稠油井過熱蒸汽高溫驅油地面模擬實驗

朱 平 宋秉忠 趙冬輝 王軍華

1河南油田分公司石油工程技術研究院2河南油田分公司采油一廠

稠油井過熱蒸汽高溫驅油地面模擬實驗

朱 平1宋秉忠1趙冬輝2王軍華2

1河南油田分公司石油工程技術研究院2河南油田分公司采油一廠

利用某油田LZ27井區L32421井Ⅲ6原油，巖心為該井285.5～288.8m井段的巖心，進行溫度為60、160、260℃的水驅及260℃的蒸汽驅和320℃的過熱蒸汽驅（過熱度為60℃）實驗。實驗表明：相同溫度下，蒸汽驅的驅油效率明顯高于同溫度的熱水驅；由于蒸汽汽的蒸餾作用強，過熱蒸汽驅驅油效率好于蒸汽驅。注入PV數小于0.5時，隨注入體積增加，驅油效率增大，殘余油飽和度降低幅度較大；當注入PV數大于1.0時，兩者變化較小，所以注入流體應控制在1.0 PV以內。

稠油井；巖心；過熱蒸汽；模擬實驗；驅油效率；殘余油飽和度

在稠油蒸汽驅室內實驗研究方面，遼河油田研究院采用的蒸汽溫度在260～280℃之間。在現場應用過程中，蒸汽進入井底時一般都是熱水—濕蒸汽狀態，熱效應作用范圍比較局限。過熱蒸汽驅物理模擬實驗裝置可模擬采用更高的蒸汽溫度（370℃）進行熱水驅、蒸汽驅和過熱蒸汽驅的實驗。近年某油田開展了稠油井過熱蒸汽高溫驅油地面模擬實驗的研究工作。

1 實驗設計

實驗設備由蒸汽發生器、高精度計量泵、壓力傳感器、氣動閥、回壓控制閥及溫度控制檢測系統等組成。

蒸汽發生器的研發是關鍵的環節之一。由于該套裝置設計驅替溫度為370℃，為國內首創，目前大部分生產廠家均沒有設計、生產該規格蒸汽發生器。

該油田在CRZF—02型蒸汽發生器的基礎上研發的裝置其應用溫度高達320～370℃，可滿足實驗中的高溫高壓要求。

溫度控制檢測系統是全套裝置的重點部分之一，該系統的測試精度和穩定性直接影響到實驗結果的可靠性及實驗數據精度。用直徑1.5mm的K型熱電偶，通過紫銅壓墊密封將熱電偶直接插入巖心的中部進行測溫，以使測試的溫度更加真實可靠。選用技術成熟的溫度巡檢儀進行模型各測溫點的溫度測試。采用串聯階梯式測量方式，選用3支不同量程的壓力傳感器并聯連接，中間有氣動閥控制，實驗中由計算機檢測并通過開關電磁閥來控制氣動閥自動選擇傳感器，保證了測量的精確性和穩定性。該壓力檢測系統的壓力傳感器及氣動閥均選用美國進口器件，使得檢測精度和穩定性大大提高。在模型測壓口與壓力傳感器之間增加緩沖容器，有效防止驅替介質進入壓力傳感器使測量精度受到影響。

2 實驗條件、內容與方法

利用該油田LZ27井區L32421井Ⅲ6原油，巖心為該井285.5～288.8m井段的巖心，進行溫度為60、160、260℃的水驅及260℃的蒸汽驅和320℃的過熱蒸汽驅（過熱度為60℃）實驗。單管驅油模型尺寸：巖心筒長度120 cm，內徑3.8 cm。按照國外同類實驗的方法，為防止黏土顆粒的膨脹變形及微粒遷移的影響，疏松砂巖要進行過篩（200目），篩去黏土和微粒。處理步驟：原始巖心先用二甲苯浸泡，清洗原油后烘干，用200目篩網篩去黏土及微粒，裝入巖心筒，再泵入二甲苯繼續清洗；然后用丙酮驅出模型中的二甲苯，用干燥壓縮空氣吹干，完成模型制備。物理參數：滲透率為2.933μm2，孔隙度為33.02%。

實驗內容包括：

（1）對原始含油飽和度進行控制。按下面步驟進行：抽空飽和蒸餾水，用原油驅替模型中的水，由驅出水量多少控制油驅水時巖心內的油水飽和度，盡量接近油田實際飽和度（65%～75%）。

（2）關注注入速度。為使水驅過程中克服毛管力的影響，按照國內外水驅油實驗所采用的模擬條件，其巖心長度L（cm）、流體黏度ν（mPa· s）、注入水的滲濾速度V（cm/s）遵守如下關系：LνV≥1，就可忽略毛管力的影響。實驗取LνV值略大于1（V≥1.89 cm3/min），使注入流速控制在2.5 cm3/min，且有滲流雷諾數Re＜臨界Rec（取Rec=0.2）。

3 實驗程序

（1）加熱模型，達到實驗設計溫度，按設計注入速度將水經加熱盤管注入水驅模型內，保持回壓5.3MPa，使模型內壓力高于該溫度下的水飽和壓力，確保模型為水驅。

（2）在進行260℃蒸汽驅時，保持回壓為4.52 MPa，略低于此溫度下水的飽和蒸汽壓（4.71 MPa）。

（3）在進行320℃過熱蒸汽驅時，保持回壓為4.71 MPa，控制注入蒸汽為60℃過熱度的過熱蒸汽。

（4）出口定時計量驅出液，直至不出油為止，采用二甲苯稀釋，光電比色法分析、計量采出的油水量。

（5）第一次驅完油后，用二甲苯清洗模型內殘余油，分析計量殘余油，復核原始飽和油量。然后用丙酮驅替二甲苯，再用干燥空氣吹干模型，重新飽和原油以進行另一溫度點的實驗。井樓三區L32421井原油水驅油實驗情況見表1。圖1為該井原油驅油效率與注入體積關系曲線。

表1 井樓三區L32421井原油水驅油實驗結果

圖1 井樓三區L32421井原油驅油效率與注入體積關系

4 結論

（1）熱水驅隨溫度升高，驅油效率增大，殘余油飽和度隨之增大，注水溫度由60℃上升到260℃，殘余油飽和度由55.43%降到26.44%，驅油效率由36.53%提高到59.06%。在60℃的低溫熱水驅條件下，水驅殘余油飽和度高達55.43%，最終驅油效率僅36.53%，表明低溫熱水驅驅油效率很差。

（2）相同溫度下，蒸汽驅的驅油效率明顯高于同溫度的熱水驅。高溫驅油實驗表明，在井樓三區特稠油油藏條件下，260℃水驅油效率為59.06%，殘余油飽和度為26.44%；260℃蒸汽驅油效率提高到73.12%，殘余油飽和度明顯降到17.32%，蒸汽驅殘余油飽和度約降到同溫度（260℃）熱水驅的65.5%，降低1/3以上。

（3）由于蒸汽的蒸餾作用強，過熱蒸汽驅驅油效率好于蒸汽驅。320℃過熱蒸汽驅，過熱度為60℃，較260℃驅油效率提高5個百分點，驅油效率提高到78.12%，殘余油飽和度降到14.91%。

（4）注入PV數小于0.5時，隨注入體積增加，驅油效率增大，殘余油飽和度降低幅度較大；當注入PV數大于1.0時，兩者變化較小，所以注入流體應控制在1.0PV以內。

（欄目主持楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.023