油藏流體流變特點(diǎn)模擬分析論文

　　引言

　　稠油在我國石油資源里占很大比例,其有效開采技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)[1-2].我國普遍采用蒸氣驅(qū)的開發(fā)方式,在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工業(yè)化應(yīng)用中,由于重力超覆和蒸氣竄槽影響,導(dǎo)致蒸氣驅(qū)體積波及系數(shù)和最終采收率大大降低[3-4].為改善蒸氣驅(qū)的開發(fā)效果,泡沫在蒸氣驅(qū)中的應(yīng)用日益廣泛,該方法可以明顯改善流度比、提高波及系數(shù)和洗油效率[5-6].蒸氣泡沫調(diào)剖的稠油油藏可以分為蒸氣腔驅(qū)油區(qū)、熱水冷凝區(qū)和油藏溫度區(qū),其中蒸氣腔驅(qū)油區(qū)中流體為泡沫油體系,熱水冷凝區(qū)中流體為過熱水油體系,油藏溫度區(qū)中流體為普通的水油體系,不同的區(qū)域存在著不同的流體.對(duì)油藏溫度區(qū)中流體流變特征主要集中在對(duì)乳化液流變特征的研究方面Clark P E[7]研究了水包油型乳化液的流變特征,Seibert K H[8]研究了黏性瀝青基原油—水乳化液的流變性能;趙子剛等[9]、吳明等[10-11]均研究了高含水原油流變特性,吳維夫[12]在低溫下研究了高含水原油的流變特性.針對(duì)油藏溫度區(qū)的水油體系流變特征研究較多,但還沒有對(duì)蒸氣腔驅(qū)油區(qū)的泡沫油體系和熱水冷凝區(qū)的過熱水油體系流變特征進(jìn)行系統(tǒng)研究.因此,筆者通過模擬油藏溫度壓力條件,利用高溫高壓流變儀對(duì)蒸氣腔驅(qū)油區(qū)和熱水冷凝區(qū)流體的流變特征以及相關(guān)影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析.

　　1 實(shí)驗(yàn)

　　1.1 材料

　　稠油油樣:利用電脫水儀,150℃下恒溫脫水5h,冷卻,得到脫水原油;在65 ℃下用煤油調(diào)和原油配制黏度為2Pa?s的模擬油樣;高溫泡沫劑:由烷基磺酸鹽HR-1、烷基苯磺酸GMS、助劑和水按照質(zhì)量比2∶3∶1∶4復(fù)配混合,加熱至65℃攪拌均勻,形成高溫泡沫劑.

　　1.2 設(shè)備

　　高溫高壓流變儀:7500型,最大測(cè)量壓力為138MPa,最高測(cè)量溫度為315 ℃;蒸氣發(fā)生器:DZFR-3,最大許用壓力為0.4MPa,產(chǎn)氣量為4.5kg/h.

　　1.3 測(cè)試方法

　　1.3.1 泡沫油體系

　　將稠油加入流變儀的樣品釜中,然后通入體積比為1∶1的蒸氣和泡沫劑溶液,利用高溫高壓流變儀測(cè)定體系的流變特征,剪切速率為0~600s-1,壓力為7.6MPa.分別測(cè)定在不同蒸氣相飽和度、泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蒸氣干度和溫度下體系剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系,蒸氣相飽和度分別為10%、15%、20%、25%、30%,泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、2.00%,蒸氣干度分別為40%、50%、60%、70%、80%,溫度分別為210,230,250,270,290℃.

　　1.3.2 熱水油體系

　　將稠油和泡沫劑溶液加入流變儀的樣品釜中,利用高溫高壓流變儀測(cè)定體系的流變特征,剪切速率為0~100s-1,壓力為7.6MPa.分別測(cè)定在不同熱水相飽和度、泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度下體系的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系,熱水相飽和度分別為55%、60%、65%、70%、75%,泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、2.00%,溫度分別為110,130,150,160,180℃.

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 蒸氣腔驅(qū)油區(qū)泡沫油體系

　　2.1.1 蒸氣相飽和度

　　對(duì)于蒸氣腔驅(qū)油區(qū)泡沫油體系,采用Power-law模型的對(duì)數(shù)形式描述體系剪切應(yīng)力和剪切速率關(guān)系,即lg=nlg殾+lg K,式中:為剪切應(yīng)力;K為稠度系數(shù);殾夢(mèng)剪切速率;n為流變指數(shù).固定體系溫度為290 ℃、泡沫劑 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為1.00%和蒸氣干度為70%,不同蒸氣相飽和度下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖1和表1.由圖1可知,不同蒸氣相飽和度下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線均滿足線性關(guān)系,且相關(guān)因數(shù)較高,說明滿足冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨蒸氣相飽和度升高而增大.這是因?yàn)轶w系中泡沫劑與蒸氣作用產(chǎn)生泡沫,蒸氣相飽和度越大,則泡沫質(zhì)量密度越大,泡沫之間以及泡沫與稠油之間流動(dòng)阻力越大.此時(shí),體系剪切應(yīng)力主要受泡沫質(zhì)量密度影響,泡沫質(zhì)量密度越大,體系剪切應(yīng)力越大.由表1可知,泡沫油體系流變指數(shù)均小于1,且流變指數(shù)隨蒸氣相飽和度增加而減小.這說明不同蒸氣相飽和度下泡沫油體系均為假塑性流體,且隨著蒸氣相飽和度升高,體系非牛頓性增強(qiáng).泡沫油體系稠度系數(shù)隨蒸氣相飽和度增加而增大.這說明隨著蒸氣相飽和度升高,體系黏度增大.

　　2.1.2 泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)

　　固定體系溫度為290℃,蒸氣相飽和度為20%和蒸氣干度為70%,不同泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖2和表2.由圖2可知,不同泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線符合冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增大.這是因?yàn)殡S著體系中泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,生成泡沫數(shù)量增多,泡沫質(zhì)量密度變大,泡沫密集程度增加,導(dǎo)致泡沫之間以及泡沫與稠油之間流動(dòng)阻力增大,體系剪切應(yīng)力增大.由表2可知,不同泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下泡沫油體系均為假塑性流體,泡沫油體系流變指數(shù)隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小,即隨著泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,體系非牛頓性增強(qiáng).泡沫油體系稠度系數(shù)隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增大.這說明隨著泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,體系黏度增大.

　　2.1.3 溫度

　　固定體系蒸氣相飽和度為20%,泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%,蒸氣干度為70%,不同溫度下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖3和表3.由圖3可知,不同溫度下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線符合冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨溫度升高而降低.這是因?yàn)殡S著溫度升高,體系中泡沫穩(wěn)定性變差,泡沫數(shù)量逐漸減少,加上稠油黏度隨溫度升高而降低,兩方面作用導(dǎo)致泡沫之間以及與稠油之間流動(dòng)阻力降低,體系剪切應(yīng)力變小.由表3可知,不同溫度下泡沫油體系均為假塑性流體,泡沫油體系流變指數(shù)隨溫度增加而增加,即隨著溫度升高,體系越接近為牛頓流體.泡沫油體系稠度系數(shù)隨溫度增加而減小.這說明隨著溫度升高,體系黏度減小.

　　2.1.4 蒸汽干度

　　固定體系溫度為290℃,蒸氣相飽和度為20%,泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%,不同蒸氣干度下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖4和表4.由圖4可知,不同蒸氣干度下泡沫油體系lg~lg殾霉叵登線符合冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨蒸氣干度升高而降低.這是因?yàn)殡S著蒸氣干度降低,蒸氣中含水量增多,水和稠油在泡沫劑作用下形成油包水型乳狀液,從而導(dǎo)致體系剪切應(yīng)力變大.相比蒸氣相飽和度、泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度對(duì)體系流變特征影響,蒸氣干度變化對(duì)體系流變特征影響較小.由表4可知,不同蒸氣干度下泡沫油體系均為假塑性流體,泡沫油體系流變指數(shù)隨蒸氣干度增加而增加,即隨著蒸氣干度升高,體系越接近為牛頓流體.泡沫油體系稠度系數(shù)隨蒸氣干度增加而減小.這說明隨著蒸氣干度增大,體系黏度減小.

　　2.2 熱水冷凝區(qū)熱水油體系

　　2.2.1 熱水相飽和度

　　對(duì)于熱水冷凝區(qū)熱水油體系,同樣采用Power-law模型的對(duì)數(shù)形式描述體系剪切應(yīng)力和剪切速率關(guān)系.固定體系溫度為150℃、泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%,不同熱水相飽和度下熱水油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖5和表5.由圖5可知,不同熱水相飽和度下熱水油體系lg~lg殾霉叵登線符合冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨熱水相飽和度升高而降低.這是因?yàn)轶w系中存在泡沫劑起了乳化作用,且在油水質(zhì)量比較小條件下,稠油和熱水形成水包油型乳狀液.隨著熱水相飽和度增大,油水質(zhì)量比逐漸降低,體系逐漸接近為牛頓流體,體系剪切應(yīng)力也逐漸降低.由表5可知,不同熱水相飽和度下熱水油體系均為假塑性流體,熱水油體系流變指數(shù)隨熱水相飽和度增加而增加,即隨著熱水相飽和度升高,體系越接近為牛頓流體.熱水油體系稠度系數(shù)隨熱水相飽和度增加而減小.這說明隨著熱水相飽和度增大,體系黏度逐漸減小。

　　2.2.2 泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)

　　固定體系溫度為150℃,熱水相飽和度為65%,不同泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下熱水油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖6和表6.由圖6可知,不同泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下熱水油體系lg~lg殾霉叵登線符合冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增大.這是因?yàn)轶w系中存在泡沫劑起到了乳化劑作用,在泡沫劑作用下熱水油體系生成乳狀液,隨著泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,生成的乳狀液數(shù)量增多,導(dǎo)致體系內(nèi)部流動(dòng)阻力增大,體系剪切應(yīng)力增大.由表6可知,不同泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下熱水油體系均為假塑性流體,熱水油體系流變指數(shù)隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小,即隨著泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,體系非牛頓性增強(qiáng).熱水油體系稠度系數(shù)隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增大.這說明隨著泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,體系黏度逐漸增大.

　　2.2.3 溫度

　　固定體系熱水相飽和度為65%,泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.00%,不同溫度下熱水油體系lg~lg殾霉叵登線及相關(guān)擬合參數(shù)分別見圖7和表7.由圖7可知,不同溫度下熱水油體系lg~lg殾霉叵登線符合冪律模型.在相同剪切速率下,體系剪切應(yīng)力隨溫度升高而降低.這是因?yàn)殡S著溫度升高,體系中泡沫劑乳化效果減弱,加上稠油黏度隨溫度升高而降低,兩方面作用使體系內(nèi)部流動(dòng)阻力降低,體系剪切應(yīng)力逐漸變小.由表7可知,不同溫度下熱水油體系均為假塑性流體,熱水油體系流變指數(shù)隨溫度增加而增加,即隨著溫度升高,體系越接近為牛頓流體.熱水油體系稠度系數(shù)隨溫度增加而減小.這說明隨著溫度升高,體系黏度逐漸減小.

　　3 結(jié)論

　　(1)泡沫油體系表現(xiàn)出假塑性流體流變特征,滿足冪律模型.泡沫油體系剪切應(yīng)力隨蒸氣相飽和度和泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增大,而隨溫度和蒸氣干度升高而降低.(2)泡沫油體系流變指數(shù)隨蒸氣相飽和度和泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小,體系非牛頓性增強(qiáng);隨溫度和蒸氣干度增加而增大,體系越接近為牛頓流體.稠度系數(shù)隨蒸氣相飽和度和泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增大,而隨溫度和蒸氣干度增加而減小.相比而言,蒸氣干度對(duì)泡沫油體系流變特征影響較小.(3)熱水油體系表現(xiàn)出假塑性流體流變特征,滿足冪律模型.熱水油體系剪切應(yīng)力隨熱水相飽和度和溫度升高而降低,而隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而降低.(4)熱水油體系流變指數(shù)隨熱水相飽和度和溫度增加而增大,體系越接近為牛頓流體;隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增大,體系非牛頓性增強(qiáng).稠度系數(shù)隨熱水相飽和度和溫度增加而降低,而隨泡沫劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小.

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