一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法及装置

技术领域

本发明涉及石油开发技术领域，尤其涉及一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法及装置。

背景技术

目前世界范围内常规石油剩余储量约有0.8～1.0万亿原油当量桶，而稠油地质储量达到6.3万亿桶，资源储量十分巨大。我国稠油储量也很大，但稠油属于非常规资源，开采存在一定技术经济难度，所以经济有效开采现存大量的稠油资源一直是学者们致力于研究的问题。蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)具有驱油效率高、波及系数高、采收率高等优点。但常规的SAGD开采过程中也存在一些问题，比如蒸汽腔发育至油藏顶部，向油藏上部热损失比较严重，这就导致需要注入的蒸汽量大大提高，油汽比降低，能耗高，生产成本提高很多；另外，传统的SAGD中容易存在蒸汽腔纵向扩展较快，迅速扩展至油藏顶部，而横向发育不明显的问题，大大降低了蒸汽波及范围。

为解决常规SAGD中存在的问题，减少能量损失、减少蒸汽注入量、扩大蒸汽腔波及系数成为改进SAGD技术的主要目的，目前对SAGD技术的改进主要是非凝析气辅助SAGD技术，是在SAGD技术的基础上加注非凝析气体，非凝析气体在蒸汽腔顶部聚集，一方面减少热量损失，另一方面维持蒸汽腔压力，从而达到降低能量损失、减少蒸汽注入量的目的。相比于纯蒸汽，非凝析气辅助SAGD经济性较好，降低了蒸汽注入量，减少了热损失；然而，如何高效、准确的对各类非凝析气体进行优选实验是目前亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法及装置解决目前非凝析气辅助重力泄油技术无法高效且精准的的对各类非凝析气体进行优选实验，没有与之匹配的实验设备模型的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法，包括：所述方法应用于实验装置；

所述方法包括，

依据实际油藏数据，获取实验装置尺寸和实验用料，并通过相似准则得到第一渗透率；

将所述实验用料装填至实验装置，以得到封装模型，并抽真空以及注水饱和；

计算封装模型第二渗透率，对比第一渗透率与第二渗透率；

若第二渗透率与第一渗透率一致，则对封装模型进行气密性检测；

对封装模型进行饱和油操作，获取注入油的总体积以及含油饱和度；

设置井位分布，所述井位分布包括设置四口竖直井和一口水平井，所述四口竖直井分别位于封装模型四角内部边缘处，所述水平井位于封装模型中间；

通过错位对角注入方式将不同气体及气体组合分次注入四口竖直井中，进行焖井并转移至真空环境，获取蒸汽吞吐后产油效果，以确定最优注入气体组合方式。

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：依据实际油藏数据，获取实验装置尺寸和实验用料，包括：

确定模型本体平面方向比例为：

确定模型本体纵向比例为：

最终比例为：

其中，L

所述第一渗透率表示为：

其中，K

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：将所述实验用料装填至实验装置，以得到封装模型，并抽真空以及注水饱和，包括：

将实验用砂均匀铺开，逐层压实并封盖，且装填过程中，保持数据采集传感器中的温度传感器固定于指定位置；

对封装模型进行抽真空预设时间后，注入蒸馏水对模型内部进行饱和；

测量蒸馏水的注入量与流出量。

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：计算封装模型第二渗透率，表示为：

其中，Q为单位时间内流体通过岩石的流量，cm

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：设置井位分布，所述井位分布包括设置四口竖直井和一口水平井，所述四口竖直井分别位于封装模型内部四角边缘处，所述水平井位于封装模型中间，包括，

四口竖直井高度设定为Xcm，则水平井长度设置为2Xcm；

四口竖直井分别位于封装模型内部四角边缘X/4cm处，竖直井底部射孔直径为X/5cm；

水平井位于封装模型中间，距离封装模型底部X cm；与竖直井垂直，距离四口竖直井分别为X/5cm。

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：所述气体组合包括：

第一组混合气体为蒸汽、氮气和二氧化碳混合气体；

第二组混合气体为蒸汽、氮气和氨气混合气体；

第三组混合气体为蒸汽、二氧化碳和氨气混合气体；

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：通过错位对角注入方式将不同气体及气体组合分次注入四口竖直井中，包括，进行蒸汽吞吐；

进行蒸汽驱，所述蒸汽驱为向一组对角竖井同时间速率注入同质量蒸汽，一段时间后闭井，打开另一组对角竖井进行相同操作，期间水平井处于打开状态；

进行混合驱，所述混合驱为向一组对角竖井同时间速率注入一组混合气体，一段时间后闭井，打开另一组对角竖井进行相同操作，期间水平井处于打开状态；

所述混合驱进行三次，

第一次混合驱注入气体为第一组混合气体，第二次混合驱注入气体为第二组混合气体，第三次混合驱注入气体为第三组混合气体。

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的一种优选方案，其中：最优注入气体组合方式为蒸汽、二氧化碳和氨气混合气体。

第二方面，本发明提供了一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验装置，包括，实验装置包括模型本体、隔热层、保温带、探针以及数据采集传感器；

所述模型本体底部设置有探针孔板，所述探针贯穿置于所述探针孔板内；

所述隔热层设置于模型本体内腔壁，所述保温带设置于模型本体外表面。

作为本发明所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验装置的一种优选方案，其中：数据采集传感器包括温度传感器和压力传感器；

所述探针孔板上设置有25个探针孔，最外层探针孔距离所述探针孔板边缘各Lcm，其余探针孔以各自间隔L cm的距离均匀分布在探针孔板上；

所述模型本体侧面壁上设置有多个监测孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过通过对蒸汽联合气体不同的注入方式模拟不同的油藏开发位置与开发方式，便于寻找最优的井位距离以及开发方式。通过优选注入气体组合，发现注蒸汽、二氧化碳和氨气混合气体开发效果更具优势。分别利用二氧化碳溶解于原油形成的二氧化碳-原油混合物，降低原油的粘度，提高原油的流动性；氨气溶解于水，形成碱性氨水溶液，与原油中的有机酸发生反应，在地层中形成O/W乳化液，减少油在岩石孔隙表面的粘附力，降低油的渗透阻力，改善原油的流动性。另外，这些联合气体还会形成一层气膜，减缓蒸汽与地下岩石的接触，增大蒸汽的波及范围。同时，建立与方法匹配的三维物理模型，直观地展示重力泄油这一重要因素。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的整体流程示意图；

图2为本发明一个实施例所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法所应用的实验装置整体组装示意图；

图3为本发明一个实施例所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法所应用的实验装置结构拆分示意图；

图4为本发明一个实施例所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法所应用的实验装置中井位分布示意图；

图5为本发明一个实施例所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法中注井方式的对比仿真图；

图6为本发明一个实施例所述的蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法中不同混合气体在相同环境中的出油数据仿真图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

实施例1

参照图1和图4-图5，为本发明的一个实施例，提供了一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法，方法应用于实验装置；

方法包括，

S100：依据实际油藏数据，获取实验装置尺寸和实验用料，并通过相似准则得到第一渗透率；

更进一步的，依据实际油藏数据，获取实验装置尺寸和实验用料，包括：

确定模型本体平面方向比例为：

确定模型本体纵向比例为：

最终比例为：

其中，L

第一渗透率表示为：

其中，K

应说明的是，该模型比例是根据相似准则计算，考虑两井间距离、井深度以及模型的尺寸(平面方向)优化得出。相比普通的模型，例如二维模型，能够不受视觉角度约束，减少实验数据误差。能够不受视觉角度约束，三维模型可以分别在横向、纵向上设置数据监测点，便于准确监测开采情况。另外本三维物理模型装置还可以调整倾斜程度，能够更好的还原真实地层条件，减少实验数据误差。

S200：将实验用料装填至实验装置，以得到封装模型，并抽真空以及注水饱和；

更进一步的，将实验用砂均匀铺开，逐层压实并封盖，且装填过程中，保持数据采集传感器中的温度传感器固定于指定位置；

对封装模型进行抽真空预设时间后，注入蒸馏水对模型内部进行饱和；

优选的，抽真空预设时间可为3小时；

测量蒸馏水的注入量与流出量。

具体的，该步骤中，实验用料主要包括：不同目数的石英砂模拟现场油藏储层；实验用油采用脱水、脱气的原油；实验用水为模拟地层水。

应说明的是，在装填前对数据采集传感器以及装置整体进行检查，确保状态良好；填砂过程中需要确保填实，尽可能减少空缝隙出现，填砂高度要比装置端盖闭合位置略高，让端盖在闭合的过程中可以进一步压实砂子；填砂结束后，盖上端盖进行封装压实，得到封装模型。

还应说明的是，蒸馏水的注入量与流出量是计算第二渗透率的基础数据。

S300：计算封装模型第二渗透率，对比第一渗透率与第二渗透率；

更进一步的，计算封装模型第二渗透率，表示为：

其中，Q为单位时间内流体通过岩石的流量，cm

S400：若第二渗透率与第一渗透率一致，则对封装模型进行气密性检测；

应说明的是，在此步骤中，若第二渗透率与第一渗透率不一致，则重复S200的封装操作至模型内填砂层满足实验模型需求的渗透率。两个渗透率一致可以保证后期方案模拟能够达到预期计划效果。

还应说明的是，气密性检测为在模型各个引出端口及连接处涂抹泡沫检测是否漏气，然后向模型本体内注入一定压力的氮气，静止后观察压力是否下降。如果出现漏气现象，更换密封接头，测试完成后，缓慢放气，恢复常压。

S500：对封装模型进行饱和油操作，获取注入油的总体积以及含油饱和度；

具体的，此步骤根据模型砂体体积和孔隙度，预先制备脱水脱气模拟油，建立地层初始含水、含油饱和度条件，将模拟油以5mL/min的速率从模型底部注入，顶部设置出口，当顶部出口观测至其均匀出油后，即可视作饱和油完毕。

还应说明的是，计算注入油的总体积和含油饱和度是为了比较不同实验设计的稠油采收率，以及观察最后稠油的开采情况。

S600：设置井位分布，井位分布包括设置四口竖直井和一口水平井，四口竖直井分别位于封装模型四角内部边缘处，水平井位于封装模型中间；

更进一步的，如图4所示，四口竖直井高度设定为Xcm，则水平井长度设置为2Xcm；

四口竖直井分别位于封装模型内部四角边缘X/4cm处，竖直井底部射孔直径为X/5cm；

水平井位于封装模型中间，距离封装模型底部X cm；与竖直井垂直，距离四口竖直井分别为X/5cm。

优选的，四口竖直井高度可设置为10cm，水平井长度为20cm；

四口竖直井分别位于封装模型内部四角边缘2cm处，竖直井底部射孔直径为2cm；

水平井位于封装模型中间，距离封装模型底部1cm；与竖直井垂直，距离四口竖直井分别为2cm。

应说明的是，经过控制变量法的优选，该井位设置(包括竖直井和水平井)在此比例及参数条件下不管是产油速率还是稠油的采收率提升都在10％-20％之间。

S700：通过错位对角注入方式将不同气体及气体组合分次注入四口竖直井中，进行焖井并转移至真空环境，获取蒸汽吞吐后产油效果，以确定最优注入气体组合方式。

更进一步的，气体组合包括：

第一组混合气体为蒸汽、氮气和二氧化碳混合气体；

第二组混合气体为蒸汽、氮气和氨气混合气体；

第三组混合气体为蒸汽、二氧化碳和氨气混合气体。

更进一步的，通过错位对角注入方式将不同气体及气体组合注入四口竖直井中，包括，

进行蒸汽吞吐；

进行蒸汽驱，蒸汽驱为向一组对角竖井同时间速率注入同质量蒸汽，一段时间后闭井，打开另一组对角竖井进行相同操作，期间水平井处于打开状态；

进行混合驱，混合驱为向一组对角竖井同时间速率注入一组混合气体，一段时间后闭井，打开另一组对角竖井进行相同操作，期间水平井处于打开状态。

更进一步的，混合驱进行三次，

第一次混合驱注入气体为第一组混合气体，第二次混合驱注入气体为第二组混合气体，第三次混合驱注入气体为第三组混合气体。

具体的，最优注入气体组合方式为第三组混合气体，即：蒸汽、二氧化碳和氨气混合气体。

应说明的是，在此步骤模拟开发过程中，始终利用保温带缠绕2-3圈在模型本体表面进行隔热保温处理。

还应说明的是，混合气体的组合本发明优选了几种，其选择的理由是：由于二氧化碳溶油能力较强，可以起到对稠油降粘的作用，另一种碱性气体氨气溶水能力较强，溶于水后形成PH值8～9的表面活性碱性溶液，具有较强的洗油能力；况且氨气可与原油中的有机酸反应，表面活性剂在碱性条件下，使地层中的原油、水形成O/W乳化液，使原油粘度大幅度下降，进一步提高了原油的流动性，改善蒸汽吞吐效果，提高油井的产能。并将上述几种气体进行组合实验，进行不断递进的混合驱，多次的混合驱同时也是对最终选择气体组合的一个优选过程。

还应说明的是，本方案优选错位对角注入方式可以通过图5看出，CMG模拟中前288min为相同操作的蒸汽吞吐，288-824min开始4口竖直井对角错注与4口竖直井同注试验，明显相同时间内对角错注产油总量高于同注产油总量。

实施例2

参照图2-3，基于上一个实施例，本实施例提供了一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验装置，该实验装置可以是虚拟三维物理模型，也可以是实体的模拟模型，在本方案中优选为虚拟三维物理模型；

实验装置包括模型本体100、隔热层200、保温带300、探针400以及数据采集传感器500；

具体的，模型本体100尺寸为30×30×20cm。

模型本体100底部设置有探针孔板101，探针400贯穿置于探针孔板101内；

探针孔板101上设置有25个探针孔，最外层探针孔距离探针孔板101边缘各Lcm，其余探针孔以各自间隔Lcm的距离均匀分布在探针孔板101上；

优选的，Lcm可为5cm。

具体的，每根探针400上间隔5cm均有三个探点，则装置内共计75个探点。

隔热层200设置于模型本体100内腔壁，保温带300设置于模型本体100外表面。

具体的，模型本体100的内腔壁经过特殊的磨砂处理，并设隔热层200，隔热层200材质采用耐高温高压材料，能够有效减缓模型装置内温度热量的损失和防治装置内蒸汽的内窜。

具体的，保温带300可以缠绕2-3圈隔热保温处理。

模型本体100侧面壁上还设置有多个监测孔。

更进一步的，数据采集传感器500包括温度传感器和压力传感器；

其中温度传感器中采用热电阻式传感器，内设两种不同金属导体的温度差产生电势差，可以更高效的在高温高压下精确测量温度。压力传感器采用压阻式传感器，结构由一个金属薄膜或片状材料制成的敏感元件组成，通常使用金属箔、铂丝或金属膜作为敏感材料。压阻式传感器基于压阻效应原理，当压力作用与压阻式传感器的敏感膜片或细丝上时，敏感部分会发生微小的应变，导致电阻值发生变化，可以在高温高压环境下重复精确测量装置内压力变化。

还应说明的是，在模拟实验中，实验装置还需要使用注入泵以及真空箱；注入泵为柱塞式注入泵，可以通过调节泵的工作参数(如柱塞运动的频率、行程等)对气体的注入速度和压力进行调控。柱塞式注入泵采用坚固的结构设计，具有较高的耐用性和可靠性，可以保持长时间稳定工作；真空箱为实验室常用真空箱，外壳材质由金属或高强度塑料制成，包括密封门、可视窗和泵系统。

在上述实施例的实验准备工作完成后，即S100-S700结束后，将整个装置移至已清洁后的真空箱中，关闭真空箱并检查密封性。使用真空管将泵与真空箱连接，打开真空泵的开关，调节操作参数至真空箱中达到真空环境。

通过观察蒸汽吞吐后产油效果，确定最优注入气体组合方式。

记录、整理、分析数据，评价开发效果，对实际油藏的开发做出指导。

应说明的是，当前大部分稠油热采的二维物理模拟实验装置尺寸和视角有限，导致在进行相似化模拟时存在较大的误差；受维度上视角的影响较大，在进行实际模拟开发的时候，大多都是以驱替作用为主，难以体现出SAGD重力泄油的重要因素。因此，本发明采用通过建立三维物理模型，直观地展示重力泄油这一重要因素，同时该三维模型能够通过控制参数进行倾斜，模拟各类实验场景

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(ReadOnly，Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

实施例3

参照图6，基于上一个实施例，本实施例提供了一种蒸汽联合混合气体辅助重力泄油实验方法的应用示例，通过仿真实验以验证我方方案的优势。

应用CMG数值模拟软件从0-288min进行同操作的蒸汽吞吐和蒸汽驱模拟288-496min开始注入不同混合气体组合进行比较。

分别选择三组混合气体，每个组合气体均具有三种，如图6所示，气体曲线由上而下分别是气体组1(蒸汽、二氧化碳和氨气)、混合气体组2(蒸汽、氮气和二氧化碳)、混合气体组3(蒸汽、氮气和氨气)。

可以从图6中看出，本方案中优选的混合气体组，即：蒸汽、二氧化碳和氨气，相比其余两组的混合气体，产油量最高。我方发明的方案能够在准确控制所有变量的情况下，最高效的优选出三种混合气体的优选组合方式，且该组合方式能够产生相比一般组合具有更好的出油效果。

应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。