海上稠油多元熱流體吞吐增產機理室內實驗研究

張 偉，孫永濤，林 濤，馬增華，孫玉豹，劉海濤

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450）

多元熱流體熱采技術[1-3]是利用航天火箭發動機的燃燒噴射機理，以工業柴油（原油或天然氣）作燃料，同時向高壓燃燒室內注入高壓空氣及高壓水，燃燒產生高溫高壓的水蒸汽、CO2及N2氣等混合氣體，通過加熱降粘[4]、氣體溶解降粘[5-6]、氣體增壓、氣體擴大加熱范圍和減小熱損失來開采原油，達到提高原油采收率的目的。

1 降粘機理

1.1 加熱降粘

多元熱流體中的水蒸汽攜帶了大量的熱量，油層中原油加熱后粘度大幅度降低，流動阻力大大減小，通過室內試驗測定在不同溫度下南堡稠油與飽和天然氣南堡稠油粘溫曲線。南堡稠油與飽和天然氣南堡稠油的粘度與溫度的關系曲線（見圖1）。

圖1 南堡35-2 稠油與飽和天然氣稠油的粘溫曲線

由圖1 可見，隨著溫度的升高，南堡稠油和飽和天然氣南堡稠油的粘度逐漸降低，當溫度由56 ℃增至120 ℃時，稠油和飽和天然氣稠油的粘度降低了92 %以上。

1.2 氣體溶解降粘

通過PVT 實驗研究了氮氣、二氧化碳、二氧化碳+氮氣對稠油粘度的影響。在不同溫度下，飽和不同量二氧化碳或氮氣南堡稠油的粘度及對應飽和壓力分別（見圖2 和圖3）。

氣體在原油中具有一定的溶解性，在較高壓力下溶解于原油，降低原油粘度，由圖可見，二氧化碳較氮氣對南堡稠油粘度的影響顯著，飽和二氧化碳可使南堡稠油粘度降低50 %~90 %，氮氣為10 %~30 %。

2 降低界面張力作用

原油與多元熱流體的界面張力測定采用毛細管法，測定了56~240 ℃和5~20 MPa 條件下，油水（蒸汽）、氮氣和二氧化碳與南堡稠油之間的界面張力。

圖4 表明了氮氣、二氧化碳和水與稠油之間的界面張力變化，氮氣、二氧化碳和水與稠油之間的界面張力隨溫度升高而降低。二氧化碳與稠油之間界面張力要低于氮氣與稠油之間界面張力。

圖2 氮氣對南堡稠油粘度的影響

圖3 CO2 對南堡稠油粘度的影響

圖4 氮氣、二氧化碳和水與南堡稠油之間的界面張力隨溫度的變化

3 增能保壓機理

多元熱流體中大量氣體進入地層后形成氣腔，并隨著注入量的增加，氣腔逐漸增大，使液體被替換出來，由于氣體的導熱系數低，可以減少熱損失，同時氣體具有較大彈性，向地層注入氣體后可以較長時間維持和補充地層能量。實驗分別計算了油藏壓力為5 MPa（模擬開發中后期油藏）和10 MPa（模擬開發初期油藏）的油藏注入多元熱流體后，不同流體組分的增壓作用及氣腔平均壓力增高值（見表1）。

由表1 可見，在給定多元熱流體注入方案下，多元熱流體具有明顯的增壓作用，增壓貢獻大小順序為：氮氣＞蒸汽＞二氧化碳。在形成不同高壓氣腔時，氣腔內平均壓力可達0.2~2.0 MPa，增產效果明顯。而且，對低壓油藏（5 MPa）的增產效果更為明顯，這也表明，注多元熱流體也適用于油藏開發中后期或者低壓稠油油藏的增壓開采。

4 協同增產機理

采用具有4 個測溫點和2 個測壓點的多元熱流體高壓模擬實驗裝置，開展了南堡稠油和模擬特稠油注蒸汽吞吐、氮氣和二氧化碳吞吐、多元熱流體吞吐的模擬實驗，其中，實驗壓力均為10 MPa，燜井時間均為15 min。

由表2 可見，多元流體（蒸汽、氮氣和二氧化碳）對南堡稠油吞吐開采具有明顯的協同增產作用，多元流體增產油量是蒸汽吞吐與氣體吞吐增產油量之和的1.6 倍，原因在于多元流體吞吐過程中，蒸汽加熱降粘，而氣體除了降低稠油粘度外，還能為稠油提供驅動壓力。

表1 不同流體組分的增壓作用及氣腔平均壓力增高計算結果

表2 南堡稠油吞吐模擬實驗結果

5 小結

（1）多元熱流體所攜帶的熱量可有效降低南堡稠油的粘度，當溫度由56 ℃升至120 ℃時，稠油和飽和天然氣稠油的粘度降低了92 %以上。

（2）多元熱流體中二氧化碳較氮氣對南堡稠油粘度的影響顯著，飽和二氧化碳可使南堡稠油粘度降低50 %~90 %，氮氣為10 %~30 %左右。

（3）多元熱流體中非凝析氣體可以降低多元熱流體與稠油之間的界面張力，提高了多元熱流體的洗油效率。

（4）多元熱流體中非凝析氣體具有較大彈性，可以較長時間維持和補充地層能量，有利于提高蒸汽波及效率，提高蒸汽利用率。

（5）多元熱流體吞吐開采具有明顯的協同增產作用。

［1］ 呂立華，李明華，蘇岳麗.稠油開采方法綜述［J］.內蒙古石油化工，2005，（3）：110-112.

［2］ 郭龍.特超稠油油藏復合驅替機理研究［D］.中國石油大學，2008.

［3］ 楊兵，李敬松，祁成祥，石海磊，等.海上稠油油藏多元熱流體吞吐開采技術優化研究［J］.石油地質與工程，2012，26（1）：54-56.

［4］ 朱靜，李傳憲，辛培剛.稠油粘溫特性及流變特性分析［J］.石油化工高等學校學報，2011，24（2）：66-68.

［5］ 張躍雷，程林松，劉倩.稠油流變特性的基礎實驗研究［J］.特種油氣藏，2009，16（6）：64-66.

［6］ 張龍力，王善堂，楊國華，等.稠油二氧化碳降粘的化學機制研究［J］.石油化工高等學校學報，2011，24（2）：1-5.