蒸汽驱油三维比例物理模拟实验技术要求.pdf

i cs 7 5 . 1 8 0 . 9 9 e 1 0 备案号:1 1 7 3 -1 9 9 8 中华人民共和国石油天然气行业标准 s y/ t 6 3 1 1 es 一 1 9 9 7 蒸汽驱油三维比例物理模拟 实验技术要求 t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s o f s t e a m fl o o d i n g t h r e e - d ime n s i o n a l s c a l e d p h y s i c a l m o d e l l i n g e x p e r i m e n t 1 9 9 7 - 1 2 - 3 1 发布 1 9 9 8 - 0 7 - 0 1 实施 中国石油天然气总公司发布 sy/ t 6 3 1 1 - 1 9 9 7 目次 前言 ， ” “ “ ” “ “ “ ” ” “ “ ” i v 1 范围 ， ” 。 ， ” 二 “ ， ” “ 一 ， . “ ” ， ， ， 二 1 2 引用标准 “ “ ” ” “ “ ” ” “ “ ， 1 3 定义 . ” . “ ” ， “ ， “ “ . “ ， “ ” . “ “ 二 工 4原理 ，.补 ，.一，.， ， ，- ，. ，. 介 ， ，.， 林 “ ” ， 一1 5 材料 ” ” “ ” “ “ ， ” ” “ ” 二 1 6 装置 ， “ . ， ， ， ” 。 ， “ 2 7 实验程序 “ ” “ 4 8 实验报告 ” ” ” ” ” 6 附录 a( 标准的附录)蒸汽驱油三维比例物理模拟实验基础数据表 ( 格式)， 一8 附录 b( 标准的附录)蒸汽驱油三维比例物理模拟实验相似准则 9 附录 c( 标准的附录)蒸汽驱油三维比例物理模拟实验蒸汽干度配置计算 ， 1 1 附录d ( 标准的附录)实验报告封面、首页格式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 s y/ t 6 3 1 1 -19 9 7 前言 注蒸汽热力采油是开采稠油的有效方法.蒸汽驱油三维比例物理模拟实验技术随着稠油开采技术 的提高而不断发展已成为研究热采机理、制定开发方案的重要手段之一。 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验技术，目前还没有一个统一、科学可行的标准.为满足科研生产 需要，便于国内国际间的学术交流。特编制本标准。 本标准的附录 a、附录b 、附录 c 、附录 d均为标准的附录。 本标准由油气田开发专业标准化委员会提出并归口。 本标准由 辽河石油勘探局勘 探开发 研究院负责 起草. 本标准主要起草人万仲谋陈永患关文龙。 中华人民共和国石油天然气行业标准 s y/ t 6 3 1 1 -1 9 9 7 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验技术要求 t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s o f s t e a m f l o o d i n g t h r e e - d i m e n s io n a l s c a l e d 曲y s i c a l m o d e l l i n g e x p e r i m e n t 范围 本标准规定了蒸汽驱油三维比例物理模拟实验方法及技术要求。 本标准适用于蒸汽驱油三维高压比例物理模型、低压比例物理模型及真空比例物理模型的模拟实 2 引用标准 下列标准 所包含的条文，通过在本标准中引用而 构成为本标准的条文.本标准出 版时， 所示版本 均为有效。所有标准都会被修订，使用本规标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性 s y / t 5 3 3 6 -1 9 9 6 岩心常规分析方法 s y / t 6 1 0 7 -1 9 9 4 储层岩石热物性参数的测定 3 定义 本标准采用下列定义。 3 . 1 蒸汽驱物理模型 用来观察和研究油藏蒸汽驱过程中所发生的现象和规律的模型。 3 . 2 比例物理模型 满足几何条件、运动条件、动力条件相似的物理模型， 3 .3 高压比例物理模型 使用与原型相同或相近的孔隙介质及流体，运行压力高于 。 .3 mp a的比例物理模型 3 .4 低压比例物理模型 使用与原型相近或不同的孔隙介质及流体运行压力在 0 . 1 -0 . 3 mp a之间的比例物理模型. 3 . 5 真空比例物理模型 使用与原型不同的孔隙介质及流体，运行压力小于 0 . 1 mp a的比例物理模型。 4 原理 将油藏条件和参数应用相似准则变换，得到一套模型控制参数，在此基础上设计建造与原型相似 的物理模型，进行蒸汽驱油物理模拟实验，将实验数据及实验现象整理分析，研究蒸汽驱油机理及规 律，指导油田开发生产。 5 材料 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验主要实验材料见表 1 . 中国石油天然气总公司1 9 9 7 - 1 2 - 3 1 批准 1 9 9 8 - 0 7 - 0 1 实施 1 s y/ t 6 3 1 1 -1 9 9 7 表 1 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验主要实验材料 模 型高压比例物理模型低压比例物理模型真空比例物理模型 模型砂石英砂 石英砂或玻璃珠 玻璃珠 模型油原油或精制油原油或精制油精制油 模型水燕馏水燕馏水蒸馏水 ( 加人乙二醇) 6装皿 6 . 1 高压比例物理模型实验装置 高压比例物理模型实验流程见图 1 . 1 _7 k 源;2 , 3 -高压计量泵;a -燕汽发生器;s -模型本体;6 - - 1玉力容器;7 一 烈乌 电偶; 8 -压力传感器;9 -数 据采集器;1 0 -1令 凝器;i l词压调节器;1 2 -产出液收集器 图1 蒸汽驱油三维高压比例物理模型实验流程图 6 . 1 . 1 蒸汽注人装置 a ) 水源; b )高压计量泵; c ) 蒸汽发生器。 6 . 1 . 2 模型装置 a )压力容器; b ) 模型本体:根据相似原理及实验条件设计。 6 . 1 . 3 温度压力监测装置 a ) 数据采集 器; b ) 热电 偶; c ) 压力 传感器 6 . 1 . 4 采液装置 a ) 冷凝器; b )回 压调节器; c ) 产出 液收集器. 6 . 2 低压比例物理模型实验装置 低压比例物理模型实验流程见图2 2 sy/ t 6 3 1 1 -1 9 9 7 1 -水源;2 . 3 - 搞 压计量泵;4 - - -p水器;5 -焦汽发生器;6 -饱和油容器;7 -恒温器; 8 - 旗 型本体;9 一 二 上 下盖层;1 0 -保温套;1 1 一教据采集器;1 2 -热电偶;1 3 -h ; 力传感器;1 4 -冷凝器; 1 5 -沪: 出液收集器;1 6 ，气源;1 7 - 习 玉力定值器;1 8水浴 图 2 蒸汽驱油三维低压比例物理模型实验流程图 6 . 2 .1 燕汽注人装置 a 水源; b )高压计量泵; c ) 蒸汽发生器; d ) 热水器; e ) 恒温器; f)饱和油容器. 6 . 2 . 2 模型装置 a )模型本体:根据相似原理及实验条件设计; b )上下盖层; c )热水浴; d )保温套. 6 . 2 . 3 加压装置 a )气源; b ) 压力定值器。 6 .2 . 4 温度压力监测装置 a )数据采集器; b )热电偶; c ) 压力传感器. 6 . 2 . 5 采液装置 a ) 冷凝器; b )产出液收集器。 6 . 3 真空比例物理模型实验装置 真空比例物理模型实验流程见图3 . 6 . 3 . 1 蒸汽注人装置 a ) 水源; b )高压计量泵; c )蒸汽发生器; 3 s y / t 6 3 1 1 - -1 9 9 7 d ) 恒温水浴; e ) 饱和油容器; 0混合器 1 -水源;2 . 3 -高压计量泵;4 -国温水浴;5 -汽发生器;6 -饱和油容器;7 -t 昆 合器;8 -模型本体; 9 - 月 氏温箱;1 0， 数据采集器;1 1电偶;1 2 - - l 玉 力传感器;1 3 一产出液收集器;1 4 真空阱 图3 蒸汽驱油三维真空比例物理模型实验流程图 6 . 3 . 2 模型装置 a ) 低温箱; b ) 模型本体:根据相似原理及实验条件设计 6 . 3 .3 温度压力监测装置 a ) 数据采集器; b ) 热电偶; c ) 压力传感器。 6 . 3 . 4 采液装置 a ) 产出液收集器; b )真空阱。 7 实验程序 7 . 1 实验准备 7 . 1 . 1 确定油藏基础数据及工艺条件，记人附录a ( 标准的附录)表 a1 中。 7 . 1 . 2 根据模型类型及实验研究内容选择相似准则，相似准则的选取见附录 b( 标准的附录) 7 . 1 . 3 设计相似比例模型，首先确定相似因子 ( 原型与模型的长度比) ，然后根据填人表 a1 中的油 藏原型数据，应用相似准则计算模型实验参数，计算结果填人附录 a ( 标准的附录)表a2中 7 . 1 . 4 根据实验要求，确定模型砂的种类及粒度组成，配制模型用砂，按 s y/t 5 3 3 6测定模型砂 渗透 率，做为 模型的 平均渗透率，按s y / t 6 1 0 7 测定模型砂的 热物性参数 。 7 . 1 .5 根 据实验参数 要求配制模型 油， 测定模型 油的粘温数据 . 7 . 2 实验步骤 7 . 2 . 1制备模型 a ) 将模型 井、热电偶、压力 传感器布置到 实验方案设 计位置; b ) 模型内 壁均匀 徐上环氧树脂，与模型砂胶结，防止流体沿边界窜流; c ) 将 模型 砂均匀 填人 模型 ，边装填边振动，使模型砂紧密装填; d ) 将 氮气注人 模型， 在注汽压力下密封试压 7 . 2 . 2 饱和水 4 sy/ t 6 3 1 1 - 1 9 9 7 a )启动加压系统对模型加围压，使模型处于实验要求的围压下，真空模型抽真空; b ) 将c o : 注人模型，置换出 空气，连接抽空流程，抽真空， 达到真空度要求; c ) 将模型 水在负 压下吸人模型，记录饱和水的体积; d )根据模型本体体积和饱和水体积计算模型孔隙度 0 一 节“ 1 0 0 . 一 “ “ “ 一” ” “ “ “ .() 式中: 叻 - 一 仔 l 隙 度，%; v x 饱和水体积，c m : v 一 一 滩 莫 型本体体积，c m . 7 . 2 . 3 饱和油 可采用下述两种方法饱和油，造束缚水。 a ) 根据计算的模型含油饱和度，将油、水以 相当 于油藏初始饱和度下的比例混合注人模型，当 模型产出口收集的油水比和注人端的油水比接近时 ( 误差小于 1 %) ，为达到饱和油的要求; b ) 将模型油由 井孔注人模型，由其他井孔或泄流孔收集产出 液，切换饱和油人口，直到各收集 孔连续出油不出水或含油率达到 9 9 . 9 %时;记录饱和油量、驱出水量，求模型初始含油饱和度及束 缚 水饱和度 【 见式 ( 2 ) ，式 ( 3 ) ; v s =二 弃 x 1 0 0 vm _ v 4, - v x v “ 1 0 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ) 二 . “ 二 . ” ”. ， 二“ “ 一 3 ) 式中:s.;初 始含油饱和度，%; v o 一 一饱 和 油 体 积 ， c m ; ; 心 - - -g 型 孔 隙 体 积( 即 饱 和 水 体 积 ) ， c m ; s 二 一 一 长 隶 缚水饱和度，%; c ) 如模型油粘度高直接饱和困 难，应预先将模型 油加热降 粘 7 .3 建立模型初始温度场 7 .3 . 1 高压、低压比例物理模型通过注人循环水向模型本体传热或饱和热油直接加热模型本体，将 模型本体加热到实验设计初温。 7 .3 . 2 真空物理模型通过对模型制冷降温，达到实验设计初温。 7 .3 . 3 模型初始温场应均匀、各布点温差不大于 1 c. 7 .4 蒸汽驱替 7 .4 . 1 湿蒸汽采用过热蒸汽与恒温水配置而成，蒸汽干度配置计算见附录c ( 标准的附录) 。 7 .4 . 2 设置注汽参数，包括注汽压力、温度、速度 7 .4 . 3 蒸汽与水混合后进人旁路，混合均匀后关闭旁路，打开模型井进日阀门，进行汽驱，当注汽 压力高于蒸汽饱和压力时打开旁路泄流，记录泄流量。 7 .4 . 4 利用微机采 集模型不同位置温 度、压力数据，采集数据存盘。 7 .4 .5 设置采样时间，保证每个样品收集量不超过样品收集器量程 5 s y/ t 6 3 1 1 -1 9 9 7 7 . 4 . 6 实验中，瞬时油汽比下降到 0 . 1 5时，结束驱替实验。 7 . 4 . 7 实验结束后，按以下顺序清洗模型，以备下次实验使用 a )用二甲笨或环己烷清洗，计量残余油; b ) 用丙酮溶液清洗甲 苯或环己 烷溶 液; c ) 用 蒸馏水清洗丙 酮溶液; d )用空气吹千模型 7 . 4 . 8 根据实验油品枯度及油水乳化程度的不同，采用下述一种方法或几种方法，将油水分离并计 量油水产量. a ) 产出液静止放置一段时间，使油水自 然分离; b ) 采用离心机分 离油水; c )加人破乳剂分离油水; d ) 加人二甲 苯或环己烷，充分摇动， 使油水完全溶解，应用比色分析技术， 计量油水量 ( 适用 于高压比例物理模型用真实原油情况) 。 7 . 5 实验数据整理 7 . 5 . 1 蒸汽注人i以当 量水体积计a，计量泵注人体积减去旁路泄流体积即为蒸汽注人量，记录无 水采油时间、热水突破时间、燕汽突破时间. 7 . 5 . 2 记录每个时间段的注汽量、产液量以及分离后的油水产量;计算累积注汽量、累积油汽比、 采出程度及最终采收率，数据按表2格式记录. 表 2 注汽压力 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验注采记录 ( 格式) mp a ;注汽干度 %;注汽速度 ml / mi n ;出口压力mp a 序号 时 间 m m 注 汽 t m l 旁路泄流t 山 l 产液t m l 产油量 ml 油汽比 ( o s r )$ ki 采出 程度 % 瞬 时累 积瞬 时累积瞬 时累积 瞬 时累 积瞬时累积瞬时累积瞬 时累 积 7 . 5 . 3 根据实验研究的具体内容.将产油量、采出程度、 隙体积或注汽时间关系绘制成实验曲线。 7 .5 . 4 将实验中不同阶段的温度、压力数据处理成温度场、 累积油汽比、含水率等数据与蒸汽注人孔 压力场. 8 实验报告 实验结束后，编写实验报告，实验报告应包括物理模型建立、实验图表及实验结果分析。 a )物理模型建立包括实验方案设计、相似准则选取、实验材料 ( 模型砂、模型油、模型水)制 备; b )实验图表包括实验温场图、压力场图、实验曲线、实验基础数据表，见附录 a ( 标准的附 6 sy/ t 6 3 1 1 - 1 9 9 7 录)与蒸汽驱油三维比例物理模拟实验注采记录表格式 ( 见表 2 ) ; c ) 实 验结果分析包括驱替特征、驱替效果分析及实验方案对比和优选; d )实验报告封面及首页格式见附录d ( 标准的附录) . 7 sy/ t 6 3 1 1 -19 9 7 附录a ( 标准的附录) 燕汽驱油三维比例物理模拟实验基础数据表 ( 格式) 表 ai 油藏原型参数 序号 名称 数 据一 序号名称数 据 1 油层深度 m 束缚水饱和度 % 2 注采井距 m 一 汽驱残余油饱和度 % 3 油层厚度 m一 洛解气油比 m 3 / m 4 地层倾角 ( “) 1 2 脱气油密度 9 / c m 3 5 初始油层压力 m pa 油层温度下脱气油粘度 mpa一 s 6 有效孔隙度 % 1 4 油层岩石热容量 k j / ( m - ) 7 绝对渗透率 l o - j im , 1 5 油层岩石导热系数 w/ ( m“) 8 含油饱和度 % 一 一 1 6 地层水矿化度 m g /l 表a2 模型参数 序号名称数 据序号名称数据 t 注 采 并 距 m 1 出口 压力 m pa 2 油层厚度 m 含油饱和度 % 3 模型初温 8 模型油密度 9 / c m 3 4 有效孔隙度 % 9 模型油粘度 mpa“ s 5 绝对渗透率 1 0 - 3 u m , 模型水粘度 m p a “ s 一8 s y/ t 6 3 1 1 -19 9 7 附录b ( 标准的附录) 燕汽驱油三维比例物理模拟实验相似准则 根据描述蒸汽驱物理过程的物理方程及初始、边界条件，应用方程分析或因次分析方法，推导出 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验相似准则.依据不同的比例物理模型及所进行的具体实验研究内容选 取相似准则，所选取的主要相似准则应能确定出蒸汽注人率、时间比例、注采压差、渗透率、蒸汽干 度、油粘度等模拟参数。表 b l 列出了典型文献中蒸汽驱油三维比例物理模拟实验的相似准则. 表 b 1 蒸汽驱油三维比例物理模拟实验相似准则 模拟参数高压比例物理模型低压比例物理模型真空比例物理模型 a p a p a p g l 么 e 如g l a p g l t 兄 t o p . c . l 之 t tp p , c , l $ p ,不z 或 ,p a s p 一瓦 于 m m p . c . 久 o l mp , cw 人l m p ,c , 。 m p w 三 兰 叻a sz , l一 a . l k 或 二 p a k a p g l p o c . 拜 。 又 。 k a p g l p , c , p , 文 r k a p g l p , c成 k a p g l p ,h c - 4 月 。 又 r 动 八，一 p o i xx x r c a t w ， ，( x r + c a t ) p .oa s 一 - 二 二 - - 成 二 - - - - 一 - 止 二 - - 二 止 二 cw a t 一p , c , a t p o产 。 p o p , c w x p , p sr p , p , x p , p o 表中:c , ,一 一 讨之 的比 热容， k j / ( k g ) ; c 。 一一 袖的比热容，k 7 / ( k g ) ; c ,一一岩石的比热容，k j / ( k g ) ; 8 - 重 力 加 速 度， m / s 2 ; k 一 一 渗透 率 ， 1 0 - 3 p m 2 ; l 一 一谁 主 采井距， m ; m-a量流量，k g / s ; i -汽化潜热，k j / k g ; t 一 一 旧寸 间，5 ; x 一一焦汽干度，%; p w 一 一 水密 度 ， g / e m ; p o ，一月由 密度，g / e m ; 9 s y/ t 6 3 1 1 - 39 9 7 p , 一 一 嘴 彭 石密度，9 / c m 3 ; p . - 焦汽 密 度 ， g / c m 3 ; a . - 袖导热系 数，w/ ( m“ ) ; y 一一岩石导热系数，w/ ( m“ ) ; e j- ， 生产 压差，mp a ; a p - m 水 密 度 差 ， g / c m 3 ; a s 一 一 可动油饱和度，%; a t 一一温度差，; g o - 袖粘度。 m p a “ s ; n蒸汽粘 度， m p a “ s ; ip tl 隙度，%. -1 o 5 y/ t 6 3 1 1 -19 9 7 附录c ( 标准的附录i 燕汽驱油三维比例物理模拟实验 燕汽千度配里计算 c1 原理 湿蒸汽采用过热蒸汽与恒温水混合配置而成，过热蒸汽焙与热水烙之和等于 模型 人口 处的 湿蒸汽 焙与混合人口至模型人口之间的热损失之和。 c 2 热损失确定 把蒸汽管路与绝热层做为圆筒壁考虑散热，忽略轴向热损失，则径向热损失为: 2 1 r l ( t : 一1 . )