注蒸汽稠油油藏强化蒸馏采油实验研究
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摘 要：原油蒸汽蒸馏试验工作研究了孔隙介质、原始油量、温度及压力、过热蒸汽和注汽速度对蒸汽蒸馏率的影响，建立了可用于预测蒸汽蒸馏率的回归关系式；蒸汽蒸馏数值是在上述试验的基础上，应用实沸点蒸馏曲线，将原油划分为几个有限数目的限定组分，使用P-R方程，建立起精确的数学模型，对实验室蒸馏进行了模拟，最终编制注蒸汽模拟程序，计算油藏中蒸汽-油-水三相平衡和实验室条件下的蒸汽蒸馏效率；强化蒸馏添加剂的研制是以化工领域强化蒸馏的作用机理为基础，选用芳烃浓缩油、表面活性剂及新型活化剂3类添加剂进行蒸馏实验，通过实验得出了三类添加剂的最佳配比；实验考察了强化蒸馏对蒸汽驱及储层的影响，实验结果表明，强化蒸馏添加剂对孔隙结构和矿物组成没有额外的伤害，加强了储层对水的润湿性，因此可知其在加强蒸汽蒸馏作用的同时，还可提高水蒸气的波及体积。
关键词：蒸汽蒸馏，强化蒸馏，数值模拟
【分类号】TE357.46
前言
目前我国常规原油的可采储量越来越少，因此稠油的开采日益受到重视。我国已在12个盆地发现了稠油油藏[1]，储量非常可观。这些稠油油藏的开发，对于弥补我国东部老油田稠油产量的自然递减将发挥非常重要的作用。蒸汽驱原油开采技术是开发稠油油藏的有效方法之一，国外大型稠油油田经过蒸汽吞吐及蒸汽驱开采，采收率超过了45%～50%[2]。我国自90年代在四大稠油区相继开展蒸汽驱先导性试验，至今仍未取得突破性进展。
原油在多孔介质中的蒸馏是蒸汽驱开采稠油的作用机理之一，这是由原油在高温下的蒸馏特性决定的[3]。蒸汽蒸馏指某种液态混合物中的挥发组分在直接引入蒸汽时，可以在低于其沸点的温度下蒸发为气态。在蒸汽驱过程中，随着蒸汽前缘的推进，凝析带扫过地区内的剩余油被和井底蒸汽温度相同的蒸汽带驱替和气提，并推向蒸汽带前缘。蒸馏出的轻烃组分与水蒸气混合后一起向前推进，在凝析带内遇到温度较低的岩石时，凝结为液态的水和轻质油。轻烃与该处原油互溶混合，一部分粘度进一步降低了的原油被热水驱动。而被热水绕过的那一部分凝结带扫过的剩余油，又将受到继而来之的蒸汽带的蒸汽蒸馏。如此反复交替进行，最终获得蒸汽带驱替区内非常低的残余油饱和度，从而增加了原油的采收率。
1、实验设备
蒸汽蒸馏模拟装置如图1所示。蒸汽蒸馏装置的主体蒸馏室，外部是4140低碳钢，中间为耐腐蚀的不锈钢。蒸馏室长60cm，直径为178cm，可垂直放置，也可水平放置，分上下两个部分，在蒸馏室上部安装有缓板、隔板和挡板，缓冲板系统防止油向上驱动，只有冷凝物可以通过缓冲系统，然后再通过隔板系统。下部没有安装缓冲板、隔板和挡板，可以装入稠油或稠油和岩心砂。
2、实验方法
蒸汽蒸馏室要求用环已烷（或二甲苯）清洗，注入丙酮（或乙醇），再用热氮气吹干；抽真空后从蒸馏室上部充填氮气，用泵抽蒸馏室底部饱和油和水，关闭蒸馏室顶、底部阀门；按预先设定的温度加热蒸馏室、进出管线及蒸汽发生器，以恒定速度给蒸汽发生器供水，通过回压调节器控制出口压力（回压略低于该实验温度下的饱和压力0.02MPa）。打开蒸馏室顶部阀门，让蒸汽产出，同时打开底部阀门，蒸汽进入蒸馏室，开始蒸汽蒸馏实验；定期收集产出液（油和水），当产出液中含油少于0.4%时终止实验，通过质量平衡计算蒸馏残留量。本试验采用多组分复配的强化蒸馏助剂，其主要成分为表面张力降低组分、胶体结构改性组分、自由基抑制组分和溶解度调节组分。表面活性剂为阴离子-非离子型的，而胶体结构改性剂的成分为混合芳香烃，自由基抑制剂是一种酚类物质，溶解度调节剂为醇类物质。
3、实验结果与讨论
选取两种多孔介质，一种为150～200目的石英砂；另一种为实际岩心砂。主要研究：多孔介质、原始含油饱和度（含油量）、注入速度、蒸汽温度、压力及强化蒸馏助剂等对原油蒸汽蒸馏率的影响。
由以上数据可见，添加强化蒸馏助剂后，模拟稠油蒸汽驱蒸汽蒸馏采收率有明显提高，比不加助剂时提高3.6～7.9%。可以看出用了助剂的蒸馏率的最好的效果比未加入助剂高了7.9%，说明助剂对稠油蒸汽蒸馏率的影响是十分明显的，尤其是对粘度低的稠油效果更佳。
二、强化蒸馏对储层孔隙结构和矿物组成的影响
目前，随着吞吐轮次的不断增加，单井平均近四轮次，增产效果越来越差，原油产量难以稳住；同时，出现注入蒸汽回采水率低，地下存水不断增多，油藏压力下降缓慢，部分井出砂等问题。地下存水以每年50×104t/年的速度增加致使注入蒸汽热效率下降，并由于井底周围含水饱和度增加，导致油相渗透率的下降。统计表明，吞吐轮次每增加一轮次，平均地下存水增加70～80t/m，平均单井日产量减少0.98t/m。注入蒸汽的温度高达350℃，平均井口压力达15.0MPa，蒸汽干度76%～77%，这种高温高压的蒸汽不可避免地与储层岩石矿物反应，引发储层特征的变化，从而改变油气在地下的储存状态，油气分布变得更复杂。
三、结论与认识
通过本文研究，得出以下结论：
1、原油自身性质是影响其蒸汽蒸馏的重要内在因素，而温度和压力为关键的外在因素。原油的蒸汽蒸馏率与多孔介质、注汽速度和原始油量关系不明显。饱和条件下升高蒸汽温度时，原油蒸汽蒸馏率稍有提高；而过热蒸汽可以大幅度提高原油的蒸汽蒸馏率，尤其对较重的原油，该现象尤为明显。
2、16种不同原油在1.5Mpa的饱和蒸汽压下进行蒸汽蒸馏实验，在VW/Voi为20时实验蒸汽蒸馏产量的范围是原始油体积的13-57%。蒸汽蒸馏率与API重度呈线性递增的关系，预测标准误差在5.6%以内。蒸汽蒸馏率随着粘度（38℃）的自然对数的增加而减小但原油粘度小于10mP・s时，该关系不适用，大于10mP・s时，预测标准误差小于4.3%。
3、强化蒸馏助剂试验结果表明，芳烃浓缩油减三线和减四线抽出油的组成相似，在液相温度为220℃和260℃时，两者均表现出较好的强化效果，但前者的强化效果好于后者阴离子表面活性剂Sl强化效果不理想，特种表面活性剂S2具有很强的表面活性，强化效果较好，当液相温度为220℃和260℃时，净增值随着添加量的增大而上升；新型活化剂R2的强化效果不够理想，新型活化剂R1在液相温度达到260℃，280℃和300℃时，蒸馏率的净增值显著上升，且蒸馏率净增值随添加量增大而上升。
4、添加强化蒸馏助剂后，模拟稠油蒸汽驱蒸汽蒸馏采收率有明显提高，比不加助剂时提高3.6～7.9%，说明助剂对稠油蒸汽蒸馏率的影响是十分明显的，尤其是对粘度低的稠油效果更佳。强化蒸馏添加剂通过强化蒸馏后，一方面对储层水的润湿性改善的更好，改善了水蒸气的流动效率，提高了水蒸气的波及体积，另一方面提高了轻烃组分的收率，抑制大分子稠环芳烃的聚合，增加了地层原油的流动性，进而提高了蒸汽驱采收率。
参考文献：
[1][美]洪K.C..蒸汽驱油藏管理.岳清山等.第二版.北京：石油工业出版社，1995.23～55
[2]孙蕊，陈静，张荣，王锦堂.原油及重油强化蒸馏研究进展.江苏化工，2005，Vol.33（1）：18～21