煙道氣在超稠油中的溶解特性

李兆敏,王 勇,李賓飛,陶 磊,楊建平

(1.中國石油大學(xué),山東 東營 257061;

2.中石化勝利油田分公司,山東 東營 257000; 3.中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

煙道氣在超稠油中的溶解特性

李兆敏1,王 勇1,李賓飛1,陶 磊2,楊建平3

(1.中國石油大學(xué),山東 東營 257061;

2.中石化勝利油田分公司,山東 東營 257000; 3.中油遼河油田公司,遼寧 盤錦 124010)

遼河油田杜 84塊館陶油層 SAGD試驗(yàn)區(qū)屬巨厚型頂水油藏,隨著蒸汽腔的擴(kuò)展將面臨頂水突破的問題,以利用煙道氣輔助 SAGD技術(shù)減緩頂水突破時間。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究煙道氣在遼河脫水超稠油中的溶解度及不同溶解度下超稠油體積系數(shù)、密度、黏度特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),煙道氣在超稠油中溶解度較小,體積系數(shù)較小;煙道氣溶解于超稠油后,油氣混合物黏度有較大幅度下降,降黏率基本呈線性增加。該研究結(jié)果為超稠油數(shù)值模擬提供了可靠的物性參數(shù)。

超稠油;煙道氣;溶解度;體積系數(shù);黏度;杜 84塊;館陶油層

引 言

近年來氣體 (如氮?dú)?、二氧化碳?輔助蒸汽熱力采油的方法在國內(nèi)外得到了有效應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者針對 CO2/N2和原油的相互作用及數(shù)值模擬進(jìn)行了大量的研究[1-3],但關(guān)于煙道氣和原油相互作用的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究相對較少,且煙道氣數(shù)值模擬相關(guān)文獻(xiàn)中煙道氣的組分物性參數(shù)如何獲取未給出說明[4]。國外文獻(xiàn)中僅涉及到普通稠油和煙道氣的相互作用實(shí)驗(yàn)[5],超稠油和煙道氣相互作用實(shí)驗(yàn)未見相關(guān)報道。因此,有必要對煙道氣在超稠油中的溶解特性進(jìn)行研究。

SAGD(蒸汽輔助重力泄油)是超稠油開發(fā)的有效手段,國內(nèi)外學(xué)者通過理論計算及現(xiàn)場試驗(yàn)對SAGD技術(shù)進(jìn)行了大量的研究[6-8],煙道氣輔助SAGD技術(shù)是理論上可行的 SAGD改進(jìn)技術(shù),進(jìn)行煙道氣在超稠油中的溶解特性實(shí)驗(yàn)也是進(jìn)行煙道氣輔助 SAGD技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)。

另外煙道氣是溫室氣體的主要排放源之一,做好煙道氣的減排利用符合國家節(jié)能減排的要求,具有重要的戰(zhàn)略意義。

1 杜 84塊館陶油層基本概況

杜 84塊館陶油層構(gòu)造簡單,為巨厚塊狀頂水油藏。油藏埋深為 530～649 m,油層厚度為 150～210 m,油藏原始溫度為 30℃,油藏原始壓力為6.02 MPa?？紫抖绕骄禐?36.2%,滲透率平均值為 5.539μm2。

該油藏屬于超稠油油藏,50℃下地面脫氣原油黏度為 23.19×104mPa·s,20℃下原油密度為1.007 g/cm3,膠質(zhì) +瀝青質(zhì)含量達(dá) 52.9%,凝固點(diǎn)為 27℃,蠟含量為 2.44%。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與樣品

高壓 PVT儀用來使煙道氣充分溶解于原油,裝置置于恒溫箱中,恒溫箱最高溫度可達(dá)到150℃,所有實(shí)驗(yàn)均在恒溫箱中恒溫 4h以上進(jìn)行,落球黏度計測定油氣混合物的黏度。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖 1所示。

測試選用的油樣為杜 84塊館陶油層 SAGD試驗(yàn)區(qū)館平 12井油樣,原油性質(zhì)如表 1所示。

圖 1 高溫高壓 PVT物性分析裝置

表 1 遼河油田 SAGD試驗(yàn)區(qū)超稠油原油性質(zhì)

2.2 測定方法

(1)進(jìn)行煙道氣的配置,將煙道氣簡化為85%氮?dú)?+15%二氧化碳的混合物。按照道爾頓分壓定律[9-10]計算分壓后進(jìn)行混合物配制。

(2)進(jìn)行黏溫曲線測定[11]。

(3)對超稠油進(jìn)行脫水處理。在高溫高壓PVT筒中裝入一定質(zhì)量超稠油,為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度,將裝有超稠油的 PVT筒進(jìn)行抽真空。

(4)根據(jù)所需要測定的溶解氣油比和高溫高壓 PVT中剩余的體積計算煙道氣的用量及儲存煙道氣的容器所需降低的壓力。煙道氣打入裝有超稠油的 PVT筒中后,通過泵驅(qū)替 PVT筒中的活塞改變煙道氣和超稠油混合物的體積。

(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將壓力和體積實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖,曲線拐點(diǎn)處的壓力即為該溶解氣油比下煙道氣在超稠油中的飽和壓力。

實(shí)驗(yàn)中亦測定了溶解氣油比的體積系數(shù),可對油氣混合物的密度進(jìn)行計算。溶解煙道氣后油氣混合物的黏度通過高溫高壓落球黏度計測定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 超稠油黏溫特性

利用 Brook Field RVDV-Ⅲ型數(shù)字流變儀測定館陶油層脫水超稠油的黏溫值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出黏溫曲線。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)溫度為 50℃時,原油黏度為 232 294 mPa·s;當(dāng)溫度為 80℃時,原油黏度為 4 981 mPa·s。隨著溫度升高,原油黏度驟降。研究表明,在超稠油開采中,使用熱力降黏開采具有一定必要性。

3.2 超稠油溶解煙道氣特性

(1)分別在 60、80、100℃下,測定不同煙道氣溶解度對應(yīng)的飽和壓力(圖 2)。

圖 2 不同溫度下煙道氣溶解度與飽和壓力的關(guān)系

由圖 2可知,當(dāng)氣油比從 1 m3/m3增加至 8 m3/m3,實(shí)驗(yàn)溫度 60℃條件下,飽和壓力由 1.03 MPa增加到 5.31MPa;在 80℃條件下,飽和壓力由2.03 MPa增加到 8.42 MPa;在 100℃條件下,飽和壓力由 3.03 MPa增加到 11.53 MPa。煙道氣的溶解能力受到壓力和溫度的影響。在一定壓力下,隨著溫度的升高,煙道氣的溶解度大幅降低。考慮其原因是在低壓下原油分子間隙較大,煙道氣中的氣體分子運(yùn)動對溶解度影響較大,溫度越高氣體分子運(yùn)動越劇烈,越容易蒸發(fā)氣化,不利于在原油中的溶解。在一定溫度下,隨著壓力的升高,煙道氣的溶解能力又得到增強(qiáng)。

(2)分別在 60、80、100℃下測定不同煙道氣溶解度對應(yīng)的體積系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)氣油比從 1 m3/m3增加到8 m3/m3,在 60℃條件下,體積系數(shù)由 1.011增加到 1.030;在 80℃條件下,體積系數(shù)由 1.015增加到 1.034;在 100℃條件下,體積系數(shù)由 1.019增加到 1.038;在一定溫度條件下,超稠油溶解煙道氣后,油氣混和物的體積系數(shù)隨煙道氣溶解度增加而呈線性增加?？傮w而言,煙道氣溶解于超稠油造成的原油體積膨脹量不大。

(3)根據(jù)飽和壓力下測定的原油體積系數(shù)和原油、煙道氣物性參數(shù)計算了 60、80、100℃下不同煙道氣溶解度對應(yīng)的油氣混合物的密度。

計算結(jié)果表明,當(dāng)溶解度從 1 m3/m3增加到8 m3/m3,在 60℃條件下,密度由 0.997 g/cm3下降到 0.988 g/cm3;在 80℃條件下,密度由 0.994 g/cm3下降到 0.984 g/cm3;在 100℃條件下,密度由 0.990 g/cm3下降到 0.980 g/cm3。同一溫度下,隨著煙道氣飽和度的增加,油氣混合物的密度呈線性減小。在不同溫度下,溫度越高溶解相同量煙道氣飽和壓力下的油氣混和物密度越小。

(4)在 60、80、100℃下,分別測定不同煙道氣溶解度對應(yīng)的油氣混合物的黏度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表 2 60、80、100℃煙道氣 -超稠油混合物黏度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,同一溫度下,隨著煙道氣溶解度的增加,油氣混合物黏度有較大幅度下降,表現(xiàn)出降黏率的線性增加。在 60℃時,降黏率由3.36%增加到 25.97%;80℃時,降黏率由 2.81%增加到 21.88%;100℃時,降黏率由 2.44%增加到19.11%。在同一溶解度下,隨著溫度的升高,降黏率略有降低,但降幅不大。

4 結(jié) 論

(1)煙道氣在超稠油中的溶解度隨壓力的增大而增大,超稠油飽和壓力下體積系數(shù)隨溶解煙道氣量的增大而增大,對應(yīng)的密度隨溶解煙道氣量的增大而減小。

(2)實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),煙道氣在超稠油中溶解度較小,體積系數(shù)較小,對應(yīng)原始油藏壓力,溶解度小于 8 m3/m3,體積系數(shù)小于 1.04。

(3)實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)煙道氣溶解于超稠油后,油氣混合物黏度有較大幅度下降,降黏率基本呈線性增加,在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),當(dāng)溶解度達(dá)到 8 m3/m3時,降黏率最大可達(dá) 25.97%。

[1]Gao Yongrong,Liu Shangqi,et al. Improving oil recovery by adding N2in SAGD process for super-heavy crude reservoirwith Top-Water[C].SPE 114590,2008:1-9.

[2]郭平,孫雷,孫良田,等 .不同種類氣體注入對原油物性的影響研究[J].西南石油學(xué)院學(xué)報,2000,22(3): 57-60.

[3]張艷玉,吳曉東,李洪君,等 .復(fù)雜小斷塊油藏氮?dú)馔掏聰?shù)值模擬 [J].中國石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2009,33(1):83-86.

[4]付美龍,熊帆,張鳳山,等 .杜 84塊 CO2、N2和煙道氣吞吐采油數(shù)模研究 [J].石油天然氣學(xué)報,2008,30 (5):328-331.

[5]Srivaslava R K,Huang S S,et al.Comparative effectiveness of CO2,produced gas,and flue gas for enhanced heavy-Oil recovery[C].SPE 56857,1999:238-247.

[6]楊立強(qiáng),陳月明,王宏遠(yuǎn),等 .超稠油直井 -水平井組合蒸汽輔助重力泄油物理和數(shù)值模擬[J].中國石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2007,31(4):64-69.

[7]Bagci A S,Olushola S,Mackay Huang E.Performance analysis of SAGD W ind-Down process with CO2injection [C].SPE 113234,2008:1-14.

[8]武毅,張麗萍,李曉漫,等 .超稠油 SAGD開發(fā)蒸汽腔形成及擴(kuò)展規(guī)律研究 [J].特種油氣藏,2007,14(6): 40-43.

[9]符五久,何娟美 .混合氣體輸運(yùn)系數(shù)的推導(dǎo)[J].大學(xué)物理,2005,24(6):31-35.

[10]韓莉,李梅,馬荔,等 .關(guān)于“理想氣體常數(shù) R的測定”實(shí)驗(yàn)原理的討論[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007, 26(8):27-28.

[11]李樹軍 .稠油流變性及室內(nèi)脫水試驗(yàn)研究[J].油氣田地面工程,2008,27(11):24-25.

編輯 周丹妮

TE357.7

A

1006-6535(2010)05-0084-03

20100331;改回日期:20100610

國家“863”項(xiàng)目“注氣輔助 SAGD技術(shù)研究及現(xiàn)場試驗(yàn)”(SQ2009AA06Z2488110)

李兆敏 (1965-),男,教授,1985年畢業(yè)于上海機(jī)械學(xué)院傳熱、傳質(zhì)及流體動力學(xué)專業(yè),1995年博士畢業(yè)于石油大學(xué)油氣井工程專業(yè),《特種油氣藏》編委,現(xiàn)從事泡沫流體在石油工程中的應(yīng)用及煙道氣、二氧化碳開發(fā)超稠油技術(shù)研究工作。