1、注蒸汽熱力采油1一、是什么？定義: 是以熱力學(xué)和傳熱學(xué)的理論和方法為基礎(chǔ)，以稠油和高凝油為主要開采對象，通過加熱方式(注入蒸汽）來降低原油粘度，解除油層堵塞，改善地層滲流特性，從而提高原油采收率的開采技術(shù)。依據(jù)對象方式目的效果特點: 知識面廣、內(nèi)容復(fù)雜、公式多。2 必須具備的知識有油層物理、油氣田開地質(zhì)、流體力學(xué)、滲流力學(xué)、油氣田開發(fā)工程、油藏工程、采油工程等相關(guān)知識。必備知識:內(nèi)涵: 注蒸汽熱力采油技術(shù)是一門綜合性極強的復(fù)雜工程，包括油田地質(zhì)、油田開發(fā)技術(shù)、采油工程和生產(chǎn)測試技術(shù)等不同門類的組合。一、是什么？3二、為什么？目的意義: 1、世界上稠油資源極其豐富，其地質(zhì)儲量遠超過常規(guī)原油的儲量

2、。據(jù)美國能源部估計，全世界稠油的潛在儲量是已探明常規(guī)原油地質(zhì)儲量（4200億噸）的6倍（15500億噸）。 2、稠油分布十分廣泛，主要集中在美國、加拿大、委內(nèi)瑞拉和前蘇聯(lián)。 3、我國的稠油主要分布在松遼盆地、渤海灣、準(zhǔn)葛爾、南襄、二連等大中型油氣盆地，全國稠油儲量在80億噸以上。4二、怎么學(xué)？學(xué)習(xí)方法: 講授為主，結(jié)合油田實際例子。主要內(nèi)容:注蒸汽熱力采油簡介油藏巖石和流體能量、熱效率溫度對相滲透率的影響油、氣、水熱損失地面管線井筒動態(tài)預(yù)測蒸汽吞吐蒸汽驅(qū)模型建立物理模型與數(shù)學(xué)模型5第一章 注蒸汽熱力采油簡介章節(jié)第二章 油藏巖石與流體的熱物理性質(zhì)第三章 注蒸汽系統(tǒng)熱損失第四章 蒸汽吞吐井動態(tài)預(yù)測

3、第五章 蒸汽驅(qū)產(chǎn)量預(yù)測第六章 蒸汽驅(qū)物理模擬和數(shù)學(xué)模擬6第一章 注蒸汽熱力采油簡介1 稠油（或重油）的概念2 熱力采油技術(shù)3 注蒸汽熱力采油機理4 注蒸汽熱力采油篩選標(biāo)準(zhǔn)71 稠油（或重油）的概念 稠油（Viscous oil）：在油層條件下，粘度大于50MPa.s或脫氣粘度大于100MPa.s的原油。 重油（ Heavy oil）：是指原始油藏溫度下， 脫氣油粘度為10010000 MPa.s或在15.6 及大氣壓條件下密度為0.9341.0g/cm3(20100API)。 稠油是指粘度很大的原油，重油是指密度很高的原油。一般情況下，粘度和密度成正比關(guān)系，即粘度越大密度越大，因此稠油和重油是

4、指同一類原油。81 稠油（或重油）的概念國際稠油和瀝青砂標(biāo)準(zhǔn)： 瀝青砂（ Tar sand）：是指在原始油藏溫度下脫氣原油為大于10000MPa.s或在15.6及大氣壓條件下密度為大于1.0g/cm3。10010000粘度常規(guī)原油稠油瀝青砂世界主要重油生產(chǎn)國重油及瀝青砂資源量91 稠油（或重油）的概念我國稠油分類標(biāo)準(zhǔn)：注：我們通常所說的稠油是指I類普通稠油天然瀝青101 稠油（或重油）的概念稠油的開發(fā)在技術(shù)開發(fā)上和管理上存在很大困：開發(fā)上：不能采用常規(guī)的開采方法（天然能量或人工注水）；管理上：資料錄入監(jiān)測分析到油藏動態(tài)和靜態(tài)研究上存在很多困難。世界各國稠油熱采年產(chǎn)量112 熱力采油技術(shù) 原油粘

5、度高是開采稠油的主要問題，因而降低原油粘度是開采稠油的主要手段，歸結(jié)為兩類：.稀釋降粘，如溶劑吞吐或溶劑驅(qū)；.加熱降粘，如加熱流體吞吐，熱流體驅(qū)；熱力采油發(fā)展歷史熱力采油分類12二、熱力采油分類根據(jù)加熱油藏的方式和能量來源： 蒸汽吞吐：在本井中完成注蒸汽、燜井和開井生產(chǎn)三過程的開采方式。 蒸汽驅(qū)：按照一定的布井方式，在注汽井連續(xù)注入蒸汽，將地下原油加熱并驅(qū)到生產(chǎn)井的開采方式。 火燒油層：通過注入空氣，使油層中的部分原油受熱燃燒，加熱并驅(qū)替原油到生產(chǎn)井的開采方式 電磁加熱：通過電磁激發(fā)器發(fā)出的電磁波對有限范圍的原油加熱，達到原油降粘，接觸井底阻塞的目的。 熱化學(xué)：通過向油井中注入化學(xué)熱劑，經(jīng)過燜

6、井以達到降低原油粘度的開采方式13二、熱力采油分類1.蒸汽吞吐（Huff and Puff Steam Soak Steam Stimulation Cycle Steam Injection）14二、熱力采油分類1.蒸汽吞吐（Huff and Puff Steam Soak Steam Stimulation Cycle Steam Injection）注蒸汽和采油是在同一口井完成的。一個周期包括三個過程：特點：1）注蒸汽（1015天） 提供能量 2）燜井 （35天） 釋放能量3）開井生產(chǎn)（至降到經(jīng)濟極限產(chǎn)量為止） 獲取利潤 從注蒸汽開始到油井不能正常生產(chǎn)為止，稱為一個吞吐周期。15二、熱力

7、采油分類2.蒸汽驅(qū)（Steam Drive Steam Flooding）16二、熱力采油分類2.蒸汽驅(qū)（Steam Drive Steam Flooding）蒸汽驅(qū)是指按一定井網(wǎng)，在注汽井連續(xù)注汽，周圍生產(chǎn)井以一定產(chǎn)量生產(chǎn)。注入的蒸汽既是加熱油層的能源，又是驅(qū)替原油的介質(zhì)。其過程大致可以分為三階段:特點：1）蒸汽驅(qū)啟動階段 受效不明顯,原油產(chǎn)量低;2）蒸汽受效階段 受效顯著,產(chǎn)量可達高峰; 3）蒸汽突破階段 熱效率降低,產(chǎn)量下降 17二、熱力采油分類2.蒸汽驅(qū)（Steam Drive Steam Flooding）生產(chǎn)井注入井井網(wǎng)：18二、熱力采油分類蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)的關(guān)系 1.蒸汽吞吐的缺

8、陷: 蒸汽吞吐作用于油層的有限范圍,只能開采一定區(qū)域內(nèi)的原油,井間存在大量的難以波及的區(qū)域(死油區(qū))。隨著吞吐輪次和加熱區(qū)含油飽和度的減少，采收率變差，其采收率一般為1030%。2.轉(zhuǎn)蒸汽驅(qū)的必要： 蒸汽吞吐以消耗油層彈性能量為條件，基于單井操作，受效范圍受到限制；蒸汽驅(qū)即為地層提供了一定的能量補充，又能在多井間實現(xiàn)驅(qū)替作用，蒸汽驅(qū)采收率能達到2030% 。因此為提高注蒸汽熱采效率，將蒸汽吞吐轉(zhuǎn)為蒸汽驅(qū)。19二、熱力采油分類蒸汽吞吐和蒸汽驅(qū)的關(guān)系 3.兩者聯(lián)系： 蒸汽吞吐采出一定原油后，地層壓力降低，能進一步發(fā)揮蒸汽的膨脹作用，為蒸汽驅(qū)做準(zhǔn)備； 蒸汽吞吐屬于衰竭式開采，能解除井附近的堵塞，為蒸

9、汽驅(qū)創(chuàng)造有利的油藏條件； 蒸汽吞吐轉(zhuǎn)化為蒸汽驅(qū)具備一定的條件和時機。 因此，對稠油油藏有計劃的實施蒸汽吞吐向蒸汽驅(qū)的轉(zhuǎn)化，可以有效的保持油藏的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，提高原油采收率。203 注蒸汽熱力采油機理 采油機理：是指某種驅(qū)動能量作用下的原油驅(qū)替過程。 熱力采油機理：是指能夠?qū)︱?qū)替稠油過程產(chǎn)上有利作用的熱效應(yīng)，包括加熱降粘、蒸汽蒸餾、熱膨脹、相對滲透率變化、乳化驅(qū)替、重力瀉油等效應(yīng)。一、加熱降粘隨著T碳氫化合物活性原油21可知：時流度3 注蒸汽熱力采油機理改善原油的流動性由原油粘度在低溫范圍內(nèi)變化大，而在高溫范圍變化很小。粘溫關(guān)系變化趨勢為一冪指數(shù)形式，在對數(shù)坐標(biāo)下呈直線形式。原油粘度隨溫度是可逆的

10、，所以當(dāng)溫度降低到原始值時，原油粘度也升高到原始值。原油粘溫關(guān)系曲線22二、蒸汽蒸餾3 注蒸汽熱力采油機理隨著T原油和水的汽化壓力當(dāng)油層和水的汽化壓力等于油層當(dāng)前壓力時，原油中的輕質(zhì)組分汽化為氣相，產(chǎn)生蒸餾作用。對稠油開采的影響表現(xiàn)為：流動阻力小( 氣相粘度低)。稀釋地層原油，降低原油粘度。 在具有一端封閉的孔隙中發(fā)生蒸餾作用，氣相會迅速彈出來,進入到連通的孔隙中，在連通孔隙中與原油混合(摻和)，降低原油粘度。233 注蒸汽熱力采油機理同時，還和系統(tǒng)的壓力有關(guān)，系統(tǒng)的壓力越低，這蒸餾效果越明顯。蒸汽吞吐作為一種脈沖式開采方式，注汽過程是非連續(xù)的，加上注汽過程中壓力大，因此蒸餾作用相對較小。蒸汽

11、蒸餾多發(fā)生在蒸汽驅(qū)過程中。 蒸汽的蒸餾是否存在與原油的性質(zhì)有關(guān)。通常情況下，原油比重越小，可蒸餾組分越大，原油中可蒸組分有如下關(guān)系：原油含蠟量24三、相對滲透率變化3 注蒸汽熱力采油機理隨著T巖石潤濕性親油親水弱親水向強親水轉(zhuǎn)化因為： 在油藏原始條件下，稠油中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等極性分子吸附在油水界面和巖石表面，巖石趨于親油狀狀態(tài)；當(dāng)溫度升高，極性物質(zhì)逐漸解吸，巖石親水性增加，更多的水膜吸附在孔隙上或占據(jù)較小的孔道，毛細管滲吸作用將盲端孔隙中的原油“剝蝕”下來，驅(qū)出小孔隙。從而降低殘余油飽和度，增加油相滲透率。25 隨溫度升高，束縛水飽和度增加。巖石濕潤性向親水方向變化。有利于把盲端孔隙中原油驅(qū)出來

12、，同時油相滲透率增加、油相阻力降低。殘余油飽和度降低，采收率增加。3 注蒸汽熱力采油機理26四、熱膨脹3 注蒸汽熱力采油機理 當(dāng)溫度升高后，油藏中流體和巖石骨架產(chǎn)生膨脹，孔隙體積縮小，流體體積增加，維持原油生產(chǎn)的彈性能量增加，提供給原油的彈性能量增加。 原油膨脹程度取決于組分組成，通常輕質(zhì)原油熱膨脹系數(shù)大于重質(zhì)原油。五、乳化驅(qū)替 在蒸汽驅(qū)過程中，蒸汽腔內(nèi)的蒸汽流速和比容較大，同時蒸汽腔前緣的蒸汽由于冷凝釋放熱量，產(chǎn)生擾動，發(fā)生乳化，形成水包油或油包水的乳狀液體。273 注蒸汽熱力采油機理 乳狀液體阻塞了非均質(zhì)油層中的高滲透層，降低了冷凝區(qū)的指進現(xiàn)象，從而提高了蒸汽驅(qū)的波及體積。六、重力瀉油 由

13、于蒸汽密度差異，在注蒸汽過程中，形成超覆現(xiàn)象，油層縱向上受熱不均，油藏表現(xiàn)受熱面積增加，油層的非驅(qū)替部分由于導(dǎo)熱作用而受熱，受熱的原油在重力作用流到井底。 重力瀉油作用主要發(fā)生在單層厚度較大的稠油油藏中。284注蒸汽熱力采油篩選標(biāo)準(zhǔn)儲量（有效厚度、孔隙度和含油飽和度）原油粘度和密度油層滲透率油層深度純總比油藏壓力氣頂和底水、裂縫考慮因素：29國外篩選標(biāo)準(zhǔn)：4注蒸汽熱力采油篩選標(biāo)準(zhǔn)30我國篩選標(biāo)準(zhǔn)4注蒸汽熱力采油篩選標(biāo)準(zhǔn)勝利油田稠油蒸汽吞吐篩選標(biāo)準(zhǔn)311 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）2 油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）3 油藏流體熱物理性質(zhì)4 油藏巖石、流體的熱效應(yīng)5 稠油油藏的滲流特征第二章 油藏巖石

14、與流體的熱物理性質(zhì)321 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)） 水和水蒸汽具有適宜的熱力學(xué)參數(shù)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)等優(yōu)點，成為熱力采油中的理想載體。一、飽和水蒸汽 當(dāng)加熱冷水時，動能較大的分子逸出液面變成水蒸汽分分子液態(tài)水變化氣態(tài)（汽化），同時會有蒸汽水分子撞回到液面而凝結(jié)為水（液化），當(dāng)這兩種速度相等時，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡，此時的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。 處于飽和狀態(tài)的水蒸汽和水的混合物稱為濕蒸汽。濕蒸汽中所含飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)叫干度。331 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）1.飽和溫度和飽和壓力 系統(tǒng)飽和狀態(tài)下的溫度溫度和壓力稱飽和溫度和飽和壓力。對應(yīng)于一定的飽和溫度必須有一定的飽和壓力。滿足： 飽和水蒸汽的臨界壓力為2

15、2.12MPa，臨界溫度為374.15C。2.飽和水蒸汽的焓及潛熱 當(dāng)水從冰點溫度加熱到某一壓力下的飽和溫度時所吸收的熱量稱為該飽和溫度下的飽和水的焓或“顯熱”，其關(guān)系為：341 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）飽和水的熱焓，J/g 飽和水變成同條件下干飽和蒸汽所吸收的熱量稱為汽化潛熱。干飽和蒸汽的熱焓先隨飽和壓力的升高而增大，然后隨飽和壓力的升高而降低，當(dāng)飽和壓力為3MPa時，達到最大，其關(guān)系式為：干飽和蒸汽的熱焓，J/g35 汽化潛熱焓為干飽和蒸汽的熱焓與飽和水的熱焓之差，其隨壓力增加而減小，其關(guān)系為：1 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）汽化潛熱，J/g 注：當(dāng)系統(tǒng)達到臨界狀態(tài)時，汽化潛熱為零。3.飽和水

16、及飽和蒸汽密度飽和水的密度為：36飽和蒸汽的密度為：1 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）飽和水蒸汽的壓縮因子，無因次 由于密度和比容是互為倒數(shù)，因此飽和水蒸氣的比容為：374.飽和水及飽和蒸汽的粘度飽和水的粘度為：1 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）飽和蒸汽粘度為：飽和蒸汽（水）的比容，cm3/g蒸汽干度，小數(shù)385.熱力學(xué)特征 作為加熱油層的流體介質(zhì)，在相同條件下，干飽和蒸汽的物理熱性明顯優(yōu)于飽和水，當(dāng)質(zhì)量流量相同時，飽和蒸汽的含熱量大，驅(qū)替體積大。濕飽和蒸汽的熱焓等于飽和蒸汽的熱焓與蒸汽干度加權(quán)的汽化熱之和，即：1 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)） 蒸汽干度越高，濕飽和蒸汽的熱焓量越大，通常通過提高水蒸汽的干度來

17、提高工作介質(zhì)載熱量的效果。391 水蒸汽熱力學(xué)特征（介質(zhì)）二、未飽和水蒸汽 在一定壓力條件下，溫度低于對應(yīng)飽和溫度的水，稱為未飽和水或冷水。根據(jù)現(xiàn)場實驗有如下結(jié)論： 在相同溫度下，未飽和水的熱焓值隨壓力變化較?。?在同一壓力下，未飽和水的熱焓值隨溫度變化較大； 與飽和水蒸汽相比，未飽和水的熱焓數(shù)較小。三、過熱蒸汽 對干飽和蒸汽繼續(xù)加熱，蒸汽溫度將升到高于該蒸汽壓力所對應(yīng)的飽和溫度，此時的蒸汽叫過熱蒸汽。40 2油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）一、導(dǎo)熱系數(shù)(Thermal Conductivity) 是指單位時間內(nèi)，單位溫度梯度下，單位面積所通過的熱量。 公制： KJ/(hm)， w/(m) kca

18、l/(hm)， 英制： Btu/(hftF) 經(jīng)驗公式固結(jié)砂巖疏松砂巖影響因素溫度壓力單位：412油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）經(jīng)驗公式1.固結(jié)砂巖導(dǎo)熱系數(shù) 干燥固結(jié)砂巖 Andnd J和Somerton W H等人通過系統(tǒng)實驗，有如下回歸關(guān)系：導(dǎo)熱系數(shù)， w/（m0C）干燥砂巖密度， g/cm3巖石孔隙度， 小數(shù)巖石滲透率， 10-3地層電阻率系數(shù)，無因次膠結(jié)系數(shù)， 小數(shù) 注：未固結(jié)巖石膠結(jié)系數(shù)1.3，固結(jié)砂巖1.81.9，石灰?guī)r為22.2；砂巖的導(dǎo)熱系數(shù)范圍為：0.69 3.81 w/（m0C）。422油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石） 飽和液體砂巖的導(dǎo)熱系數(shù) 飽和一種液體飽和液體砂巖導(dǎo)熱系數(shù)，

19、w/（m0C）干燥砂巖導(dǎo)熱系數(shù)， w/（m0C）液體導(dǎo)熱系數(shù)， w/（m0C）空氣導(dǎo)熱系數(shù)， 0.02940.0606w/（m0C）飽和液體（干燥）砂巖密度，g/cm3 注：液體的導(dǎo)熱系數(shù)大于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，因此飽和液體砂巖的導(dǎo)熱系數(shù)大于高燥砂巖的導(dǎo)熱系數(shù)。432油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石） 飽和液體砂巖的導(dǎo)熱系數(shù) 飽和油、氣、水三相液體飽和水（油）（氣）砂巖導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m0C）2.疏松砂巖導(dǎo)熱系數(shù) 巖石固相導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)驗公式1.固結(jié)砂巖導(dǎo)熱系數(shù)442油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石） 如只有石英含量，而沒其它巖石礦物資料，可用如下關(guān)系：石英含量，% 飽和地層水的巖石導(dǎo)熱系數(shù)固相導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m

20、0C）礦物石英正長石斜長石方解石云母綠泥石導(dǎo)熱系數(shù),W/(m0C)7.702.322.153.602.214.91 如已知巖石礦物分析資料，可根據(jù)如下表采用重量組成加權(quán)平均計算巖石固相導(dǎo)熱系數(shù)：452油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素1.溫度對導(dǎo)熱系數(shù)的影響溫度為20C的導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m0C） 固結(jié)砂巖注：對于砂巖，溫度升高，導(dǎo)熱系數(shù)值下降。 疏松砂巖溫度為52C的導(dǎo)熱系數(shù)，w/（m0C）462油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素2.壓力對導(dǎo)熱系數(shù)的影響地層壓縮系數(shù)ABCD高0.131.440.0930.07中0.0580.880.0450.017低0.0320.360

21、.0230.0086 固結(jié)砂巖 根據(jù)地質(zhì)性質(zhì)，地層壓縮系數(shù)分為高、中、低三個等級，分別為：47 固結(jié)砂巖2油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素2.壓力對導(dǎo)熱系數(shù)的影響巖石密度，g/cm3注：壓力升高，導(dǎo)熱系數(shù)上升。隨著、482油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）二、巖石比熱、熱容量和熱擴散系數(shù)巖石比熱(Specific heat) 指單位質(zhì)量的油藏巖石，溫度升高10C所需要的熱量，也稱比熱容。實驗條件下，定容比熱：電能，KJ試樣質(zhì)量，Kg量熱器空當(dāng)量，Kg/C礦場經(jīng)驗：定壓比熱容，KJ/（KgC）巖石比熱容，KJ/（KgC）巖樣砂巖粉砂巖頁巖灰?guī)r細砂粗砂比容熱，（g）0.7660.8540.

22、8040.8460.7660.766 部分干燥巖樣的比熱容：492油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）二、巖石比熱、熱容量和熱擴散系數(shù)巖石的熱容量(Thermal content) 指單位體積的油藏巖石，溫度升高10C所需要的熱量。與比熱容有如下關(guān)系： 油藏?zé)崛萘颗c巖石基質(zhì)和其中的流體的熱容量相關(guān)。因此飽和油、氣、水三相流體的油藏巖石熱容量為：巖石（油）（水）（氣）比熱容，KJ/（KgC）巖石密度， g/cm3502油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）二、巖石比熱、熱容量和熱擴散系數(shù)巖石的熱擴散系數(shù)(Thermal Diffusion coefficient) 指單位時間內(nèi)熱擴散的面積，也可定義為導(dǎo)熱系數(shù)與熱

23、容量之比。巖樣砂巖粉砂巖頁巖灰?guī)r細砂粗砂0.7660.8540.8040.8460.7660.766 部分干燥巖樣的熱擴散系數(shù)：512油藏巖石的熱物理性質(zhì)（巖石）三、巖石的熱膨脹系數(shù)（Thermal expansion） 指恒定壓力條件下，溫度每升高1，物質(zhì)體積的變化率，可表示為： 油藏系統(tǒng)中，原油的熱膨脹系數(shù)最大，其值大約是水的3倍，巖石的10倍，巖石的熱膨脹系數(shù)在1010-6C-1左右。523油藏流體熱物理性質(zhì)一、原油的導(dǎo)熱系數(shù)原油相對密度，無因次注：飽和有機物的導(dǎo)熱系數(shù)，隨溫度的升高而減小。二、飽和水及飽和蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)飽和水533油藏流體熱物理性質(zhì)飽和蒸汽三、天然氣的導(dǎo)熱系數(shù)氣體的比熱

24、容，J/（gC）氣體的相對分子量 注：常溫下，天然氣的導(dǎo)熱系數(shù)介于0.00350.00433w/（mC）之間，隨溫度的升高，導(dǎo)熱系數(shù)增加。544油藏巖石流體熱效應(yīng)一、巖石孔隙度熱區(qū)冷區(qū)vhvc 假設(shè)巖石總體積為vt，巖石骨架體積為vR，孔隙體積為vP，巖石熱膨脹系數(shù)為R，壓縮系數(shù)為CP 1.孔隙體積熱效應(yīng)油藏?zé)釁^(qū)巖石有熱效應(yīng)和壓縮效應(yīng)，冷區(qū)僅壓縮效應(yīng)當(dāng)溫度則溫度變化后的孔隙度為：時，巖石骨架密度為：（1）554油藏巖石流體熱效應(yīng)將（1）、（3）代入（2）得：而又（質(zhì)量守衡）（2）（3）故由熱效應(yīng)影起的孔隙度變化為：2.孔隙體積壓縮效應(yīng)56由壓縮影起的孔隙度變化為：壓力變化后，巖石的孔隙度：4油

25、藏巖石流體熱效應(yīng)當(dāng)壓力時，根據(jù)壓縮系數(shù)定義：3.孔隙度變化的綜合效應(yīng)574油藏巖石流體熱效應(yīng)最終孔隙度為： 由此可見，對于封閉系統(tǒng)的油藏巖石，若孔隙體積不變，當(dāng)溫度升高時，壓力必然升高，維持原油生產(chǎn)的彈性能量增加。4.部分油藏受熱，孔隙度的綜合效應(yīng)受熱部分的孔隙體積為：油藏未受熱部分只手壓縮作用，其孔隙體積為：584油藏巖石流體熱效應(yīng)巖石孔隙度為：二、巖石滲透率 隨著溫度的升高，巖石顆粒受熱膨脹，孔隙空間縮小，在低溫下具備流通的孔喉通道，由于溫度升高而閉合，造成巖石滲透率的降低；但由于高溫下的巖石出現(xiàn)礦物轉(zhuǎn)換或生成新礦物，巖石內(nèi)部發(fā)生裂解，滲透率又出現(xiàn)大幅度提高，因而很難用同統(tǒng)一的模型對其進行

26、描述。接下來簡要分析溫度對滲透率的影響： 通過大量的實驗研究表明，溫度對滲透率的有著顯著的影響，隨著溫度的升高巖石親水程度增加，主要機理為：594油藏巖石流體熱效應(yīng) 親油巖石表面吸附的級性物質(zhì)（高分子烴類、瀝青等）在高溫下從巖石表面解吸出來，大量水轉(zhuǎn)而吸附在巖石表面； 親水巖石表面能更小，巖石變?yōu)楦疂?，接觸角減小，原來隔著水膜的含油孔道轉(zhuǎn)化為含水孔道。溫度變化時，巖石滲透率計算方法：假設(shè)條件： 當(dāng)親水巖心溫度升高時，束縛水飽和度增加，殘余油飽和度減小，即巖石親水程度增加； 無論溫度如何變化，兩相相對滲透率曲線形狀是相似的，僅始末點的飽和度及對應(yīng)的相對滲透率發(fā)生變化，個溫度下的相對滲透率相互平

27、行；60計算過程：4油藏巖石流體熱效應(yīng) 通過實驗作出油藏原始溫度條件下，油水相對滲透率和含水飽和度以及油氣相對滲透率和含液飽和度之間的關(guān)系，記錄下實驗數(shù)據(jù)： 改變溫度，測出不同溫度下，油水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)的相對滲透率關(guān)系端點值，記錄下數(shù)據(jù)：61 計算在初始溫度Ti下的歸一化含水飽和度，油、水相對滲透率，并作圖：4油藏巖石流體熱效應(yīng)歸一化油水相對滲透率曲線計算Sw對應(yīng)的歸一化飽和度：624油藏巖石流體熱效應(yīng)根據(jù)圖，用線性插值求出對應(yīng)溫度T下的油水相對滲透率： 計算在原始油藏溫度下歸一化含液飽和度和氣驅(qū)情況下油相相對滲透率歸一化曲線，作出歸一化曲線：634油藏巖石流體熱效應(yīng)計算出Sl對應(yīng)下歸一化飽和

28、度：用線性或多項式插值求得： 計算在原始油藏溫度下歸一化含氣飽和度和氣驅(qū)條件下氣相相對滲透率64回出歸一化曲線：4油藏巖石流體熱效應(yīng)歸一化曲線通過線性插值，得到一定溫度T和下的歸一化飽和度：計算：65 利用計算得到的Krow(T)、Krog(T),由Stone模型計算油相相對滲透率。4油藏巖石流體熱效應(yīng)氣和水驅(qū)后的殘余油（臨界氣）飽和度，小數(shù)664油藏巖石流體熱效應(yīng)三、液體密度 當(dāng)油藏壓力和溫度發(fā)生變化時，其中的原油和水的密度由于膨脹和壓縮而發(fā)生變化，假設(shè)流體的熱膨脹系數(shù)為液體密度變化的綜合效應(yīng)則：溫度變化時，液體密度為：壓力變化時，液體密度為：液體密度變化的綜合效應(yīng)為：故：67油藏部分受熱時

29、液體密度變化的綜合效應(yīng)4油藏巖石流體熱效應(yīng) 受熱只發(fā)生在部分油藏，熱膨脹只發(fā)生在受熱部分，而壓縮則可發(fā)生整個油藏。熱效應(yīng)：壓縮效應(yīng)：684油藏巖石流體熱效應(yīng)四、原油粘溫關(guān)系 原油粘度隨溫度變化的曲線，叫粘溫關(guān)系。建立地層粘溫關(guān)系的步驟為： 取地層脫水原油，測定粘溫數(shù)據(jù) Dead oil 數(shù)學(xué)方法回歸建立粘溫關(guān)系 Regression 溶解氣校正 Calibration of solution gas69 粘溫關(guān)系一般不呈直線關(guān)系，開始溫度增加時，粘度迅速下降，到達某一值時，粘度變化趨于平緩，這一溫度段稱為該粘溫曲線的敏感溫度。粘溫關(guān)系是可逆的，隨著粘度的增加，粘溫關(guān)系越明顯。4油藏巖石流體熱效

30、應(yīng) 溶解氣對原油粘度影響很大，其關(guān)系必須教正為：或式中：適用條件：705稠油油藏滲流特征一、稠油的流變特征 原油的流變特征主要受原油的組分，特別是瀝青、結(jié)晶石蠟等含量的影響，一定原油的流變性受剪切速率、溫度、壓力的影響。超稠油和特稠油基本上行都屬于具有一定屈服值的賓漢流體。 粘度越高，屈服值和轉(zhuǎn)化為牛頓流體的溫度越高。實驗研究表明： 熱采普通稠油可以是低屈服值下的賓漢流體、低屈服值下的假塑性流體。715稠油油藏滲流特征二、稠油常溫滲流 稠油屬于非牛頓流體，常溫下滲流不符合達西定律，油水相滲關(guān)系只能定性反映稠油的滲流特點。如單家寺稠油在50800C時屬于假塑性流體，曙光稠油在小于1000C時屬于

31、假塑性流體。 隨著含水飽和度的增加，稠油的相對滲透率急劇下降； 隨著含水飽和度的增加，水相相對滲透率 變化緩慢，且高含水期曲線端部抬不起頭來； 油水兩相流動區(qū)較小，稠油油藏見水后原油流動受到限制，油相滲透率降低比稀油明顯。通過總結(jié)有如下規(guī)律：725稠油油藏滲流特征三、高溫相對滲流率關(guān)系 常溫下稠油滲流不符合達西定律，當(dāng)油藏溫度升高后，稠油降粘，可能轉(zhuǎn)化為牛頓流體。如單家寺稠油在901200C時屬于假塑性流體，如圖為曙光油田1-22-371井在不同溫度下的相滲關(guān)系圖，可得共性的結(jié)論： 系統(tǒng)溫度升高時，油水粘度比降低 ，相對滲透率曲線有右移； 隨著溫度升高，殘余油飽和度 降低，束縛水飽和度 升高；

32、 不管溫度怎么變化，變化前后曲線相互平行。735稠油油藏滲流特征四、非等溫相對滲透率模型 熱力采油的過程是一個非等溫滲流過程，流體和地層物性參數(shù)隨地層溫度而發(fā)生變化。在目前科學(xué)技術(shù)條件下，主要通過測定油水系統(tǒng)，油氣系統(tǒng)的相對滲透率數(shù)據(jù)，利用Stone修正模型來計算三相相對滲透率。Stone模型假設(shè)條件： 水相的相對滲透率 主要與水相飽和度有關(guān)，在較小的孔道中流動； 氣體相對滲透率 與氣相飽和度有關(guān)，在較大孔道中流動； 油相對滲透率 、 與水相和氣相飽和度有關(guān)。745稠油油藏滲流特征油相相對滲透率為：束縛水下的油相相對滲透率 研究結(jié)果表明：溫度對相對滲透率關(guān)系的影響主要表現(xiàn)在束縛水和殘余油的變化

33、上，相對滲透率形狀基本一致。三相相對滲透綠計算步驟： 測量原始條件下油水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)的相對滲透率數(shù)據(jù)，繪制曲線：755稠油油藏滲流特征SL= Swc+ So油水相對滲透率油氣相對滲透率其關(guān)系式為：76 實驗測定不同溫度下油水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)的相滲端點值，其關(guān)系為：5稠油油藏滲流特征 對步驟中的數(shù)據(jù)歸一化處理，獲得歸一化油水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)的相對滲透率數(shù)據(jù)，消除端點的影響； 利用步驟中數(shù)據(jù)插值得需要求點的相滲端點值，然后計算該溫度下系列的歸一化水相和氣相（或液相）飽和度數(shù)據(jù)； 對中的數(shù)據(jù)插值獲得該溫度下油水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)歸一化相對滲透率數(shù)值； 還原求得的油相相對滲透率數(shù)值；77 利用*公式求出油相

34、相對滲透率數(shù)值。5稠油油藏滲流特征另外，在沒實驗情況下，可用歸一化相滲解析式計算：水，氣相對滲透率曲線指數(shù)，無因次油水，油氣系統(tǒng)中油相對滲透率，無因次參考壓力，取原始油層壓力，MPa。785稠油油藏滲流特征 對于油水系統(tǒng)和油氣系統(tǒng)的相滲透率端點值 可以參考相關(guān)經(jīng)驗關(guān)系式或?qū)嶒炾P(guān)系確定。 對于親水油藏的油水兩相流動，經(jīng)巖石吸吮進入油藏的水，在驅(qū)替狀態(tài)下不能完全采出來而滯留在巖石中，產(chǎn)生水相滯后的現(xiàn)象，因而對應(yīng)于相同的水相飽和度，注入過程的水相相對滲透率大于采出過程，水相吸吮和驅(qū)替曲線不重合。水相滯后曲線79第三章 注蒸汽系統(tǒng)熱損失1 熱量的傳遞2 注氣工藝流程3 地面管線的熱損失4 井筒熱損失8

35、01 熱量的傳遞 熱傳導(dǎo):相互接觸而溫度不同的物體或物體中溫度不同的各部分之間的餓熱量傳遞的現(xiàn)象，也可以說是熱量從高溫部分傳遞到低溫部分。導(dǎo)熱系數(shù)，Kcal/（h.m0C）811 熱量的傳遞 熱對流:流體中溫度不同的各部分之間，由于相對的宏觀運動將熱量從一處帶到另一出的現(xiàn)象。對流換熱系數(shù)，Kcal/（h.m0C）821 熱量的傳遞 熱輻射:不相互接觸具有不同溫度的物體間熱量的傳遞現(xiàn)象。對流換熱系數(shù)，Kcal/（h.m0C）832 注汽工藝流程 注汽系統(tǒng)主要包括蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)、地面管線系統(tǒng)和注汽井筒系統(tǒng)。由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生高溫、高壓熱流體，經(jīng)由地面管線輸送到井口，流經(jīng)井筒到達井底。其流程圖：注汽系

36、統(tǒng)84一、蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)2 注汽工藝流程 蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)是蒸汽熱力采油的主要系統(tǒng)，它由主體（蒸汽發(fā)生器）和輔助系統(tǒng)（燃燒器、給水泵、水處理設(shè)備及監(jiān)控儀表）組成。組成： 生成蒸汽熱力采油所需要的高溫、高壓流體。作用：85二、地面管線系統(tǒng)2 注汽工藝流程 地面管線系統(tǒng)是輸送高溫、高壓流體的輸送管道。目前使用的管線為架空硅酸鹽纖維保溫管線，沿管線程有膨脹彎頭和過路“龍門”，主干呈枝狀分布，末端成環(huán)狀管網(wǎng)，這樣便于蒸汽的調(diào)配。三、注汽井筒系統(tǒng) 是將蒸汽輸送到井底的輸送管道。常用的注汽管柱有兩種，一種是隔熱油管、伸縮管、封隔器組成的管柱，另一種是氮氣隔熱油管。863 地面管線的熱損失1 架空管線熱損失2

37、 地下埋管熱損失3 水平管線的沿程壓力4 蒸汽干度的計算873 地面管線的熱損失一、架空管線熱損失架空管線結(jié)構(gòu)示意圖：1.假設(shè)條件架空管線外存在絕熱層；蒸汽溫度Ts和大氣溫度Ta是固定的；管線結(jié)構(gòu)如圖所示。88由熱損失關(guān)系得：單位長度上，單位時間內(nèi)熱損失，kcal/（hm）單位長度上的熱阻。綜合架空管線結(jié)構(gòu)示意圖，可以分析熱阻3 地面管線的熱損失2.熱損失計算由管壁上的液體膜層、污垢層、管壁、絕熱層和氣膜層幾部分組成，即：893 地面管線的熱損失管壁液膜層對流換熱熱阻 管壁上的液體膜層流體基本上不流動，具有熱傳導(dǎo)機理，但是該層的厚度與蒸汽流速有關(guān)，所以可以用對流換熱來計算其熱阻。 液膜層對流換

38、熱系數(shù)，管壁上的污垢層對流換熱熱阻 污垢層的厚度也與蒸汽流速有關(guān)，也可以用對流換熱來計算其熱阻。90污垢層對流換熱系數(shù)，3 地面管線的熱損失管壁熱傳導(dǎo)換熱熱阻管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，91絕熱層熱傳導(dǎo)換熱熱阻3 地面管線的熱損失絕熱層導(dǎo)熱系數(shù)，管線與空氣的強迫對流換熱熱阻強迫對流換熱系數(shù)，923 地面管線的熱損失因此單位長度管線上的熱阻為：933 地面管線的熱損失二、底下埋管熱損失 底下埋管是利用大地作為絕熱層（如圖），Rohsenow和Hartnett利用如下公式給出了埋管熱組的近似計算：94地層導(dǎo)熱系數(shù)，一般取值0.55183 地面管線的熱損失其中： 通過大量的礦場實驗表明，注蒸汽開始時地下埋管的熱

39、損失明顯大于懸空管線的熱損失。因此，在蒸汽注入周期相對較短時（如蒸汽吞吐），土壤中水份有頻繁和明顯 變化的地方，不宜將底下埋管作為絕熱方法。953 地面管線的熱損失例：已知某輸送管線外包絕熱層，流過蒸汽溫度Ts為288，空氣溫度Ta為15.5,試計算每30m長度管線上的熱損失。已知：ri=0.045m ro=0.051m rins=0.127m96 那么30m管線熱損失Qql*30=3270kcal/h，僅考慮絕熱層熱阻計算的熱損失Q3348kcal/h，相差2%左右。因此在注蒸汽熱力采油中，一般把絕熱層看作影響熱損失的唯一熱阻。3 地面管線的熱損失解：據(jù)題意得：由得：973 地面管線的熱損失

40、三、水平管線沿程壓力 當(dāng)?shù)孛婀芫€較短時，通常不考慮沿程壓力變化。如管線較長，管網(wǎng)中有膨脹彎頭和過路“龍門”，則必須考慮沿程壓力的變化。膨脹彎和過路“龍門”的局部阻力常采用等價沿程阻力來處理。 管線內(nèi)流體流動時，壓力梯度是摩擦壓力梯度、位能壓力梯度和動能壓力梯度的綜合結(jié)果，因此有：983 地面管線的熱損失摩擦壓力梯度摩擦系數(shù)，無因次；汽液混合物密度，g/cm3；混合物（液）（汽）比容，cm3/g；摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)：993 地面管線的熱損失時為層流，摩擦系數(shù)為：當(dāng)時為紊流，摩擦系數(shù)為：當(dāng)時為過渡流，摩擦系數(shù)為：當(dāng)過渡流的紊流摩擦系數(shù)，代入式的結(jié)果；過渡流的紊流摩擦系數(shù)，代入式的結(jié)果；管線粗糙度

41、，m；1003 地面管線的熱損失動能壓力梯度混合物流速，m/s； 動能在較高的流速下才有明顯變化，對于高干度的蒸汽流動，氣體體積流量遠遠大于液體體積流量，因此必須考慮動能變化，根據(jù)氣體狀態(tài)方程可得：氣體體積流量，m3/s；過斷面面積，m2；蒸汽質(zhì)量速率，g/s；1013 地面管線的熱損失位能壓力梯度 對于水平管線位能為0。所以水平地面管線沿程壓力梯度為： 在實際計算過程中，需要將管線劃分為若干段，利用公式計算每一段壓力變化。1023 地面管線的熱損失四、蒸汽干度的計算單位時間內(nèi)熱量損失單位時間內(nèi)蒸汽內(nèi)能的變化能量平衡原理： 假設(shè)蒸汽發(fā)生器出口蒸汽干度為 ，到達井口仍是飽和狀態(tài)，其干度為 如果壓

42、力、溫度不變。管線的熱損失主要來自于一部分蒸汽冷凝為水釋放的汽化潛熱，從而引起干度的降低。如果不考慮位能和動能的變化，只考慮內(nèi)能的變化，則：103飽和蒸汽（熱水）的焓，Kcal/kg；3 地面管線的熱損失化簡得：汽化潛熱，Kcal/kg；蒸汽干度為：其中 、 、 和蒸汽的壓力有關(guān)，可查水蒸汽表或回歸得到。1044 井筒熱損失 井筒中熱損失的大小直接決定著注入井筒底部的是蒸汽還是飽和水，決定著熱效果的好壞。蒸汽在井筒中流動時與地面管線不同: 分為考慮井筒壓力變化和不考慮井筒壓力變化兩種情況。一、不考慮井筒壓力變化假設(shè)條件：井口注入蒸汽的速率 、壓力和干度保持不變； 壓力變化中重力項不能忽略; 井

43、筒結(jié)構(gòu)不同，周圍環(huán)境不同，沿井深方向地層溫度逐漸增加，同時散熱方式以導(dǎo)熱為主。井筒結(jié)構(gòu)如圖所示；1054 井筒熱損失井底使用封隔器，油管、套管環(huán)形空間充入低壓空氣； 從油井到水泥環(huán)外緣的熱量傳遞過程為一維穩(wěn)定傳熱過程，而從水泥環(huán)外緣到地層間的傳熱為一維不穩(wěn)定傳熱； 地層導(dǎo)熱系數(shù)視為一常數(shù)； 不考慮井筒壓力變化。106熱損失計算： 熱傳遞過程分兩部分，一部分由油井中心到水泥環(huán)外緣的一維穩(wěn)定傳熱；一部分是水泥環(huán)外緣到地層中心的一維不穩(wěn)定傳熱。4 井筒熱損失 設(shè)在單位時間內(nèi)，井筒某段長度 上的熱損失為 ，總的熱阻為 ，則：油管中心到水泥環(huán)外緣由穩(wěn)定傳熱公式可得：蒸汽（水泥環(huán)外緣處）溫度，0C；107

44、由圖中可以看出，熱阻由以下七部分組成：液膜層和污垢層對流換熱系數(shù)，w/（m.0C）；4 井筒熱損失液膜層和污垢層對流換熱熱阻油管導(dǎo)熱換熱系數(shù)，w/（m.0C）；內(nèi)管導(dǎo)熱熱阻108絕熱層材料導(dǎo)熱換熱系數(shù)，w/（m.0C）；絕熱層導(dǎo)熱換熱熱阻4 井筒熱損失外管導(dǎo)熱換熱系數(shù)，w/（m.0C）；外管導(dǎo)熱換熱熱阻環(huán)空自然對流（輻射）換熱系數(shù)，w/（m.0C）；環(huán)空自然對流和輻射換熱熱阻109套管導(dǎo)熱換熱系數(shù)，w/（m.0C）；套管導(dǎo)熱換熱熱阻4 井筒熱損失水泥環(huán)導(dǎo)熱換熱系數(shù)，w/（m.0C）；水泥環(huán)導(dǎo)熱換熱熱阻所以總熱阻由為：110令：4 井筒熱損失則：總的傳熱系數(shù)，w/（m.0C）；油管中心到水泥環(huán)外緣 該過程是不穩(wěn)定傳熱，因此熱量是隨時間而變化的。對地層的熱損失開始時較