低滲、特低滲油藏注空氣驅(qū)提高采收率技術(shù)

1、低滲、特低滲油藏注空氣驅(qū)提高采收率技術(shù) 王世虎李愛山謝志勤鐘安海馬利成 (勝利油田采油研究院)l概述空氣驅(qū)油技術(shù)經(jīng)過多年的研究發(fā)展，在國外已經(jīng)進(jìn)入礦場應(yīng)用階段。對輕質(zhì)油藏來說， 一個(gè)成功的空氣驅(qū)油項(xiàng)目，它主要依靠兩個(gè)重要因素：一個(gè)是成功地除去空氣中的氧氣，再 就是提高原油采收率。國外的現(xiàn)場試驗(yàn)表明：對于水驅(qū)后的油藏，注空氣可以提高采收率6一lo。人們注空氣采油的最初想法是：在輕質(zhì)油藏中，通過低溫氧化反應(yīng)(L1：U)或高溫氧化反應(yīng)(腫)，消耗注入空氣中的氧氣，從而達(dá)到類似氮?dú)怛?qū)的效果。因此，對于氧化反應(yīng)過程及產(chǎn)物的研究是非常重要的。對于重油來說，當(dāng)注入空氣發(fā)生燃燒氧化反應(yīng)時(shí)，其 主要反應(yīng)產(chǎn)物是c

2、02和水蒸氣等，它發(fā)生的是燃燒反應(yīng)。對于輕質(zhì)油藏注人空氣時(shí)，根據(jù)條 件的不同主要發(fā)生低溫氧化反應(yīng)(0)或高溫氧化反應(yīng)(rID)，反應(yīng)的主要產(chǎn)物包括醛、酮、羧酸、醇和環(huán)氧化合物等，另外，還含有少量的c02和co。圖l和圖2是典型的輕油勻變 溫度測試結(jié)果和典型的重油勻變溫度測試結(jié)果。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，輕質(zhì)油和重油發(fā)生反應(yīng)時(shí)的溫度、產(chǎn)物和反應(yīng)的方式有很大的不 同。國外通過在室內(nèi)對輕質(zhì)油藏的氧化反應(yīng)研究，得出了適合空氣驅(qū)油的低滲輕質(zhì)油藏的篩 選標(biāo)準(zhǔn)，并且在現(xiàn)場進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)說明：對低滲油藏，只要合理優(yōu)化注 采參數(shù)，實(shí)施低滲透空氣驅(qū)油是安全有效的。我們通過對國外低滲油田空氣驅(qū)油技術(shù)的調(diào)

3、 研，在室內(nèi)也進(jìn)行了該技術(shù)的研究，并取得了一些階段性成果，為下一步搞好空氣驅(qū)油物模 實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。苧oE制g求瑚簟礦圖l典型的輕油勻變溫度氧化測試圖2典型的重油勻變溫度氧化測試1942空氣驅(qū)油技術(shù)的國外發(fā)展現(xiàn)狀21空氣驅(qū)油技術(shù)的主要研究內(nèi)容 國外進(jìn)行空氣驅(qū)油技術(shù)研究，在進(jìn)入現(xiàn)場試驗(yàn)之前，主要開展的室內(nèi)研究工作有：高壓、小型恒溫反應(yīng)試驗(yàn)；最小混相壓力試驗(yàn)；高壓氧化驅(qū)替試驗(yàn)。高壓、小型靜態(tài)恒溫反應(yīng)試驗(yàn)： 高壓、小型恒溫反應(yīng)試驗(yàn)是在高壓、小型恒溫反應(yīng)器中進(jìn)行的。高壓小型恒溫反應(yīng)器的主體是一密閉的小型反應(yīng)器，長度是25crn，直徑為254cl，該反應(yīng)器的最大承壓是34MPa。 該小型反應(yīng)器

4、放在圓桶型的加熱器中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在該小型反應(yīng)器中加人試驗(yàn)區(qū)塊的巖 心、原油，并充入空氣，加熱到適當(dāng)溫度進(jìn)行反應(yīng)。記錄反應(yīng)過程中壓力隨時(shí)問的變化情 況，試驗(yàn)結(jié)束后，對反應(yīng)器中的氣體作氣相色譜分析。通過該試驗(yàn)可以確定空氣中氧氣的消 耗速度和反應(yīng)產(chǎn)物。表1和表2為試驗(yàn)結(jié)果。表l小型恒溫反應(yīng)器恒溫氧化反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)溫度120、原油密度O犯ga一)項(xiàng)目原油量55rDL 原油量60r止 原油量65mL 韌始壓力Hh2519 152最后壓力脅笠185 138恒溫時(shí)間h135 4B 10B 反應(yīng)產(chǎn)物組成晚、c02、co9_8、25、06 16、07、04 65、31、08 每kg原油氧氣的平均消耗速度(

5、§，h) O 25016O15表2含有碎巖心的恒溫氧化試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)溫度1加、原油密度0鴕gc一：眥越0mLB吼13mL (-忸18mLC咖20【止n日20ll正 項(xiàng)目巖心A 巖心B巖心B巖心D 巖心B 巖心C初始壓力脅205 215 216 202 245 20 4宴驗(yàn)溫度1181Il111117117120最終壓力脅176 19 6202 17 7235 163持續(xù)時(shí)間h 140 160 120 120 1201 反應(yīng)后氣體組成啦、c啦、0015、7、1810、3、0 410、3、042 2、72、l 8 128、24、0 4 16、92、16 每kg原油平均耗氧速度(g，lI)

6、0 55 O20 450 56 0凹O58從前面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以看出，巖心的類型、原油性質(zhì)、溫度等因素對最終產(chǎn)物中 氣體的組成都有影響，其中，有無巖心和巖心的類型是影響氧化產(chǎn)物組成的決定因素。表l表明了在僅有原油存在的反應(yīng)器中氧氣的消耗情況。從數(shù)據(jù)中可以看出，在152枷)a和19MPa的條件下，氧氣的消耗速度是十分相近的，但是，在25加條件下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，氧氣的消耗速度明顯增加。 表2列出的是不同原油油樣加上不同的碎巖心后的靜態(tài)恒溫氧化反應(yīng)結(jié)果。在每一次實(shí)驗(yàn)壓力下充人空氣的體積是碎巖心孔隙體積的兩倍。在57天的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)基本上將氧氣耗掉，在氣體組分中，氧氣的含量已降到比很低，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示

7、，不同的原油油樣可以在一 定溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)，并把氧氣濃度降到安全線以下。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還清楚的表明：當(dāng)原油與碎巖心接觸混合后耗氧速度大大增加。對于這種現(xiàn)象，國外理論界有兩種解釋：一是巖心對氧化反應(yīng)有催化作用；二是巖心的加入大大增加了氧氣與原油反應(yīng)的表面積，從而使氧化反應(yīng)速度大大加快。】95最小混相壓力試驗(yàn)： 氮?dú)馀c原油進(jìn)行一次接觸或多次接觸均可形成混相。由于在注入的空氣中氮?dú)夂拷咏?0，因此，注人空氣混相特征和注入氮?dú)饣煜嗵卣饔幸欢ǖ南嗨菩浴Ｍㄟ^室內(nèi)研究空氣與原油的混相特征表明：空氣與原油的混相受溫度的影響比較小，當(dāng) 空氣中的氧氣消耗掉，產(chǎn)生二氧化碳后，可使空氣與原油的混相壓力降低，但只有當(dāng)二

8、氧化 碳的含量超過30時(shí)空氣與原油的混相壓力才會產(chǎn)生明顯的降低。因此，大多數(shù)注空氣項(xiàng)目比較容易實(shí)施非混相低溫氧化反應(yīng)(L1D)或高溫氧化反應(yīng)(腫)，在注入壓力合適的情況下。也可以實(shí)施低溫氧化混相驅(qū)或高溫氧化混相驅(qū)。高壓氧化驅(qū)替試驗(yàn)： 國外在完成靜態(tài)低溫氧化試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了注空氣低溫氧化物模實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。通過該試驗(yàn)可以看出，通過低溫氧化反應(yīng)，注入空氣中的氧氣濃度大大降低，濃度均低 于4，氧氣濃度降到了安全線以下。表3高壓低溫驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果高壓低溫氧化試騎編號試驗(yàn)l試驗(yàn)2 原油+巖心 原油+石萸砂+5黏土 原油+碎巖心孔隙度，滲透率 =46=酌6x lO3矗=44 2空氣注入壓力脅

9、6 18注氣速度(矗矗h)00760惦O58一O 28 注氣時(shí)間h175 54 產(chǎn)出氣中q、cq、c0含量2、8、123、7、10 最終采收率71 964 022空氣驅(qū)油技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用通過室內(nèi)試驗(yàn)研究，美國的阿莫科石油開采公司及其他石油公司從19卯年開始，在美 國南北Dal【“ta州的wills咖盆地也實(shí)施了一些商業(yè)性規(guī)模的注空氣驅(qū)油項(xiàng)目。在這些項(xiàng)目 中，注空氣驅(qū)油方法被用于低孔隙度(11一19)、低滲透率(小于20x 10-3衄F(xiàn))的含有極 輕質(zhì)原油(在油藏條件下黏度小于1-r·Pa·s)的白云巖油藏，該油藏由于注入能力特低，導(dǎo)致 注水遇到了很多困難。這些油藏的白云巖有些

10、裂縫存在，但延伸的裂縫和斷層迄今尚未發(fā)現(xiàn)。 表4為幾家美國公司的現(xiàn)場試驗(yàn)情況，表中列出了試驗(yàn)區(qū)塊油藏的埋藏深度、油藏的基本參數(shù)和原油在油藏溫度下的黏度。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，Anloco石油公司實(shí)施的兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，向兩口注入井每天注入空氣113×104矗，從九口采油井中采出原油，六個(gè)月以后，累計(jì)增油121×l帆，提高采收率10(原始石油地質(zhì)儲量)。衰4注空氣采油技術(shù)國外應(yīng)用概況產(chǎn)層厚 注壓力一 孔隙 滲透率原油黏 空氣原油油田，公司。國家?guī)r性類型 深度m 溫度度m脅度IO一口一 度nd小B 比(一一)WIST H部jmY 914 4S10 9427300 O9Am美國3657s【腳，

11、IhD美國6189094 。48ll190O 8 301l196續(xù)表產(chǎn)層厚 注入壓力，孔隙滲透率原油牯 空氣原油油田，公司國家 巖性類型 深度m溫度度mm度103u舒 度rnPa·B 比(d矗)加刪c0“fm山美國砒6289510430 33 17 5O52138mJnD2590 1023033 1918O5l_78l 6G呷mHnd美國M礎(chǔ)CAPAL262199 3033 1110053鯽2K礎(chǔ)E耳d美國3空氣驅(qū)油技術(shù)在我國的研究現(xiàn)狀31已取得的研究成果311試驗(yàn)區(qū)塊的篩選和評價(jià)我們同純梁采油廠地質(zhì)所、工藝所有關(guān)技術(shù)人員結(jié)合，選擇了適合低滲透油田空氣驅(qū)的 試驗(yàn)區(qū)塊。初步確定的試驗(yàn)區(qū)

12、塊有兩塊：一塊位于小營油田西部沙二段，現(xiàn)有一口注入井和 四口采油井。另一個(gè)試驗(yàn)區(qū)塊位于小營油田梁8818井區(qū)沙二段，該區(qū)塊有五口采油井 和一口注入井。純梁采油廠地質(zhì)所的科技人員正在對試驗(yàn)區(qū)塊油藏特性進(jìn)行研究并建立地質(zhì) 模型，為下一步的空氣驅(qū)油數(shù)值模擬工作做準(zhǔn)備。312巖心常規(guī)分析試驗(yàn) 取小營油田砂二段營2123井巖心，進(jìn)行了巖心常規(guī)分析。經(jīng)lo塊巖心的試驗(yàn)檢測：該區(qū)塊平均孔隙度為255；平均氣測滲透率為883 x 103“m2。通過上述試驗(yàn)，為下一步 空氣驅(qū)油物理模擬提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)。313調(diào)剖劑和調(diào)剖工藝研究主要是利用泡沫的分流原理，在注空氣過程中，用泡沫暫堵滲透率較高的地層，將空氣 導(dǎo)向低滲

13、地層。針對上述目標(biāo)。我們開發(fā)研制了新型的起泡劑，室內(nèi)已完成了起泡劑配方研 究，起泡劑的評價(jià)和泡沫半衰期的測量及泡沫與油層水的配伍性試驗(yàn)。另外，我們還針對起泡劑的穩(wěn)定性，進(jìn)行了穩(wěn)泡劑的篩選研究。通過上述研究，得出了發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑配方，為下一步試驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。314原油氧化物理模擬實(shí)驗(yàn) (1)物模實(shí)驗(yàn)流程 我們采用火燒油層的小管進(jìn)行低溫氧化實(shí)驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。在實(shí)驗(yàn)時(shí)先在模型內(nèi)充填石英砂，孔隙度按實(shí)際地層數(shù)據(jù)，然后抽真空飽和水，最后飽和實(shí)際地層的原油。實(shí)驗(yàn) 時(shí)空氣從入口進(jìn)人從出口產(chǎn)出，產(chǎn)出氣體進(jìn)入氣體檢測儀檢測氣體組分。點(diǎn)火加熱器可將進(jìn)口端的油砂加熱的設(shè)定的燃燒溫度或低 溫氧化溫度，隨著空氣

14、的注入，燃燒帶 或低溫氧化帶逐漸向出口端擴(kuò)展。保溫 電熱器根據(jù)模型內(nèi)部熱電偶和控溫?zé)犭?偶的指示進(jìn)行加熱，使模型內(nèi)外的溫差 保持在設(shè)定值，模擬在實(shí)際地層中的散圖3小管火燒模型流程示意圖熱狀況。197(2)實(shí)驗(yàn)主導(dǎo)思想與設(shè)計(jì) 依據(jù)國外資料，稀油氧化發(fā)熱量最高時(shí)的溫度在200300氣之間，因此。我們將小營的原油在230和250兩個(gè)溫度進(jìn)行氧化試驗(yàn)，就是假設(shè)已形成了高溫帶，通過試驗(yàn)觀察這 種原油在高溫帶內(nèi)的氧化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)利用點(diǎn)火加熱器將空氣入口處的油砂加熱到設(shè)定的氧化溫度，這樣做是模擬在注入井近井地帶由于氧化生熱形成的高溫帶，隨著空氣的不斷注 入，這個(gè)高溫帶繼續(xù)向前擴(kuò)展。在實(shí)驗(yàn)不斷地采集溫度、壓力

15、、產(chǎn)出氣體組分等數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn) 后根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析耗氧速率、生熱量等有關(guān)參數(shù)，分析在小營油田實(shí)施注空氣開采的可 行性。為了使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有可比性，在小營原油試驗(yàn)之前我們還利用渤南油田的油樣進(jìn)行了 相同參數(shù)的試驗(yàn)，渤南原油和小營原油一樣都屬稀油，從族組分分析數(shù)據(jù)看，小營原油的成 分中膠質(zhì)，非飽和烴含量較高，它的重質(zhì)含量較一般的稀油要多，不易氧化。(3)物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 圖4一圖7是用渤南原油和小營原油進(jìn)行低溫氧化實(shí)驗(yàn)時(shí)得出的結(jié)果。300200 萍攀矮季樂陽燼量嗍锨3加熱溫度250 l一一一Zpi-50 。瓣50 礎(chǔ)2；芝竺、：100O圖4小營油樣250ac實(shí)驗(yàn)25氧氣 含量 內(nèi)部溫度2內(nèi)fB 溫度1

16、300=kr 。，上一一2D250，一p窕 <加熱溫度16芝瓷200 。部箍 l度3山上lo鏨癌，一1F口 乓 ，二氧化碳含量5100礦口 氧化碳音量O060l1501帥210 2帥270 300 330 360 390 4450 時(shí)聞椰n圖5渤南油樣2印實(shí)驗(yàn)199300 21、加摯戤 內(nèi)唧啵118200套扣一一一多2_!l，!孥糾蝴25015毫蓄啪12麓l 彤丫一量：郴齟。莘夕76爿<面卯嚴(yán)=二7“k30001001200 2503003504450 500時(shí)間mln圖6渤南油樣230實(shí)驗(yàn)移一2502001娟10D “y。薯蝴如母rrJl§J二氧化碳音量50 上d：一一

17、氧化擊古量O圖7小營油樣230實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)曲線中的耗氧曲線可以看出，渤南原油在第一點(diǎn)溫度到達(dá)250時(shí)氧氣值即已降 到3以下，此時(shí)第二點(diǎn)和第三點(diǎn)溫度在220和150，說明高溫區(qū)域是整個(gè)模型長度的一 半時(shí)，在較短的長度內(nèi)氧氣消耗至3以下。而小營原油在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，空氣注入端加熱溫度分別為230和250整個(gè)模型溫度都 達(dá)到200以上時(shí)空氣通過模型時(shí)氧化含量還在11以上，而且到達(dá)一定時(shí)間后氧氣含量還 逐步回升。從溫度曲線看，在230加熱時(shí)，渤南原油實(shí)驗(yàn)，第一點(diǎn)溫度和第二點(diǎn)溫度都超過加熱 溫度，第三點(diǎn)溫度也逐步接近加熱溫度。而在250加熱時(shí)，3個(gè)點(diǎn)溫度都超過加熱溫度， 說氧化生熱較大。而小營原油在230和2

18、50qc加熱時(shí)，模型內(nèi)溫度都未超過加熱溫度，說明氧化生熱量小。 從原油的族組分分析來看，小營原油的飽和烴含量為4234，而渤南原油的飽和烴含量為5499，兩者相差較大。說明小營原油的品質(zhì)較差。從性質(zhì)上說偏于稠油，而稠油的氧化溫度高于稀油，所以在稀油的氧化溫度下，小營原油的氧化能力較差。199另外小營油樣中含有極細(xì)的黏土成分。我們將油樣用大量的石油醚稀釋，放置一天后， 在容器底部出現(xiàn)了膠狀沉淀物。我們分析這些膠狀物由黏土為主形成的。由于有黏土成分存 在，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，極易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。在將油砂加熱到70。原油中蠟熔化具有流動能 力后，開始注入空氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？諝庾⑷牒笤烷_始流動，但隨之即發(fā)生堵塞

19、，一旦堵塞即使反向注空氣也不能解堵致使實(shí)驗(yàn)失敗。我們進(jìn)行了近十次實(shí)驗(yàn)，僅有兩次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了全過程取得了數(shù)據(jù)。從小營原油的這種性質(zhì)看，進(jìn)行低溫氧化驅(qū)油也具有一定的風(fēng)險(xiǎn)很可能在地 層中發(fā)生堵塞。從物模實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，在我們裝置的長度內(nèi)，在250的溫度下，通風(fēng)強(qiáng)度在24m3 m2·h時(shí)，小營原油氧化后氧化含量在11以上。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到3的要求。而渤南原油則可 以達(dá)到要求，就是說如果在渤南原油中進(jìn)行低溫氧化驅(qū)油的現(xiàn)場試驗(yàn)，有一個(gè)確定的氧化溫 度和氧化帶長度，在這個(gè)條件下，可以保證氧氣消耗在3以下。而小營原油在250溫度 和整個(gè)模型長度內(nèi)，氧氣消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到3的要求。從現(xiàn)場實(shí)施的角度來看，只有在地層

20、 內(nèi)形成長的高溫帶也許可以將氧氣降低到3以下。但是由于小營原油的氧化能力很弱，從 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看，模型內(nèi)的溫度并未超過從外部加熱的溫度，在250。c時(shí)生熱都不明顯。因此 也很難保證在地層溫度條件下，可以通過自然氧化在地層內(nèi)生成250的高溫帶，即使可以 形成也需要相當(dāng)長的時(shí)間。 ，參考國外注空氣低溫氧化現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，從空氣注入量看，產(chǎn)出每噸原油需注空氣2000 至4000一，這個(gè)指標(biāo)折算到地層的通風(fēng)強(qiáng)度在5m3m2·h左右，而我們試驗(yàn)用的通風(fēng)強(qiáng)度為24矗一h。在這個(gè)通風(fēng)強(qiáng)度下氧氣只能消耗到11，如果靠減少通風(fēng)強(qiáng)度可以提高氧氣消耗百分比，但是這樣驅(qū)油效果很差。 參考一些有關(guān)稀油氧化方面的國外

21、資料，并根據(jù)多年來我們從事稠油火燒油層中對原油氧化的、認(rèn)識，對小營原油的氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了如下的分析。在原油中存在著多種組分，很 多輕質(zhì)組分并不發(fā)生氧化反應(yīng)，原因是在空氣注人的條件下，輕質(zhì)組分蒸氣的分壓降低，它 的蒸餾溫度也降低，因此在較低的溫度下，輕質(zhì)組分也大量蒸餾掉，不能就地和氧氣發(fā)生氧 化。而重質(zhì)組分產(chǎn)生氧化的溫度又較高，根據(jù)我們對稠油進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在300以上時(shí)稠油才發(fā)生氧化產(chǎn)出二氧化碳。因此稀油中在200。300之間發(fā)生氧化的是一些中質(zhì)的 組分，它們發(fā)生氧化反應(yīng)的溫度不是很高，同時(shí)在這個(gè)溫度下蒸餾量較小，因此這部分原油 可以就地發(fā)生氧化反應(yīng)。這部分組分實(shí)際是原油氧化反應(yīng)的主要成

22、分，在小營原油的氧化實(shí) 驗(yàn)中，氧化強(qiáng)度明顯比渤南原油差，說明適宜氧化的組分含量很低。在250實(shí)驗(yàn)中途耗氧 量開始逐漸減少，在230實(shí)驗(yàn)時(shí)到后期耗氧量也開始減少，而此時(shí)在模型中的氧化前緣只前進(jìn)到模型總長的三分之一，說明這部分組分已被消耗掉，氧化反應(yīng)難以維持下去。通過對比實(shí)驗(yàn)說明原油的組成成分對原油氧化特性影響很大，從原油的黏度來看，國外 將黏度26·Pa·s的原油稱為輕油，把1rnPa·s以下的原油稱為超輕油，國外都是在這些原 油中進(jìn)行低溫氧化試驗(yàn)，而且國外比較成功的低溫氧化驅(qū)油現(xiàn)場試驗(yàn)都是在超輕油中。為此 我們對渤南和小營原油測定了黏度。渤南原油在80qc時(shí)黏度9

23、6rnPa8，小營原油在80時(shí) 黏度209n·Pas，即使渤南原油進(jìn)行低溫氧化的把握性也不是很大。小營原油的黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于國外試驗(yàn)區(qū)的黏度，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果也說明原油黏度越大低溫氧化能力越低。從以上分析得出 初步結(jié)論，小營原油不適合大排量注入空氣的低溫氧化驅(qū)油方式，氧氣難以消耗到3 以下。小營原油的重質(zhì)組分含量高，如果對其采用注空氣開采，就必須提高氧化溫度。而靠在200原始地層溫度下注入空氣，原油氧化生熱自發(fā)地加熱油層到300以上，就小營原油來說是 相當(dāng)困難的。因此，對小營油田要考慮采用人工加熱地層的方法，即在開始注入空氣時(shí)。對 其進(jìn)行加熱，類似火燒油層的點(diǎn)火，使油層溫度加熱到原油能夠劇烈

24、氧化的溫度，原油生熱 量增大，繼續(xù)加熱下游的油層使氧化反應(yīng)能夠持續(xù)下去。315原油低溫氧化靜態(tài)化學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)研究 (1)測試研究裝置的特點(diǎn) 靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)是在模型中充滿油砂，空氣靜止地存在于油砂之間的空隙中。整個(gè)體系可使原油氧化過程均一，化學(xué)反應(yīng)在體系各處均一，化學(xué)反應(yīng)物和產(chǎn)物各處均一，整個(gè)反應(yīng)系 統(tǒng)溫度壓力均一。體系的狀態(tài)和條件，如體系的溫度壓力、反應(yīng)器中的反應(yīng)物和產(chǎn)物。不受 分析測試采樣操作的影響，確保模擬的真實(shí)性和采樣的代表性。氧化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置可以在高溫(200)高壓(5個(gè)大氣壓或更高)工作。采樣使用獨(dú)特的 專用裝置，氣體樣品隔絕環(huán)境空氣的干擾。采樣的真實(shí)性確保測試結(jié)果的真實(shí)性。而且采樣 后

25、，反應(yīng)器系統(tǒng)壓力不受采樣影響，采樣之后必須維持恒定不變，更主要的是氣相氧含量也 不受采樣而變更。氣體樣品分析由氣體色譜法完成，可分析測定仍、N2、c0、c02、c毗等氣體，其靈敏度優(yōu)于1，而且其分析氣樣量可以小于1-DL。 在實(shí)驗(yàn)中可以獲得不同溫度，不同壓力。不同原油在不同顆粒度油砂樣品的氧化動力學(xué)結(jié)果；可以是簡單氧化反應(yīng)過程，也可以是復(fù)雜的氧化反應(yīng)過程；可以對所得結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插，或適當(dāng)外推。 本測試研究進(jìn)行了50一100目粗細(xì)度的含油263的人造油砂，在85、120、160和200，在5大氣壓(約o5n·Pa)空氣下的氧化實(shí)驗(yàn)測試研究。圖8氧的含量變化趨勢(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析原油氧化反

26、應(yīng)過程中氧的含量變化趨勢如圖8所示。它屬于一種初始存在誘導(dǎo)期，最終 趨于平衡的典型化學(xué)反應(yīng)類型；同時(shí)它又是發(fā)生于氣固(或液)界面問的化學(xué)反應(yīng)，因而存在 朗格繆爾(1“腫·-ir)吸附反應(yīng)因素。在本工作中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較充分，對其進(jìn)行比較仔細(xì)地 分析研究后，發(fā)現(xiàn)采用比較復(fù)雜的兩步反應(yīng)模型是合適的。它的數(shù)學(xué)表達(dá)形式如下所示：20ld(P，)dI=(P。)n·A·expC一日·(t一o)l+c·e。p一D·(t一。o)式中 P，氧分壓；n反應(yīng)級數(shù)；A，B，C和p一相關(guān)反應(yīng)常數(shù)；t反應(yīng)時(shí)間；f。相應(yīng)反應(yīng)延遲時(shí)間。采用這樣一個(gè)模型對本實(shí)驗(yàn)測試所得

27、結(jié)果，進(jìn)行計(jì)算處理，獲得模型中相應(yīng)參數(shù)。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果和計(jì)算處理結(jié)果分別如圖9，圖10和圖11所示。圖9原油在不同溫度下氧化反應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖lO原油氧化反應(yīng)在不同溫度下氧耗模擬結(jié)果tooI、*0圖“原油氧化反應(yīng)在不同溫度下氧耗模擬結(jié)果根據(jù)前述計(jì)算處理，可以得到在不同溫度下，氧的含量隨著反應(yīng)時(shí)間的變化。在此，我 們可以得到在不同溫度下，使原油氧化的含氧量低于5所需超越的時(shí)間，如表5所示：表5氧含量低于5所需超越的時(shí)間 85 1201柏160180 2腫250300 fh14511512 6 4 27 1 B 144當(dāng)然，我們也可得到在不同溫度下，使原油氧化的含氧量低于3所需超越的時(shí)間，如202表6

28、所示表6氧含量低于3所需超越的時(shí)間口c85 120 14016018022503加lh研63194 ll29 731112 5 47323 2l 62從表中所示結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)原油氧化過程中體系含氧量的降低隨反應(yīng)溫度的升高變化十 分迅速。本研究所得結(jié)果與M+creaves所得 穩(wěn)態(tài)測試結(jié)果(如圖12所示)基本一致。靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)是在模型中充滿油砂，空 氣靜止地存在于油砂之間的空隙中。模型中 溫度和壓力恒定在85和5個(gè)大氣壓 (O5MPa)。隨著低溫氧化的進(jìn)行，模型中的 氧氣不斷氧化而被消耗掉。從試驗(yàn)及推導(dǎo)計(jì) 算結(jié)果看出，模型中在85，5個(gè)大氣壓下 氧氣消耗至3，需272h。從這個(gè)數(shù)據(jù)我 們可以有兩

29、個(gè)認(rèn)識。第一個(gè)是空氣注入到85qc的地層里，經(jīng)圖12 MGre“懈所得穩(wěn)態(tài)測試結(jié)果過272h從生產(chǎn)井產(chǎn)出，氧氣可以降低到3 以下。這意味著只有極低的注人流量，才能使空氣在地層中停留這樣長的時(shí)間，具體注入量要根據(jù)具體油藏井距來確定。第二個(gè)認(rèn)識就是在地層中的發(fā)熱功率很小，在油砂中空氣只存在于孔隙中，而孔隙里大 部分是油水等液相，在一方油砂中只含有空氣10L(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)左右，而10L空氣以最高效 率氧化生熱只有33kJ，這33kJ熱量要272h才能生成按照這樣的生熱速度，一年時(shí)間整個(gè)油 層從注入井到生產(chǎn)井的油層溫度平均升高05，考慮到在靜態(tài)試驗(yàn)中，氧化濃度逐漸減 少，生熱速率漸降低。而在實(shí)際注空氣

30、過程中，在注入井附近氧氣濃度總是很高的，將注入 井附近的生熱速率提高lO倍，那么每年也只能升高5。這樣計(jì)算的目的還是說明在這種 原油中氧化生熱能力很差，靠注空氣氧化生熱很難形成溫氧化帶。從靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出初步結(jié)論：在小營油田可以采用小排量注入空氣，空氣從生產(chǎn)井產(chǎn)出時(shí)氧氣可以減少到3以下，但是由于原油氧化生熱能力很差，靠注空氣難以形成高溫氧化帶，因此也難以逐步擴(kuò)大注入空氣量，形成大排量的注空氣低溫氧化驅(qū)油過程。316長管模型100注空氣長時(shí)間氧化實(shí)驗(yàn)為了進(jìn)一步測定小營原油在地層溫度條件下的氧化特性，我們在直徑170r一，長度2000m的長管實(shí)驗(yàn)裝置中，在100qc恒定溫度下，進(jìn)行了120h的

31、氧化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖13。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，在實(shí)驗(yàn)的開始階段，產(chǎn)出氣體中氧氣降到ll，二氧化碳上升到4，但是氧化程度沒有進(jìn)一步發(fā)展，隨時(shí)間的推移氧化程度反而越來越弱。這與在小管中進(jìn)行230氧化實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象類似。 分析這次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，首先證明小營原油還是具有一定的氧化能力，在100這樣較低的溫度下，也可以將空氣中的一部分氧氣氧化掉。但是，這種過程不能維持一定的時(shí)間，說明小營原油中易于氧化的成分含量較少。從國際上眾多的研究成果看，能夠在較低溫度下發(fā) 生氧化的原油，是由較輕質(zhì)組分組成的。如上面分析結(jié)果看，小營原油輕質(zhì)組分含量較低，203在實(shí)驗(yàn)過程中，一部分輕質(zhì)組分與氧氣發(fā)生反應(yīng)消耗了，一部分原油被驅(qū)出

32、模型，未被驅(qū)出 的原油中的輕質(zhì)組分由于蒸餾作用成為氣相被空氣驅(qū)出模型。由于可供氧化的組分越來越 少，因此，氧化程度越來越低。圖13小營原油長管注空氣100氧化實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出氣體組分變化圖在實(shí)際油藏注空氣開采時(shí)，氧化的程度可能較實(shí)驗(yàn)中的要好，因?yàn)?，?shí)際油藏的體積很 大，輕質(zhì)組分雖然也會被空氣帶動向前移動，但是它還是在地層內(nèi)，空氣中的氧氣還可以和 這些輕質(zhì)組分接觸發(fā)生氧化。但是，小營原油輕質(zhì)組分畢竟含量較低，空氣注入量一定要小 一些，這樣空氣在地層中停留時(shí)間長一些，這樣才能使空氣在從生產(chǎn)井產(chǎn)出時(shí)氧氣含量達(dá)到3以下。 ，另外，在長管實(shí)驗(yàn)中，測定的驅(qū)油效率是50左右，這與國外的一些非混相驅(qū)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很相近，

33、因此，利用空氣驅(qū)油，在將氧氣消耗掉保證安全后，是一種可行的開發(fā)方式。通過物摸和化模實(shí)驗(yàn)，證明小營原油由于膠質(zhì)和非飽和烴含量較高，偏于重質(zhì)原油，比 一般稀油的氧化能力相差很多。在85地層溫度下，可以形成低溫氧化，使氧氣含量低于3，但是需要272h以上。在這種條件下，可以采用小排量注氣驅(qū)油，但是難以形成高溫氧 化帶加速原油氧化，提高空氣注入量，達(dá)到大排量注氣驅(qū)油的要求。在高溫氧化的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，空氣注入端加熱溫度分別為230和250，整個(gè)模型溫度 都達(dá)到200以上時(shí)空氣通過模型時(shí)氧化含量還在11以上，而且到達(dá)一定時(shí)間后氧氣含量還逐步回升。在長時(shí)間100恒定溫度下的長管實(shí)驗(yàn)也有類似的結(jié)果，說明小營原油的重質(zhì)組分含量高，如果對其采用大排量注空氣開采，就必須提高氧化溫度。而靠在原始地層溫度 下注人空氣，原油氧化生熱自發(fā)地加熱油層，到達(dá)使注入空氣充分氧化的溫度，就小營原