稠油油藏?zé)幔瓑A復(fù)合驅(qū)物理模擬和數(shù)值模擬研究

李錦超

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

目前勝利油區(qū)早期投入熱采開發(fā)的稠油油藏已進(jìn)入吞吐中后期，開發(fā)方式單一，采收率低，急需尋找新的開發(fā)方式［1－3］。蒸汽驅(qū)作為蒸汽吞吐后提高采收率的主要手段，在國外已大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，提高采收率幅度明顯［4－5］。但由于受巖石潤濕性及與原油間界面特性的影響，單一注蒸汽開采稠油的效果較差。因此，可在熱采的同時加入化學(xué)劑增大其波及系數(shù)和洗油效率，從而提高稠油最終采收率。

我們在室內(nèi)考察了幾種堿對原油的乳化性能，選出一種進(jìn)行界面張力測定，為物理模擬實(shí)驗(yàn)篩選效果較好的化學(xué)劑，再對熱－堿驅(qū)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。

1 試驗(yàn)原料

1.1 原料

試驗(yàn)原油為勝利油田孤島三區(qū)原油，進(jìn)行室內(nèi)脫水脫氣處理。其黏溫曲線見圖1。

圖1 孤島三區(qū)脫水原油黏溫曲線

NaOH，Na2CO3，NaHCO3，NaBO2，片狀，分析純，均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

試驗(yàn)用水為孤島三區(qū)地層水，其礦化度及離子組成見表1，pH為8.38，為重碳酸鈉水型。

表1 孤島三區(qū)地層水離子組成

1.2 不穩(wěn)定系數(shù)測定方法

用不穩(wěn)定系數(shù)評價驅(qū)油劑的乳化性質(zhì)是目前較認(rèn)可的一種方法，李繼山等［6］研究表明，油水間的不穩(wěn)定系數(shù)與油水界面張力具有很好的關(guān)聯(lián)性，油水界面張力越低，不穩(wěn)定系數(shù)也越小，生成的乳狀液越穩(wěn)定，此方法與界面張力結(jié)合篩選驅(qū)油劑配方。

在20 mL具塞試管中，依次加入脫水原油和已配制的化學(xué)劑溶液10 mL，放在恒溫水浴中靜置20 min;待溶液加熱均勻后，取出，震蕩100次，再置于水浴中，開始計(jì)時，每隔一段時間記錄1次試管中分水體積，記錄1 h，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。根據(jù)軟件計(jì)算不穩(wěn)定系數(shù)，不穩(wěn)定系數(shù)越小說明乳化效果越好，當(dāng)不穩(wěn)定系數(shù)為0時，說明乳狀液很穩(wěn)定沒有出現(xiàn)分水現(xiàn)象。不穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式為:

式中，USI為不穩(wěn)定系數(shù)，無量綱常數(shù);V(t)為出水量與時間的關(guān)系函數(shù);t為乳化樣品靜止分水時間，min。

2 堿的性能評價

2.1 乳化性能

在 70℃測定各種堿(NaOH，Na2CO3，NaHCO3，NaBO2)加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)與孤島三區(qū)脫水原油間的乳化性能，計(jì)算其不穩(wěn)定系數(shù)，篩選一種較好的堿進(jìn)行油水界面張力測定。表2為數(shù)種堿劑與脫水原油間的乳化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Na2CO3與NaBO2在低加量時乳化穩(wěn)定性不好，當(dāng)加量大于0.4%時，均具有較好的乳化穩(wěn)定性;當(dāng)NaHCO3加量小于1.0%時其乳化穩(wěn)定性差。添加一定質(zhì)量的NaOH具有很好的乳化效果，不穩(wěn)定系數(shù)為0，當(dāng)其加量大于0.8%時，其乳化穩(wěn)定性降低。

表2 各種堿劑乳化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 堿－原油間界面張力

根據(jù)乳化試驗(yàn)結(jié)果，選擇NaOH為實(shí)驗(yàn)用劑，其與脫水原油間動態(tài)界面張力見圖2。油水動態(tài)界面張力平衡值均維持在10－2mN/m數(shù)量級，選擇加量為0.5%的NaOH做為驅(qū)替實(shí)驗(yàn)用堿劑。

圖2 NaOH與原油動態(tài)界面張力

3 動態(tài)驅(qū)油試驗(yàn)

采用熱－堿復(fù)合驅(qū)室內(nèi)驅(qū)替裝置，用石英砂填充φ25 mm ×300 mm填砂管，原油為孤島三區(qū)脫水原油。堿溶液與注入水由兩臺平流泵分別控制，堿與熱流體在進(jìn)入填砂管前進(jìn)行混合。試驗(yàn)過程中保持烘箱與注入驅(qū)替介質(zhì)溫度相同，堿與熱流體同時注入，直至產(chǎn)出液含水率為100%時停止試驗(yàn)。

150℃下進(jìn)行熱－堿復(fù)合驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。圖3為150℃下熱－堿復(fù)合驅(qū)采收率曲線。由表3和圖3看出，在150℃下，蒸汽－堿和熱水－堿復(fù)合驅(qū)采收率分別為72.5%和67.2%，比單純熱采采收率提高 10.3%和11.2%。

表3 150℃下熱－堿驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 150℃下熱－堿驅(qū)采收率曲線

4 數(shù)值模擬研究

為了更準(zhǔn)確的認(rèn)識熱－堿復(fù)合驅(qū)，及確保對試驗(yàn)區(qū)數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，在室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)擬合，擬合150℃下蒸汽驅(qū)、堿－蒸汽驅(qū)實(shí)驗(yàn)。擬合選用CMG－STARS數(shù)值模擬軟件，該軟件具有強(qiáng)大的熱采、化學(xué)驅(qū)及其他先進(jìn)采油方法的數(shù)值模擬平臺，用戶可綜合運(yùn)用化學(xué)添加劑和熱力采油技術(shù)手段，可以滿足本實(shí)驗(yàn)擬合的要求。

數(shù)值模擬中設(shè)計(jì)網(wǎng)格劃分I方向30個，J和K方向各1個，網(wǎng)格步長 DX為0.01 m，DY=DZ=0.022 m。初始端和末端分別設(shè)置注入井和生產(chǎn)井，相當(dāng)于巖心注入口和出口。圖4和圖5分別為150℃下蒸汽驅(qū)、堿－蒸汽驅(qū)采出程度擬合曲線。從擬合曲線可看出，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值一致。

圖4 150℃蒸汽驅(qū)采出程度擬合曲線

圖5 150℃堿－蒸汽驅(qū)采出程度擬合曲線

5 結(jié)論

1)NaOH在低加量下與孤島三區(qū)原油具有很好的乳化效果，油水動態(tài)界面張力平衡值均維持在10－2mN/m數(shù)量級。

2)150℃下，熱－0.5%NaOH復(fù)合驅(qū)采收率比單一熱采提高10%～12%。

(3)通過CMG－STARS數(shù)值模擬研究得出，采出程度計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值具有一致性。

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