稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究(编辑修改稿)

稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究(编辑修改稿)内容摘要：

（ 4）稠油出砂冷采技术是一次采油，该技术应用后地层中剩余大量的原油，为此，进一步开展了稠油出砂冷采后注 CO2 气体提高采收率技术研究； （ 5）基于上述大量的实验研究和理论调研，进一步对稠油油藏出砂冷采 过程 中的出砂机理和提高采收率机理展开研究。 本文研究的思路 通过选取地层砂样、分析稠油特性、 认识 粒度组成和 建立实验模型；深入研究了稠油出砂冷采技术稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究 6 中的出砂规律，以及稠油出砂冷采后注 CO2 气体提高原油采收率 的方法研究 ；提出如下研究路线图，具体见图 12 所示。 本文研究的创新点 （ 1）在结合国内外稠油油藏出砂冷采的特点，设计加工出了室内研究稠油出砂冷采技术的填砂模型；并且通过岩心流动实验，研究了稠油出砂冷采过程中的出砂规律； （ 2）稠油出砂冷采技术是一次采油，开采后地层中仍然滞留大量的剩余原油，针对这部分剩余原油，通过岩心流动实验，探讨了稠油出砂冷采后注 CO2 气体进一步提高油藏采收率的方法研究。 西南石油大学硕士研究生学位论文 7 图 12 本文的研究思路 稠油出砂冷采技术调研 国内外研究现状 问题的提出及意义 研究内容、思路、创新 点 准备 油样、砂样、实验仪器 确定 稠油出砂冷采技术的 室内 研究方法 开展 稠油冷采中出砂规律 的实验 研究 压力梯度对出砂的影响 稠油出砂冷采后注 CO2 气体 提 高采收率 实验 研究 稠油冷采出砂规律及提高采收率方法的认识 与建议 设计制作稠油出砂冷采模型 开采因素对出砂的影响 地质因素对出砂的影响 流速对出砂的影响 非均质 性对出砂的影响 原油粘度对出砂的影响 胶结程度对出砂的影响 孔隙介质对出砂的影响 稠油冷采中出砂机理与提高采收率机理研究 稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究 8 第 2 章 稠油出砂冷采技术的室内研究方法 本章 在对稠油出砂冷采实验所用的 油样以及 砂样组成进行分析的基础上，设计制作了 稠油 出砂冷采驱油 物理模型，探讨了稠油冷采中的出砂规律和 后续 注 CO2 气体 提高采收率的室内研究方法。 实验条件、实验药品、实验仪器 实验条件 实验温度：通过调研国内外稠油出砂冷采技术应用的油藏温度， 确定本实验所选的油藏温度为 35℃。 其中 国外矿场试验的油藏温度范围一般为 1622℃，国内河南油田矿场试验的油藏温度是 2149℃。 实验药品 油样的粘温特性 本实验稠油样品 来源于 新疆克拉玛依油田，见图 21 所示。 图 21 克拉玛依油田稠油样品 在不同的温度下用 Brookfield LVTD型粘度计测试脱气原油的粘度，实验结果见表 21，粘温曲线如图 22 所示。 表 21 实验所用脱气原油 粘温 数据 温度， ℃ 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 粘度 , 3347 1535 975 522 374 300 286 258 221 152 010002020300040000 20 40 60 80温度 ， ℃粘度，mPa.s 图 22 实验室脱气原油粘温曲线 图 22 的粘温曲线表明， 当温度较低时，随着温度的增加，原油粘度大幅度下降；当温度较高时，随着温度的增加，粘度降幅较小。 在油层温度 35℃ 下，用 RV600 旋转粘度计测定的脱气原油粘度为。 对上述实验结果进行拟和，用指数关系拟合 ， 相关系数 为 ，具体公式如下： 西南石油大学硕士研究生学位论文 9  （ 21） 式中 μ— 原油粘度， ； t— 实验 温度， ℃。 油样的流变特性 流体在受到外力作用时 所 发生流动和变形的性质称为流变性。 研究物体流变性的学科称为流变学。 因为物体受到外力作用时都要发生流动变形，所以，流变学的观点认为世界上的物体都可以被统一看作是 “ 流体 ” ，即所谓 “ 万物皆流 ” ，只是其流动的速度 和形态 不同而已。 由此可见，流变现象也是一种力学现象。 那么，流变学与流体力学所研究的内容有何不同呢。 一般地说，全面描述物体运动规律的内容应包括两个方 面，一是连续介质的运动方程 ； 二是物体的流变状态方程，即本构方程（表示切应力和切速率关系的方程）。 流变学所研究的是非牛顿流体的流动和变形，是全面的，重点是流变状态方程。 流体在发生粘滞流动时，引起各物理点的位置发生变化的力叫剪切力。 其大小一般用剪切应力表示，简称切应力，即单位面积上所受的剪切力，记为  ；在剪切力作用下，流体各层之间发生相对位移，即产生剪切变形，其大小一般用剪切速率表示，即速度梯度，记为 。 剪切应力和剪切 速率是描述流体流变性的两个基本物理量，它们存在内在联系。 由剪切应力和剪切速率构成的方程称为本构方程或流变方程，它决定流体的结构特性。 室内认识稠油流变性的方法主要采用流变仪 或者岩心流动实验 测试，本实验 在 35℃ 的实验条件 下 ，利用流变仪测定油罐稠油的流变性。 油罐稠油在不同剪切速率下的剪切应力和视粘度实验结果见表22，油罐稠油粘度与剪切速率的关系曲线见图 23。 由表 22 和图 23 可以看出，油罐油粘度随着剪切速率的增加而降低，具有假塑性流体的流变特征。 当剪切速率较低时，稠油的视粘度随着剪切速率的增加而降低幅度 较大。 当剪切速率较高时，视粘度的降低幅度变得平缓。 表 22 油罐油视粘度、剪切应力与剪切速率的关系（ 35℃ ） 序号 剪切速率， s1 剪切应力， N/m2 粘度， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 一般来说，油层条件下的剪切速率为 ～ (参考大庆油田 )，此时油罐油粘度为 1535～稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究 10 ，近井地带的剪切速率更高，稠油粘度更低。 因此，稠油 从 地层流向井筒的过程中，粘度降低，流动性会不断改善。 图 23 为本实验室所用原油的粘度与剪切速率的变化关系。 剪切速率, s1粘度,mPa.s 图 23 油罐油视粘度与剪切速率关系 不同类型流体的视粘度（剪切应力）与剪切时间的关系如图 24 所示。 牛顿流体的视粘度不随剪切时间变化，而触变性流体的视粘度随着剪切时间增加而降低；与触变性流体相反，震凝性流体的视粘度随着剪切时间增加而增大。 图 24 不同流体视粘度与剪切时间的关系 保持剪切速率 ，连续测定油罐稠油的视粘度随时间的变化规律，实验结果见图 25。 西南石油大学硕士研究生学位论文 11 时间 ， s原油粘度，mPa.s 图 25 油罐油视粘度与剪切时间的关系 图 25 可以得出 ，油罐油视粘度随剪切时间的增加而降低，具有轻微的触变性。 这可能是因为油罐油被剪切时胶质和沥青质组分的构架发生了变形， 使得 视粘度随时间逐渐降低，该性能对于稠油的开采是有利因素。 砂样的粒度组成 鉴于稠油油藏的天然岩样取心困难和加工受限，本文采用 新疆 克 拉玛依油田稠油 油藏 采出砂 ，将其浸泡于煤油中、搅拌、沉降、过滤并冲洗到不含稠油为止，再将其取出放于烘箱内烘干，为室 内模拟实验提供砂样；将上述烘干的砂样在振动筛上分离，并且做出其累积 组成分布曲线， 经过洗油 后的砂样 如图 26 所示。 图 26 清洗后的新疆 克拉玛依油田油砂 砂样 基本参数见 表 23；粒度组成分布曲线见图 27；粒度组成累积分布曲线见图 28。 表 23 砂样 粒度分布 砂子类型 粒径， mm 重量， % 粗砂 ～ 中砂 ～ 细砂 ～ 粉砂 ～ 泥质 小于 粒度中值： ； 标准偏差 б： ；不均匀系数 a： 7；分选系数 S： 稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究 12 粒径，m m重量百分比，% 图 27 粒度组成分布曲线 粒径，m m累积重量百分比，% 图 28 粒度组成累积分布曲线 实验仪器 （ 1）中间容器 ：江苏省， 海安华达石油仪器厂制造； （ 2） RV600 旋转粘度计 和 Brookfield LVTD 型粘度计 ： 美国制造 ； （ 3）压力表 ： 量程 ，精度 ，燕山仪表总厂制造； （ 4）恒温烘箱 ： HW－ IIIA型， 耐温可 达 300℃ ，海安华达石油仪器厂 制造 ； （ 5） 电子天平：量程 ，精度 ，天津天马仪器厂 制造 ； （ 6）流变仪为 哈克旋转流变仪 RS600： 上海金山化工孵化器发展有限公司 制造； （ 7） HLB10/40 型恒流泵 ： 工作压力量程 在 范围 ； （ 8）二氧化碳钢瓶：成都市新都区正蓉气体有限公司提供； （ 9） 温度计、量筒 、 烧杯 、手动泵、回压阀等实验仪器。 稠油出砂冷采模型制作的原理、参数、实物图 稠油出砂冷采模型的原理 稠油出砂冷采驱油 物理 模型 的制作原理是基于 物理模拟的相似理论， 分析稠油油藏出砂冷采的技术特点，结合目前国内外研究稠油 出砂冷采技术所用到的填砂模型，综合考虑，得出如下几点设计原理： （ 1）大孔径，根据目前的研究显示，只有当射孔眼直径大于最大颗粒直径的 4~6 倍时，地层中的砂子才可以顺利地通过射孔眼，最终到达井底采出地面，为此，本实验模拟油田实际生产，设计填砂模型的射孔眼参数； （ 2）填砂模型要求具有一定的尺寸，有利于模拟稠油出砂冷采实验 ， 同时 ， 方便计量 产出砂与 产出西南石油大学硕士研究生学位论文 13 原油； （ 3）饱和流体 与模拟稠油出砂冷采实验所用 筛网具有不同的尺寸，保证饱和水和原油的过程中不出砂，模拟稠油出砂冷采过程中可以顺利出砂； （ 4）具有一定的耐压强度， 保证后续注气提高采收率技术的耐压强度和研究过程中研究人员的人身安全； （ 5）密封性要求，选取圆柱型的填砂模型，有利于端口的封闭和开启。 综上所述，模型设计原理的总原则是安全方便、简单实用、科学合理。 稠油出砂冷采模型的基本参数 （ 1）驱油实验模型长 400mm，内径 40mm，产油孔 （射孔眼） 直径 12mm； （ 2） 驱油实验模型耐压 45MPa； （ 3）在饱和原油过程中保证不出砂 ，要求模型两端的 出口 处附加 内垫 加密 筛网 ； （ 4）在驱油时 ，去掉内垫加密 筛网 ，换成直径为 12mm的出口端来模拟稠油出砂冷采中的 射孔眼，可以顺利出砂，并且达到模拟稠油出砂冷采的模型要求。 稠油出砂冷采模型的实物图 稠油出砂冷采模型设计的剖面图，见图 29。 图 29 稠油出砂冷采模型 设计的 剖面图 稠油出砂冷采模型制作的实物图，其中整体模型见图 210，出口端装置见图 211。 图 210 稠油 出砂冷采驱油 实验 模型 稠油冷采中出砂规律与提高采收率方法研究 14 图 211 稠油出砂冷采驱油模型 进 出口端示意图 稠油出砂冷采技术的研究方法 稠油冷采中出砂规律的室内研究方法 通过调研国内外对于稠油出 砂冷采技术的室内研究方法，综合分析国内外目前的研究进展和存在的问题，基于物理模拟的相似理论，设计制作出出砂冷采模型，开展岩心流动实验，考虑了地质因素和开采因素对出砂规律的影响，重点研究了储层非均质性、原油粘度、胶结程度、孔隙介质 渗透率 、压力梯度以及流速等因素对出砂规律的 具体 影响，在岩心流动实验的基础上，进一步对稠油出砂冷采过程中的出砂机理展开理论研究。 稠油冷采后注 CO2 气体的室内研究方法 由于稠油出砂冷采技术是一次采油，其最终采收率也只有 20%左右， 稠油出砂冷采后， 地层中 仍然滞留 大量的原油 ，为此，本文通过上述出砂规律的实验研究，进一步开展岩心流动实验，对比分析了稠油出砂冷采流度与脱气原油流度，同时在流度对比的基础上，模拟 稠油出砂冷采后 注气提高采收率的 探索性 研究，分别考察了 CO2 注入量、注入压力以及注入方式对采收率的影响 机理。 冷采出砂及其提高采收率的理论研究方法 本文在大量的稠油出砂冷采实验研究的基础上，探讨了稠油出砂冷采中的出砂机理及出砂冷采后提高采收率机理。 研究方法是：立足于室内研究的实验现象、实验数据、实验结果来认识出砂机理和出砂提高采收率机理。 对稠油出砂冷采后的储层特征 和。