稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究

针对新疆某油田J7井区稠油油藏条件,利用燃烧管实验装置研究了火驱过程中温度场及压力场的分布规律,并结合数值模拟研究了影响火驱的重要因素。重点分析了火驱过程中油墙形成对高温燃烧前缘传播稳定性的影响。结果表明,J7井区稠油油藏原油在350℃且黏土存在条件下可实现点火及火线的推进;火线推进到燃烧管3/4处的采收率为60%;油墙的形成使得驱替压差增大,压降主要消耗在该段内,油墙的封堵效应,使得空气注入困难,燃烧变得不稳定。低渗稠油油藏火驱开发将面临2个难题:空气注入困难、火驱见效时间晚。     

含油饱和度对火驱开发影响的实验研究

在室内利用火烧油层物理模拟实验装置,开展了稠油油藏不同含油饱和度条件下燃烧基础参数测试和火驱开发效果评价实验研究。实验结果表明,同一油品条件下,含油饱和度对门槛温度、燃料消耗量和空气耗量等燃烧基础参数影响较小,但对火线推进速率有较大影响,火线前缘推进速率随含油饱和度增加而降低;实验条件下能够实现高温燃烧的最低含油饱和度界限值为15%,低于该含油饱和度无法形成持续稳定的火驱前缘。从驱油效率和空气油比指标评价了不同含油饱和度条件下火驱的驱油效果,综合分析认为火驱开发含油饱和度下限值为30%。     

注蒸汽开发后期稠油藏火驱高温燃烧特征

新疆稠油主体开发区已进入蒸汽开发后期,需要转换开发方式,进一步提高采收率。筛选A1油藏开展火驱开发技术评价研究。分析测试结果表明,试验区经历烟道气驱、产量上升2个阶段后,进入稳产阶段;产出气体中CO2体积分数稳定在13.0%以上,原油改质作用明显、物性"一升四降";同时,氧气利用率保持在93%以上,视氢碳原子比为1.37。注蒸汽开发后期稠油藏成功实现火驱高温燃烧。     

多层火驱过程中火线位置预测与调控方法

多层火驱技术在辽河油田薄互层油藏实现规模应用,取得较好的开发效果,但由于注入空气易沿单向、单层突进,火线波及规律认识难度大,火线位置的预测与调控成为提高火驱开发效果的关键。以杜66块为例,分析了多层火驱开发过程中存在的问题,针对其井段长、油层多、平面非均质性强等特点,在物质平衡法的基础上,结合生产动态和吸气剖面监测,建立了预测多层火驱火线位置的方法。以该方法作为矿场火驱开发中火线调控的理论依据,分析了生产井关井控气、气窜封堵和注气井分层注气等措施的实际应用效果。结果表明,通过控制突进区生产井的尾气排量,可抑制火线单向突进,调整火线形状,提高平面波及程度;采用分层注气技术,可改善注气井吸气状况,实现对注入空气在各油层中合理分配,提高油藏纵向动用程度,控制各层火线推进速度保持一致。     

稠油火驱低温氧化原油与尾气变化规律

为了深入认识稠油火驱开发低温氧化阶段的原油与尾气变化特征,利用反应釜开展了不同温度条件下的低温氧化实验,进行了原油物性、族组分、官能团、色谱指纹、同位素以及尾气组分等方面的研究.研究表明:①稠油在火驱低温氧化阶段以加氧反应为主,并伴随少量的裂解反应;②稠油在200℃以下低温氧化阶段原油物性变差,在200℃时黏度、密度达到最大值,之后随着温度升高又逐渐降低,这主要受原油中非烃、沥青质以及氧元素含量影响;③由于裂解程度低,原油与族组分的碳同位素没有发生明显的同位素分馏现象;④尾气数据表明稠油火驱低温氧化过程中生成了醛、酮、醇或羧酸等含氧化合物.该研究探索了稠油火驱低温氧化过程中原油与尾气的变化规律,并计算出了不同温度下稠油低温氧化反应方程.     

催化剂和环境温度对稠油燃烧的影响

针对部分稠油油藏火驱过程中低温氧化诱导期长和燃烧效率低问题,设计开发了一套多孔介质热效应监测装置,系统评价了催化剂种类、催化剂质量分数、复配催化剂和环境温度对稠油燃烧的影响。结果表明,该热效应监测装置能够高效快速地评价催化剂对原油燃烧表现的影响,从而筛选出合适的催化剂体系。复配体系[环烷酸钴(0.5%Co)+环烷酸锰(0.5%Mn)]能够将新疆油田A油藏稠油的燃烧起始温度降低60℃,在催化该稠油燃烧具有良好的应用前景。环境温度的升高能够明显促进燃烧的发生,但环境温度对燃烧强度的影响有限。     

基于动力学参数的火驱效果影响分析

火驱的高驱油效率主要得益于化学反应过程中放出大量的热,随着对燃烧理论的认识不断加深,火驱越来越受到人们关注,而化学反应动力学参数对火驱的工程计算就显得尤为重要。基于原油氧化实验结果,利用油藏数值模拟软件(CMG),建立火驱模型,研究火驱中各反应的反应速率,结合Arrhenius方程分析原油氧化动力学参数的改变对火驱效果的影响。研究发现活化能对焦炭燃烧的影响较大,从而影响了火驱效果,而指前因子对裂解反应的影响在一定程度上改变了火驱效果,这为提高点火成功率、设计火驱方案、认识火驱状态及调整火驱效果提供了理论依据。     

海上稠油火烧油层物理模拟实验研究

为探索海上稠油火烧油层开发的可行性,针对渤海稠油油藏开展了火烧油层物理模拟实验。根据石油沥青组分测定法,分析渤海稠油原油组分;通过热失重与扫描量热同步热分析仪测试活化能等高温氧化反应动力学参数;采用一维燃烧管实验模拟评价燃烧稳定性及驱油效果。研究结果表明,渤海稠油组分特征与国内陆上油田相似;稠油高温氧化活化能为157 kJ/mol,与陆上油田相近;油藏火驱前缘推进稳定,燃烧前缘最高温度773 K左右,出口CO₂浓度长期稳定在12%以上,高温氧化燃烧状态良好;火烧驱油效率95.1%,空气油比548 m³/t,驱油效果较好。研究成果为海上稠油油藏火烧油层开发提供技术支持。     

火驱物质动态平衡分析及应用

火驱过程中空气的注入起到氧化燃烧和增压驱替的作用,运用注采物质平衡的原理,对火驱发开中油田合理注气量、合理产气、产液量和合理注采比进行系统研究,对注入气在火驱过程中的燃烧、增压作用进行了分解,进而建立了整个火驱区块规模的注采比表达式。在对某实验区典型地质开发参数分析的基础上,确定了该油田的合理的注采平衡参数,为该试验区块开发提供了参考依据。     

从端部到跟部注空气提高采收率的新方法

从端部到跟部注空气(THAI)技术是一项开采稠油油藏、提高采收率的重要技术。根据国内外学者的研究及THAI技术的成功应用实例,分析了THAI技术的作用原理,并在此基础上,将THAI技术与其他常规稠油油藏开采技术进行了对比,指出了该技术的优势及特点,THAI避免了传统的火烧油层(ISC)工艺中使用垂直注入井与生产井过程中驱替距离长的缺点,有效地提高了采收率。讨论了点火温度、注气强度、注入压力、布井方式等主要工艺参数对THAI技术的影响,为各参数的优化设计打下了基础。