多尺度科学及其在油气田开发中的应用研究

在简述多尺度科学的主要研究内容、方法及现状的基础上,从多尺度科学角度出发,提出了油气藏即是一个复杂的多尺度系统,油气产出是一个跨时间和空间尺度的复杂过程,是在微观孔喉、微裂缝至宏观裂缝、水力裂缝等渗流通道中的一系列串联耦合过程的观点。油气田开发中多尺度问题主要包括油气藏多尺度描述、多尺度数据整合以及多尺度模拟。以致密砂岩气藏为例,探讨了非常规天然气开发中的多尺度现象及其对气藏开发的影响及对策。指出致密砂岩气藏多尺度结构由基块孔喉、天然裂缝和水力裂缝组成,基块供气不足和储层损害是制约气井产能的关键因素。基于多尺度传质理论大幅度提高传质效率,强调加强钻井、完井和增产改造等全过程储层保护、采用最大储层接触面积(MRC)技术是开发非常规油气资源的有效途径。

采用两种实验方法进行气藏岩芯应力敏感研究

目前实验室测定岩芯应力敏感性通常采用变外压恒内压方式测试,该测试方法与气田实际开发过程中上覆岩层压力不变,流体压力变小的实际情况不符合,提出了变内压恒外压测试方法,采用苏里格低渗岩芯在地层温度条件下进行变内压恒外压测试和变外压恒内压测试。研究表明:变内压恒外压测试比变外压恒内压测试应力敏感性更弱,随多次应力敏感次数增加,应力敏感性变弱,甚至趋于一个极限。为气井动态分析提供了实验依据,对研究低渗气藏相对高、中、低渗岩芯在多次升降压过程中的应力敏感特征有重要意义。

柴油气-液-固催化氧化脱硫研究

从七种金属无机盐和氧化物中筛选出较优的柴油氧化脱硫催化剂,通过采用纯氧和优选催化剂及不同萃取剂对柴油进行气-液-固三相催化氧化脱硫研究。实验表明,选用Al2O3作氧化催化剂,以含水糠醛溶液作脱硫萃取剂,在搅拌速度700r/min、催化剂用量5%(W)、反应温度140℃、氧化时间90min和充氧压力0.6MPa的操作条件下,对直馏柴油进行催化氧化脱硫,其硫含量由1441μg/g降到262μg/g,脱硫率达到81.8%。

泥页岩三轴蠕变实验及结果应用

钻井工程中的井壁稳定问题大多发生在泥页岩井段。根据实验得出的岩石力学参数可以较好的进行井壁稳定及相关问题的力学性质分析。详细介绍了采用三轴岩石力学实验机进行的泥页岩三轴蠕变实验的原理,并根据实验结果按照非线性回归的方法得出了描述变形的本构方程及其蠕变系数,结合该泥页岩的粘土含量,为分析该泥页岩的蠕变规律和计算蠕变压力提供了科学依据。同时,根据不同缩径率所需安全钻井液密度下限的计算公式,得出了相应的钻井液密度下限。

气相法制备石油磺酸盐的反应条件优化

测定了大港油田羊三木油区减二线油和减四线油的蜡、沥青质、芳烃含量,结果表明两者蜡和沥青质含量均较少,可不经处理用于磺化,其芳烃含量分别为42.4%或38.2%。以氮气抽提发烟硫酸而得稀释SO3气体作为磺化剂,得出减二线油直接磺化粗产品率比减四线高出12.3%,因而选用了减二线油进行合成。但要提高磺化产率,需进行复配优化处理,筛选大港减二线油与重烷基苯以6∶4进行复配,粗产品的收率达到90.3%。并在此基础上,以中和值、活性物含量、不磺化物含量和无机盐部分作为评价指标,对磺化反应影响因素进行了优化:反应温度50～55℃,反应时间5h,SO3气体平均浓度4.5g/L,稀释混合气流速为140L/h。经中和后无需分离直接得到了性能稳定的石油磺酸盐表面活性剂。

缔合聚合物溶液的粘弹性实验研究

在模拟大庆主力油藏条件下,研究了浓度和矿化度变化过程中缔合聚合物溶液的动态粘弹性,结果表明:浓度和矿化度对其溶液粘弹性的影响与对HPAM溶液的影响相同;HPAM溶液的粘弹性是由分子链间的缠结作用引起的,而缔合聚合物溶液的粘弹性主要是由分子链间的缔合作用引起的,因此缔合聚合物溶液在比较低的浓度下就表现出了明显的弹性;在低而宽的频率范围内,缔合聚合物溶液的弹性明显大于HPAM溶液的弹性,说明缔合聚合物溶液在多孔介质中流动时,在比较小的剪切速率下就表现出弹性。这就意味着不需要很高的注入速度,就可以达到利用缔合聚合物溶液的弹性来提高驱油效率的目的。

基于溶解度实验的硫沉积模型及应用研究

四川东北部相继发现了普光、罗家寨等一大批高含硫气藏。高含硫气藏在气体开采过程中,随着地层压力不断下降,元素硫达到临界饱和态后将从气相中析出,并在储层孔隙及喉道中沉积,从而导致地层孔隙度和渗透率降低,严重时造成气井停产。根据硫在天然气中的溶解机理以及物质平衡原理建立了高含硫气藏硫沉积预测模型,以罗家寨气田罗7井为例,预测了不同压力范围下的含硫饱和度以及硫沉积对气井产量的影响。研究结果表明,当地层压力下降到40MPa时,气井产量下降了82.5%,地层压力下降到37MPa时,气井将停产。

高酸值原油脱酸剂技术的实验研究

针对馏分油脱酸技术不能解决高酸值原油蒸馏过程的设备腐蚀问题,采用脱酸剂技术对高酸值原油脱酸进行实验研究。与馏分油碱洗脱酸工艺相比较,该技术可以缓解或消除石油酸对炼油设备的腐蚀;具有剂油比小、烧碱用量少、不乳化和污水排放量小等特点;有较好的脱酸效果和适应性,脱酸率达到95%;酸值为2.07mgKOH/g的高酸值原油脱酸后,进行蒸馏切割,所得180~350℃馏分油的酸度〈10mgKOH/100ml,直馏柴油不必再进行脱酸精制。提出采用原油电脱盐工艺和脱酸技术相结合的新工艺,可利用现有的工艺设备,技改费用少,易开发应用。

渤中沙河街原油析蜡及其乳化特性实验研究

针对渤中沙河街原油海底管道输送的潜在安全隐患,采用影像分析仪及配套的程控水浴,观测和分析了沙河街原油从65℃到20℃的析蜡过程,确定了其析蜡点与析蜡高峰温度范围。采用HAAKERS600流变仪,测定了沙河街原油及其掺高温水的油水乳状液的流变曲线与粘温曲线,评价了沙河街原油的乳化特性。结果表明沙河街原油的析蜡点与粘温异常点分别为51℃与30℃,析蜡高峰温度为35~20℃;当掺水量低于70%时,80℃的沙河街油水混合液在25℃的室温下自然冷却,同时用700~800r/min的转速搅拌,在2h内均可充分乳化,其反相点为70%,这为沙河街原油海底管道掺高温水输送的安全操作提供了依据,并可供其他原油的相关研究参考。

CO_2-微生物开发近海普通稠油可行性分析

针对我国近海稠油开发中存在的一次及二次原油采收率低、油水粘度差大、易水突、产层多、储层非均质性严重、生产压差大、油层内微粒运移严重、胶质、沥青质等有积垢沉淀物在井筒附近形成严重堵塞等问题,提出了采用微生物与CO2复合驱的方法。分别归纳了注CO2开发稠油与微生物开发稠油的方式及应用情况;分析了CO2-微生物复合驱开发稠油的可行性;提出了CO2-微生物复合驱在开发稠油时需解决的问题。在稠油的开采与提高采收率方面具有重要的应用价值和推广意义。

凝析油气体系流固耦合相平衡计算新方法

在分析了孔隙介质内表面吸附、毛细凝聚、毛细管压力等界面物理化学效应和应力变形对孔隙介质中流体相态影响的现象学特征和影响机制的基础上,通过在大尺度空间常规流体相平衡热力学模型中引入界面物理化学效应的影响,同时通过高才尼-卡尔曼方程将毛细管半径与孔隙介质储渗特性的应力敏感性研究成果相关联,建立了同时考虑储层应力变形和界面物理化学效应影响的微孔隙尺度条件下的低渗特低渗凝析气藏多相流体流固耦合露点压力、p-T相图及定容衰竭相平衡热力学计算模型。该模型的初步应用表明,其相态模拟计算结果能更为合理地解释孔隙介质环境中的凝析油气体系相态特征实验研究结果。

旋压整形器对C110变形套管整形的实验研究

套管变形会直接影响到油气田后期增产作业和开发措施的实施,而变形井在使用旋压整形器进行整形修复时经常凭经验确定整形力和修复扭矩,如果整形力和修复扭矩过大则易造成变形套管及水泥环的破坏和卡钻事故。为此,在YAW-200压力试验机上对常用尺寸的油层套管进行压扁,然后分别由连续旋转钳和推力轴承提供扭矩和整形力,由小到大依次下入外径为126mm和129 mm的旋压整形器对变形套管(C110)进行了2次膨胀整形,得到了两种整形工具整形所需的整形力修复扭矩、变形套管的变形规律、变形套管回弹量的测试数据。实验结果表明,上述两种旋压整形器的外径级差是合理的。此外,为了确保后期生产工艺实施的可靠性,还对整形前后的变形套管进行了力学性能测试,发现整形后套管的各项力学参数均有所降低,从而导致整形后套管的承载能力降低。该研究成果为优化整形工具结构和整形施工参数提供了重要的实验数据。

异常高压气藏开发上的错误认识

针对气井的常规系统分析存在“用二项式等方法预测流入动态而不考虑气藏渗流特征”问题,提出了采用不稳态气藏渗流与井筒流动的耦合机制进行动态分析,充分考虑气藏的渗流特性、供给范围及开采过程中的地层压力递减情况。通过常规生产动态资料,确定气井的控制储量、地层参数,预测不同开采方式和不同时间情况下的气井产能和压力变化,评价可采储量及增压效果,从而优化气井的工作制度。异常高压气藏与正常压力气藏没有本质的区别,只是压力稍高而已。所有气藏的生产指示曲线都会向下弯曲,并非只有异常高压气藏才向下弯曲。异常高压气藏的生产指示曲线是一条光滑的曲线,而非折线形式。异常高压气藏的岩石压缩系数并非很高,而是与常规气藏一样,取很低的数值。异常高压气藏的岩石压缩系数与气藏埋藏深度无关,而与孔隙度和骨架硬度有关。

轻烃汽油配方的实验研究

提出将轻烃与甲醇分别按45∶55和35∶65的体积比调和,并添加增能剂A和缓蚀剂B(质量分数为0.3%)配制出1#、2#轻烃汽油(1#燃料适用于夏季,2#燃料适用于冬季)。小型汽油机实验表明仅燃用轻烃-甲醇混合燃料发动机的动力性在高负荷下下降明显,当向上述两种轻烃汽油中添加质量分数为1.0%和1.5%的增能剂A后,可将燃油的动力性提高到90#汽油的水平,且油耗量(当量汽油)优于90#汽油。适宜在轻烃富集地区推广。

凝析气藏解除反凝析污染、提高气井产能方法

针对凝析气藏特别是低渗透凝析气藏在开发过程中,地层压力降低到露点压力以后,凝析油会析出到地层中,造成反凝析污染,使气井产能下降;有时有水锁效应,产能将进一步降低,从而对凝析油、气采收率等产生严重影响的问题,在调研了国内外文献的基础上,探索了注甲醇段塞+N2(干气)吞吐解除反凝析、反渗吸污染,恢复气井产能方法,并设计了甲醇-地层水-凝析油气三相体系PVT相态测试方法和注甲醇段塞+N2(干气)吞吐解除反凝析、反渗吸实验测试及评价方法,该方法在现场得到了成功应用。因此研究解除凝析气藏近井地层反凝析、反渗吸地层伤害,提高气井产能的技术方法,具有重要的实际意义。

高温气藏近井带地层水蒸发和盐析研究

通过PR状态方程与超额自由能H-V混合规则的结合,建立了适于含极性物质水的烃类混合物气-液-液三相相平衡理论计算模型。同时建立了地层水蒸发与近井带含水饱和度与地层水矿化度的函数关系。运用相平衡理论,研究了地层水-烃类体系随温度压力条件改变的相体积变化规律。结合单井径向数值模拟模型,研究了实例气井生产过程中气态水含量Xw、储层含水饱和度Sw以及地层水矿化度随半径和生产时间的变化规律。研究结果显示,近井带压降梯度大,地层水蒸发显著,气态凝析水含量呈指数增加,低压下可超过7%。地层水的蒸发可使得近井含水饱和度降低超过50%,有利于提高气井产能;地层水蒸发会使得矿化度升高而导致盐析,盐析往往发生在近井5m范围内。

提高凝析气藏采收率和气井产量新思路

目前我国多数凝析油含量中偏低的饱和凝析气藏,多用衰竭方式开发,有的已处于开发中、后期,提高凝析气井产量和气藏凝析油采收率已成为关键问题。着重介绍了三种提高单井产量和四种注气开发提高凝析气藏凝析油采收率的工艺技术。探讨了凝析气藏开发中、后期多种开发方式,针对性地提出了开发凝析气藏的三点意见。望能加强该类气藏开发中、后期的研究工作。

偏轴钻具组合防斜打快的强度分析

针对偏轴防斜打快技术中所用的钻具组合的受力状态复杂,对整个钻柱系统的安全性有较大影响的问题,考虑安全、有效的钻井施工特别需要对偏轴接头及接头附近的钻铤强度进行分析,找出钻具组合的危险点,以便于校核钻具组合的强度和改进偏轴钻具组合的结构设计的实际。以下部钻柱为研究对象,将钻头以上部分分成多个梁单元,进行结构离散,建立力学模型,采用有限元分析方法,进行偏轴接头强度分析。研究表明,偏轴钻具防斜钻具组合的最大复合应力发生在偏轴接头与下部钻铤的结合部位,主要由弯曲载荷和轴向力产生。在应力最危险部位,应特别注意钻具的强度安全问题。

超稠油油藏蒸汽吞吐稳产技术对策研究

以辽河油田曙一区超稠油油藏为例,利用蒸汽吞吐温度场、饱和度场拟合结果及高温吸汽剖面、产液剖面、井温剖面等现场监测资料,分析了超稠油单井常规蒸汽吞吐高周期递减的主要因素。研究表明超稠油单井常规蒸汽吞吐油层动用程度低、油井供液能力下降是高周期递减的主要因素。针对这些因素,强化机理研究,加大室内实验和现场试验力度,提出了多井同步蒸汽吞吐、间歇蒸汽吞吐、高温调剖、一注多采等稳产技术对策。在现场应用后,有效地缓解了超稠油高周期蒸汽吞吐产量递减,周期递减由8.31%下降到3.25%,相同周期产油量高于单井常规蒸汽吞吐200t左右,油汽比提高0.03。

凝析气藏气-液-液体系相态特征模拟研究

针对凝析气藏中凝析气-反凝析油-地层水之间的相态变化极其复杂,常规相平衡计算只考虑了凝析气与反凝析油之间相态变化的问题,开展了流体组成中考虑气态凝析水组分的流体PVT实验。模拟计算了过饱和水凝析气体系的CCE和CVD实验过程,研究认为:过饱和水的存在会对体系的CCE和CVD过程造成明显的相态影响。对多相流体复杂相平衡研究具有重要意义。