火驅(qū)油墻形成機(jī)理及影響因素

李秋 ，易雷浩，唐君實(shí) ，關(guān)文龍 ，蔣有偉 ，鄭浩然 ，周久寧 ，王曉春

（1. 提高采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2. 中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083；3. 中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249）

0 引言

火驅(qū)是一種重要的熱力采油技術(shù)，國(guó)外自20世紀(jì)50年代開(kāi)始進(jìn)行了大量的室內(nèi)研究與礦場(chǎng)試驗(yàn)，于80年代取得了較快的發(fā)展和應(yīng)用；國(guó)內(nèi)勝利、遼河、新疆等油田也相繼開(kāi)展了大量火驅(qū)試驗(yàn)。近年來(lái)，空氣驅(qū)及火驅(qū)技術(shù)的理論研究和礦場(chǎng)應(yīng)用均取得較大進(jìn)展[1-3]。新疆H1塊火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)自2009年底點(diǎn)火成功后持續(xù)進(jìn)行火驅(qū)開(kāi)發(fā)，截至2017年，已連續(xù)運(yùn)行8年，在蒸汽驅(qū)基礎(chǔ)上提高采收率 25%，取得較好效果[4]，目前該油田紅淺火驅(qū)工業(yè)化擴(kuò)大試驗(yàn)正在穩(wěn)步推進(jìn)。

在儲(chǔ)集層高含水通道（前期注蒸汽開(kāi)發(fā)所形成）普遍存在的情況下，火驅(qū)能夠取得較高的波及效率并大幅度提高采收率的重要機(jī)理之一是油墻的形成。事實(shí)上，很多學(xué)者已在多種開(kāi)發(fā)方式中發(fā)現(xiàn)了油墻：聚合物驅(qū)過(guò)程中，驅(qū)替前緣會(huì)出現(xiàn)含油飽和度激增而形成油墻[5]；低滲透油藏氣驅(qū)過(guò)程中，由于輕組分的運(yùn)移和聚集而產(chǎn)生油墻[6]；蒸汽驅(qū)過(guò)程中，由于蒸汽的驅(qū)油效率遠(yuǎn)高于熱水，所以會(huì)在蒸汽帶的前方形成油墻[7]。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果均表明火驅(qū)過(guò)程也可以形成油墻。對(duì)于火驅(qū)過(guò)程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論可以將儲(chǔ)集層從空氣注入端到出口端劃分為5個(gè)區(qū)帶：已燃區(qū)、燃燒帶、結(jié)焦帶、油墻和原始油區(qū)[8]（另有學(xué)者提出結(jié)焦帶和油墻之間應(yīng)該有一段很寬的凝結(jié)區(qū)和集水帶，如果是注蒸汽后期油藏，在油墻后面還將形成集水帶[9]）。觀察火驅(qū)油墻的最直觀方法是在三維火驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)中中途注氮?dú)鉁缁?，然后拆開(kāi)模型，由此可觀察到結(jié)焦帶前有一條平行的深色條帶，經(jīng)測(cè)定，該條帶含油飽和度比其他區(qū)域高 20%以上，該條帶即為火驅(qū)過(guò)程中的油墻。在火驅(qū)礦場(chǎng)應(yīng)用中，也能夠通過(guò)燃燒前緣突破前產(chǎn)量的快速上升推斷出燃燒帶之前存在油墻[10-11]。

盡管目前關(guān)于油墻的文獻(xiàn)報(bào)道較豐富，但油墻的概念尚未進(jìn)行明確的定義。目前的研究大多關(guān)注油墻對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響，并未從理論上研究其形成機(jī)理與形成條件。本文基于B-L穩(wěn)態(tài)非混相驅(qū)滲流理論[12]，給出油墻的具體定義，同時(shí)對(duì)火驅(qū)過(guò)程中油墻形成的機(jī)理及特征進(jìn)行較系統(tǒng)的研究，分析油藏溫度、含油飽和度等因素對(duì)油墻形成的影響，探討火驅(qū)過(guò)程中油墻形成的最佳條件。

1 油墻的概念及判定指標(biāo)

油墻是指原油被驅(qū)替過(guò)程中一定時(shí)間內(nèi)在多孔介質(zhì)一定區(qū)域內(nèi)形成的含油飽和度增加的區(qū)帶，是原油在滲流過(guò)程中局部逐漸富集的結(jié)果。據(jù)此定義，可以用含油飽和度隨時(shí)間的變化率判定油墻是否可以形成，表達(dá)式如下：

當(dāng)ω大于0時(shí)，說(shuō)明含油飽和度隨時(shí)間逐漸增加，油墻可以形成，ω值越大，油墻形成越快；反之，當(dāng)ω小于等于 0時(shí)，油墻無(wú)法形成。實(shí)際驅(qū)替過(guò)程中，儲(chǔ)集層不同位置上ω的數(shù)值不同，其峰值處含油飽和度增加最快，是油墻的中心。

2 一維正向干式火驅(qū)滲流模型

2.1 考慮溫度梯度影響的滲流模型

模型假設(shè)條件：①火驅(qū)過(guò)程為一維正向干式火驅(qū)；②忽略溫度對(duì)相滲曲線形態(tài)的影響；③驅(qū)替相為以蒸汽和煙道氣為主的氣相，被驅(qū)替相為液相，忽略油水兩相滲流的差異；④驅(qū)替過(guò)程為穩(wěn)定驅(qū)替，不考慮壓力波動(dòng)的影響；⑤滲流過(guò)程中氣體為理想氣體，忽略氣體在液相中的溶解以及氣液毛細(xì)管力的影響；⑥儲(chǔ)集層均質(zhì)等厚，各向同性；⑦沿驅(qū)替方向，火驅(qū)結(jié)焦帶之前儲(chǔ)集層中僅存在氣液兩相滲流，且無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。

多孔介質(zhì)一維兩相驅(qū)替過(guò)程中，油、氣兩相均滿(mǎn)足連續(xù)性方程：

同時(shí)遵循運(yùn)動(dòng)方程：

和分流量方程：

將（4）、（5）式代入（7）式中可得：

將（8）式代入（7）式，再代入（2）式得：

Kro，Krg為含油飽和度So的函數(shù)；μo，μg為溫度T的函數(shù)；So，T為位置x的函數(shù)。將含油率fo對(duì)x求導(dǎo)可得：

（11）式中復(fù)合函數(shù)微分形式可寫(xiě)為：

將（12）式代入（11）式得：

將（13）式代入（10）式中可得：

式中，氣體黏度與溫度的關(guān)系用薩特蘭公式計(jì)算，原油黏度與溫度的關(guān)系采用Andrade方程計(jì)算[12]：

2.2 不同驅(qū)替條件下的滲流模型

2.2.1 等溫非混相驅(qū)替過(guò)程的滲流模型

等溫非混相氣驅(qū)過(guò)程（如氮?dú)怛?qū)等）中不同位置儲(chǔ)集層的溫度近似相等，即dT/dx等于0。此時(shí)（14）式可化簡(jiǎn)為：

由此可知，等溫非混相氣驅(qū)過(guò)程無(wú)法產(chǎn)生油墻。類(lèi)似地，也可以推理得到等溫非混相水驅(qū)過(guò)程也無(wú)法形成油墻。

2.2.2 含油飽和度梯度為零時(shí)的滲流模型

對(duì)原始油藏的熱采過(guò)程中，當(dāng)熱流體注入瞬間，在足夠小的范圍之內(nèi)，油藏中不同位置的含油飽和度近似相等，即dSo/dx等于0。此時(shí)（14）式可化簡(jiǎn)為：

3 火驅(qū)油墻形成機(jī)理

3.1 一維燃燒管實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 一維燃燒管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置

為驗(yàn)證所建滲流模型的合理性，采用新疆油田稠油樣品進(jìn)行一維燃燒管實(shí)驗(yàn)。燃燒管實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖1）由注入系統(tǒng)、模型本體、測(cè)控系統(tǒng)及產(chǎn)出系統(tǒng)4部分構(gòu)成。注入系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、注入泵、中間容器、氣瓶及管閥件；測(cè)控系統(tǒng)對(duì)溫度、壓力、流量信號(hào)進(jìn)行采集并處理；產(chǎn)出系統(tǒng)主要完成對(duì)模型產(chǎn)出流體的分離及計(jì)量。實(shí)驗(yàn)通過(guò)巖心熱電偶測(cè)溫、壁面熱電偶測(cè)溫和加熱瓦加熱保溫，可將火驅(qū)過(guò)程熱損失的影響降到最低[8]。

圖2 燃燒管模型示意圖

實(shí)驗(yàn)裝置的模型本體（見(jiàn)圖2）為一維巖心管，直徑70 mm，長(zhǎng)400 mm，在巖心管的沿程均勻分布13支熱電偶和 5個(gè)壓差傳感器，用于監(jiān)測(cè)巖心管不同區(qū)域的溫度和壓力降。實(shí)驗(yàn)參數(shù)根據(jù)新疆稠油油藏的地質(zhì)特征結(jié)合火驅(qū)相似準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程開(kāi)始時(shí)，在點(diǎn)火器預(yù)熱后注空氣實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，穩(wěn)定火驅(qū)至整個(gè)燃燒管燃燒完成后停止注氣，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程各節(jié)點(diǎn)的溫度信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)火驅(qū)過(guò)程溫度場(chǎng)及燃燒帶的監(jiān)控。這里引入壓降百分比以便于分析沿程壓力變化情況[8]，第i段的壓降百分比Ri定義如下：

3.2 火驅(qū)滲流模型的驗(yàn)證

火驅(qū)過(guò)程中（見(jiàn)圖3）：注入井至燃燒帶間的區(qū)域?yàn)橐讶紖^(qū)，含油飽和度為0；燃燒帶右方存在原油高溫反應(yīng)生成的結(jié)焦帶；結(jié)焦帶至生產(chǎn)井間則為剩余油區(qū)域。剩余油區(qū)域中接近燃燒帶的區(qū)域溫度高，遠(yuǎn)離燃燒帶不受影響的區(qū)域溫度為原始油藏溫度，因此剩余油區(qū)域溫度變化幅度較大[13]。剩余油區(qū)域受高溫蒸汽和煙道氣驅(qū)替作用，表現(xiàn)為受溫度影響的非混相氣驅(qū)區(qū)域。

圖3 火驅(qū)過(guò)程示意圖

圖4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各測(cè)溫點(diǎn)溫度變化曲線

由燃燒管實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各熱電偶測(cè)得的溫度隨時(shí)間變化的曲線（見(jiàn)圖4）可知，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行105 min時(shí)燃燒帶位于第5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)附近，實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始及快結(jié)束時(shí)由于燃燒管首尾熱損失較大，數(shù)據(jù)誤差大，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后溫度場(chǎng)較穩(wěn)定，此時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較小，因此，選取該時(shí)刻的溫度場(chǎng)用于滲流模型分析。燃燒管實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣液兩相相滲數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，用于模型計(jì)算的其他基礎(chǔ)參數(shù)均采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)參數(shù)：總液體流速0.000 5 m/s，孔隙度40%，含油飽和度60%，第5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)處含油飽和度梯度絕對(duì)值20 %/m。

表1 油氣兩相相對(duì)滲透率

滲流模型中μo，μg的值通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)使用的黏溫曲線計(jì)算，具體公式如下：

將實(shí)驗(yàn)參數(shù)代入（14）式，可計(jì)算所取時(shí)刻的含油飽和度變化率分布（燃燒帶波及區(qū)域含油飽和度為零，不進(jìn)行含油飽和度變化情況分析），同時(shí)將其與該時(shí)刻下的壓降曲線進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)圖5）發(fā)現(xiàn)：已燃區(qū)經(jīng)過(guò)燃燒后的巖心含油飽和度幾乎為零，為單一氣相滲流，滲流阻力極小，因而該區(qū)帶幾乎沒(méi)有壓力損耗；燃燒帶及其前緣（結(jié)焦帶），氣相滲透率較高，該區(qū)帶也幾乎沒(méi)有壓力降落；壓力集中消耗在距點(diǎn)火位置19～26 cm的區(qū)域內(nèi)，這一區(qū)域消耗的壓力占總注采壓降的 70%～80%。分析原因，該區(qū)域多孔介質(zhì)中含油飽和度高，氣相飽和度低，而油相的滲流阻力遠(yuǎn)大于氣相，因此該區(qū)域總的滲流阻力大，因而壓力消耗占比高。根據(jù)文獻(xiàn)[8]的觀點(diǎn)，分段壓降百分比最高的區(qū)域即為高含油飽和度油墻，因此，實(shí)驗(yàn)中的油墻位于距點(diǎn)火位置19～26 cm的區(qū)域。

圖5 沿程溫度、壓降和含油飽和度變化率分布

從計(jì)算結(jié)果看，沿程各點(diǎn)的含油飽和度變化率不斷變化，燃燒帶起點(diǎn)位于距點(diǎn)火位置約12 cm處，12～15 cm區(qū)域油飽和度變化率很小，接近為0，不會(huì)形成油墻，說(shuō)明油墻距離燃燒帶有一定的距離；距點(diǎn)火位置18～27 cm區(qū)域，含油飽和度變化率曲線波動(dòng)最大，峰值出現(xiàn)在距點(diǎn)火位置24 cm處，該處含油飽和度迅速上升，為油墻中心；距離點(diǎn)火位置30 cm及以后區(qū)域的含油飽和度變化率也接近為0。

實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果都表明，油墻和結(jié)焦帶之間確實(shí)存在一定空間，但該區(qū)域是否為 Prats[9]所認(rèn)為的凝結(jié)區(qū)和集水帶則需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。同時(shí)也可看到計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)高度吻合，說(shuō)明滲流新模型是可靠的，可用于描述火驅(qū)過(guò)程中油墻的形成機(jī)理。

4 火驅(qū)油墻形成的影響因素

4.1 影響因素分析方法

由（14）式可以看出，火驅(qū)油墻形成主要受儲(chǔ)集層流體滲流速度、孔隙度、滲透率、溫度、流體黏度與含油飽和度等多重因素共同影響。為清晰理解不同因素的影響程度，這里采用控制變量單因素分析方法開(kāi)展討論。

單因素分析計(jì)算中選取火驅(qū)實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)參數(shù)值，在固定總液體流速為0.000 5 m/s，孔隙度為40%的基礎(chǔ)上，分別研究溫度、溫度梯度、原油黏度、含油飽和度、含油飽和度梯度（含油飽和度梯度指含油飽和度隨位置的變化率，這里只考慮一維情形）等對(duì)火驅(qū)油墻形成的影響。

4.2 影響因素

4.2.1 油墻與溫度的關(guān)系

在實(shí)驗(yàn)參數(shù)基礎(chǔ)上，固定剩余油區(qū)域初始含油飽和度為60%，含油飽和度梯度為20 %/m，溫度梯度為-500 ℃/m。通過(guò)計(jì)算可得溫度從20 ℃到600 ℃的含油飽和度變化率曲線（見(jiàn)圖6）。隨著溫度的升高，含油飽和度變化率呈先升高后下降形態(tài)，峰值出現(xiàn)在190 ℃，說(shuō)明理論上存在使含油飽和度變化率達(dá)到最大的臨界溫度，該溫度是油墻形成的最佳溫度，也是油墻形成速度最高的溫度。溫度較低時(shí)（約小于100 ℃）含油飽和度變化率接近于0，溫度較高時(shí)（約大于300 ℃）含油飽和度變化率也接近于0。

圖6 溫度對(duì)含油飽和度變化率的影響

火驅(qū)過(guò)程中，燃燒帶的溫度一般超過(guò)550 ℃，剩余油區(qū)遠(yuǎn)離燃燒帶的區(qū)域溫度接近原始油藏溫度，溫度變化跨度大?？拷紵龓^(qū)域溫度過(guò)高（該區(qū)內(nèi)原油會(huì)發(fā)生熱裂解、蒸餾、脫羧等物理化學(xué)變化，原油和有機(jī)氣體被排出），形成油墻的可能性較??；遠(yuǎn)離燃燒帶的剩余油分布區(qū)，因溫度過(guò)低形成油墻的可能性也較小。因此，油墻只能在距離燃燒帶一定距離的剩余油分布區(qū)內(nèi)形成。

4.2.2 油墻與溫度梯度的關(guān)系

固定含油飽和度與含油飽和度梯度不變，設(shè)定儲(chǔ)集層初始溫度為127 ℃，計(jì)算不同溫度梯度下（沿驅(qū)替方向儲(chǔ)集層溫度逐漸降低，溫度梯度為負(fù)值，為便于分析，這里取絕對(duì)值）含油飽和度變化率曲線（見(jiàn)圖7）。

含油飽和度變化率隨儲(chǔ)集層溫度梯度絕對(duì)值的增加線性增加，溫度梯度的絕對(duì)值小于等于50 ℃/m時(shí)，含油飽和度變化率小于0，即含油飽和度隨時(shí)間增加而減小，原油被氣相驅(qū)替向前流動(dòng)，不能形成油墻；溫度梯度絕對(duì)值大于 50 ℃/m時(shí)，含油飽和度變化率大于0，具備形成油墻的條件。即存在臨界溫度梯度，超過(guò)該值時(shí)油墻才能形成。

圖7 溫度梯度對(duì)含油飽和度變化率的影響

根據(jù)一維燃燒管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在火驅(qū)過(guò)程中，燃燒帶溫度較高，可以達(dá)到 550 ℃以上，而遠(yuǎn)離燃燒帶的剩余油區(qū)溫度與原始油藏溫度相近。故從燃燒帶至剩余油區(qū)溫度逐漸降低，存在溫度梯度，且變化較大，靠近燃燒帶溫度梯度絕對(duì)值較大，遠(yuǎn)離燃燒帶溫度梯度絕對(duì)值較小。因此，火驅(qū)過(guò)程中油墻只可能在燃燒帶至剩余油區(qū)一定范圍內(nèi)形成。

4.2.3 原油黏度的影響

設(shè)定初始含油飽和度 60%、孔隙度 40%，開(kāi)展不同黏度（見(jiàn)表2）的稠油一維燃燒管實(shí)驗(yàn)，取燃燒帶到達(dá)距點(diǎn)火位置12 cm處的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算含油飽和度變化率的分布（見(jiàn)圖 8）?？梢钥闯?，原油黏度與含油飽和度變化率負(fù)相關(guān)，油樣 4的黏度最低，但其含油飽和度變化率最高，曲線 0軸以上包圍的面積更大，故其形成的油墻寬度最大。實(shí)際稠油油藏火驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，原油黏度較低的油藏中形成的油墻更寬，形成速度更快。

稀油油藏的原油黏溫關(guān)系與新模型中采用的黏溫模型有較大差別，因此新模型的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)稀油油藏適用性較差，同時(shí)稀油油藏的火驅(qū)驅(qū)油機(jī)理更復(fù)雜，能否形成油墻及油墻的形成動(dòng)態(tài)特征需進(jìn)一步研究。

表2 實(shí)驗(yàn)油樣黏度數(shù)據(jù)

圖8 不同黏度油樣含油飽和度變化率分布

4.2.4 儲(chǔ)集層含油飽和度的影響

設(shè)定含油飽和度梯度為20 %/m，溫度梯度為-500℃/m，計(jì)算不同含油飽和度條件下含油飽和度變化率與溫度的關(guān)系曲線（見(jiàn)圖9）?？梢钥吹诫S著含油飽和度的增加，含油飽和度變化率達(dá)到峰值的溫度點(diǎn)向左移動(dòng)，且峰值逐步增大，含油飽和度越高，油墻形成的最佳溫度越低，油墻形成的速度越快。

圖9 不同含油飽和度下溫度對(duì)含油飽和度變化率的影響

穩(wěn)定火驅(qū)過(guò)程中隨著火線的不斷推進(jìn)，火驅(qū)帶溫度場(chǎng)也將向前推進(jìn)，但其分布規(guī)律基本保持不變，因此，火驅(qū)過(guò)程中可以不考慮溫度場(chǎng)推進(jìn)對(duì)油墻形成的影響。

采用一維燃燒管實(shí)驗(yàn)的溫度分布結(jié)果，改變實(shí)驗(yàn)的初始含油飽和度，分別計(jì)算距離點(diǎn)火位置21，24和27 cm處含油飽和度變化率與含油飽和度的關(guān)系（見(jiàn)圖10）。由圖可知，初始含油飽和度對(duì)不同位置處油墻形成過(guò)程的影響不同，如當(dāng)初始含油飽和度為 55%時(shí)，距離點(diǎn)火位置21 cm處的儲(chǔ)集層中含油飽和度變化率最大， 27 cm處最小，形成的油墻距離燃燒帶更近；而初始含油飽和度為80%時(shí)，距離點(diǎn)火位置24 cm處含油飽和度變化率最大，21 cm處最小，油墻形成在距離燃燒帶較遠(yuǎn)處。這說(shuō)明火驅(qū)前儲(chǔ)集層含油飽和度較低時(shí)（如蒸汽驅(qū)后的儲(chǔ)集層中進(jìn)行火驅(qū)），形成的油墻距燃燒帶較近，反之較遠(yuǎn)。

圖10 含油飽和度變化率與初始含油飽和度關(guān)系曲線

4.2.5 含油飽和度梯度的影響

儲(chǔ)集層物性參數(shù)的非均質(zhì)性導(dǎo)致火驅(qū)過(guò)程中不同位置的含油飽和度梯度有差異?；谌紵軐?shí)驗(yàn)的溫度場(chǎng)，分別計(jì)算距點(diǎn)火位置21，24 cm處含油飽和度梯度與含油飽和度變化率關(guān)系曲線（見(jiàn)圖11）?？梢钥闯?，含油飽和度變化率與飽和度梯度的絕對(duì)值呈線性負(fù)相關(guān)，且含油飽和度梯度絕對(duì)值存在臨界點(diǎn)（圖中分別為 540，395 %/m）。含油飽和度梯度絕對(duì)值大于臨界值時(shí)，含油飽和度變化率小于0，含油飽和度隨時(shí)間而減小，油墻無(wú)法形成；當(dāng)含油飽和度梯度絕對(duì)值小于臨界值時(shí)，含油飽和度變化率大于0，含油飽和度將隨時(shí)間而增加，油墻可以形成。

圖11 含油飽和度梯度與含油飽和度變化率關(guān)系曲線

油藏地質(zhì)條件是火驅(qū)成敗的首要因素[9]，實(shí)際油藏中，在飽和度平面分布極不均勻情況下，或者在次生水體的邊緣，含油飽和度梯度較大，油墻可能將無(wú)法形成。對(duì)注蒸汽開(kāi)發(fā)油藏后期實(shí)施火驅(qū)，因儲(chǔ)集層中形成了大小不一的次生水體（水坑）[14]，點(diǎn)火初期注氣井周?chē)尚纬筛唢柡投扔蛪?，但隨著油墻逐步推移，遇到前方水坑時(shí)，堆積起來(lái)的油墻要消耗一部分填坑。水坑規(guī)模較小，油墻含油飽和度僅有所降低，而不會(huì)消失；水坑規(guī)模較大，油墻就會(huì)因?yàn)樘羁佣耆模荒茉谒拥暮竺嬖僦匦聵?gòu)建[10]。這是火驅(qū)過(guò)程中的“先填坑后成墻”現(xiàn)象[11]的理論基礎(chǔ)。

相對(duì)均質(zhì)油藏條件下的火驅(qū)，含油飽和度梯度一般小于50 %/m，含油飽和度梯度絕對(duì)值對(duì)含油飽和度變化率影響較小，即含油飽和度梯度對(duì)原始油藏實(shí)際火驅(qū)過(guò)程中油墻的形成影響不大。

4.3 相滲曲線對(duì)滲流模型的適用性分析

相滲曲線形態(tài)因儲(chǔ)集層物性不同而存在差異，該差異對(duì)計(jì)算結(jié)果具有一定影響，為驗(yàn)證其影響程度，選取3條不同的相滲曲線（見(jiàn)圖12），固定其他參數(shù)計(jì)算含油飽和度變化率與溫度關(guān)系曲線（見(jiàn)圖13）?？梢钥闯?，相滲曲線形態(tài)對(duì)含油飽和度變化率的影響較小，證實(shí)滲流新模型可適用于多種類(lèi)型儲(chǔ)集層，范圍較廣。

圖12 相滲曲線

圖13 不同相滲曲線條件下含油飽和度變化率與溫度的關(guān)系

5 成墻條件優(yōu)選

以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用正交設(shè)計(jì)方法，綜合研究油藏溫度、溫度梯度、含油飽和度和含油飽和度梯度對(duì)含油飽和度變化率的影響，優(yōu)選油墻形成的最佳條件。據(jù)此設(shè)計(jì)了4影響因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，其中溫度水平按儲(chǔ)集層溫度（60 ℃）與最高火驅(qū)溫度（500 ℃）范圍進(jìn)行劃分，其他參數(shù)水平均根據(jù)火驅(qū)過(guò)程中參數(shù)變化范圍劃分（見(jiàn)表3）。據(jù)此設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)分組（見(jiàn)表4）。

表3 正交實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)

表4 正交實(shí)驗(yàn)分組

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)儲(chǔ)集層溫度為260 ℃，含油飽和度為50%，溫度梯度為-750 ℃/m，含油飽和度梯度為20 %/m時(shí)，含油飽和度變化率最大，等于0.482 %/s?；痱?qū)過(guò)程中，儲(chǔ)集層條件與以上條件相近的區(qū)域最有利于油墻的形成。

6 結(jié)論

油墻可定義為原油被驅(qū)替過(guò)程中一定時(shí)間內(nèi)在多孔介質(zhì)一定區(qū)域內(nèi)形成的含油飽和度增加的區(qū)帶，可用含油飽和度隨時(shí)間的變化率來(lái)判定其能否形成。

以氣液兩相穩(wěn)態(tài)滲流理論為基礎(chǔ)，建立考慮溫度梯度的一維正向干式火驅(qū)滲流新模型，從滲流力學(xué)的角度揭示了火驅(qū)過(guò)程中油墻的形成機(jī)理。

火驅(qū)油墻的形成受 3個(gè)主要因素控制：①油墻的形成存在溫度區(qū)間和臨界溫度梯度（絕對(duì)值），溫度過(guò)高或過(guò)低，梯度絕對(duì)值低于臨界值，油墻不能形成；②對(duì)稠油油藏火驅(qū)而言，原油黏度控制油墻形成的寬度與速度，黏度越低，形成油墻越寬，速度越快；③含油飽和度影響油墻形成最佳溫度與速度，含油飽和度越高，最佳儲(chǔ)集層溫度越低，形成速度越快。

以一維正向干式火驅(qū)滲流新模型為基礎(chǔ)，結(jié)合油藏物性特征參數(shù)，采用正交設(shè)計(jì)方法，可優(yōu)選出稠油油藏火驅(qū)油墻形成的最佳條件組合。

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

a，b——Andrade方程中的常數(shù)；B——與氣體種類(lèi)有關(guān)的常數(shù)；fo——油相分流量，%；i——燃燒管的測(cè)壓區(qū)段編號(hào)；K——絕對(duì)滲透率，10-3μm2；Kro，Krg——油氣兩相相對(duì)滲透率，無(wú)因次；n——燃燒管的總測(cè)壓段數(shù)；p——壓力，MPa；——第i段的壓降，MPa；Ri——第i段的壓降百分?jǐn)?shù)，%；Sg——含氣飽和度，%；So——含油飽和度，%；t——時(shí)間，s；T——溫度，℃；vg，vo，vT——?dú)庀唷⒂拖?、總液體流速，m/s；x——坐標(biāo)，m；μg，μo——?dú)庀唷⒂拖囵ざ?，mPa·s；μgi——15 ℃時(shí)氣體黏度，mPa·s；?——多孔介質(zhì)孔隙度，%；ω——含油飽和度變化率，%/s。