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中国石油大学毕业设计（论文）

稠油油藏蒸汽驱三维物理模拟实验研究

学生姓名：

赵旭平

专业班级：

应用化工技术指导教师：

王艳丽

2010年10月26日

摘 要

近年来能源供应危机导致各大油田都加大对稠油油藏的开采力度。

蒸汽驱是一种较为有效的稠油热采技术，但是由于受诸多条件影响，需要对具体油藏注采参数进行优化。

用物理模拟的方法能尽快而且较为全面的认识蒸汽驱这一开发方式。

本文利用了高温高压蒸汽驱三维物模装置，以胜利油田稠油油藏为主要原型，建立相应的实验室物理模型，通过蒸汽驱物理模拟方法研究注入压力、蒸汽干度、注汽速度等因素对稠油蒸汽驱的影响，探讨了蒸汽驱化学驱，得出了一些对现场生产有指导作用的结论。

关键词：

稠油；蒸汽驱；三维物理模拟；提高采收率

ABSTRACT

Inrecentyears,becausethelargesupplyofenergycrisis,,steamfloodingisarelativelyeffectivethermaltechnology,-productionparametersoptimizationreservoir,weneedtospecificreservoirparameteroptimizationinjection-production.Usingthemethodsofphysicalsimulationcanquicklyandmorecomprehensiveunderstandingofthesteamfloodingdevelopmentway.Usingtheshenglioilfield,moulddeviceformainarchetypesofstudydrivessteaminjectionpressure,steamdryness,steaminjectionrateoffactorssuchasthe.

Keywords:

Heavyoil;Three-dimensionalphysicalmodel;Steamflooding;Improvedoilrecover

目 录

第一章 前 言 1

1.研究的目的和意义 1

2.国内外蒸汽驱技术的研究进展 2

3.油藏物理模拟的优势 3

第二章 稠油蒸汽驱物理模拟理论及机理研究 4

1.稠油蒸汽驱物理模拟的理论基础 4

1.1油藏物理模拟相似理论 4

1.2油藏物理模拟相似准则 5

1.3室内蒸汽驱实验相似参数的选择 6

2.蒸汽驱油机理 8

2.1加热降粘作用 9

2.2原油受热膨胀机理 9

2.3蒸汽的蒸馏作用 9

2.4混相驱作用 10

2.5乳化驱作用 10

第三章 蒸汽驱三维物理模拟实验装置和实验步骤 12

1.蒸汽驱三维物理模型装置 12

2.蒸汽驱三维物模实验的基本步骤 13

第四章 蒸汽驱影响因素分析 15

1.注入压力对驱油效果的影响 15

2.蒸汽干度对驱油效果的影响 17

3.注汽速度对驱油效果的影响 20

4.蒸汽突破及突破后的处理办法 22

5.蒸汽化学驱的研究 24

第五章 结论 31

致谢 32

参考文献 33

第一章 前 言

1.研究的目的和意义

我国稠油资源分布较为广泛，自1978年发现高升稠油油藏以来，先

后又在胜利油田、河南油田等地发现稠油油藏。

迄今已在20个盆地（或

坳陷）中发现了近百个稠油油藏。

预计我国稠油资源约为250亿吨，占石油总资源量的20%以上。

我国稠油年产量已达1300万吨，约占全国原油产量的10%[1]。

可见，稠油开采在我国整个石油工业可持续发展中扮演着十分重要的角色。

近年来，由于稠油开发技术的进步、原油供应紧张以及油价走高等因素的影响，稠油逐渐显露出其开采的必要性，我国各大油田逐年加大稠油的开发力度。

稠油的开采以蒸汽吞吐为主，但大部分稠油区块目前已进入高轮次吞吐阶段，受开发方式的限制和边底水的影响，蒸汽吞吐的采收率较低，预测整体采收率只有20.3％。

国内外的试验结果表明，适时转蒸汽驱可以显著提高蒸汽吞吐后期稠油油藏的开发效果。

蒸汽驱稠油开采已取得初步成效，同时也暴露出很多问题。

胜利油田有丰富的普通稠油（60℃地面脱水原油粘度<10000mpa·s）。

孤岛中二北和单家寺单56区块是胜利油田具有代表性的稠油油藏，具有地质条件复杂多变，稠油油藏原油粘度跨度大，地面注采条件不能完全得到保证等特点，国外成功的蒸汽驱经验不能直接被运用，进行蒸汽驱开采有一定的限制条件和风险。

而目前对稠油注蒸汽开发技术研究较粗略或者考虑因素不全面，因而必须针对稠油油藏的具体情况确定影响蒸汽驱效果的关键因素，有针对性的对注采参数进行优化，寻找一种蒸汽驱经济合理的开发方式，保持产量稳定，提高蒸汽驱采收率和经济效益。

2.国内外蒸汽驱技术的研究进展

稠油的粘度对温度很敏感，所以热采方法是稠油开采的主要方法。

蒸汽驱在热采中占有重要的地位,目前在国外80%是蒸汽驱开发，而在中国却恰恰相反，蒸汽驱只占不到20%。

世界上最早采用注蒸汽采油的是1931年至1932年在美国得克萨斯州

Woodson附近的Wilson、Swain进行的。

此后，在YorbaLinda油田也进行了试验。

在20世纪50年代以前，蒸汽驱还仅仅处于起步阶段。

1960年荷兰Schoonebeek油田开始采用蒸汽驱，这是第一批大规模蒸汽驱中的一个。

该油田中等粘度的原油（180厘泊）的开采是十分成功的，这无疑加速了蒸汽驱在美国和委内瑞拉的试验开展，可以说，Schoonebeek油田是油藏热采的先驱。

美国于1960年在加利福尼亚州的YorbaLinda油田上开始大规模注蒸汽。

在美国大约在20世纪70年代，蒸汽驱才成为主要的

驱油方法。

在1970年加利福尼亚州蒸汽驱产油量约为每天30000桶，而

十年之后，蒸汽驱产油量提高到每天150000桶。

目前，一些稠油开采较晚的国家，如我国仍以蒸汽吞吐开采为主,美国等一些稠油开采的国家已由蒸汽吞吐转向了蒸汽驱，1992年美国提高稠油采收率的60%来自于蒸汽驱。

大规模地开展蒸汽驱的油田还有South

Belridge油田、SanArdo油田和Midway-Sunset油田[2]。

委内瑞拉的

Lagunillas油田和荷兰的Schoonebeek油田也是成功地使用蒸汽驱开发方式的油田之一。

我国的蒸汽驱开发最早可以追溯到1967年，以王树芝、万仁溥为代

表的老一辈石油工作者，在新疆克拉玛依黑油山8042井组开展的蒸汽驱试验。

真正工业意义的稠油蒸汽开发是改革开放后二十世纪八十年代开始的。

我国自1987年起先后开辟了七个不同类型油藏先导试验区，各先导

试验区截止1992年底，共历经五年时间[3]。

在实施中，七个试验区在蒸汽

吞吐阶段都获得经济效益，油汽比均高于0.300。

但在蒸汽驱开采时，除新疆九区和辽河曙光卜7—5块试验区获得经济效益，油汽比分别达0.210和0.360外，其它试验区油汽比低于0.200。

各试验区的经济效益差的原因，受多种因素影响，还有待进一步探讨。

1998年开展了齐40蒸汽驱先导试验[4]。

到2002年底，试验已取得重大成功。

试验五年时间，累注汽89.3×104t，累产油16.8×104t，阶段采出程度33.6%，平均年采油速度

6.7%，累积油汽比0.19；加上汽驱试验前的蒸汽吞吐采出程度24%，总采收率已达57.6%。

3.油藏物理模拟的优势

物理模拟、数值模拟和矿场试验是研究提高采收率的三项主要手段。

矿场试验最能真实反映油藏内流体的实际流动过程,也是检验试验效果的最终方法。

其缺点是不能解决一些机理问题,且需要大量的财力和物力的支持。

与矿场试验相比,物理模拟和数值模拟具有费用少、时间短、可重复性和可预见性等优点。

随着计算机技术的迅速发展,数值模拟研究方法已广泛应用于油藏开发等研究中。

但是,物理模拟试验仍是一种不可缺少的研究手段。

三维比例物理模型由于与油藏原型之间在长度比、力比、速度比、温差比以及浓度差之比等方面都具有相同的数值,因而能准确反映整个油藏或部分（单元）油藏中采油过程的动态特征和注入流体的波及效率特征等,被广泛应用于机理研究、采油工艺的比较与优化以及油田开采预测等。

第二章 稠油蒸汽驱物理模拟理论及机理研究

1.稠油蒸汽驱物理模拟的理论基础

1.1油藏物理模拟相似理论

相似准则是说明自然界和工程科学中各种相似现象、相似原理的学说。

它的理论基础是相似三定理，其实用意义在于指导模型的设计及其有关试验数据的处理和推广[7]。

（1）相似第一定理

相似第一定理（相似正定理）是1848年由法国的J.Bertrand建立的。

可以表述为“对相似的现象，其相似指标的数值相同”。

这是对相似性质的一种概况，也是现象相似的必然结果。

相似指标是一个无量纲的综合数群，它反映出现象相似的数量特征及其过程的内在联系。

相似指标表示原型与模型内各基本物理量之间满足的比例关系。

对相似的现象，原型与模型的相似指标是相等的。

（2）相似第二定理

相似第二定理（π定理）是1914年由美国的Ebuckingham建立的。

可以表述为“约束两相似现象的基本物理方程可以用量纲分析的方法转换成用相似指标方程来表达的新方程，即转换成π方程。

两个相似系统的π方程必须相同”。

如果所研究的现象中，还没有找到描述它的方程，但对该现象的物理量是清楚的，则可通过量纲分析运用π定理来确定相似指标。

但是模型实验结果能否正确推广，关键又在于是否正确选择了与现象有关的物理量。

（3）相似第三定理

相似第三定理（相似逆定理）1930年由前苏联的M.B.KUPNHYEB建立的，可以表述为“对于同一物理现象，如果单值量相似，而且由单值量组成的

相似指标在数值上相等，则现象相似”。

单值量是指单值条件中的物理量，而单值条件又是将一个个现象从同类现象中区分开来，亦即将现象群中的通解转变为特解的具体条件。

单值条件包括几何条件（空间条件）、介质条件（物理条件）、边界条件和初始条件（时间条件）。

现象的各种物理量，实质都是从单值条件引导出来的[26]。

物理模型是现场采油在实验室中的再现，它是将原型的几何条件、物理条件、定解条件等，按一定的比例转化到模型上，然后又将模型的试验结果按相同比例转回原型。

此过程所依据的理论是相似理论。

找出一个过程的相似准则的方法，从本质上就是应用相似理论对于描述过程的数学表达式或者包括这些过程的变量进行相似分析的过程。

一般有两种方法，从描述过程的数学表达式（即方程）入手进行分析的方法称为方程分析法；对包括过程所有变量进行分析的方法称为量纲分析法[6]。

1.2油藏物理模拟相似准则

根据相似三定理，如果说两个物理过程相似，那么它们应该满足下面的三个条件：

（1）几何相似

几何相似是各种物理现象相似的基础，也是实验渗流力学中模型设计的基础。

几何相似最直观的例子是三角形相似。

设在模型中有一个三角形，边长分别为，在原型中对应的三角形边长分别为，如果模型与原型满足几何相似，那么有：

x1 x2 x3 a

（2-1）

X1 X2 X3

其中，a为相似比。

（2）运动相似

运动相似是指速度场和加速度场的几何相似。

速度相似指在两个运动

相似的系统里，对应瞬间和对应点上的速度方向一致，大小成比例。

设在模型