杂质气体对二氧化碳在废弃气藏咸水层埋存的影响

废弃气藏是埋存二氧化碳的理想场所,但气藏中的杂质气体会影响二氧化碳在水中的溶解过程。针对此问题,建立了考虑逸度-活度的热力学模型,准确捕捉杂质气体-二氧化碳-咸水混合体系的热力学特征。在此基础上,采用基于算子的线性化数值方法,高效准确求解质量守恒方程,研究不同混合物对二氧化碳在咸水中扩散-对流的影响。以荷兰西佩尔尼斯气藏为例,分析并评价了废弃气藏二氧化碳埋存的可行性及潜力。研究结果表明,二氧化碳在咸水中的溶解度随压力的升高而增加,随温度及矿化度的升高而降低,相同压力下,25℃下的溶解度约为90℃下的2倍。不同杂质气体对二氧化碳溶解能力的影响不同,甲烷对二氧化碳溶解度降低程度最大,降低幅度约为12%。二维模拟结果表明,杂质气体会降低二氧化碳羽流指进的速度,延长对流触发的时间,5%的甲烷-二氧化碳混合体系对流触发时间是纯二氧化碳的2.5倍,但杂质气体对总的溶解量影响不大。西佩尔尼斯气藏模拟结果表明,废弃气藏开展二氧化碳埋存潜力巨大;短时间内,二氧化碳主要以游离气及束缚气形式存在,溶解气量较少。关井30 a后,游离气占74.2%,残余气占19.1%,溶解气仅占6.7%。

稠油油藏注蒸汽开发后转热水驱实验与数值模拟

注蒸汽是目前稠油油藏开发的主要方式,随着开发进程的加快,注蒸汽开发油藏大多已进入后期阶段,注汽效果差、井间汽窜严重等逐渐成为稠油油藏开发亟待解决的问题。以热采剩余油为研究对象,运用室内物理实验和数值模拟方法,研究了稠油油藏注蒸汽开发后的转换方式。不仅建立了不同温度和不同时机下的蒸汽驱转热水驱模型、水汽交替注入模型和氮气泡沫热水驱模型,而且建立了不同厚度、不同韵律以及不同变异系数下的稠油油藏注蒸汽开发转热水驱数值模型。研究结果表明,采用120℃的热水,注蒸汽采收率为22%时转热水驱效果最好;厚度大于5m,变异系数小于0.4的反韵律油层转热水驱效果较好。

不同含水期轻质油藏空气泡沫驱试验

采用室内物理模拟的方法进行轻质水驱油藏转空气泡沫驱试验,研究油藏含水饱和度对空气与不同性质轻质原油的氧化反应速率及原油耗氧程度的影响。在此基础上,进行长细管耗氧检测试验及水驱后的双管提高采收率试验。结果表明:耗氧量与原油黏度没有绝对的关系,存在一个含水饱和度拐点,当油藏含水饱和度低于此饱和度时,氧化反应速率较大,空气中的氧气基本可以完全消耗;空气泡沫注入油藏之后,氧气被大量消耗,气体突破时的氧气体积分数接近于零,待高温氧化带到达出口端,氧气体积分数突然升高,耗氧效果变差;空气泡沫的注入可以有效封堵高渗管启动低渗管,提高采收率约10.9%。

稠油水平井平行双管注汽井筒参数计算模型

考虑到传统单管蒸汽注入模型的局限性,利用热传递理论,建立平行双管稠油水平井的井筒参数计算模型以及蒸汽回流模型,并采用节点分析方法进行求解。采用蒸汽回流模型对水平段封隔器的封隔情况进行了模拟,从而对稠油双管注汽水平井的实际验封过程进行分析。结果表明:与传统的单管蒸汽注入方式相比,平行双管注汽具有明显的优势,与单管注蒸汽过程相比,双管注汽可以提高注汽井井底蒸汽干度0.1以上。平行双管注汽的井筒沿程蒸汽参数与双注汽管的注汽方式、注汽参数以及管柱尺寸等有较大关系,井口蒸汽干度与注汽速率对井筒热损失程度影响较大;双管注汽的井筒蒸汽干度主要损失于水平段,主注汽管水平段管柱的尺寸应尽可能的小。

非凝析气与蒸汽混注水平井井筒流动传热特征

为了准确预测非凝析气与蒸汽混注水平井的井筒沿程流动特征,基于热采水平井管柱跟端注汽与趾端注汽模式,充分考虑水平井的孔眼出流、压降损失以及注入流体的热效应和相态特征,建立射孔水平井混注非凝析气(N2、CO2)与蒸汽时的井筒沿程变质量流动半解析模型。采用井筒细分微元与节点分析方法进行求解,对气汽混注下的稠油水平井井筒沿程流动特征进行研究,并探讨各注入参数对于井筒流动特征的影响。结果表明:模型的模拟结果显示仅靠近注汽点位置处的井段加热效果较好,这与矿场实际情况较为吻合;相比传统注蒸汽,气汽混注下的水平井热有效长度更长,加热效果更好;不同注汽模式的水平井具有不同的加热效果,在实际生产过程中,可以轮回改变注入管柱的下入深度,实现不同的加热模式,改善水平段油藏加热效果。

轻质原油注空气低温氧化反应动力学研究

采用室内静态反应釜实验,研究了三种不同类型的原油静态氧化反应特性,通过阿雷尼厄斯方程的分析方法,并对该模型进行了改进。结果发现,随着油藏含水饱和度的上升,饱和度零阶反应速率的假设已不再适用,地层水的存在对反应动力学参数有较大影响,原油芳香烃含量大小对反应速率有较大影响。A、B、C三种油样的饱和度指数n分别为0.276 5,0.297 9,0.218 8,该数值可以综合反映原油中各组分含量对低温氧化反应效果的影响;并且C原油参与低温氧化反应的持续时间长,氧化耗氧效果好,惰性气体CO2的转化率也较高,适宜于进行注空气开发。

异常温压复合地层注热流体井井筒传热计算

考虑到储层温度、压力对于注热开采井井筒热损失的重要性,利用热量传递基本理论和能量守恒原理,建立了含有异常温压储层的注热流体井井筒热损失计算模型。分析了地温梯度和地层压力系数对岩石热物性参数的影响,计算了不同流体注入速率和不同隔热层参数下的井筒热损失程度,并讨论了地层温度压力对井筒流体稳定时间和稳定温度的影响。结果表明,对于单一的砂质沉积,地层压力系数越高,岩石的导热系数越大,热扩散系数越小;温度异常对井筒热损失影响较为明显,存在高温、低压地层的井筒热损失小,井筒流体到达稳定状态时温度较高。该模型可用于现场同类油藏的井筒沿程温度预测。

稠油油藏注蒸汽开发汽窜特征研究

随着稠油油藏开发过程的进一步深入,存在汽窜的区块越来越多,危害也越来越大。在定性认识热采汽窜通道形成机理的基础上,引入了汽窜时间与热侵体积的概念,通过单因素分析的方法,较准确地描述了稠油油藏汽窜的敏感因素,研究了储层渗透率、原油黏度、油层埋深、注汽强度和胶结程度等因素对汽窜时间和热侵体积的影响,结果发现储层渗透率越高、原油黏度越大、埋藏越浅、注汽强度越大、油藏越疏松,发生汽窜的可能性越大,汽窜时间越短。之后运用正交实验设计方法,通过级差分析与方差分析得到了各因素对汽窜指标的影响排序与显著性参数,结果表明渗透率对汽窜时间和热侵体积的影响最为显著。

考虑热损失的火烧油层注气井试井分析理论模型

为了监测火烧油层注气井的生产动态,提高火烧油层驱油技术实施的成功率,在火烧油层技术驱油机理的基础上提出了火烧油层复合油藏模式,建立了考虑热流体区热损失的火烧油层注气井试井解释模型,求得了无限大地层情况下的拉氏空间解,通过数值反演方法作出了相应的典型曲线,并对典型曲线的敏感性进行了分析。研究发现,冷凝系数对压力导数曲线中后期特征有较大的影响。随着冷凝系数的增加,导数曲线上第2个"驼峰"峰值增加,且第2个"驼谷"变得越来越不明显。冷凝系数对第3个"驼峰"的形成时间也有影响,冷凝系数越大,第3个"驼峰"形成的时间越早,且在出现该驼峰后下凹形成的"凹子"越深。

不同类型壁面稠油-水体系润湿规律实验与分子动力学模拟

稠油油藏在注蒸汽开发后期阶段,由于稠油、外来流体与岩石壁面间复杂的物化反应,使得壁面润湿性呈现较强的非均匀特征。本文以稠油室内润湿性实验为基础,利用分子动力学模拟手段,对高温高压环境下稠油在不同类型壁面上的润湿行为进行了研究,从而在分子层面揭示了稠油流体在固体表面的微观润湿机理,结果显示分子动力学模拟获得的稠油接触角变化规律与实验结果一致,反映了模拟结果符合岩石矿物表面的真实润湿特征。在此基础上,开展了不同类型壁面的模拟研究,发现壁面亲油基团的活性和数量是影响稠油润湿规律的关键。亲油的甲基基团具有短作用距离、强温敏特征,使得稠油在高甲基占比壁面和高温环境中呈现较大接触角,并造成稠油组分纵向分布差异。受温敏甲基影响,稠油胶质、沥青质重质族组分对稠油-壁面相互作用能的贡献在不同温度环境中表现不同:低温下稠油-壁面相互作用能以沥青质、胶质重质族组分作用为主,高温条件下芳烃等中质族组分对稠油在壁面上润湿具有重要贡献。分子动力学模拟结果有力地补充了实验数据,从微观层面揭示了稠油在不同类型壁面上的润湿机理,并为注汽开发后期的砂岩稠油油藏剩余油动用提供理论指导。

蒸汽辅助重力泄油新模型研究

蒸汽辅助重力泄油技术(SAGD)是稠油油藏开发的一种有效手段。SAGD生产过程中,高压蒸汽通过上部的水平井注入油藏,通过热交换作用加热附近的油砂。之前的研究中多忽略对流作用对SAGD的影响,或者考虑了对流作用,但认为对流相只有水相,而忽略了油相的流动。基于蒸汽腔前缘温差引起的导热作用以及压差引起的对流作用,笔者建立了SAGD生产中热交换的新模型。通过对比可以发现,新模型可以更好地拟合UTF矿场数据。敏感性分析表明:提高注入压力会降低单位井长的产油量,增大含水率,不利于油藏开发;较大的Corey系数a同样不利于SAGD生产,因此采取措施增大油相相对渗透率,减小a值,将明显改善SAGD生产;蒸汽腔界面运移速度过快会导致产油量降低,同样不利于油藏开发。该研究将理论与实际生产相结合,对稠油油藏开发有指导意义。

页岩气有机质和无机质吸附能力定量表征

以PR状态方程和CH 4分子与孔隙壁面作用势能为基础,通过引入局部密度函数理论,表征纳米孔隙中CH 4分布特征,进一步耦合页岩有机质和无机质的孔径分布特征及与CH 4相互作用的差异性,建立考虑页岩非均质性的CH 4吸附评价模型,并将模型预测结果与实验测试结果进行对比。结果表明:模型预测结果与实验测试结果具有很好的一致性;有机质孔的吸附能力强于无机质孔,两类孔隙中吸附相的比例以及差异随孔隙尺度的增大而减小;在孔径为2 nm的孔隙中,有机质孔和无机质孔中吸附气占比分别为80%和62%;在孔径为20 nm的孔隙中,比例分别降至13%和10%;此外,有机质和无机质对吸附气的贡献不仅受孔隙表面性质的影响,而且受孔径分布特征特别是小孔隙(孔径小于20 nm)发育程度的约束。

热采双管水平井改善稠油油藏加热效果研究

平行双管与同心管注汽技术是为解决水平段吸汽剖面不均而提出来的稠油水平井完井新方法。采用稳态实验方法,进行了多孔介质中稠油的渗流特征实验。在获取了零启动压力梯度拐点温度的基础上,研究了水平井双管分段注采对水平段吸汽剖面的影响。结果显示,实验测得的两种稠油油样在油藏条件下的零启动压力梯度的拐点温度分别为72℃,65℃。储层与流体物性参数、注汽方式以及注汽参数等均对双管注汽开发效果有所影响,其中水平段的沿程非均质性、注汽方式、周期注气量、蒸汽干度和盲管段长度影响较大。当盲管段长度较小时,纵向加热半径也较小,此时A、B两段注入的蒸汽发生窜通的可能性较大。

热复合流体对堵剂颗粒沉降特性的影响

稠油热复合开采后期,尽管颗粒堵调作业对进一步提高原油采收率有明显的效果,但储层中存留的热复合流体对堵剂颗粒沉降特性的影响还不明确,从而限制了颗粒悬浮体系在该阶段的应用。为此,依据颗粒沉降速度理论,对颗粒悬浮体系基本物性与颗粒沉降速度的内在规律开展研究;通过颗粒悬浮性实验及Zeta电位实验,对不同因素下悬浮颗粒的沉降特性及机理认识开展研究。结果表明,颗粒粒径与孔隙直径之比越小,颗粒群的沉降速度越小;当pH值为5或7时,颗粒悬浮体系的稳定性较好,当pH值为9时,颗粒悬浮体系产生明显的凝聚沉降现象;阴离子或非离子表面活性剂对颗粒悬浮体系的稳定性影响较小,阳离子表面活性剂与颗粒悬浮体系产生絮凝现象,但随着pH值减小絮凝现象减弱,当pH值为3时,无絮凝现象出现。因此,选择合适的颗粒悬浮体系关系到稠油热复合开采后期深部堵调作业的成败。

堵剂颗粒溶液流变性的影响因素

稠油热复合开采后期,储层中存留的热复合流体对堵剂颗粒溶液流变性的影响还不明确,从而限制了颗粒溶液在该阶段的应用。为此,依据流变性理论和黏浓公式,结合颗粒溶液黏浓变化规律,优选出一个能够准确描述SiO_(2)+聚合物分散体系的黏浓关系;利用流变仪、Zeta电位分析仪和扫描电镜仪,开展了不同因素对SiO_(2)+聚合物分散体系流变性的影响及机理认识的研究。结果表明,SiO_(2)+聚合物分散体系的黏浓关系符合Krieger和Dougherty黏浓模型;随着温度或矿化度的增加,体系黏度减小;随着颗粒浓度或pH值的增大,体系黏度增大;添加阴离子和非离子表面活性剂的SiO_(2)+聚合物分散体系黏度相差不明显,而添加阳离子表面活性剂的SiO_(2)+聚合物分散体系黏度明显大于其余2种溶液的黏度;随着pH值减小,添加不同类型表面活性剂的颗粒溶液黏度均减小。因此,选择合适的颗粒溶液,为SiO_(2)+聚合物分散体系在稠油热采开发后期提高采收率的应用提供了理论基础。

微-纳尺度孔隙不同类型流体的赋存状态数学模型

通过考虑微-纳尺度孔隙内流体分子与孔壁间的相互作用势能,引入简化的局部密度函数理论,建立微-纳尺度孔隙不同类型流体的赋存状态数学模型。同时,该模型也考虑微-纳尺度孔隙内流体临界参数随孔隙尺度的变化特征。基于该数学模型,分别对单组分、双组分及三组分流体的赋存状态进行模拟,评价孔隙直径、组分含量及流体组成等对流体赋存特征的影响。结果表明在微-纳尺度孔隙内流体以吸附相和体相两种形式存在,孔壁处吸附相流体的密度高于孔隙中部的体相流体密度;多组分流体在孔隙内的吸附(液膜)层厚度,大于其中单一轻质组分流体所形成的吸附层厚度,小于单一重质组分流体形成的吸附层厚度;随着孔隙直径及流体碳数的增大,吸附层厚度增大,但增加幅度减小,孔隙直径与吸附层厚度呈近似指数关系。

稠油热复合开发提高采收率技术现状与趋势

热复合开发是实现难采稠油油藏高效开发与蒸汽热采开发后期稠油油藏提高采收率的主要技术,目前已在国内外各稠油油田开展了大量矿场试验。本文立足于稠油油藏的高效热采开发目标,分析了当前稠油油藏蒸汽热采开发后期面临的主要技术问题,阐述了3种典型的稠油热复合开发提高采收率技术,包括蒸汽—非凝析气、蒸汽—化学剂及蒸汽—溶剂复合技术,总结了不同热复合技术的作用机理及应用效果。结合当前的国内外技术发展动态,提出了热复合开发技术应用过程中的适应性筛选,展望了热复合开发技术的发展趋势,分析了现阶段的稠油开发新技术,以期促进对稠油油藏全生命周期的大规模热采高效开发。

碳中和背景下高校能源类专业教学改革思考——以石油工程专业为例

习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出碳达峰、碳中和郑重承诺,在气候雄心峰会上提出了具体目标。“双碳”政策的提出,为能源行业发展及能源专业教学提供了新的机遇和挑战。以石油工程专业为例,在教学目标、课程设置、方式方法及课程实践等方面,对能源类专业教育教学改革进行了深入思考。基于碳中和导向下能源类专业课程教学改革,对高质量完成碳中和目标,推动高等院校能源科学世界一流学科建设,促进学生将个人发展融入国家建设需求等方面具有重要意义。

吉木萨尔凹陷芦草沟组孔隙结构定量表征

吉木萨尔凹陷芦草沟组属于典型的页岩油储集层,而页岩油储集层“甜点”作为开发的主要目的层,其孔隙结构特征是储集层研究的根本。运用低温液氮吸附、高压压汞、扫描电镜和核磁共振4种实验方法,对吉木萨尔凹陷芦草沟组储集层孔隙特征进行了分析。结果表明,芦草沟组储集层孔隙类型主要为纳米孔和亚微米孔,纳米孔隙直径主要分布在10~80nm,亚微米孔隙直径主要分布在0.1~0.3μm.并对4种方法进行了对比,明确解释了它们的优缺点以及侧重点。

边水稠油油藏蒸汽吞吐后转冷采物理模拟研究

针对热采后期开发效果受限的边水稠油油藏,提出热采吞吐后转化学冷采的开发方式,利用高温高压三维物理模拟系统进行了边水稠油油藏物理模拟实验,研究了边水影响下蒸汽吞吐过程的温度场、转化学冷采前后的生产动态特征。结果表明,蒸汽吞吐开发边水稠油油藏的过程中,受边水侵入的影响,油层加热范围呈非对称状,随着吞吐周期的增加,边水附近的油层加热范围明显不断缩小,逐渐形成水窜通道,使得水侵区域附近的油层动用变差;油层加热范围与边水的侵入相互影响,相互制约。降黏剂起到乳化降黏、减缓水侵的作用,结合水侵规律,合理利用边水能量,转为冷采开发可提高34%的采出程度。同时,利用数值模拟确定了该技术所适用的油藏范围。该研究成果对边水稠油油藏的开发具有一定的借鉴意义。