油藏岩石热物理性质测试.pdf

大 庆 石 油 学 院 学 报 J OuRNAL OF DAQI NG PETROLEUM I NS TI TUTE 第 3 3卷 第 5期 2 0 0 9 年 1 O月 V0 1 3 3 No 5 Oc t 2 0 0 9 油藏岩石热 物理 性质测试 李 继 山 胜利油 田有限责任公司 地质科 学研 究院 山东 东营2 5 7 0 1 5 摘要 石油热采过程 中 油藏岩石传热行为复杂 在油藏温度与压力条件下 通过实验分析油藏压力 岩石孔隙度 含水饱和度等参数与岩石导热系数关系 探讨油藏 内传热特点 根据含水饱和度 孔 隙度 关系 提 出油 藏岩石导热 系数的 经验公式 结果表 明 影 响油藏 岩石导热 系数 的参数是孔 隙度和含水饱 和度 热采 过程中 油藏中导热机制以岩石一油 水三相体系为主 油藏岩石导热系数越大 热能传输越快 油藏热波及效率越大 关键词 导 热系数 油藏压力 孔隙度 含水 饱和度 热波及效率 中图分类号 TU4 3 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 0 1 8 9 1 2 0 0 9 0 5 0 0 2 3 0 4 0 引言 在稠 油 热采 过程 中 岩 石 导热性 能 在数 模计 算 和工 程 设计 中影 响 注 汽 量 注 汽 速度 和 最 终 采 收率n 需要 准确 确定 油藏 条 件下岩 石 的导 热性 质 稠 油 油 藏 的岩 心 疏 松 取 心 困难 在 大 多数 情 况 下 油 藏 总是 三相系统 岩石相 油相和水相 甚至是 四相系统 岩石相 油相 水相 和气相 油藏岩石热传导受制于多 种因素L 2 目前对油藏岩石导热系数 的实验研究多是单相饱和流体条件下的结果 并且相关经验公式 计算复杂 没有考虑温度 压力对导热系数的影响口 不适应于所有油藏岩石 在油藏温度和压力下 分析 油藏岩 石孔 隙度 含 水饱 和度 和 油藏 压力 等参 数对 岩石 导 热 系数 的影 响 并 提 出相 关 的经 验公 式 能够 为 稠油热 采参 数设 计 和热采 工 程设计 等 提供 实验 数据 和理 论 依据 1 实 验 1 1 材 料 胜利 油 区临南 油 田模 拟地层 水 临南 油 田模 拟油 温 度 为 5 O 黏 度 为 1 5 5 mP a S 胜 利 油 区 临 南油 田下第 三 系沉 积岩 1 2设备 及原 理 常规岩 心驱 替 流程 T C P r o b e 热导 仪 美 国 P r i c s公 司 生产 导热系数测试采用线性热源 即电热丝通 以电流产生热能 测试时 先加热样品温度 待温度分 布均匀后 向电热丝通 以恒定电流 通过热电偶测试电热丝温度上升 记录温度变化 根据冷却过程 中温 度衰 减 计算 导热 系数 即 一 4n 铬 T t T 2 一 1 式 中 为导热系数 q 1 为单位长度 的加热功率 t t t 分别为记 录时刻 T t T t 分别为记录时刻 的 温 度 1 3方法 将 岩心洗 油 烘干 抽 真空 饱 和地层 水 测试 岩 心孑 L 隙度 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 2 审稿 人 范洪 富 编辑 任 志平 基金项目 中石化科技攻关项 目 P 0 7 0 7 1 作者简介 李继 山 1 9 7 2 一 男 博士 主要从事 油气 田开发方 面的研 究 大庆石油学院学报 第 3 3卷2 0 0 9年 1 饱水岩心导热系数 导热 系数 2 风 干岩 心导热 系数 下 测试 岩心 导热 系数 将 饱 和水 的岩 心放入 导热 系数 实验 装置 在实 验温 度 和压 力条 件下 测 试岩 心 将 饱 和水 的岩 心风干 后放 入导 热系 数实 验装 置 然 后在 实 验温 度 和压 力条 件 3 岩石 一气 一水 系 统导 热 系 数 将 饱 和 水 的岩 心 放 在 室 内干燥 处 干燥 时 间不 同 含 水 饱 和 度 不 同 将不同含水饱和度的岩心放人导热系数实验装置 在实验温度和实验压力条件下测试岩心导热系数 4 岩石一油一水系统导热系数 将饱和水 的岩心风 干 放入烘箱干燥 稳态油驱水 地层水稳态驱 替 以调整岩心含水饱和度 将不同含水饱和度的岩心放入导热系数实验装置 在实验温度和实验压力条 件 下测 试岩 心导 热 系数 2 岩石 导热特性 导热系数除了受 固一液两相导热系数 比值和介质孔隙度影响外 还受孔隙分布 排列方式和流体分布 模式的制约 不管介质孑 L 隙中充满气还是饱 和水 裂隙在不同程度上构成热量传递的壁垒E 9 1 s 油藏岩石 导热 系数 主要取 决 于油藏 岩石 矿物 成分及 油水 在油 藏孔 隙 中的分 布 在具 有相 同或 相 似岩 石相 的 油藏 体 系中 油藏孔隙度和含水饱和度 含油饱和度是影响热量传递的重要 因素 含水 含油反映油藏组成成分的 变化 孔 隙度 反 映孔 隙对 油藏结 构 的贡献 2 1油藏 压力 压力每增加 1 0 k P a 岩石导热系数增加百分之几 因此在油藏压力下岩石导热 系数与常压实验结果 有 一定 差异 风 干致 密低 渗岩 心和饱 水致 密低 渗岩 心 在 1 2 MP a测得 的导 热 系数与 常 压下 测试 结 果见 表 1 实验增 压方 式是 轴 向增压 实 验温度 为 7 5 表 1 砂岩岩心在等轴压力下的导热 系数 1 0 4 8 7 l 8 7 注 1 一 生 云 X 1 0 0 为 砂 岩 岩 一 1 M P a 时 的 导 热 系 数 2 为 砂 岩 岩 心1 2 o M P a 时 的 导 热 系 数 为 孔 隙 度 由表 1可见 与 0 1 MP a 下 测试 结果 相 比 岩心 在 1 2 0 MP a 下 的导热 系数 均增 加 增压 在饱 水 岩心 上引起 的导热 系数增 值 比风 干岩心 小 此 外 增 压使裂 缝 闭合 岩心 导热 系数 急剧 增加 压 力使 岩 石致 密 岩石颗粒趋于紧密排列 部分裂隙趋于封闭 增强岩石颗粒传热效果 导热系数增加 在油藏条件下岩石 的导 热 系数 比常压 下 的测试 结果 高 因此后 续实 验 的油藏压 力 为 1 2 0 MP a 2 2 孔 隙度 不同孔隙度岩心导热系数测试结果见表 2和图 1 其中 为风干岩心 的导热系数 为饱水岩心的 导热系数 测试温度为 7 5 测试压力为 1 2 0 MP a 由表 2和图 1可见 岩石导热系数 随孑 L 隙度增加而 降低 孔隙是热量传递 的壁垒 孑 L 隙度越大 导热能力越差 岩石导热系数越小 将风干岩心孑 L 隙度与导热系数的关系拟合为 3一一 1 0 6 9 1 n 4 6 4 4 2 相对误 差 为 0 2 5 5 9 1 将饱水岩心孑 L 隙度与导热系数 的关系拟合为 4一一 0 7 8 7 1 n声 4 3 4 1 3 24 化 似 6 2 8 捣 岩 岩 岩 砂 砂 砂 粉 粉 粉 缝 裂 鼹 水 饱 第 5期 李继 山 油藏岩石热物理性质测试 相 对误 差 为 0 4 5 3 4 9 表 2 风干和饱水状 态下砂岩岩心导热 系数 岩心号 岩性 3 w m K 一 A 4 W m K 1 2 泥质粉砂岩 粉砂岩 泥质砂 岩 粉砂岩 细砂 岩 泥质粉砂岩 砂岩 中砂 岩 7 1 2 8 5 9 l 2 9 5 1 5 3 5 l 8 3 0 2 0 7 5 2 5 9 3 31 75 2 6 1 5 2 3 5 1 1 8 4 4 1 5 5 1 1 4 3 7 1 3 8 4 1 1 9 5 1 0 0 7 2 8 4 3 2 5 8 2 2 3 1 5 2 1 8 1 2 O 6 7 2 0 1 2 1 8 1 0 1 5 6 5 8 0 8 9 2 O 3 2 8 9 3 0 5 3 1 2 3 4 0 3 5 7 注 2 一 l D 0 为风干和饱水状 态下砂岩岩心 0 1 MP a时的导热系数 为风干和饱水状 态下 4 砂 岩岩心 1 2 0 MP a时的导热系数 孔 隙度 对 油藏 岩石 传热 的影 响还 与孔 隙形 状 尺 寸 分 布规 律 排 列方 式 及 孔 隙 的 连通 性 等 因素 有关 口 这 种 相 关 性取 决 于油 藏岩 石 的微 观 结 构 具 有 很 大 的随 机 性 孔 隙度与 岩石 导 热 系 数 对 数 相 关 系 数 并 不 是 1 0 0 但 是 相 对 误差 小 于 6 已经达 到 工程要 求 与 风干 状态 相 比 饱水 岩 心 导 热 系 数 较 高 风 干 岩 心 测 试过 程 中 岩 心 中为 气相 气 相 导 热 系数 l 1 为 0 0 2 W m K 饱 水 岩 心 中 水 相 导 热 系数 为 0 6 7 W m K 导热性能优 于气体 的导热性 能 相对 于气相 水 往往 是浸 润流 体 优 先 附着 在孔 隙表 面 尤其 是在 岩石 颗粒 接触 点附 近 粘 附 的水 能改 善该 处 的导 热 形 成 大热 流 液 桥 从 而 降低 岩石 颗 粒 之 问 的 热 阻 因此 岩 心 饱 水 状 态 导 热 系数要 比风 干状 态 的高 以 表 征岩心 在饱 水状 态 和风 干状 态 下导 热系数 的 差 异 与 岩心 孔 隙度 的关 系见 图 2 由图 2可 见 随 岩 心孑 L 隙度增 加 而增 加 t 0 f L 隙度越 大 饱水 岩心 的导热 能 力增 加越 多 鲁 鼎 垛 加 图 1 O 4 O 3 0 2 O 1 拟合 结果 为 一 0 20 4 1 n 一 0 3 27 4 0 相对误 差 为 2 9 1 1 1 2 5 2 3含水 饱和 度 实 际 油藏 中 岩石 孑 L 隙并 未被水 完 全饱 和 孔 隙中还 富 集 油 气 构 成岩石 一油 一水 或 岩 石 一油 一 气 一水 等 三相 四相 系统 分 析 含 水 饱 和 度 S 含 油 饱 和 度 对 岩 石 油 一 水 系统 和岩 石 一气 一水 系统 的导 热 系数 的影 响 岩 心 物 性实 验参 数 和结果 见表 3和 图 3 实 验温 度 为 7 5 由图 3 可见 油藏岩石导热系数随含水饱和度增加而增加 无论是 表 3 岩心物性参数 0 g 曲 3 O 油藏岩 石导 热 系 数随孔 隙度 变化 曲 线 图2 砂 岩孔隙度与 相关性 O 2 O 4 0 6 0 8 0 1 0 0 S 图 3 含 水饱和度对岩心导热 系数的影响 O 5 O 5 O 5 O 3 2 2 l l O 大庆石油学院学报 第 3 3卷2 0 0 9年 岩石一水一气体系还是岩石一油一水体系 导热系数与含水饱和度关系可用线性关系拟合 对 岩石 一水 一气 体 系 有 5 0 0 1 8 2 S 0 9 2 7 5 相对误 差 为 0 7 1 3 6 4 对岩石一油 一水体系 有 6 0 0 1 5 5 S 1 3 4 7 6 相对 误差 为 0 2 6 1 4 8 实验 结果表 明 岩心 导热 系数 随含水 饱 和度线 性增 加 在相 同的含水 饱和 度下 岩 石 一油 一水 体 系 的 导热系数总是大于岩石一气一水体系的导热系数 在相 同的含水饱和度下 原油的导热能力大于气体的导 热能力 岩石一油一水体系的导热系数较大 所得拟合公式误差小于 5 可以用于相应油藏岩石导热系 数的计算 3 结 论 1 油藏岩石导热系数应在油藏温度和压力条件下 饱和油藏流体 油藏地层水 油藏原油 岩心测得 实际油藏岩石导热系数要 比常压下测试结果 的高 2 孑 L 隙度对饱水岩心导热系数的影响与风干岩心有相同的影响规律 孔隙度越大 导热系数越小 岩 心饱水状态导热 系数要 比风干状态高 3 对于岩石一水一气体系和岩石 一油一水体系 油藏岩石导热系数随孔隙含水饱和度增加而增加 4 建立 的经验 公式 结构 简单 相对 误差 小 于 6 适 用 于胜利 油 区稠油 热采 的工程 设计 和效果 预测 参考文献 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 布尔热 J 苏赫尤 P 贡 巴努尔 M 热力法提高石油采收率 M 北京 石油工业 出版社 1 9 9 1 刘扬 王志国 刘 晓燕 油藏多孔介质中蒸气 流动 与传热机理研究 J 大庆石油学 院学报 2 0 0 8 3 2 2 5 6 5 8 S a x e n a t N S As l a m C M Gu s t a f s o n S E E f f e c t i v e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f l o o s e g r a n u l a r ma t e r i a l s J J P h y s D Ap p 1 P h y s 1 9 8 6 1 9 1 6 2 5 1 6 3 0 Go l d s mi t h H J Ke r r i e E D P a p a z ia n V P r o b e s f o r me a s u r i n g t h e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f g r a n u l a r ma t e r i a l s J J P h y s E S c i I n s t r u m 1 9 8 1 1 4 1 1 4 9 1 1 5 2 Ab u Ha md e h N H Me a s u e me n t o f t h e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f s a n d y l o a m a n d c l a y l o a m s o i l s u s i n g s i n g l e a n d d u a l p r o b e s J Ag r i c En g i n e e r i n g Re s 2 0 0 1 8 0 2 2 0 9 2 1 6 Ame p a l l i D N D e v e n d r a N S A g e n e r a l i z e d p r o c e d u r e f o r d e t e r mi n i n g t h e ma l r e s i s t i v it y o f s o i l s J I n t e ma t i o n a l J o u r n a l o f Th e ma l S c i e n e e s 2 0 0 4 4 3 4 3 5 1 P r i c s公司 T C P r o b e t m 热导仪操作手册 R 美国 P r i c s 公司 2 0 0 2 Re e c e C F E v a l u a t i o n o f a l i n e h e a t d i s s i p a t i o n s e n s o r f o r me a s u r i n g s o i l ma t r i c p o t e n t i a l J S o i l S c i S o c A m J 1 9 9 6 6 0 1 0 2 2 1 0 2 8 Z i mme r ma n R W Th e r ma l c o n d u c t i v i t y o f f l u i d s a t u r a t e d r o c k s J J P e t r o l e u m S c i e n c e En g i n e e r i n g 1 9 8 9 3 3 2 1 9 2 7 B r u c k e r K A Ma j d a l a n i J E f f e c t i v e t h e r ma l c o n d u c t i v i t y o f c o mmo n g e o me t r i c s h a p e s J I n t J He a t Ma s s Tr a n s f 2 0 0 5 4 8 2 3 2 4 4