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稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究.pdf

  • 上传人:first2
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  • 上传时间:2021-09-08
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    关 键  词:
    油油 空气 燃烧 实验 数值 模拟 研究
    资源描述:
    2 0 1 6 年5 月 第3 1 卷第3 期 西安石油大学学报( 自然科学版) J o u r n a lo fX i a nS h i y o uU n i v e r s i t y ( N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ) M a v2 0 1 6 V 0 1 3 1N o 3 D O I :1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 3 - 0 6 4 X 2 0 1 6 0 3 0 11 文章编号:1 6 7 3 - 0 6 4 X ( 2 0 1 6 ) 0 3 - 0 0 6 8 - 0 6 中图分类号:T E 3 5 7 4 4 文献标识码:A 稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究 赵仁保1 ,严伟1 ,孔垂显2 ,秦军2 ,史艳玲2 ,魏易光1 ,杨娇龙1 ( 1 中国石油大学( 北京) 石油工程教育部重点实验室,北京1 0 2 2 4 9 ; 2 中石油新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依8 3 4 0 0 0 ) 摘要:针对新疆某油田J 7 井区稠油油藏条件,利用燃烧管实验装置研究了火驱过程中温度场及压力场的分 布规律,并结合数值模拟研究了影响火驱的重要因素? 重点分析了火驱过程中油墙形成对高温燃烧前缘传 播稳定性的影响。结果表明,J 7 并区稠油油藏原油在3 5 0c c 且黏土存在条件下可实现点火及火线的推进; 火线推进到燃烧管3 4 处的采收率为6 0 ;油墙的形成使得驱替压差增大,压降主要消耗在该段内,油墙的 封堵效应,使得空气注入困难,燃烧变得不稳定。低渗稠油油藏火驱开发将面临2 个难题:空气注入困难、火 驱见效时间晚。 关键词:稠油开发;就地燃烧;燃烧管;温度场;油墙;含油饱和度场 S t u d yo nC o m b u s t i o nT u b eE x p e r i m e n ta n dN u m e r i e a lS i m u l a t i o n o fA i rI ni l a 0 1 1 ,i e c t i o n 2 ,nH e 2 a ,v y O i R 2e ,servoirZHAOR e n bY A NW e iK O N GC h u i x i a nQ I NJ u nS H IY a n l i n gW E lY i g u a n g 。,Y A N GJ i a o l o n 9 1 ( 1 M O EK e yL a b o r a t o r yo fP e t r o l e u mE n g i n e e r i n g ,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m ( B e i j i n g ) ,B e i j i n g1 0 2 2 4 9 ,C h i n a ; 2 R e s e a r c hI n s t i t u t eo fE x p l o r a t i o n D e v e l o p m e n t X i n j i a n gO i l f i e l dC o m p a n yo fP e t r o C h i n a ,K a r a m a y8 3 4 0 0 0 ,X i n j i a n g ,C h i n a ) A b s t r a c t :B a s e do nt h ec r u d eo i lr e s e r v o i rc o n d i t i o n si nb l o c kJ 7o fX i n j i a n gO i l f i e l d ,t h et e m p e r a t u r ef i e l da n dt h ep r e s s u r ef i e l d i ni n s i t uc o m b u s t i o np r o c e s sa r es t u d i e du s i n gc o m b u s t i o nt u b ee x p e r i m e n t ,a n dt h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r so fi n s i t uc o m b u s t i o np r o c e s sa r e d i s e u s s e db yc o m b i n i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o nw i t hc o m b u s t i o nt u b ee x p e r i m e n t T h ei n f l u e n c eo fo i lb a n kf o r m a t i o ni ni n s i t uc o m b u s t i o n o nt h es t a b i l i t yo fc o m b u s t i o nf r o n tp r o p a g a t i o ni se m p h a t i c a l l ya n a l y z e d I ti ss h o w nt h a tt h eh e a v yo i li nt h eb l o c kJ 7c anr e a l i z ei g n i t i o na n dc o m b u s t i o nf r o n tp r o p a g a t i o nu n d e rt h ec o n d i t i o n so f3 5 0 a n dc l a ye x i s t i n g ;t h eo i lr e c o v e r yf a c t o rr e a c h e st o6 0 w h e nt h e c o m b u s t i o nf r o n tp r o p a g a t e st o3 4p o s i t i o no fc o m b u s t i o nt u b el e n g t h ,t h ef o r m a t i o no fo i lb a n km a k e st h ed i s p l a c e m e n tp r e s s u r ei n c r e a s e a n dt h ep r e s s u r ed r o pi sc o n s u m e dm a i n l yi nt h i ss e g m e n to ft h ec o m b u s t i o nt u b e P l u g g i n ge f f e c to ft h eo i lb a n km a k e sa i ri n j e c 。 t i o nd i f f i c u l t w h i c hl e a d st ou n s t a b l ec o m b u s t i o n T h er e s e a r c hr e s u l t si nt h i sp a p e rs h o wt h a tt h ei n s i t uc o m b u s t i o nd e v e l o p m e n to fl o w o e r m e a b i l i t yh e a v yo i lr e s e r v o i r sw i l lf a c et w od i f f i c u h i e s :d i f f i c u l ta i ri n j e c t i o n ,l a t ee f f e c t t i m e K e yw o r d s :h e a v yo 订d e v e l o p m e n t ;i n s i t uc o m b u s t i o n ;c o m b u s t i o nt u b e ;t e m p e r a t u r ef i e l d ;o i lb a n k ;o i l s a t u r a t i o nf i e l d 赵仁保,严伟,孔垂显,等稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究 J 西安石油大学学报( 自然科学版) ,2 0 1 6 ,3 1 ( 3 ) : 6 8 - 7 3 Z H A ( ) R e n b a 0 Y A N V e i K O N GC h o i x i a n ,e ta 1 S t u d ) O Uc o m b u s t i o nt u b ee x p e r i m e n ta t ( n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ( 1 l a i ri n j e c t i o ni n a v 、,o i lr e s c l l J J o m h a lt ) f - X i h oS h i v ,o uU n i v e r s i t y ( N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n ) ,2 0 1 6 ,3 1 ( 3 ) :6 8 7 3 收稿E t 期:2 0 1 5 - 0 7 2 5 基金项目:国家重大专项“稠油超稠油经济有效开发关键技术”( 编号:2 0 1 6 Z X 0 5 0 1 2 ) 作者简介:赵仁保( 1 9 7 1 一) ,男,副教授,硕导,主要从事稠油火驱机理研究。E - m a i l :z h a o r e n b a o v i p s i n a c o n 万方数据 赵仁保等:稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究一6 9 一 引言 火烧油层是通过不断向油层中( 通过1 口或几 口井) 注入氧化剂( 空气或富氧) 点燃油层后,形成 径向移动的燃烧前缘引。最早的油田矿场火驱项 目于1 9 3 4 年在前苏联进行第一次点火MJ ,到目前为 止,全球已经开展了上百个商业化的火驱项目 5 - v 。 稠油油藏火驱必须考虑2 个方面:第一,促使原 油流动;第二,使流动的原油成功运移到生产井。通 过燃烧管实验可以分析油藏火驱机理,关文龙等旧J 通过燃烧管实验分析了燃烧区带分布情况。目前普 遍认为燃烧过程中存在不同的区域旧。,分别为已 燃区、燃烧前缘、裂解区、蒸汽平台、油墙区、冷油区。 国内外一些学者 1 9 1 通过燃烧管实验,研究了火驱 过程中空气需要量、燃料含量、高温燃烧前缘推进速 度等对火驱效果的影响,来评价目标油藏火驱开发 的可行性。影响稠油油藏火驱开发效果的因素很 多,通过室内物模实验难以给出所有变量对火驱效 果的影响。针对这一问题,有学者提出了火驱数值 模拟研究18 | 。火驱数值模拟研究中对于反应控 制方程有着较大的争议,目前数值模拟普遍采用的 是4 步反应控制方程8 I ,即重油裂解反应、重油燃 烧反应、轻油燃烧反应及焦炭燃烧反应。 研究发现,稠油油藏火驱开发存在着严重的油 墙封堵效应,造成大量的压降消耗在油墙区,导致有 效空气注入量在油藏深部高温区逐渐降低,燃烧稳 定性变差。因此,不少学者在超稠油开发中提出了 小注采井距的井网组合,如T H A I ,V A P E X 等9 。 同样,低渗稠油油藏火驱过程中也会存在同样的问 题。本文将燃烧管室内实验和数值模拟相结合研究 火驱过程中油墙形成及其驱替过程中的压力动态响 应,为实际油藏的火驱开发提供理论参考。 1 实验设备、材料及方法 1 1 实验设备 实验所用燃烧管为长度0 6m 、内径3 8c m 的 钛合金填砂管( 内壁处理成粗糙的表面) 。燃烧管 沿程装有5 个热电偶,其间距均为1 0c m ,实时监测 燃烧前缘的温度。燃烧过程中空气注人压力、产出 气体组分通过自动监测系统实时记录。图l 为燃烧 管实验装置流程示意图,主要由燃烧管、气体
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