多元熱流體井筒傳熱和強(qiáng)化采油研究.pdf

1、世界對(duì)原油的需求正在不斷增長(zhǎng)，隨著石油的開(kāi)采，常規(guī)油藏資源正在不斷枯竭，陸地和海上的稠油油藏資源正日益引起人們的重視。因此，對(duì)稠油資源的高效開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。多元熱流體熱力采油技術(shù)是海上稠油開(kāi)采方式新突破，可以顯著提高稠油采收率，但相關(guān)研究還非常不足。為了進(jìn)一步探索多元熱流體井筒傳熱和強(qiáng)化采油機(jī)理，本文分別針對(duì)熱采井注多元熱流體井筒流動(dòng)與傳熱問(wèn)題，以及儲(chǔ)層注熱水-氣體-化學(xué)添加劑多元熱流體強(qiáng)化采油技術(shù)展開(kāi)研究。
　

2、　首先，本文基于實(shí)際氣體狀態(tài)方程及其混合法則、考慮井筒熱容影響的瞬態(tài)導(dǎo)熱函數(shù)，建立了不同流動(dòng)狀態(tài)下多元熱流體井筒流動(dòng)與傳熱模型。通過(guò)和傳統(tǒng)基于理想氣體混合模型進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，本文所建多元熱流體模型適用范圍更廣，在低壓下和高壓條件下，都可以精確地分析出多元熱流體井筒流動(dòng)與傳熱情況。基于該模型，本文對(duì)陸地井筒注多元熱流體井筒流動(dòng)與傳熱過(guò)程進(jìn)行了分析;通過(guò)與注蒸汽熱采井的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在相同注入溫度與注入流量條件下，多元熱流體井筒溫度和壓力下降速度

3、更快，到達(dá)井底時(shí)其溫度更低，與地層和油層的溫差更小，井筒熱損失更少，但是熱量含量低，油層加熱范圍小。要想達(dá)到與蒸汽一樣加熱效果，需要增加多元熱流體注入流量和注入溫度。
　　在上述模型基礎(chǔ)上，結(jié)合海上復(fù)雜的地質(zhì)條件，本文建立了適應(yīng)于海上熱采井井筒結(jié)構(gòu)的注多元熱流體井筒流動(dòng)與傳熱模型，并分別對(duì)于海上熱采井注含熱水多元熱流體和含蒸汽多元熱流體井筒散熱情況進(jìn)行了分析。通過(guò)與渤海油田實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，該模型壓力平均相對(duì)誤差約為0.7％，溫度

4、平均絕對(duì)誤差約為1.4℃，該結(jié)果表明本文所建模型具有比較高的精度，可以滿足工程計(jì)算需求。通過(guò)對(duì)海上井筒注含熱水多元熱流體和含蒸汽多元熱流體這兩種多元熱流體井筒熱損分析發(fā)現(xiàn)，多元熱流體散失到環(huán)境中的熱量占初始熱量比例小于9％，而在海洋中損失的熱量占總熱量損失的50％以上;注入流量、注入溫度和井筒隔熱管導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)對(duì)于兩種多元熱流體的井筒熱損的影響都很大;但是其他參數(shù)對(duì)于兩種多元熱流體的井筒熱損的影響則有較大的不同:對(duì)于注含熱水多元熱流體

5、井筒，熱水比例對(duì)深水井的熱損失有很大的影響，而注入壓力、注入時(shí)間和環(huán)境溫度對(duì)熱損失影響不大;對(duì)于注含蒸汽多元熱流體井筒熱損，注入壓力對(duì)于井筒熱損失影響較大，而蒸汽干度和蒸汽比例對(duì)熱損失影響不大。
　　稠油的熱力采油開(kāi)采效果不僅取決于熱流體井筒內(nèi)的流動(dòng)與傳熱，更主要的取決于熱流體儲(chǔ)層驅(qū)油過(guò)程，本文接下來(lái)對(duì)熱水-氣體-化學(xué)添加劑多元熱流體驅(qū)油特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了熱水-CO2-化學(xué)添加劑復(fù)合驅(qū)油方法，并對(duì)該驅(qū)油方法及傳統(tǒng)的驅(qū)油方法

6、進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)對(duì)文獻(xiàn)通常被忽略的儲(chǔ)層傳熱過(guò)程的影響進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與普通熱水驅(qū)和氣體驅(qū)相比，不同氣體組分的多元熱流體在化學(xué)添加劑作用下，都能顯著提高稠油的采收率，其中熱水-CO2-化學(xué)添加劑驅(qū)稠油開(kāi)采效率最高;注入的氣體對(duì)熱水與儲(chǔ)層傳熱產(chǎn)生影響不明顯，但可以與熱水、化學(xué)添加劑共同作用產(chǎn)生泡沫驅(qū)，從而顯著提高稠油采收率。增加氮?dú)饬髁繒?huì)使得熱水-N2-化學(xué)添加劑混合驅(qū)油的采收率降低。對(duì)于熱水-N2/空氣-化學(xué)添加劑混合驅(qū)油隨

7、著熱水注入溫度的增加，采收率先增后降，因此存在一個(gè)最佳的注入溫度。對(duì)于空氣，在沒(méi)有與原油發(fā)生氧化反應(yīng)的情況下，熱水-空氣-化學(xué)添加劑混合驅(qū)油效果一般，只有當(dāng)空氣注入流量足夠大時(shí)，驅(qū)油效果才顯著增加;同時(shí)熱水注入溫度對(duì)于熱水-空氣-化學(xué)添加劑混合驅(qū)油過(guò)程影響較小。
　　為了更進(jìn)一步分析熱水-CO2-化學(xué)添加劑復(fù)合驅(qū)油特性，本文最后重點(diǎn)研究了熱水-CO2-化學(xué)添加劑復(fù)合驅(qū)油過(guò)程、儲(chǔ)層傳熱過(guò)程及CO2封存特性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱水-C

8、O2-化學(xué)添加劑三者可以產(chǎn)生協(xié)同作用，在儲(chǔ)層中形成泡沫驅(qū)，從而顯著提高稠油采收率;與CO2驅(qū)、冷水驅(qū)、熱水驅(qū)、冷水交替-CO2驅(qū)和熱水交替-CO2驅(qū)相比，熱水-CO2-化學(xué)添加劑驅(qū)油效果最好，其稠油采收率最高;在CO2驅(qū)和熱水-CO2-化學(xué)添加劑驅(qū)過(guò)程中大部分CO2可以封存在儲(chǔ)層中，其中CO2驅(qū)過(guò)程中CO2埋存效率為85.60％，熱水-CO2-化學(xué)添加劑驅(qū)過(guò)程中CO2埋存效率為80.61％;CO2焦耳湯普森節(jié)流冷卻作用在儲(chǔ)層注熱水-CO

9、2-化學(xué)添加劑復(fù)合驅(qū)油過(guò)程中并沒(méi)有發(fā)生，CO2對(duì)熱水與儲(chǔ)層傳熱過(guò)程的影響不明顯;提高熱水注入流量可以顯著提高儲(chǔ)層注熱水-CO2-化學(xué)添加劑驅(qū)油的采收率;隨著熱水注入溫度的增加，雖然熱水與儲(chǔ)層間的傳熱和加熱作用加強(qiáng)，但是儲(chǔ)層采收率先增加后降低，存一個(gè)最佳的熱水注入溫度;隨著儲(chǔ)層壓力的增加，稠油采收率不斷增加，但儲(chǔ)層壓力對(duì)儲(chǔ)層傳熱影響較小;儲(chǔ)層滲透率和原油粘度對(duì)儲(chǔ)層的采收率有較大影響，但對(duì)于熱水-CO2-化學(xué)添加劑復(fù)合驅(qū)油技術(shù)過(guò)程中的儲(chǔ)層傳