室內(nèi)火燒驅(qū)油物理模擬實(shí)驗研究

室內(nèi)火燒驅(qū)油物理模擬實(shí)驗研究

自2003年9月鄭408號成功燃燒以來，自2003年9月采集以來，已完成855.14m3和10426噸石油?，F(xiàn)已進(jìn)入攻堅階段,在目前24MPa的高注氣井口壓力下,對是否需要進(jìn)一步提高注氣速度,是否對一、二線井采取調(diào)整措施等問題,需要抓緊時間做出決策,同時,目前對火燒油層的深層機(jī)理尚認(rèn)識不清。為了解決這些問題,有針對性地開展系列室內(nèi)火燒油層物理模擬實(shí)驗是非常必要的。1點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)驗過程室內(nèi)模擬實(shí)驗系統(tǒng)主要包括4個部分:點(diǎn)火系統(tǒng)、壓縮機(jī)供氣系統(tǒng)、巖心管模型本體、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),如圖1所示。巖心管內(nèi)部沿軸向均布溫度傳感器13支,其中θ1為靠近點(diǎn)火器一端巖心頂面溫度,θ2為頂面向下30mm巖心內(nèi)部溫度,θ3～θ13依此類推,測溫點(diǎn)均布置在巖心軸線上,相鄰兩個測溫點(diǎn)間隔30mm。此外還設(shè)置了模型環(huán)空溫度傳感器3支,外殼溫度傳感器2支,用于對模型環(huán)空溫度的控制和初始溫度場的建立。同時設(shè)置了2個差壓變送器,將巖心管等分為兩段,可分別測試火燒過程中巖心兩端總的壓差以及巖心上半部分的壓差。實(shí)驗過程中通過計算機(jī)自動控制點(diǎn)火器溫度,自動采集模型入口壓力、出口壓力、各測試點(diǎn)溫度以及氣體流量等數(shù)據(jù),最小采樣周期為1s。在以往的火燒模型中,普遍采用金屬巖心管,由于金屬導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖心導(dǎo)熱系數(shù),容易造成點(diǎn)火過程中熱量沿巖心管壁優(yōu)先傳遞,從而使燃燒過程失真,而且這樣的巖心管還多次出現(xiàn)金屬管壁附近巖心結(jié)焦現(xiàn)象。為了更好地模擬地層真實(shí)燃燒過程,本實(shí)驗中系統(tǒng)研制了非金屬巖心管,其導(dǎo)熱系數(shù)為0.47～0.7W/(m·℃),而鄭408塊地層巖心導(dǎo)熱系數(shù)為0.55～0.65W/(m·℃),兩者非常接近。實(shí)驗巖心取自鄭408塊取心井,在V(苯)∶V(乙醇)=3∶1、溫度69～72℃條件下,將巖心用洗油儀清洗,清洗后的樣品在85℃條件下烘干后混勻。實(shí)驗油樣取自鄭408-3井?；馃龑?shí)驗的方法及步驟如下:①將洗好的巖心與原油、地層水按預(yù)定的比例混合,在80～95℃條件下攪拌均勻,裝入巖心管中搗實(shí);②將溫度、壓力傳感器接入指定位置;③裝填環(huán)空介質(zhì),安裝模型本體;④建立初始溫度場,并通風(fēng)進(jìn)行實(shí)驗系統(tǒng)調(diào)試;⑤啟動點(diǎn)火裝置,進(jìn)行室內(nèi)燃燒實(shí)驗,同時監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù);⑥燃燒結(jié)束繼續(xù)通空氣,冷卻降溫,拆開模型分析實(shí)驗結(jié)果。2巖心含油飽和度室內(nèi)共進(jìn)行了4次火燒驅(qū)油模擬實(shí)驗,實(shí)驗基礎(chǔ)參數(shù)見表1。巖心含油飽和度與地層含油飽和度基本一致。通過這些實(shí)驗,確定了點(diǎn)火溫度,研究了注氣強(qiáng)度對燃燒過程的影響、燃燒前后巖石組分的變化以及燃燒帶前后的壓降變化規(guī)律。2.1巖心頂面溫度特征通過點(diǎn)火器直接對巖心管頂面加熱,使其溫度逐漸升高。室內(nèi)觀察,當(dāng)巖心管頂面溫度θ1達(dá)到360℃以后,θ1溫升速度明顯加快,在短時間內(nèi),巖心頂面溫度超過電熱管控制溫度400℃,對產(chǎn)出氣體進(jìn)行在線組分分析,CO2含量為5%～6%,證明地層油砂被成功點(diǎn)燃。通過巖心頂面溫度變化曲線和溫升速度變化曲線,很容易判斷點(diǎn)火溫度。綜合4次點(diǎn)火實(shí)驗結(jié)果,最終確定鄭408塊地層點(diǎn)火溫度為365～375℃。2.2燃燒帶中心溫度a圖2和圖3為兩次實(shí)驗點(diǎn)火后不同時刻巖心軸向溫度分布,溫度最高點(diǎn)是燃燒帶所在位置。實(shí)驗結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi),注氣強(qiáng)度與火燒前緣推進(jìn)速度呈正相關(guān)。隨著注氣強(qiáng)度增大,燃燒過程中出現(xiàn)的最高溫度即燃燒帶中心區(qū)峰值溫度θmax也隨之升高。當(dāng)注氣強(qiáng)度為4L/min時,燃燒帶前緣推進(jìn)速度為4.1mm/min,燃燒帶中心區(qū)峰值溫度θmax為771℃;當(dāng)注氣強(qiáng)度為2L/min時,燃燒帶前緣推進(jìn)速度為2.1mm/min,θmax為694℃;當(dāng)注氣強(qiáng)度過低時,燃燒不夠充分,甚至可能出現(xiàn)滅火現(xiàn)象,實(shí)驗中當(dāng)注氣強(qiáng)度低于1L/min時,燃燒曾經(jīng)中斷。2.3燃燒后巖心的滲透率對火燒前后的巖心進(jìn)行肉眼觀察,除了火燒后的巖心略呈淡紅色之外,看不出明顯區(qū)別。經(jīng)化驗分析證實(shí),火燒后巖心中粘土礦物的含量略有下降,由火燒前的6%下降到火燒后的5%。在粘土礦物中高嶺石的含量由火燒前的65%下降到火燒后的44%,伊/蒙混層由18%下降到12%,而伊利石則由10%上升至36%。這表明經(jīng)過充分燃燒之后,從礦物組分變化的角度看,巖心的滲透性不僅沒有受到傷害,而且水敏性有所降低,有利于滲透性能的改善,實(shí)驗中表現(xiàn)為火燒之后巖心通風(fēng)壓降小于火燒前。對實(shí)驗3的產(chǎn)出原油進(jìn)行了粘溫關(guān)系測試,由于產(chǎn)出油樣較少,為便于化驗分析,沒有對其進(jìn)行脫水處理(產(chǎn)出油含水率為5%)。將測試結(jié)果與含水42%的原始地層原油粘溫特性進(jìn)行了對比,結(jié)果見表2。可見產(chǎn)出原油粘度明顯低于原始地層原油粘度,原油性質(zhì)有了很大改善。2.4生產(chǎn)壓差和燃燒過程的關(guān)系壓差隨時間變化曲線和巖心各個測溫點(diǎn)的溫度隨時間變化曲線見圖4。通過測溫曲線可以判斷不同時刻火燒前緣的位置(當(dāng)某一測溫點(diǎn)達(dá)到峰值溫度,即可認(rèn)為火燒前緣到達(dá)該點(diǎn)),再通過壓差曲線判斷火燒前緣到達(dá)某個位置時巖心兩端壓差及巖心上半部分壓差,從而可以大致判斷火燒前緣前后的壓降變化規(guī)律。如圖4所示,當(dāng)θ2出現(xiàn)峰值溫度時,表明火燒前緣到達(dá)第二個測溫點(diǎn),即火燒前緣位于巖心頂面向下30mm,從壓差曲線可以看出,此時巖心上半部分的壓差為巖心兩端總壓差的60%;當(dāng)θ4出現(xiàn)峰值溫度,即火燒前緣推進(jìn)到距離巖心頂面90mm時,巖心上半部分的壓差已經(jīng)小于巖心兩端總壓差的50%,并且此后巖心上半部分的生產(chǎn)壓差迅速下降,在總壓差中所占的比例越來越小,而總壓差在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)保持不變;當(dāng)θ12出現(xiàn)峰值溫度,即火燒前緣推進(jìn)到接近巖心末端時,巖心上半部分壓差和巖心兩端總的壓差均大幅度下降,且明顯低于燃燒之前。由圖4可以看出,在點(diǎn)火初期,總的生產(chǎn)壓差要上升,壓降主要集中在模型上半部分,也就是火燒前緣附近?；馃熬壨七M(jìn)到1/4巖心長度之后,已燃部分的壓降明顯減小,而總壓差上升了50%～100%,說明生產(chǎn)壓差主要集中在燃燒帶之前的高含油飽和度區(qū)域。燃燒接近尾聲時,生產(chǎn)壓差急劇下降,壓降分布重新均衡。燃燒過后的生產(chǎn)壓差明顯低于燃燒之前,說明燃燒后巖心滲透性能沒有受到損害。需要指出的是,由于實(shí)驗過程中巖心管內(nèi)部壓力一直保持在1.0MPa左右,重力對火燒過程影響可以忽略。以往的實(shí)驗結(jié)果也證實(shí),豎直放置或水平放置巖心管對實(shí)驗結(jié)果幾乎沒有影響。本組火燒實(shí)驗過程中一維物理模型為豎直放置。3燃燒帶注氣強(qiáng)度對儲層燃燒的影響(1)采用原型地層巖心,用原始地層原油裝填模型進(jìn)行的室內(nèi)一維火燒實(shí)驗,能夠?qū)崿F(xiàn)成功點(diǎn)火和保持穩(wěn)定燃燒。室內(nèi)燃燒實(shí)驗中的最低含油飽和度僅為51.8%。經(jīng)過多次實(shí)驗,較精確地確定了鄭408塊儲層的點(diǎn)火溫度為365～375℃。(2)在一定的