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摘要：本文探讨了多元热流体对稠油作用机理研究，多元热流体提高驱替效率物模研究，对多元热流体现场注入工艺设计，多元热流体在高温、高速注入条件下对井下管柱的腐蚀严重，主要是氧化腐蚀、二氧化碳腐蚀。
关键词：多元 热流体 稠油开采 工艺研究
一、多元热流体现场应用现状
稠油多元热流体开采工艺技术自八十年代开始在国内外进行研究试验并取得了一定的效果。国内辽河、大庆、新疆、中海油等油田进行了矿场试验应用。多元热流体是一种由水蒸气、氮气、二氧化碳组成的高温高压混合气体，多元热流体可以提高燃烧热量利用率，增加油层能量，大幅度降低原油粘度。
辽河油田冷43块进行了四个井组（反九点）多井次热流体单井吞吐（驱）试验，并取得了较好增油效果。设备累计运行超过9000小时，累计注入400万方以上。
大庆油田黑帝庙稠油试采公司在浅层稠油油藏进行热流体单井吞吐（驱）试验，统计四十口单井的吞吐结果，单井单轮次平均增油500吨，最高1300吨；同时对黑帝庙油藏多轮次吞吐的三个井组进行多元热流体驱试验，累计已注入多元热流体200万方。
中海油2010年2月13日完成B28h井热流体试验，开井后日产油量峰值128吨，日平均产油60多方，截止至2011年5月31日，累计生产470天，产液量34052.91方，累计产油量21949.19方。
综上所述，多元热流体提高稠油油藏开发效果国内各大油田均开展了现场应用，取得了一定的实施效果。
目前孤岛油田稠油油藏主要以蒸汽吞吐开采为主，在吞吐开采过程中，主要存在以下三方面问题：
1、大部分稠油油藏已进入多轮次吞吐开发后期，随着吞吐轮次的增加，地层能量下降，含水升高，单纯的蒸汽吞吐效果越来越差。
2、高压注汽锅炉燃烧热效率较低，注入蒸汽热量利用率低。
3、高压注汽锅炉排放烟气温度高达200℃，热量损失大，同时烟气排放造成环境污染。
二.稠油多元热流体开采工艺研究
（一）多元热流体对稠油作用机理研究
1、多元热流体对稠油物性影响研究
利用高温PVT装置开展了CO2、N2对稠油高压物性影响研究，从其同稠油相互作用角度揭示其改善热采开发效果的主导机理。
通过CO2、N2、CO2+N2对孤北1平1稠油作用结果得出，三种气体的溶解度随压力的增加而增大，随温度降低而增大。其中CO2的溶解度最大， CO2+N2次之，N2则最小。实验结果也表明，当注入气体达到饱和时稠油粘度随温度压力增加而降低，温度和压力对粘度都有着两方面截然不同的影响，实验数据反映的是综合影响的结果。就温度而言，一方面温度升高能大幅度降低原油粘度，另一方面温度升高，气体溶解度变小，又会增加原油的粘度；同样，压力的影响也应如此，一方面压力升高使油样的粘度增大，另一方面压力升高会使气体溶解度增大，导致油样粘度降低。
2、多元热流体提高驱替效率物模研究
（1）实验方法
参照中华人民共和国石油天然气行业标准中的“稠油油藏驱油效率的测定”（SY/ T 6315-1997）进行蒸汽驱实验。
（2）实验设备及流程
根据实验要求，设计了实验流程，主要包括四个部分：蒸汽产生系统、保温系统、药剂注入系统和气体注入系统。
主要设备及其型号：
蒸汽发生器：ZQ-1蒸汽发生器，最高输出蒸汽温度350℃，最大输出压力20MPa；
恒温箱：BX-101型超级恒温器，工作范围在0～300℃，精度为0.25级；
压力表：工作范围0-0.4MPa，精度为0.1级；工作范围为0～16MPa以及0～25MPa，精度为0.4级；
平流泵：LB-30平流泵，工作范围0～30ml/min，精度为0.1g，最大压力20MPa；
天平：SB12001电子天平，工作范围5～12100g，精度0.1g；
气体流量计：D08-8B/ZM流量积算仪，工作范围0.05～10SLM，精度0.01 SLM，最大压力10MPa；填砂管：长度60cm，直径2.5cm，内截面积4.91cm2，最大承压32MPa。
（3）物模试验结果
1）单管物模实验结果：
蒸汽伴注气体能够明显提高稠油采收率，伴注CO2的效果优于N2。与氮气相比，CO2同稠油之间具有更良好的界面关系，具有更强的亲和力，蒸汽注入CO2可明显提高蒸汽的驱替效率，提高的幅度达30%，是原有单纯蒸汽驱替效率的2倍；氮气也可提高蒸汽驱替效率，提高的幅度只有10%左右。
2）双管物模实验结果：
进行纯蒸汽驱时，低渗岩心管对整体蒸汽驱替效率的贡献较低，只有8.2%，而高渗岩心管对蒸汽驱替效率的贡献率也只为21.8%；当伴注CO2进行驱替时，低渗岩心管对整体蒸汽驱替效率的贡献达到24.3%，而高渗岩心管对蒸汽驱替效率的贡献率也只为39.3%。对比发现，伴注CO2能够明显提高驱油效率，而且对低渗管的改善尤为突出，驱油效率提高将近2倍。
通过以上室内研究发现多元热流体主要有以下几个作用：
①多元热流体可以大幅度降低稠油的粘度；
②多元热流体随压力增加溶解度明显增加；其中起主要贡献的是多元热流体中的CO2气体；
③物模实验结果表明蒸汽+CO2、蒸汽+N2驱油效率明显高于单纯热水驱，其中蒸汽+CO2提高驱油效率对贡献明显高于蒸汽+N2。
（二）多元热流体现场注入工艺设计
1、多元热流体注入管柱设计
为保证隔热效果，采用φ114mm×62mm 高真空隔热油管+加隔热衬套；注汽管柱结构为（自下而上）：测试总成+热敏封隔器+φ114mm×62mm 高真空隔热油管至井口。
2、多元热流体注入参数设计
根据注多元热流体井筒热力参数数值模拟软件计算，确定多元热流体注入参数。
历史拟合：根据GDN5-604井油层数据建立了单井地质模型，对其生产情况进行了历史拟合。拟合误差较小，生产趋势与实际情况相符。在拟合的基础上进行了注入参数优化，每日注入氮气22675Nm3/d、二氧化碳4000Nm3/d、水蒸汽50t/d，预测了注入天数0d～50d，生产天数为1年的生产效果。
综合以上计算结果，确定注多元热流体参数如下：
速度：5t/h左右
井口干度≥70%
温度300℃左右
焖井10天
周期注入总量：氮气22.7万Nm3、二氧化碳4万Nm3、水蒸汽500t
三.结论
1、高温高压条件下多元热流体中的CO2、 N2更易溶于原油中，使原油粘度降低。
2、多元热流体在高温、高速注入条件下对井下管柱的腐蚀严重，主要是氧化腐蚀、二氧化碳腐蚀。
3、通过试验表明注入多元热流体可以提高稠油开发效果，在技术上可行的。
关键词：多元 热流体 稠油开采 工艺研究
一、多元热流体现场应用现状
稠油多元热流体开采工艺技术自八十年代开始在国内外进行研究试验并取得了一定的效果。国内辽河、大庆、新疆、中海油等油田进行了矿场试验应用。多元热流体是一种由水蒸气、氮气、二氧化碳组成的高温高压混合气体，多元热流体可以提高燃烧热量利用率，增加油层能量，大幅度降低原油粘度。
辽河油田冷43块进行了四个井组（反九点）多井次热流体单井吞吐（驱）试验，并取得了较好增油效果。设备累计运行超过9000小时，累计注入400万方以上。
大庆油田黑帝庙稠油试采公司在浅层稠油油藏进行热流体单井吞吐（驱）试验，统计四十口单井的吞吐结果，单井单轮次平均增油500吨，最高1300吨；同时对黑帝庙油藏多轮次吞吐的三个井组进行多元热流体驱试验，累计已注入多元热流体200万方。
中海油2010年2月13日完成B28h井热流体试验，开井后日产油量峰值128吨，日平均产油60多方，截止至2011年5月31日，累计生产470天，产液量34052.91方，累计产油量21949.19方。
综上所述，多元热流体提高稠油油藏开发效果国内各大油田均开展了现场应用，取得了一定的实施效果。
目前孤岛油田稠油油藏主要以蒸汽吞吐开采为主，在吞吐开采过程中，主要存在以下三方面问题：
1、大部分稠油油藏已进入多轮次吞吐开发后期，随着吞吐轮次的增加，地层能量下降，含水升高，单纯的蒸汽吞吐效果越来越差。
2、高压注汽锅炉燃烧热效率较低，注入蒸汽热量利用率低。
3、高压注汽锅炉排放烟气温度高达200℃，热量损失大，同时烟气排放造成环境污染。
二.稠油多元热流体开采工艺研究
（一）多元热流体对稠油作用机理研究
1、多元热流体对稠油物性影响研究
利用高温PVT装置开展了CO2、N2对稠油高压物性影响研究，从其同稠油相互作用角度揭示其改善热采开发效果的主导机理。
通过CO2、N2、CO2+N2对孤北1平1稠油作用结果得出，三种气体的溶解度随压力的增加而增大，随温度降低而增大。其中CO2的溶解度最大， CO2+N2次之，N2则最小。实验结果也表明，当注入气体达到饱和时稠油粘度随温度压力增加而降低，温度和压力对粘度都有着两方面截然不同的影响，实验数据反映的是综合影响的结果。就温度而言，一方面温度升高能大幅度降低原油粘度，另一方面温度升高，气体溶解度变小，又会增加原油的粘度；同样，压力的影响也应如此，一方面压力升高使油样的粘度增大，另一方面压力升高会使气体溶解度增大，导致油样粘度降低。
2、多元热流体提高驱替效率物模研究
（1）实验方法
参照中华人民共和国石油天然气行业标准中的“稠油油藏驱油效率的测定”（SY/ T 6315-1997）进行蒸汽驱实验。
（2）实验设备及流程
根据实验要求，设计了实验流程，主要包括四个部分：蒸汽产生系统、保温系统、药剂注入系统和气体注入系统。
主要设备及其型号：
蒸汽发生器：ZQ-1蒸汽发生器，最高输出蒸汽温度350℃，最大输出压力20MPa；
恒温箱：BX-101型超级恒温器，工作范围在0～300℃，精度为0.25级；
压力表：工作范围0-0.4MPa，精度为0.1级；工作范围为0～16MPa以及0～25MPa，精度为0.4级；
平流泵：LB-30平流泵，工作范围0～30ml/min，精度为0.1g，最大压力20MPa；
天平：SB12001电子天平，工作范围5～12100g，精度0.1g；
气体流量计：D08-8B/ZM流量积算仪，工作范围0.05～10SLM，精度0.01 SLM，最大压力10MPa；填砂管：长度60cm，直径2.5cm，内截面积4.91cm2，最大承压32MPa。
（3）物模试验结果
1）单管物模实验结果：
蒸汽伴注气体能够明显提高稠油采收率，伴注CO2的效果优于N2。与氮气相比，CO2同稠油之间具有更良好的界面关系，具有更强的亲和力，蒸汽注入CO2可明显提高蒸汽的驱替效率，提高的幅度达30%，是原有单纯蒸汽驱替效率的2倍；氮气也可提高蒸汽驱替效率，提高的幅度只有10%左右。
2）双管物模实验结果：
进行纯蒸汽驱时，低渗岩心管对整体蒸汽驱替效率的贡献较低，只有8.2%，而高渗岩心管对蒸汽驱替效率的贡献率也只为21.8%；当伴注CO2进行驱替时，低渗岩心管对整体蒸汽驱替效率的贡献达到24.3%，而高渗岩心管对蒸汽驱替效率的贡献率也只为39.3%。对比发现，伴注CO2能够明显提高驱油效率，而且对低渗管的改善尤为突出，驱油效率提高将近2倍。
通过以上室内研究发现多元热流体主要有以下几个作用：
①多元热流体可以大幅度降低稠油的粘度；
②多元热流体随压力增加溶解度明显增加；其中起主要贡献的是多元热流体中的CO2气体；
③物模实验结果表明蒸汽+CO2、蒸汽+N2驱油效率明显高于单纯热水驱，其中蒸汽+CO2提高驱油效率对贡献明显高于蒸汽+N2。
（二）多元热流体现场注入工艺设计
1、多元热流体注入管柱设计
为保证隔热效果，采用φ114mm×62mm 高真空隔热油管+加隔热衬套；注汽管柱结构为（自下而上）：测试总成+热敏封隔器+φ114mm×62mm 高真空隔热油管至井口。
2、多元热流体注入参数设计
根据注多元热流体井筒热力参数数值模拟软件计算，确定多元热流体注入参数。
历史拟合：根据GDN5-604井油层数据建立了单井地质模型，对其生产情况进行了历史拟合。拟合误差较小，生产趋势与实际情况相符。在拟合的基础上进行了注入参数优化，每日注入氮气22675Nm3/d、二氧化碳4000Nm3/d、水蒸汽50t/d，预测了注入天数0d～50d，生产天数为1年的生产效果。
综合以上计算结果，确定注多元热流体参数如下：
速度：5t/h左右
井口干度≥70%
温度300℃左右
焖井10天
周期注入总量：氮气22.7万Nm3、二氧化碳4万Nm3、水蒸汽500t
三.结论
1、高温高压条件下多元热流体中的CO2、 N2更易溶于原油中，使原油粘度降低。
2、多元热流体在高温、高速注入条件下对井下管柱的腐蚀严重，主要是氧化腐蚀、二氧化碳腐蚀。
3、通过试验表明注入多元热流体可以提高稠油开发效果，在技术上可行的。