多元熱流體中熱—氣降黏作用初步探討

林　濤，孫永濤，馬增華，孫玉豹，劉海濤，王少華

多元熱流體中熱—氣降黏作用初步探討

林濤，孫永濤，馬增華，孫玉豹，劉海濤，王少華

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津塘沽300450）

摘要：多元熱流體吞吐熱采技術(shù)是一種新型的提高稠油采收率技術(shù)，目前在渤海灣NB-XX油田已經(jīng)得到嘗試并獲成果，然而對于其降黏增產(chǎn)機理的認識并不清楚。通過模擬計算及室內(nèi)實驗研究，對多元熱流體作用機理進行初步探討分析，揭示了多元熱流體增加稠油單井產(chǎn)能、改善稠油開發(fā)效果的作用機理，為該技術(shù)在其它稠油油田的運用提供了一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：海上油田；多元熱流體；溶解降黏；增產(chǎn)機理

稠油在渤海海域的儲量發(fā)現(xiàn)及產(chǎn)能建設(shè)中占據(jù)著重要的地位[1]，截至2010年底渤海稠油儲量占到了已發(fā)現(xiàn)石油總儲量的85%，其中地下黏度大于400 mPa·s的稠油探明地質(zhì)儲量達2.466 9× 108m3。目前稠油油田開發(fā)的有效手段是熱力開采，主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)、火燒油層等，這些技術(shù)已在國內(nèi)外陸地稠油油田開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，但在海上油田還未見應(yīng)用報道。結(jié)合海上熱采作業(yè)的特點海上稠油多元熱流體熱采吞吐工藝技術(shù)在渤海稠油田進行了現(xiàn)場實踐應(yīng)用，取得了顯著的增產(chǎn)效果。多元熱流體是一種含有水蒸汽、氮氣和二氧化碳等的混合熱流體，兼具氣體混相驅(qū)（氮氣驅(qū)、二氧化碳驅(qū)）和熱力采油（蒸汽吞吐、蒸汽驅(qū)）的特點[2]，可滿足海上稠油熱采技術(shù)的需要。由于多元熱流體中多組分的存在，與單一的蒸汽熱采相比，作用機理更加復(fù)雜，本文對多元熱流體的熱—氣降黏作用進行了初步探討。

1　多元熱流體的加熱降黏作用

通過理論與實踐證明在稠油熱采中水是最好的注熱載體[3]，常規(guī)蒸汽熱采中攜帶熱量的主要介質(zhì)是水蒸汽；多元熱流體是一種由水/水蒸汽、氮氣、二氧化碳等多種組分組成的流體，熱量的攜帶主要來自水蒸汽和氣體。

從表1可看出在相同溫度不同壓力下，水的導(dǎo)熱系數(shù)變化不大，氮氣組分的導(dǎo)熱系數(shù)變化較小，但二氧化碳組分的導(dǎo)熱系數(shù)增加9倍以上。海上的稠油井原始地層壓力一般在8~10 MPa，注熱作業(yè)中的注入壓力一般均大于10 MPa，因此二氧化碳組分攜帶的熱量作用在多元熱流體熱采中具有獨特的意義。

表1　不同組分的導(dǎo)熱系數(shù)對比

根據(jù)相同注入水量條件下蒸汽熱采與多元熱流體熱采的熱量計算結(jié)果，從表2可看出，多元熱流體攜帶的熱量略高于蒸汽攜帶的熱量，增加約8.4%的熱量。多元熱流體加熱降黏作用是與常規(guī)蒸汽吞吐是一致的，在攜帶熱量的介質(zhì)上增加了氣體組分。

表2　兩種熱采方式攜帶的熱量對比

2　高溫下氣體溶解降黏實驗研究

在高溫高壓下多元熱流體中大量氣體的存在，會對原油黏度造成影響。結(jié)合室內(nèi)模擬實驗對氣體的溶解降黏作用進行了研究。

2.1實驗條件

實驗用油：渤海灣某油田實際原油樣品（其族組分見表3），56 ℃黏度為1 572.6 mPa·s。

表3　實驗用油族組分分析

實驗用化學劑：工業(yè)高純度CO2（純度99.9%），工業(yè)高純度N2（純度99.95%）。

實驗設(shè)備：實驗采用南通市飛宇石油科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的PVT測定儀，包括配樣器、氣體流量計、分離器及水浴、PVT管、壓力計等。

2.2實驗步驟

在不同溫度（56、80、140、180 ℃）下，向PVT筒內(nèi)移入一定量實驗用油，將PVT筒壓力升至地層壓力后，注入多元流體至飽和壓力，攪拌均勻后測定多元流體與原油體系的密度、體積系數(shù)和溶解氣油比等參數(shù)。

2.3實驗結(jié)果與分析

從圖1和圖2可看出，飽和N2可使稠油黏度降低13%~20%，飽和CO2可使稠油黏度降低40%~60%。由于少量N2溶解于稠油中的氮氣以微氣泡的形式存在不易脫出[4]，可降低原油的黏度，但降黏幅度不大。CO2溶解到原油中后可使原油的體積膨脹，增加原油的體積，同時增加了原油的內(nèi)動能，減少了原油流動過程中的毛管阻力和流動阻力[5]，降低原油的黏度。

圖1　N2對稠油黏度的影響

從表4可看出，隨著溫度的增加兩類稠油黏度都顯著下降，但在同等溫度下含氣稠油的黏度均低于脫氣稠油的黏度，隨著溫度的提高含氣稠油黏度下降的趨勢要高于脫氣稠油。由于含氣稠油中氮氣和二氧化碳的加入，氣體溶解到稠油中，導(dǎo)致黏度下降，同時隨著溫度上升，氣體在稠油中的擴散性增加，稠油的膨脹性增加，稠油黏度進一步下降。

圖2　CO2對稠油黏度的影響

表4　脫氣稠油與含氣稠油的黏度對比

3　現(xiàn)場應(yīng)用

渤海灣NB-XX油田A井垂深1 078 m，水平段長280 m，地下原油黏度為687 mPa·s，原始地層壓力10 MPa，油層厚度8~10 m，距離邊底水較遠[6]。該井采用多元熱流體熱采作業(yè)，累計注入熱水4 512 t，累計注入氮氣24.97×104m3。該井最大日產(chǎn)液量為186.7 m3，最大日產(chǎn)油量為134.4 m3，而同層位冷采井日產(chǎn)油量最高僅25~30 m3。這表明多元熱流體中熱—氣降黏作用對于提高稠油的采收率效果非常顯著，通過在海上多口井的試驗，多元熱流體熱采產(chǎn)能均是常規(guī)產(chǎn)能的2倍以上。

4　結(jié)論

（1）加熱降黏作用和氣體溶解降黏作用共同構(gòu)成了多元熱流體的降黏體系，多元熱流體可攜帶大量的熱量，充分發(fā)揮其加熱降黏的作用；多元熱流體中的CO2和N2的溶解降黏作用也可使稠油黏度顯著降低。

（2）通過在海上稠油油田應(yīng)用多元熱流體熱采技術(shù)的實踐表明，多元熱流體熱—氣降黏作用效果顯著，多元熱流體熱采產(chǎn)能均是常規(guī)產(chǎn)能的2倍以上，適合于海上稠油油田的高效開發(fā)。

參考文獻：

[1] 李成見. 海上欠飽和稠油油田原油降黏方式探討[J]. 中國海上油氣，2004，16(6):408-411.

[2] 唐曉旭，馬躍，孫永濤. 海上稠油多元熱流體吞吐工藝研究及現(xiàn)場試驗[J].中國海上油氣，2011，23(3):185-188.

[3] 萬仁溥，羅英俊. 采油技術(shù)手冊[M]. 北京:石油工業(yè)出版社，1996.

[4] 于連東. 世界稠油資源的分布及其開采技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].特種油氣藏，2001，8(2):98-103.

[5] 馮全興，侯菊花. 注氮氣在稠油熱采中的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011(19):276-277.

[6] 蔡秀玲，周正平，杜風華. 二氧化碳單井吞吐的機理及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2002，24(4):45-46.

工信部明確海工裝備研發(fā)重點

工信部8月14日發(fā)布《海洋工程裝備科研項目指南（2012年）》。《指南》圍繞海洋資源勘探、開采、儲運和服務(wù)四大環(huán)節(jié)，選擇了部分急需海洋工程裝備重點產(chǎn)品和關(guān)鍵技術(shù)，形成了18個2012年海洋工程裝備研發(fā)的重點方向。

在“海洋資源勘探、開采、作業(yè)裝備”領(lǐng)域，《指南》明確了深海半潛式生產(chǎn)平臺總體設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究、浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置（LNG-FPSO）總體設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究、深海半潛式支持平臺研發(fā)等5個研發(fā)重點方向。

在“關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備”領(lǐng)域，《指南》明確了海洋鉆井平臺用深海隔水管系統(tǒng)研究及關(guān)鍵部件研制、深海輕型J型海底管道鋪設(shè)系統(tǒng)研制、水下連接系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備研制等9個研發(fā)重點方向。

在“基礎(chǔ)共性技術(shù)和標準”領(lǐng)域，《指南》明確了島礁中型（總長300米級）浮式結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵技術(shù)研究、海洋工程渦激振動（VIV）和與渦激運動(VIM)專用工程計算軟件開發(fā)等4個研發(fā)重點方向。

摘編自《中國證券報》2012年8月15日

中圖分類號：TE327

文獻標識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.074

基金項目：國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)——海上稠油熱采技術(shù)”（編號: 2011ZX05024-005）部分研究成果。

收稿日期：2012-01-12；改回日期：2012-02-08

第一作者簡介：林濤，男，1983年生，工程師，碩士，2008年畢業(yè)于大慶石油學院油氣田開發(fā)工程專業(yè)，從事海上油田采油工藝技術(shù)方面的研究。E-mail：lintao@cosl.com.cn。

文章編號：1008-2336（2012）03-0074-03

A Preliminary Discussion on Oil Viscosity Reduction by Heat-Gas Activity in Multiple Thermal Fluids

LIN Tao, SUN Yongtao, MA Zenghua, SUN Yubao, LIU Haitao, WANG Shaohua
（Oil fi eld Optimization R & D Institute COSL, Tanggu Tianjin 300450, China）

Abstract:Huff and puff stimulation with multiple thermal fl uids is a kind of new enhanced heavy oil recovery technology, and this heavy oil recovery technology has been used in NB-XX oilf i eld in Bohai Bay, with good oil recovery results. However, it is not clear about the viscosity reduction and enhanced oil recovery mechanism. Through mathematic simulation and laboratory experiments, the mechanism of multiple thermal fl uids has been analyzed. Through this study, the mechanisms of increasing heavy oil productivity in individual well with multi-thermal fl uids and improving heavy oil development effects have been made clear. It provides a theoretical basis for the application of this technology to other heavy oil fi elds.

Key words:offshore oilf i elds; multiple thermal fl uids; viscosity reduction by resolution; enhanced recovery mechanism