热采物理模拟技术

1主要内容2●物理模拟：能够将油藏的有代表性部位的井组缩小为几百分之一，花很少的钱和时间，重复实验，可以相对来说不模糊地答复如果采取这种或那种开发方案及工艺将会有怎样的结果。物理模拟的价值在于它可以描述油藏及注蒸汽作业参数的作用和规律。对设计的各种方案能提供定性的及半定量的预测，对制定开发方案有重要的指导作用。3●物理模拟的作用

★用物理模拟可以直接观测到注蒸汽采油过程中的许多复杂的物理化学变化。★物理模拟最主要的优点是为数学模型定标，提供必需的参数。★当数模不能正确地表达采油过程时，物模就成为数学模拟的一个重要的助手。★物理模拟不能满足所有的相似标准。456●三个阶段★二十世纪五、六十年代—着重研究蒸汽驱油机理因素—油层中传质传热根本规律★七十年代—着重研究蒸汽驱油工艺参数设计影响—特殊油藏〔大倾角、底水层油藏、超稠油〕进行注蒸汽开发效果研究★八十年代—着重研究改善注蒸汽开发效果，提高采收率78注蒸汽物理模拟主要模型●蒸汽—水模型〔非相似〕★研究孔隙介质中蒸汽－水的驱动〔蒸汽带移动和扩展〕★研究温度分布和流动形态，获得传热参数★研究在理论模式中所作的简化和假定的影响★研究流体力学，饱和度和温度的分布★评价蒸汽前缘的稳定性和重力超覆作用特点：制作、操作和解释都比较简单。9注蒸汽物理模拟主要模型●单元模型〔主要是单管模型〕★研究注蒸汽过程中及采用化学添加剂时岩石与液体间的相互作用和化学反响★研究研究蒸汽驱油机理及液体和热分布★进行注蒸汽添加化学剂的筛选与评价特点：模型制作简单、操作方便，研究目的针对性强。10注蒸汽物理模拟主要模型●相似和半相似模型〔两维或三维模型〕★研究那些数值模拟不易解答的参数影响〔含水层、倾角、非均质或油层中遮挡层等的影响〕★研究注蒸汽采油的全过程，为数模定标，提供参数★研究油藏地质因素及工艺参数的影响★预测蒸汽吞吐、蒸汽驱的动态等特点：用途最多、作用最大，但模型制作和操作相对费时费力。11121314★稠油PVT相态特性研究设备稠油PVT相态平衡装置用于研究稠油-气体二相体系的相态平衡关系和组分运移特性,亦可测定多相体系在相态平衡下的流体特性.该套设备同样适应于稀油体系的PVT特性研究。—测定气体在原油中的溶解度—平衡状态下原油〔含气〕的比重、粘度测定—平衡状态下原油体积系数的测定—注气体原油膨胀实验及混相压力测定〔温度可达250℃,压力达16.0MPa〕15★高温高压原油蒸馏研究装置原油蒸汽蒸馏机理是热力采油方法提高采收率的主要机理，而目前蒸汽蒸馏机理的研究还属空白，为了完善热采实验室各种研究手段,热采所自行设计委托加拿大Hycal石油公司加工了原油注蒸汽蒸馏模拟装置，该套装置可研究多孔介质中原油的蒸汽蒸馏机理〔工作温度为:350℃，压力:20MPa〕16近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究17近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究●研究内容★研究尿素分解的规律★研究尿素分解后对原油的降粘效果★筛选高温泡沫剂〔发泡性、稳定性、热稳定性、与地层水配伍性及调剖能力〕★热水添加尿素提高驱油效率研究★蒸汽添加尿素及泡沫剂提高采收率研究18近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究图1岩心驱油效率实验流程示意●19近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究●研究结果★热水添加尿素提高驱油效率研究驱替方式含油饱和度%驱替PV数实际测定值驱油效率，%残余油饱和度，%热水驱70.11073.818.4热水+15%尿素69.31079.214.4热水+30%尿素69.61080.313.7热水添加尿素提高驱油效率实验结果〔200℃〕20近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究●研究结果21近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究●结果分析热水中添加尿素进行驱替时，尿素浓度分别为30%和15%，驱油效率提高了6.5%和5.4%,剩余油饱和度降低了4.7%和4.0%，且其采油速度也比热水驱明显增高；在0.25PV、0.5PV和1.0PV时，驱油效率比纯热水驱分别提高了19.9%、17.2%和13.4%，随着注入PV数的增大，其提高驱油效率的幅度变小；热水中添加尿素驱替时，其压差曲线及驱油效率和驱替PV数关系曲线特征具有蒸汽驱的驱替特征。22近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究●研究结果★蒸汽添加尿素及泡沫剂提高采收率研究驱替方式岩心号So，%ED，%Sor，%采收率，%蒸汽驱1

67.6

70.120.272.3265.823.1379.014.2蒸汽+尿素469.174.817.476.4569.221.3683.111.7蒸汽+泡沫+尿素7

69.1

87.88.488.2888.18.2988.67.923近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究24近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究25近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究26近期主要研究成果

增效蒸汽驱现场应用27近期主要研究成果

增效蒸汽驱现场应用28近期主要研究成果

增效蒸汽驱现场应用●典型井例

G51110井组是古城油田BQ10区中部的一个汽驱井组，于2000年底按三个段塞进行增效汽驱的施工工艺，在实施后，G51299井组汽驱效果得到了改善，压力场分布均匀。对应生产井日均产油量由汽驱前的13.7t/d提高到18.0t/d，汽驱油汽比由0.67提高到1.49,采注比由2.72提高到5.33，增油1856吨,见到了较好的开发效果。29近期主要研究成果－增效蒸汽驱现场应用

●典型井例L6404井是一口特稠油井，随着吞吐轮次的增加，产量逐渐降低，从第三周期开始出现递减，幅度在20%左右；2000年11月该井在第五周期实施吞吐增效，周期日均产油量止住了下滑势头，周期平均日产油量由上周期的3.41吨/天提高到4.95吨/天。一周期实施见效后，地下出油环境得到改善，后续周期继续受效，第六、七周期的日均产油量达4.26吨/天和4.67吨/天，一周期实施，多周期受效，该井累计增油853吨。30近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究及现场应用注蒸汽添加尿素提高开发效果的机理★原油粘度降低溶液：原油反应前粘度mPa.s反应后粘度mPa.s降粘率%50℃40℃50℃80℃50℃1：9348136091549174.655.52：834812588922.7152.873.53：7348130371166156.966.531近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究注蒸汽添加尿素提高开发效果的机理★降低剩余油饱和度，提高驱油效率室内研究结果说明：热水中〔蒸汽驱过程的热水带〕添加尿素，产生的氨使油－水界面张力降低，岩心剩余油饱和度降低4～4.7个百分点，驱油效率提高5.4～6.5个百分点。

32近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究注蒸汽添加尿素提高开发效果的机理★增加地层弹性能量室内研究及现场应用结果说明：蒸汽吞吐、蒸汽驱中添加尿素，不仅能够降低稠油粘度，提高驱油效率，而且尿素在高温下反响产生的大量气体，能够增加弹性驱动能量，提高回采水率，一周期实施，多周期受效。33近期主要研究成果

增效蒸汽驱物理模拟研究注蒸汽添加尿素提高开发效果的机理★改善蒸汽涉及体积实验研究及现场应用证明：在注蒸汽开发过程中，添加尿素和泡沫剂既能够改善低渗透层的吸汽剖面，又能降低油层的剩余油饱和度，具有提高驱油效率和扩大蒸汽涉及体积的双重成效。3435●研究内容—CO2吞吐开采机理★稠油—CO2二元体系PVT特性★CO2对蒸汽吞吐后油藏原油的降粘效果★CO2/原油膨胀实验★注CO2吞吐对油-水相对渗透率的改善★CO2吞吐开采对驱油效率的影响36●CO2气体—稠油PVT特性研究

不同温度、压力条件下溶解度测试结果60℃90℃120℃150℃0000017.466.515.564.53211.7710.428.877.44315.1813.3811.469.58417.8215.7613.6411.57520.3217.9915.7113.46温度溶解度m3/m3压力，MPa37●CO2气体—稠油PVT特性研究

不同温度、压力条件下含气油粘度测试结果温度粘度mPa.s压力，MPa60℃90℃120℃150℃01734321.190.437.211497294.185.335.921277255.777.533.831118311.270.131.34994.9201.567.728.95854.1185.859.826.138●CO2气体—稠油PVT特性研究

不同温度、压力下原油体积膨胀系数测试结果温度膨胀系数压力，MPa

60℃90℃120℃150℃01.02961.05731.07831.104911.04671.06341.08251.112121.05401.06681.08571.113731.05481.06951.08921.117841.05651.07191.09161.120551.05971.07101.09381.123539●CO2气体—稠油PVT特性研究

CO2在水中的溶解度〔单位：cm3/g〕压力MPa温度，℃354050751002.512.9511.629.716.825.37522.2120.3517.2512.5910.187.527.8425.8122.5317.0014.561029.1327.8125.6320.6117.6712.5/28.7126.77//1530.5223.3927.6424.5822.732031.8330.7429.1426.6625.6930//31.3429.5129.5340●CO2气体—稠油PVT特性研究

高33168井组原油溶解CO2后的粘度〔60℃〕脱水原油含水原油（含水率：45%）压力，MPa粘度，mPa•s降粘率，%压力，MPa粘度，mPa•s降粘率，%01734/03299/1149713.671121563.172127726.362918.872.153111835.523708.778.524994.942.624609.481.625854.150.745435.286.8141●CO2气体稠油膨胀实验研究

注入CO2/原油不同摩尔比时油藏流体压力—相对体积关系42高33168井组原油驱替实验结果驱替方式饱和度Krgoiw※(Krwo)SwiSoiSor60℃CO2驱，1.0MPa0.2760.7240.4430.0665100℃CO2驱，1.0MPa0.3210.6790.3770.0696150℃CO2驱，1.0MPa0.3470.6530.2860.074560℃CO2驱，0.5MPa0.2520.7480.4640.68260℃CO2驱，1.0MPa0.2760.7240.4430.066560℃CO2驱，2.0MPa0.2830.7170.4270.051860℃CO2驱，4.0MPa0.2820.7180.4100.048160℃水驱0.2560.7440.4320.066760℃饱和CO2的水驱0.2500.7500.3030.083643温度对油－气相对渗透率的影响44压力对油－气相对渗透率的影响回压＝.05MPa回压＝1.0MPa45压力对油－气相对渗透率的影响回压＝2.0MPa回压＝4.0MPa46水中溶解CO2对油－水相对渗透率的影响47●现场应用效果分析★2002～2003年在冷42块、锦45块进行CO2改善蒸汽吞吐效果矿场试验6井次，吞吐方式采用两种：－蒸汽吞吐周期末注CO2，降低地层原油粘度，延长生产周期，提高周期回采水率。－先注CO2，接着注蒸汽混合注入方式。48试验井CO2吞吐采油试验参数设计表施工井号原油粘度mPa·s油层厚度m累产油t注入量t焖井d注入方式吞吐方式锦45-25-19311024.65795807环套反注CO2锦45-024-155110325965907环套反注CO2锦45-30-242769726.815974807油管正注CO2+蒸汽冷37-75-5942043044.7160215012油管正注CO2+蒸汽冷37-33-5841800030.5220214012油管正注CO2+蒸汽冷43-64-5582400251193415010油管正注CO249二氧化碳吞吐现场试验效果表试验井号注入量t注入时机CO2吞吐生产与上轮蒸汽吞吐比较累产油t累产水m3天数d增油t油汽比提高目前生产液/油锦45-25-19394蒸汽吞吐末1614112722010730.48118/5锦45-024-15598蒸汽吞吐末57839916917040.61812/4锦45-30-24282CO2+蒸汽114024222852700.07冷37-75-594120CO2+蒸汽10576201307000.25冷37-33-584140CO2+蒸汽9021201203250.18冷43-64-558158536常规生产井50●现场应用效果分析★从CO2改善蒸汽吞吐效果现场试验结果看，总体上到达了延长生产周期、提高周期回采水率、提高油井驱动能量目的，CO2改善蒸汽吞吐效果也十清楚显。★冷42块CO2气体改善蒸汽吞吐效果试验井，延长生产周期一般为100天，提高回采水率在24%～30%；对于注汽压力高，难以进行正常注蒸汽的油井，注CO2后可以使油井正常注汽。51●现场应用效果分析★锦45-25-193井动液面由措施前的915m上升到

876m，且日产液比措施前提高了的一倍；★锦45-024-155井动液面由措施前的918m上升到836m；锦45块试验井注CO2后油井的动液面提高40～80m，供液能力较措施以前有较大幅度提高，延长生产周期一般为150～180天，提高回采水率在30%以上。52●现场应用效果分析★

2002年CO2吞吐采油9井次，累计注入CO2

938t，累计产油4836t，增油3500t，换油率

5.15t/t，投入产出比1：2.9。★其中冷42块、锦45块现场试验6井次，注入

CO2692t，累计产油4036t，增油3000t，换油率5.92t/t，投入产出比1：3.44

535455典型井分析—锦45-25-193井

56●现场应用效果分析该井2003年1月进行第七轮蒸汽吞吐，注入蒸汽2334t，比第六轮减少170t。按锦45块蒸汽吞吐周期产量和油汽比的递减规律，第七周期的周期产量预计为750t，油汽比为0.363，至2003年10月，第七轮蒸汽吞吐已生产280天，累计产油2021t，产液3709t，油汽比已达0.851，周期产量和油汽比有明显的提高。与第六轮蒸汽吞吐比较已增产原油1073t，提高油汽比0.481，CO2吞吐采油量+第七轮目前的累计产油量已到达3650t，为前六轮蒸汽吞吐产量的70%，CO2改善蒸汽吞吐效果十清楚显(见以下图)。目前，该井日产液12t，日产油5t。57●现场应用效果分析

58●现场应用效果分析★典型井分析—冷37-75-594井〔CO2+蒸汽吞吐)周期注汽参数周期生产情况注汽时间压力MPa注汽量t生产天d累产油t累产水m3油汽比回采水率%12000.51401643024610.2132.922001.220851439159090.4443.632001.1214/16273067385.1637.90.1423.4冷37-75-594井蒸汽吞吐生产数据表59●现场应用效果分析2002年5月，先注CO2120t,再注蒸汽进行第四轮蒸汽吞吐,至目前已累产油1057t，较上周期已增产700t，CO2改善蒸汽吞吐效果明显〔见以下图〕，60二、现场应用效果分析★经济效果评价投入本钱主要包括油井作业费C1，注入设备租用费C2，CO2单位本钱费C3。总本钱C=C1+C2+C3×注入量(v)销售收入〔M〕=原油价格〔P〕×周期产油量〔N〕盈利〔F〕=M-C根据目前市场情况，以上参数取值：油井作业费：C1=25000元/井次注入设备费：C2=25000元/井次CO2单位本钱费：C3=1100元/吨原油价格：P=850元/吨61二、现场应用效果分析2002～2003年实施CO2气体吞吐现场应用试验6井次CO2吞吐采油总体经济评价表CO2吞吐采油效果改善蒸汽吞吐效果投入产出比注入量t总成本万元累产油t收入万元换油率t/t增油t减少注汽量t68299.740363435.9240008701：6.8462●开发潜力分析★中油股份公司的稠油、特超稠油储量丰富，主要开采方式为蒸汽吞吐，但随着吞吐轮次增加，地层压力下降、地下存水多、蒸汽吞吐已到经济极限。★目前辽河有相当一局部蒸汽吞吐井为无效井或已关停。★一局部深层稠油由于埋藏太深，蒸汽吞吐效果差。★强水敏稠油油藏，蒸汽吞吐油井出砂严重，不适合蒸汽吞吐开采。6364

●二氧化碳开采原油的机理★原油膨胀机理—轻质油中溶解CO2之后，体积一般要加大1.3～1.7倍。—重质油中溶解CO2后，体积一般要加大1.03～1.3倍。留在油层中的剩余油与膨胀系数成反比

65

●二氧化碳开采原油的机理★原油粘度下降机理—在原油中溶解二氧化碳会使原油粘度明显降低。—原油粘度降低比对稠油的流度比影响更大。这是很有意义的结果，它说明在开采稠油的过程中，适当地参加CO2，能有效地改善原油在地下的某些物理特性，降低原油在油层中的渗流阻力，获得与加热降粘同样的效果。

66

●二氧化碳开采原油的机理★溶解气驱机理—

注入二氧化碳后，当进行吞吐时压力下降，气体从溶液中析出，有助于以溶解气驱机理形式采油。

—在泡点压力以上，流体的压缩性较小，但当低于泡点压力时，油藏流体的相对体积迅速变大

。

对于稠油，当压力低于其泡点压力时，溶解在原油中的气体以微气泡的形式存在而不易脱出，即形成泡沫油，这对稠油实现CO2吞吐开采是非常有利的。

67

●二氧化碳开采原油的机理★乳化液破乳，即解堵机理—蒸汽吞吐后期的井，由于长期的蒸汽吞吐，造成井底周围的原油含水率较高，并严重乳化,原油粘度大幅度升高，溶解CO2后，降粘效果更为显著。

—流体溶解CO2使界面张力从原油与蒸馏水间的

28.4mN/m降到原油与碳酸水间的14.5mN/m

。

68

●二氧化碳开采原油的机理★油、水相对渗透率曲线特征的改善—CO2在水中的溶解,对油水相对渗透率曲线特征起到很好的影响,使最终剩余油饱和度有较大幅度的降低.水中溶解CO2后，水的粘度增大、碳酸水能与岩石中的一些成分发生反响及降低油水界面张力，从而降低了剩余油饱和度。

69●稠油蒸汽吞吐后期转CO2吞吐采油机理特点：★对于蒸汽吞吐后期的稠油油藏,除了上述共性的机理外,还有自己的特点,由于高轮次的蒸汽吞吐,原油发生严重的乳化,粘度大幅度上升,当注入CO2吞吐时,CO2溶解于原油和水中,一方面使乳化液破乳降低粘度,改善近井地带原油的流动性;另一方面,溶解在油及水中的CO2脱出,形成泡沫油,进一步降低了油的粘度,并增加了弹性驱能量,同时,相对渗透率的有利改善也是蒸汽吞吐后期转CO2吞吐提高开发效果的重要机理。7071●地层存水对注蒸汽驱油效率的影响★实验装置岩心装置为橡胶筒外压密封，岩心外围压力为5.0MPa。岩心选自肯基亚克油田6009井，孔隙度：(Ю-Ⅰ:27.4%、Ю-Ⅱ:29.8%)；原油为1332井和1355井。★实验方法实验方法严格按照行业标准〔SY/T6135—1997〕“稠油油藏驱油效率测定方法〞规定执行，模拟水驱油藏时，采取岩心饱和好油后，再用地层水驱替油，模拟所要求的含水〔含油〕饱和度。岩心可重复使用，每项实验完毕，用环己烷清洗。72●地层存水对注蒸汽驱油效率的影响

73●地层存水对注蒸汽驱油效率的影响

74●地层存水对注蒸汽驱油效率的影响

75●地层存水对注蒸汽驱油效率的影响

76●地层存水对注蒸汽