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火烧油层室内实验及驱油机理研究

作　者: 刘其成
导　师: 刘永建；刘喜林
学　校: 东北石油大学
专　业: 石油与天然气工程
关键词: 火烧油层相似准则物理模型物理模拟驱油机理
分类号: TE357.46
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

火烧油层是一种具有明显技术优势和潜力的采油方法,具有油藏适应范围广、物源充足、采收率高、成本低的优势。但由于火驱机理十分复杂,火驱油藏工程设计及矿场动态管理上还存在很多问题,特别是对储层中发生的燃烧和驱油过程缺乏直观准确的认识,很难采取有效手段准确判断地下燃烧状况、监测和控制火驱前缘。因此,开展火驱机理和实验研究十分必要。合适的相似准则是开展比例物理模拟的基础。国外学者提出的相似准则,都是建立在简化火烧条件的基础上提出的,没有考虑燃烧反应动力学参数等。由于火烧油层机理的复杂性,若不考虑燃烧反应动力学等参数,就无法有效地认识火烧驱油机理、预测火驱效果、优化火烧驱参数。因此,本项目在综合考虑燃烧特性的基础上,建立了火烧油层4相7组分数学模型,提出了以油的燃烧转化率为主线的燃烧动力学模型及燃油比、输氧准则,创建了火烧油层物理模拟相似准则。该相似准则是迄今为止考虑影响因数最多的相似准则群。火驱物理模拟装置是直观准确认识千米地下发生燃烧和驱油过程最为有效手段。针对国内外已有模型模拟压力低、模型较小的现状,自主研制了一套大型多功能火烧油层比例物理模拟装置。物理模型最高工作温度1000℃,最高工作压力15MPa,可开展多井组、多方式火驱模拟研究,在技术及功能上达到了国际先进水平。实验研究了火烧油层物理模拟实验方法,解决了油层点火、注气操控、复杂气体分析、火驱前后原油性质变化等多项技术难题,并开展了多组火烧油层物理模拟实验,为驱油机理研究奠定有力基础。实验研究了不同原油(曙1-38-330超稠油、高3-2-75井普通稠油；冷37-45-562井特稠油天然油砂和高检1井普通稠油天然油砂)燃烧基础特性,分析了其原油的点火温度、通风强度、氧气利用率、视H/C原子比等燃烧指标,比较了不同油品燃烧前缘推进速率,预测了火驱的驱油效率。通过比例模拟实验研究了火驱推进过程中温度场发育和不同燃烧区带的分布特征,不同油层厚度火驱波及状况和驱油效果,尝试了厚油层火驱改善火线波及范围、提高采出程度的调控方法。同时,在试验中发现了能反映火驱燃烧深层机理的重要标记化合物,进而揭示了燃烧反应过程中原油粘度、密度降低等参数变化的主要原因。本项目取得的成果为高3-6-18块、冷41块火驱试验方案的编制、现场合理实施提供可靠的依据。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
创新点摘要  8-12
第一章绪论  12-33
  1.1 研究目的与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-32
    1.2.1 火烧油层技术简介  13-15
    1.2.2 国内外火烧油层相似理论研究现状  15-16
    1.2.3 国内外火烧油层物理模拟装置研究现状  16-19
    1.2.4 国内外火烧油层物理模拟实验研究现状  19-24
    1.2.5 国内外火烧油层数值模拟研究现状  24-26
    1.2.6 国内外火烧油层现场先导试验研究  26-32
  1.3 本文的主要研究工作  32-33
第二章火烧油层相似准则研究与适应性分析  33-70
  2.1 火烧油层相似准则  33-59
    2.1.1 运动方程  33-34
    2.1.2 质量守恒方程  34-41
    2.1.3 能量守恒方程  41-43
    2.1.4 油的热解燃烧  43-45
    2.1.5 毛细管压力关系式  45-46
    2.1.6 传质  46-48
    2.1.7 弥散和扩散项  48-50
    2.1.8 饱和度关系  50-51
    2.1.9 相对渗透率  51
    2.1.10 相内浓度的平衡关系  51
    2.1.11 孔隙率  51-52
    2.1.12 初始条件和边界条件  52-56
    2.1.13 本构关系和约束条件  56-59
  2.2 检验分析  59-68
    2.2.1 无量纲参数  59-61
    2.2.2 无量纲群的筛选  61-68
  2.3 适应性分析  68-69
    2.3.1 相似条件1  68
    2.3.2 相似条件2  68
    2.3.3 相似条件3  68
    2.3.4 相似条件4  68-69
    2.3.5 相似条件5  69
    2.3.6 相似条件6  69
  2.4 小结  69-70
第三章火烧油层物理模拟系统的研制  70-84
  3.1 火烧油层一维模型的研制  70
  3.2 火烧油层比例物理模拟系统的研制  70-83
    3.2.1 火烧油层比例物理模拟系统总体设计要点  71
    3.2.2 物理模拟系统组成  71-78
    3.2.3 数据采集与处理系统  78-83
  3.3 小结  83-84
第四章火烧油层燃烧基础参数测定  84-102
  4.1 实验目的  84
  4.2 实验方案的制定  84-85
  4.3 实验步骤与实验条件  85-87
    4.3.1 实验步骤  85-86
    4.3.2 实验条件  86-87
  4.4 实验结果分析  87-101
    4.4.1 温度场变化与点火温度  87-89
    4.4.2 气体组分变化  89-91
    4.4.3 驱油效率与空气油比  91-93
    4.4.4 燃料消耗量与空气消耗量  93-95
    4.4.5 原油物理化学性质变化  95-100
    4.4.6 不同区块原油火烧效果对比分析  100-101
  4.5 小结  101-102
第五章火烧油层比例物理模拟实验研究  102-115
  5.1 比例模型的建立  102-106
    5.1.1 实验内容  102
    5.1.2 直井组合火烧油层相似理论研究  102-103
    5.1.3 实验方案设计  103-104
    5.1.4 实验参数的比例模化  104
    5.1.5 比例模型的建立  104-105
    5.1.6 实验过程中解决的关键技术  105-106
  5.2 井网结构对火线波及状况的影响  106-108
    5.2.1 实验简介  106
    5.2.2 温度场波及状况  106-107
    5.2.3 采收率分析  107-108
  5.3 油藏厚度对火线波及状况的影响  108-112
    5.3.1 实验简介  108
    5.3.2 温度场波及状况  108-111
    5.3.3 采收率分析  111-112
  5.4 地层倾角对火线波及状况的影响  112-114
    5.4.1 实验简介  112-113
    5.4.2 温度场波及状况  113
    5.4.3 采收率分析  113-114
  5.5 小结  114-115
第六章火烧油层驱油机理研究  115-121
  6.1 火烧油层驱油过程中的化学反应研究  115-116
  6.2 火烧油层燃烧反应动力学研究  116-118
  6.3 燃烧区带的划分  118-120
  6.4 小结  120-121
结论  121-122
参考文献  122-129
攻读博士学位期间发表的文章  129-131
攻读博士学位期间参加的科研项目  131-132
致谢  132-133
详细摘要  133-148

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 油气田开发与开采 > 采油工程 > 提高采收率与维持油层压力（二次、三次采油） > 热力、混相、化学驱油(EOR,三次采油) > 化学驱油
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