油藏流体流变特点模拟分析论文
引言
稠油在我国石油资源里占很大比例,其有效开采技术一直是研究的热点[1-2].我国普遍采用蒸气驱的开发方式,在现场试验和工业化应用中,由于重力超覆和蒸气窜槽影响,导致蒸气驱体积波及系数和最终采收率大大降低[3-4].为改善蒸气驱的开发效果,泡沫在蒸气驱中的应用日益广泛,该方法可以明显改善流度比、提高波及系数和洗油效率[5-6].蒸气泡沫调剖的`稠油油藏可以分为蒸气腔驱油区、热水冷凝区和油藏温度区,其中蒸气腔驱油区中流体为泡沫油体系,热水冷凝区中流体为过热水油体系,油藏温度区中流体为普通的水油体系,不同的区域存在着不同的流体.对油藏温度区中流体流变特征主要集中在对乳化液流变特征的研究方面Clark P E[7]研究了水包油型乳化液的流变特征,Seibert K H[8]研究了黏性沥青基原油—水乳化液的流变性能;赵子刚等[9]、吴明等[10-11]均研究了高含水原油流变特性,吴维夫[12]在低温下研究了高含水原油的流变特性.针对油藏温度区的水油体系流变特征研究较多,但还没有对蒸气腔驱油区的泡沫油体系和热水冷凝区的过热水油体系流变特征进行系统研究.因此,笔者通过模拟油藏温度压力条件,利用高温高压流变仪对蒸气腔驱油区和热水冷凝区流体的流变特征以及相关影响因素进行系统分析.
1 实验
1.1 材料
稠油油样:利用电脱水仪,150℃下恒温脱水5h,冷却,得到脱水原油;在65 ℃下用煤油调和原油配制黏度为2Pa?s的模拟油样;高温泡沫剂:由烷基磺酸盐HR-1、烷基苯磺酸GMS、助剂和水按照质量比2∶3∶1∶4复配混合,加热至65℃搅拌均匀,形成高温泡沫剂.
1.2 设备
高温高压流变仪:7500型,最大测量压力为138MPa,最高测量温度为315 ℃;蒸气发生器:DZFR-3,最大许用压力为0.4MPa,产气量为4.5kg/h.
1.3 测试方法
1.3.1 泡沫油体系
将稠油加入流变仪的样品釜中,然后通入体积比为1∶1的蒸气和泡沫剂溶液,利用高温高压流变仪测定体系的流变特征,剪切速率为0~600s-1,压力为7.6MPa.分别测定在不同蒸气相饱和度、泡沫剂质量分数、蒸气干度和温度下体系剪切应力与剪切速率的关系,蒸气相饱和度分别为10%、15%、20%、25%、30%,泡沫剂质量分数分别为0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、2.00%,蒸气干度分别为40%、50%、60%、70%、80%,温度分别为210,230,250,270,290℃.
1.3.2 热水油体系
将稠油和泡沫剂溶液加入流变仪的样品釜中,利用高温高压流变仪测定体系的流变特征,剪切速率为0~100s-1,压力为7.6MPa.分别测定在不同热水相饱和度、泡沫剂质量分数和温度下体系的剪切应力与剪切速率的关系,热水相饱和度分别为55%、60%、65%、70%、75%,泡沫剂质量分数分别为0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、2.00%,温度分别为110,130,150,160,180℃.
2 结果与分析
2.1 蒸气腔驱油区泡沫油体系
2.1.1 蒸气相饱和度
对于蒸气腔驱油区泡沫油体系,采用Power-law模型的对数形式描述体系剪切应力和剪切速率关系,即lg=nlg殾+lg K,式中:为剪切应力;K为稠度系数;殾梦剪切速率;n为流变指数.固定体系温度为290 ℃、泡沫剂 质量分数 为1.00%和蒸气干度为70%,不同蒸气相饱和度下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图1和表1.由图1可知,不同蒸气相饱和度下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线均满足线性关系,且相关因数较高,说明满足幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随蒸气相饱和度升高而增大.这是因为体系中泡沫剂与蒸气作用产生泡沫,蒸气相饱和度越大,则泡沫质量密度越大,泡沫之间以及泡沫与稠油之间流动阻力越大.此时,体系剪切应力主要受泡沫质量密度影响,泡沫质量密度越大,体系剪切应力越大.由表1可知,泡沫油体系流变指数均小于1,且流变指数随蒸气相饱和度增加而减小.这说明不同蒸气相饱和度下泡沫油体系均为假塑性流体,且随着蒸气相饱和度升高,体系非牛顿性增强.泡沫油体系稠度系数随蒸气相饱和度增加而增大.这说明随着蒸气相饱和度升高,体系黏度增大.
2.1.2 泡沫剂质量分数
固定体系温度为290℃,蒸气相饱和度为20%和蒸气干度为70%,不同泡沫剂质量分数下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图2和表2.由图2可知,不同泡沫剂质量分数下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线符合幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随泡沫剂质量分数升高而增大.这是因为随着体系中泡沫剂质量分数增大,生成泡沫数量增多,泡沫质量密度变大,泡沫密集程度增加,导致泡沫之间以及泡沫与稠油之间流动阻力增大,体系剪切应力增大.由表2可知,不同泡沫剂质量分数下泡沫油体系均为假塑性流体,泡沫油体系流变指数随泡沫剂质量分数增加而减小,即随着泡沫剂质量分数升高,体系非牛顿性增强.泡沫油体系稠度系数随泡沫剂质量分数增加而增大.这说明随着泡沫剂质量分数升高,体系黏度增大.
2.1.3 温度
固定体系蒸气相饱和度为20%,泡沫剂质量分数为1.00%,蒸气干度为70%,不同温度下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图3和表3.由图3可知,不同温度下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线符合幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随温度升高而降低.这是因为随着温度升高,体系中泡沫稳定性变差,泡沫数量逐渐减少,加上稠油黏度随温度升高而降低,两方面作用导致泡沫之间以及与稠油之间流动阻力降低,体系剪切应力变小.由表3可知,不同温度下泡沫油体系均为假塑性流体,泡沫油体系流变指数随温度增加而增加,即随着温度升高,体系越接近为牛顿流体.泡沫油体系稠度系数随温度增加而减小.这说明随着温度升高,体系黏度减小.
2.1.4 蒸汽干度
固定体系温度为290℃,蒸气相饱和度为20%,泡沫剂质量分数为1.00%,不同蒸气干度下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图4和表4.由图4可知,不同蒸气干度下泡沫油体系lg~lg殾霉叵登线符合幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随蒸气干度升高而降低.这是因为随着蒸气干度降低,蒸气中含水量增多,水和稠油在泡沫剂作用下形成油包水型乳状液,从而导致体系剪切应力变大.相比蒸气相饱和度、泡沫剂质量分数和温度对体系流变特征影响,蒸气干度变化对体系流变特征影响较小.由表4可知,不同蒸气干度下泡沫油体系均为假塑性流体,泡沫油体系流变指数随蒸气干度增加而增加,即随着蒸气干度升高,体系越接近为牛顿流体.泡沫油体系稠度系数随蒸气干度增加而减小.这说明随着蒸气干度增大,体系黏度减小.
2.2 热水冷凝区热水油体系
2.2.1 热水相饱和度
对于热水冷凝区热水油体系,同样采用Power-law模型的对数形式描述体系剪切应力和剪切速率关系.固定体系温度为150℃、泡沫剂质量分数为1.00%,不同热水相饱和度下热水油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图5和表5.由图5可知,不同热水相饱和度下热水油体系lg~lg殾霉叵登线符合幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随热水相饱和度升高而降低.这是因为体系中存在泡沫剂起了乳化作用,且在油水质量比较小条件下,稠油和热水形成水包油型乳状液.随着热水相饱和度增大,油水质量比逐渐降低,体系逐渐接近为牛顿流体,体系剪切应力也逐渐降低.由表5可知,不同热水相饱和度下热水油体系均为假塑性流体,热水油体系流变指数随热水相饱和度增加而增加,即随着热水相饱和度升高,体系越接近为牛顿流体.热水油体系稠度系数随热水相饱和度增加而减小.这说明随着热水相饱和度增大,体系黏度逐渐减小。
2.2.2 泡沫剂质量分数
固定体系温度为150℃,热水相饱和度为65%,不同泡沫剂质量分数下热水油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图6和表6.由图6可知,不同泡沫剂质量分数下热水油体系lg~lg殾霉叵登线符合幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随泡沫剂质量分数升高而增大.这是因为体系中存在泡沫剂起到了乳化剂作用,在泡沫剂作用下热水油体系生成乳状液,随着泡沫剂质量分数增大,生成的乳状液数量增多,导致体系内部流动阻力增大,体系剪切应力增大.由表6可知,不同泡沫剂质量分数下热水油体系均为假塑性流体,热水油体系流变指数随泡沫剂质量分数增加而减小,即随着泡沫剂质量分数升高,体系非牛顿性增强.热水油体系稠度系数随泡沫剂质量分数增加而增大.这说明随着泡沫剂质量分数升高,体系黏度逐渐增大.
2.2.3 温度
固定体系热水相饱和度为65%,泡沫剂质量分数为1.00%,不同温度下热水油体系lg~lg殾霉叵登线及相关拟合参数分别见图7和表7.由图7可知,不同温度下热水油体系lg~lg殾霉叵登线符合幂律模型.在相同剪切速率下,体系剪切应力随温度升高而降低.这是因为随着温度升高,体系中泡沫剂乳化效果减弱,加上稠油黏度随温度升高而降低,两方面作用使体系内部流动阻力降低,体系剪切应力逐渐变小.由表7可知,不同温度下热水油体系均为假塑性流体,热水油体系流变指数随温度增加而增加,即随着温度升高,体系越接近为牛顿流体.热水油体系稠度系数随温度增加而减小.这说明随着温度升高,体系黏度逐渐减小.
3 结论
(1)泡沫油体系表现出假塑性流体流变特征,满足幂律模型.泡沫油体系剪切应力随蒸气相饱和度和泡沫剂质量分数升高而增大,而随温度和蒸气干度升高而降低.(2)泡沫油体系流变指数随蒸气相饱和度和泡沫剂质量分数增加而减小,体系非牛顿性增强;随温度和蒸气干度增加而增大,体系越接近为牛顿流体.稠度系数随蒸气相饱和度和泡沫剂质量分数增加而增大,而随温度和蒸气干度增加而减小.相比而言,蒸气干度对泡沫油体系流变特征影响较小.(3)热水油体系表现出假塑性流体流变特征,满足幂律模型.热水油体系剪切应力随热水相饱和度和温度升高而降低,而随泡沫剂质量分数升高而降低.(4)热水油体系流变指数随热水相饱和度和温度增加而增大,体系越接近为牛顿流体;随泡沫剂质量分数增加而增大,体系非牛顿性增强.稠度系数随热水相饱和度和温度增加而降低,而随泡沫剂质量分数增加而减小.
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