用條件展開研究，得出稠油出砂冷采技術(shù)的關鍵是地層出砂所導致的蚯蚓洞和泡沫油 [21]。 并且通過對蚯蚓洞和泡沫油性能展開研究，通過物理模擬的研究，同時結(jié)合 數(shù)值模擬技術(shù) 來 研究 [14]~[17]。 上述這些原因都是 稠油出砂冷采技術(shù)在 超稠油 中 試驗成功 的因素 ， 進一步拓寬了稠油出砂冷采技術(shù) 在不同稠油油藏中 的應用，使得原來不能 動用 的稠油資源得以 開發(fā) 。s。 同時， 美孚石油公司 ， 通過 進一步的 礦場試驗， 充分地認識了 螺桿泵 在稠油出砂冷采中的優(yōu)勢和適應性， 并在 后續(xù)開發(fā) 的所有 稠油 出砂冷 采井中采用螺桿泵 進行抽提 開采 ，使得在 螺桿泵應用后， 稠油出砂 冷采井的 單井 產(chǎn)量上升更快， 并且使冷采井達到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的時間縮短到半年之內(nèi) ，實踐 證明了稠油出砂冷采是 一種經(jīng)濟有效的 稠油 開采方法。s，溶解氣油比較小，大約在 10~15m3/m3的范圍內(nèi) 。 20 世紀 80 年代初期，加拿大的一些小石油公司為了降低 稠油 的 開 采成本，提高稠油開采 的 經(jīng)濟效益，率先開展了稠油出砂冷采 技術(shù) 的探索性礦場試驗 ，并且，取得了意想不到的高產(chǎn)油量，隨后在各大石油公司中興 起，同時，提出了稠油“出砂冷采”技術(shù)的概念。 Lincoln F. Elkins 等作者研究的 油田 概況 如下： 發(fā)現(xiàn)于 1955 年 3月，儲層是未固結(jié)的砂巖 油藏，具有斷鼻 狀 構(gòu)造，面積 大約為 ， 原始地質(zhì)儲量約為 106m3， 油層 埋深 ，油層厚度較厚達 ， 原油粘度 高達 7500mPa并且這些稠油油藏呈現(xiàn)出高孔隙度、高 滲透率 、膠結(jié)疏松的地質(zhì)特征，以及原油粘度高、密度大、流動難的流體特點，使得開采難度加大。 為 此，本 文 在前人研究的基礎之上， 通過建立物理模型和選取 合理的實驗方法，對 出砂規(guī)律 及其 出砂冷采后進一步提高采收率 方法 展開探索性的 研究 。 從而 ，開 展理論研究，并 提出了稠油 “ 出砂冷采 ”技術(shù) 的概念 [1]~[2]。但是，對于稠油出砂冷采技術(shù)中的出砂規(guī)律和后續(xù)提高采收率研究仍然處于探索和完善之中，有待深入研究。同時，在認識出砂規(guī)律的基礎上，進一步開展了后續(xù)注 CO2 提高采收率實驗研究，分別考察了注入量、注入壓力以及注入方式對提高采收率的影響實驗。 論文的具體研究分為兩部分，即實驗研究和機理研究。摘 要 近年來，稠油出砂冷采技術(shù)（ CHOPS）已經(jīng)以其高產(chǎn)油量和低采油成本受到石油工業(yè)界的廣泛關注和認可，礦場配套工藝也已日趨完善和成熟。實驗研究基于物理模擬的相似理論，設計制作了稠油出砂冷采驅(qū)油物理模型，研 究 分析 了實驗所用 油樣的粘溫 特性 、流變特征以及砂樣組成，確立了本文的室內(nèi)研究方法。 最后，綜合上述實驗研究成果，結(jié)合國內(nèi)外稠油出砂冷采技術(shù)的理論研究現(xiàn)狀，分析了稠油出砂冷采 技術(shù)中 的出砂機理、出砂提 高采收率機理以及稠油出砂冷采后注 CO2 提高采收率機理，為后續(xù)的研究提供參考。 問題的提出及