【文献解读】西安石油大学王琛老师及中国石油大学刘月亮老师等《Energy》：地热能辅助助溶剂/水驱开发稠油机理研究

2022-10-13 00:39:56, 纽迈分析苏州纽迈分析仪器股份有限公司

十四五能源领域规划纲要技术路线中，集中攻关重点提到热能开发与利用技术。本期文献解读给您带来西安石油大学王琛老师及中国石油大学刘月亮老师等2021最新发表在《Energy》的一篇文章，提出了利用地热能和助溶剂辅助稠油注水开采的方法,首次研究了共溶剂和温度对稠油粘度的影响，重点利用核磁共振技术研究了地热能和共溶剂在稠油勘探中的作用。

核磁共振可测量地热储层岩石的孔隙度、渗透率、孔隙结构等岩石物性信息，分析未知的岩石物性对于增加地热能热采效率的潜在障碍。高温作用下，岩石内部微尺度孔隙结构会发生显著的变化，这与岩石的物理、力学和水运输特性密切相关。

而核磁共振是一种非侵入性、在线的流体检测技术手段，结合模拟储层温度、流体、压力、干热岩（HDR）等实验环境模块，在线研究内部孔隙结构及孔隙中的流体分布特性的变化。实现地热能及不同助溶剂配方方案对于提高稠油采收率性能的机理研究，对于提高地热能的热采效率、稠油油藏开发方案具有指导意义。

一

研究背景

稠油是一种特殊的非常规油气资源，因其粘度极高的特点，稠油油藏的一次采收率往往很低。水驱目前广泛应用于常规油藏中，对稠油油藏同样具有一定的增产效果，但稠油与水之间存在巨大的粘度差异，因此在注水时，油藏中将出现严重的指进现象，从而降低油藏的采收率。

热采是较为有效的稠油开发方法，其中，蒸汽驱与热水驱的应用较为广泛。蒸汽驱虽可有效加热稠油，但因蒸汽粘度极低，驱替能力十分有限；热水驱可显著提高油水流度比，但其所含热量较少，无法充分加热稠油。近年来有学者提出溶剂辅助热采这一方法，该方法兼具减少热损失，降粘和降低毛管力等优点，具有较强的经济性与稳定性。

本文结合以上技术，提出醇类辅助水驱传递地热能开采稠油油藏的新技术，通过对照实验的方法分析新技术可行性并结合核磁共振T2谱对其开发效果进行分析与评价，技术原理如图1所示。

二

实验材料与方案

实验材料

本研究所用四组岩心与原油均取自辽河油田，注入水矿化度与辽河油田地层水保持一致，各水驱方案与所对应岩心的物性参数如表1所示。

实验设备与流程

本文所用低场核磁共振设备为中国苏州纽迈分析仪器股份有限公司生产的（MesoMR, Niumag, China），如图2所示。

本文通过粘度测试与二维模拟驱替实验分别对新技术的可行性与开发效果进行研究，其中，二维实验装置可分为注入系统，恒温系统，计量系统与监测系统四个部分。在恒温系统中以干热岩模拟高温地层，以岩心模拟稠油储层，实验设备流程如图3所示。

具体实验步骤如下：

1.安装岩心：将安装好岩心的岩心夹持器放入温度恒为353.15K的烘箱中以模拟实际储层环境，其中，岩心夹持器由无磁性材料制成。
2.使岩心饱和流体：以0.50ml/min的注入速度先后向岩心中注入水和原油以确定岩心的初始油水饱和度，通过T2谱了解岩心内油水的分布状态。
3.进行驱替实验：按表1中各方案分别以1倍，2倍和3倍孔隙体积的注入量对四组岩心进行驱替实验，并对实验所得T2谱进行对比分析。

三

实验结果分析

技术可行性分析

这一部分主要从温度和加入醇类（甲醇和乙醇）对稠油降粘效果的角度入手来分析新技术的可行性，稠油粘度随温度和醇类摩尔分数变化分别如图4和图5所示。

可以看出，随温度和醇类摩尔分数的增加，两图的稠油粘度均表现出下降的趋势，由此推测本文所提出的新技术可在很大程度上降低稠油粘度，提高稠油的流动能力，具有可行性。

各方案驱替效果分析

图6-图10分别为经各方案驱替后岩心内残余油分布状态的T2谱，将分布在0-30ms 的T2信号定义为小孔隙区域，而将大于30ms的T2信号定义为大孔隙区域。

方案1：水驱

随水驱过程的进行，大孔隙中T2信号有所降低，小孔隙中T2信号保持不变，这表明单纯的水驱对大孔隙中的原油有一定驱替作用，而对小孔隙几乎无影响，且在驱替过程中，大孔隙中的部分原油会进入小孔隙成为不可动油。

方案2：地热辅助水驱

该图中大孔隙与小孔隙区域的T2信号均有所降低，这表明升高温度可更有效地开采稠油，但经3倍孔隙体积注入量驱替后岩心中仍残余有大量稠油。

方案3：地热/甲醇辅助水驱

方案4：地热/乙醇辅助水驱

由图可得，与水驱和地热辅助水驱方案相比，方案3与方案4无论在大孔隙还是小孔隙中均表现出更好的驱替效果。

接下来从采收率角度对各方案开发效果进行分析，图10和图11分别为各方案总采收率与特定孔隙采收率对比图。

由图10可以看出，4种方案中，地热/甲醇辅助水驱方案的采收率最高，这是甲醇降粘和降低油水界面张力共同作用的结果；由图11可以看出，不含醇的两种方案中大孔隙贡献了比较多的采收率，而含醇的两种方案则相反，这是由醇类物质降低了流体所受毛管力而导致的结果。

四

主要结论

在稠油中加入甲醇和乙醇可以显著降低稠油的粘度，证明了甲醇和乙醇提高稠油采收率的可能性。此外，稠油粘度随储层温度升高而降低;埋藏在稠油储层下的地热能向稠油储层传递了大量的热量，对稠油进行降粘处理有利于稠油的开采;
核磁共振扫描结果显示，地热辅助水驱的T2信号比水驱的T2信号下降更明显，表明地热辅助水驱开发稠油油藏的可行性更强;与水驱和地热辅助水驱相比，地热/醇类辅助水驱更明显地降低了T2信号，表现出了醇类在稠油开采中的优势;
地热/醇类辅助水驱的采收率以小孔隙的采收率为主，而水驱和地热辅助水驱的采收率则相反。当含醇的水与油相接触时，醇类易溶于稠油，降低了油水相界面张力。从而降低了孔隙中流体所受的毛管力，使得水相更容易进入较小的孔隙。