【正文】 研究的基礎(chǔ)之上， 通過(guò)建立物理模型和選取 合理的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì) 出砂規(guī)律 及其 出砂冷采后進(jìn)一步提高采收率 方法 展開(kāi)探索性的 研究 。 我國(guó)石油資源中稠油資源儲(chǔ)量也較豐富，主要是陸上稠油和瀝青資源，大約占石油總資源量的 20％左右。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(dòng)難的流體特點(diǎn)，使得開(kāi)采難度加大。同時(shí)，研究表明我國(guó)很大一部分稠油油藏不適合熱采，而稠油出砂冷采技術(shù)是被實(shí)踐證明了的高效開(kāi)采稠油新技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)稠油出砂冷采技術(shù)的研究與完善稠油出砂冷采技術(shù)的理論，對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源開(kāi)發(fā)的可持續(xù)性和稠油開(kāi)采技術(shù)的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備有著重要的意義。 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(chǔ)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(chǔ)量約為 106m3， 油層 埋深 ，油層厚度較厚達(dá) ， 原油粘度 高達(dá) 7500mPa油田 開(kāi)采初期，不管采用 何種 完井方式，幾乎所有的 油井中 產(chǎn)出液的含砂 濃度都 高達(dá) 10%50%，后來(lái)下降為 %2％ ， 到 1970 年 9 月累積產(chǎn)油 量為 105m3，然而，此時(shí)油田的 采出程度僅 為 % ，天然水驅(qū) 油藏 最終采收率小于 5％。 20 世紀(jì) 80 年代初期，加拿大的一些小石油公司為了降低 稠油 的 開(kāi) 采成本，提高稠油開(kāi)采 的 經(jīng)濟(jì)效益，率先開(kāi)展了稠油出砂冷采 技術(shù) 的探索性礦場(chǎng)試驗(yàn) ，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(shí)，提出了稠油“出砂冷采”技術(shù)的概念。 Celtic 油田 的基本資料如下： 油層有效厚度 35m， 油層的 原始地層壓力 ， 原始 油層 滲透率2μm2， 油層 孔隙度 33%，地層原油粘度 3000mPas，溶解氣油比較小，大約在 10~15m3/m3的范圍內(nèi) 。 為了進(jìn)一步驗(yàn)證地層出砂對(duì)產(chǎn)量帶來(lái)的影響，通過(guò)達(dá)西定律 計(jì)算徑向流條件下該油田的單并產(chǎn)量 ，理論計(jì)算值 僅為 m3/d， 彈性驅(qū)采收率小于3 % ， 其值只有實(shí)際產(chǎn)量的 10%左右，采收率也只有礦場(chǎng)生產(chǎn)的 20%左右。 同時(shí)， 美孚石油公司 ， 通過(guò) 進(jìn)一步的 礦場(chǎng)試驗(yàn)， 充分地認(rèn)識(shí)了 螺桿泵 在稠油出砂冷采中的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)性， 并在 后續(xù)開(kāi)發(fā) 的所有 稠油 出砂冷 采井中采用螺桿泵 進(jìn)行抽提 開(kāi)采 ，使得在 螺桿泵應(yīng)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(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的時(shí)間縮短到半年之內(nèi) ，實(shí)踐 證明了稠油出砂冷采是 一種經(jīng)濟(jì)有效的 稠油 開(kāi)采方法。 該油藏 孔隙度 高達(dá) 34 %，厚度 1114m，氣油比 ， 地層 條件下 原油粘度 為 202055000 mPas。 稠油出砂冷采井的含砂量也是由 初期 高 含砂量達(dá) 40％ 50%左右 ， 到一年后的 %%， 最終 穩(wěn)定下來(lái)。 上述這些原因都是 稠油出砂冷采技術(shù)在 超稠油 中 試驗(yàn)成功 的因素 ， 進(jìn)一步拓寬了稠油出砂冷采技術(shù) 在不同稠油油藏中 的應(yīng)用，使得原來(lái)不能 動(dòng)用 的稠油資源得以 開(kāi)發(fā) 。 先后對(duì) 21 口井進(jìn)行了礦場(chǎng) 試驗(yàn)，持續(xù)了三年半的時(shí)間，油井的實(shí)際產(chǎn)量是理論計(jì)算值的幾十倍到上百倍，同時(shí)對(duì)稠油出砂冷采后的油井進(jìn)行示蹤劑監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，油井出砂后形成了大量的滲流通道 — “蚯蚓洞”網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)達(dá) 幾百 米 ， 孔道直徑大約在 幾個(gè)到十幾個(gè)毫米左右，這些蚯蚓洞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)提高油井產(chǎn)量起著十分重要的左右。 并且通過(guò)對(duì)蚯蚓洞和泡沫油性能展開(kāi)研究，通過(guò)物理模擬的研究，同時(shí)結(jié)合 數(shù)值模擬技術(shù) 來(lái) 研究 [14]~[17]。 國(guó)內(nèi) 最先對(duì) 稠油出砂冷采技術(shù)的研究始于 1997 年 ， 率先在四大稠油開(kāi)采區(qū)之一的河南油田開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) [18]~[19]，并且取得了一定的現(xiàn)場(chǎng)成果，隨后推廣到其他各大稠油生產(chǎn)區(qū)。 2020 年 ， 孫來(lái)喜 對(duì)稠油出砂冷采技術(shù)的適用條件展開(kāi)研究，得出稠油出砂冷采技術(shù)的關(guān)鍵是地層出砂所導(dǎo)致的蚯蚓洞和泡沫油 [21]。 2020 年 ， 王正茂 基于 有效應(yīng)力原理 和 質(zhì)量守恒原理 ，通過(guò)建立數(shù)學(xué)滲流模型，得出了稠油出砂冷采技術(shù)的滲流機(jī)理 [23]。此外，西南石油大學(xué)的任勇碩士，針對(duì)稠油出砂冷采技術(shù)中的出砂規(guī)律建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。 近年來(lái)，中石油通過(guò)多年的研究， 將 稠油出砂冷采 技術(shù)應(yīng)用于 國(guó)外 所承包的蘇丹 6 區(qū) Fula 油田的開(kāi)采中， 并且初步取得了一定的現(xiàn)場(chǎng)效益 [25]。歸納國(guó)內(nèi)外對(duì)于稠油出砂冷采技術(shù)的研究成果見(jiàn)圖 11 所示。 國(guó)外對(duì)于注 CO2 提高采收率技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 40年代初，首先針對(duì)其相態(tài)展開(kāi)研究，并且在相態(tài)的基礎(chǔ)上開(kāi)展室內(nèi)研究，同時(shí)結(jié)合數(shù)值模擬 技術(shù) ，進(jìn)一步開(kāi)展礦場(chǎng)試驗(yàn)，并且不斷推廣應(yīng)用[26~29]。 Simon在前人研究的基礎(chǔ)上， 針對(duì)多種不 同粘度的原油，進(jìn) 行了 CO2溶解于稠油的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究 [31]。 Sankur 開(kāi)展了稠油油藏中注 CO2 氣體吞吐實(shí)驗(yàn)，并且 取得 了較好的效果，同時(shí)得出，隨著原油粘度的增加 ， CO2 氣體的 吞吐 采油 效果變差。由于當(dāng)時(shí) 受到 氣源和壓縮機(jī)技術(shù)的 限制 ，使得該技術(shù)沒(méi)有很好 地 應(yīng)用起來(lái)。 稠油出砂冷采技術(shù)的研究成果 出砂機(jī)理 蚯蚓洞機(jī)理 泡沫油機(jī)理 含砂稠油的流動(dòng)速度增加 高滲透率區(qū)域的擴(kuò)展 表皮效應(yīng)的消除 含砂流體的滲流通道 進(jìn)一步擴(kuò)展導(dǎo)致地層出砂 增強(qiáng) 稠油攜帶砂子的能力 溶解氣體的膨脹 孔道處對(duì)骨架的反向剪切和拖拽 對(duì)地層壓力衰減的阻抗 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 5 20 世紀(jì) 90 年代末，江蘇油田和吉林油田分別開(kāi)展了礦場(chǎng)注 CO2 吞吐試驗(yàn)，并取得了良好的增油效果。 2020 年，張紅梅在室內(nèi)開(kāi)展了稠油油藏的 CO2 吞吐采油實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，從而突破了 CO2 在稠油油藏中的應(yīng)用，同時(shí)在一定程度上為轉(zhuǎn)換稠油開(kāi)采方式的研究和應(yīng)用提供了理論和礦場(chǎng)試驗(yàn)依據(jù)[34]。同年 4 月，作者進(jìn)一步研究了江蘇油田斷塊稠油油藏注 CO2 提高采收率的方法和施工工藝，得出了現(xiàn)場(chǎng)施工的最佳參數(shù) [36]。同時(shí)也有學(xué)者針對(duì)注氣時(shí)機(jī)、注氣量、注氣壓力等開(kāi)展進(jìn)一步研究，不斷優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)采工藝和理論，實(shí)現(xiàn)油藏開(kāi)發(fā)的最佳效果。 綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)于 稠油出砂冷采 技術(shù)的研究 和 CO2提高采收率技術(shù)研究較多，并且取得了一定的成果， 然而， 對(duì)于稠油出砂冷采中出砂規(guī)律研究和 應(yīng)用 CO2作為 稠油出砂冷采后 進(jìn)一步提高采收率 的 方法 研究 卻鮮為報(bào)道 。 工程上：缺少預(yù)測(cè)出砂量的合理方法，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確地優(yōu)化地層出砂量 和制定 合理的 開(kāi)發(fā)方案 ，同時(shí)對(duì)于出砂冷采后的剩余油分布、儲(chǔ)層特征和流體特性等認(rèn)識(shí)不足。 本文的研究?jī)?nèi)容、研究思路及創(chuàng)新點(diǎn) 本文研究的內(nèi)容 本文研究的主要內(nèi)容如下： （ 1）調(diào)研國(guó)內(nèi)外稠油出砂冷采技術(shù)中的關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)本論文中稠油出砂冷采物理模型，委托石油儀器生產(chǎn)商制作；基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和稠油出砂冷采模型，確立本論文研究稠油出砂冷采的方法； （ 2）分析靜態(tài)脫氣 原油的粘溫特性和流變特征 ，通過(guò)流變儀和粘度計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；同時(shí)分析了稠油出砂冷采 所用 砂樣的粒度組成 和粒度分 布 ； （ 3）基于實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)藥品 和 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過(guò)物理驅(qū)油模型考察了地質(zhì)因素和開(kāi)采因素對(duì)出砂規(guī)律的影響 機(jī)理 ； （ 4）稠油出砂冷采技術(shù)是一次采油，該技術(shù)應(yīng)用后地層中剩余大量的原油，為此，進(jìn)一步開(kāi)展了稠油出砂冷采后注 CO2 氣體提高采收率技術(shù)研究； （ 5）基于上述大量的實(shí)驗(yàn)研究和理論調(diào)研，進(jìn)一步對(duì)稠油油藏出砂冷采 過(guò)程 中的出砂機(jī)理和提高采收率機(jī)理展開(kāi)研究。 本文研究的創(chuàng)新點(diǎn) （ 1）在結(jié)合國(guó)內(nèi)外稠油油藏出砂冷采的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，研究了稠油出砂冷采過(guò)程中的出砂規(guī)律； （ 2）稠油出砂冷采技術(shù)是一次采油，開(kāi)采后地層中仍然滯留大量的剩余原油，針對(duì)這部分剩余原油，通過(guò)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，探討了稠油出砂冷采后注 CO2 氣體進(jìn)一步提高油藏采收率的方法研究。 實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)溫度：通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外稠油出砂冷采技術(shù)應(yīng)用的油藏溫度， 確定本實(shí)驗(yàn)所選的油藏溫度為 35℃。 實(shí)驗(yàn)藥品 油樣的粘溫特性 本實(shí)驗(yàn)稠油樣品 來(lái)源于 新疆克拉瑪依油田，見(jiàn)圖 21 所示。 表 21 實(shí)驗(yàn)所用脫氣原油 粘溫 數(shù)據(jù) 溫度， ℃ 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 粘度 , 3347 1535 975 522 374 300 286 258 221 152 010002020300040000 20 40 60 80溫度 ， ℃粘度，mPa.s 圖 22 實(shí)驗(yàn)室脫氣原油粘溫曲線(xiàn) 圖 22 的粘溫曲線(xiàn)表明， 當(dāng)溫度較低時(shí)，隨著溫度的增加，原油粘度大幅度下降；當(dāng)溫度較高時(shí)，隨著溫度的增加，粘度降幅較小。 對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬和，用指數(shù)關(guān)系擬合 ， 相關(guān)系數(shù) 為 ，具體公式如下： 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 9 ??? （ 21） 式中 μ— 原油粘度， ； t— 實(shí)驗(yàn) 溫度， ℃ 。研究物體流變性的學(xué)科稱(chēng)為流變學(xué)。由此可見(jiàn)，流變現(xiàn)象也是一種力學(xué)現(xiàn)象。流變學(xué)所研究的是非牛頓流體的流動(dòng)和變形，是全面的，重點(diǎn)是流變狀態(tài)方程。其大小一般用剪切應(yīng)力表示，簡(jiǎn)稱(chēng)切應(yīng)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(duì)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 ?? 。由剪切應(yīng)力和剪切速率構(gòu)成的方程稱(chēng)為本構(gòu)方程或流變方程，它決定流體的結(jié)構(gòu)特性。油罐稠油在不同剪切速率下的剪切應(yīng)力和視粘度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表22，油罐稠油粘度與剪切速率的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖 23。當(dāng)剪切速率較低時(shí)，稠油的視粘度隨著剪切速率的增加而降低幅度 較大。 表 22 油罐油視粘度、剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系（ 35℃ ） 序號(hào) 剪切速率， s1 剪切應(yīng)力， N/m2 粘度， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 一般來(lái)說(shuō)，油層條件下的剪切速率為 ～ (參考大慶油田 )，此時(shí)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。 圖 23 為本實(shí)驗(yàn)室所用原油的粘度與剪切速率的變化關(guān)系。牛頓流體的視粘度不隨剪切時(shí)間變化，而觸變性流體的視粘度隨著剪切時(shí)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(shí)間增加而增大。 西南石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 11 時(shí)間 ， s原油粘度，mPa.s 圖 25 油罐油視粘度與剪切時(shí)間的關(guān)系 圖 25 可以得出 ，油罐油視粘度隨剪切時(shí)間的增加而降低，具有輕微的觸變性。 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(guò)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(shí)驗(yàn)提供砂樣；將上述烘干的砂樣在振動(dòng)篩上分離，并且做出其累積 組成分布曲線(xiàn)， 經(jīng)過(guò)洗油 后的砂樣 如圖 26 所示。 表 23 砂樣 粒度分布 砂子類(lèi)型 粒徑， mm 重量， % 粗砂 ～ 中砂 ～ 細(xì)砂 ～ 粉砂 ～ 泥質(zhì) 小于 粒度中值： ； 標(biāo)準(zhǔn)偏差 б： ；不均勻系數(shù) a： 7；分選系數(shù) S： 稠油冷采中出砂規(guī)律與提高采收率方法研究 12 粒徑，m m重量百分比，% 圖 27 粒度組成分布曲線(xiàn) 粒徑，m m累積重量百分比，% 圖 28 粒度組成累積分布曲線(xiàn) 實(shí)驗(yàn)儀器 （ 1）中間容器 ：江蘇省， 海安華達(dá)石油儀器廠制造； （ 2） RV600 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 和 Brookfield LVTD 型粘度計(jì) ： 美國(guó)制造 ； （ 3）壓力表 ： 量程 ，精度 ，燕山儀表總廠制造； （ 4）恒溫烘箱 ： HW－ IIIA型， 耐溫可 達(dá) 300℃ ，海安華達(dá)石油儀器廠 制造 ； （ 5） 電子天平：量程 ，精度 ，天津天馬儀器廠 制造 ； （ 6）流變儀為 哈克旋轉(zhuǎn)流變儀 RS600： 上海金山化工孵化器發(fā)展有限公司 制造； （ 7） HLB10/40 型恒流泵 ： 工作壓力量程 在 范圍 ； （ 8）二氧化碳鋼瓶：成都市新都區(qū)正蓉氣體有限公司提供； （ 9） 溫度計(jì)、量筒 、 燒杯 、手動(dòng)泵、回壓閥等實(shí)驗(yàn)儀器 。 綜上所述，模型設(shè)計(jì)原理的總原則是安全方便、簡(jiǎn)單實(shí)用、科學(xué)合理。 稠油出砂冷采模型的實(shí)物圖 稠油出砂冷采模型設(shè)計(jì)的剖面圖，見(jiàn)圖 29。 圖 210 稠油 出砂冷采驅(qū)油 實(shí)驗(yàn) 模型 稠油冷采中出砂規(guī)律與提高采收率方法研究 14