ＭｌｓＩＭ３ＲＩ 圳啪月ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—６５３５．２０１２．０３．０２９ 稠油油藏尿素辅助蒸汽驱油数值模拟研究 任韶然 ，牛保伦 ，王冠杰 ，杨兆臣。，赖 年 （１．中国石油大学（华东），山东青岛２５５６６６；２．中油新疆油田分公司，新疆克拉玛依８３４０００） 摘要：针对河南油田泌浅ｌＯ块超稠油油藏蒸汽吞吐开发末期地层压力低、回采水效率低、井间 剩余油多等特点，根据尿素辅助蒸汽驱油机理，在蒸汽中添加尿素以改善蒸汽驱的开发效果 利用物理模拟方法，建立了尿素分解模型，求取了分解反应动力学参数；利用数值模拟方法，建 立了尿素辅助蒸汽驱数值模型，并进行了驱油机理分析。数值模拟结果表明，尿素辅助蒸汽驱 是稠油油藏高轮次吞吐后进一步提高采收率的有效技术，可在蒸汽驱基础上提高采收率６．８ 个酉分点 关键词：稠油；尿素；数值模拟；蒸汽驱机理；河南油田泌浅ｌ０块 中图分类号：ＴＥ３５７．４６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—６５３５（２０１２）０３—０１】】一Ｏ３ 引 言 河南油田泌浅１０块属浅薄层、超稠油油藏，采 用蒸汽吞吐方式，自１９８９年投入开发以来，平均单 井吞吐８．１周期，采出程度为２２％。目前地层压 １ 尿素辅助蒸汽驱油模型的建立 尿素辅助蒸汽驱油模型除常规的稠油黏度一 温度模型、相渗一温度模型、井简热损失模型等，主 要研究了尿素分解模型、ＣＯ 溶解降黏模型、ＮＨ 降低界面张力模型以及吸附解析模型等。 １．１尿素分解模型 力过低，平均压力为１．０～１．５ ＭＰａ，地下存水率 高，蒸汽吞吐已达到经济极限。常规气体辅助蒸汽 驱油¨Ｉ４ 已经取得了良好效果，如添加ＣＯ 、Ｎ：、烟 道气及空气等，因受到气源及空气安全性等因素限 制，直接注气辅助蒸汽驱并未得到大范围推广，因 此通过化学剂反应间接生成气体，不仅缓解了气源 紧张的问题，还可通过化学反应控制气体的作用时 尿素分解速率是控制分解气（ＣＯ 、ＮＨ ）作用 时问的关键因素。在高温高压反应釜中注入尿素 溶液，分别模拟１５０￣Ｃ常压、３ ＭＰａ、１４ ＭＰａ时的尿 素分解规律。其中注入Ｎ 模拟不同压力下尿素分 解后压力随时间的变化情况。实验结果表明，对于 间，有利于控制蒸汽驱替速率。基于以上情况，针 对泌浅ｌ０块油藏特征研究了尿素辅助蒸汽驱技 术，进一步提高高轮次吞吐后的采出程度。碳酰二 胺俗称尿素，其水溶性极好，生产价格较低，工艺技 有气体产生的化学反应，压力的改变会使反应过程 中平衡发生移动，从而影响达到平衡的时间。在大 气压下，尿素在０．８６９ ｈ后压力达到平衡，分解速 术成熟，利于现场实施。尿素在１５０℃高温下发生 分解反应，释放出ＣＯ 和ＮＨ 。另外在尿素溶液 中添加硝石等催化剂，可加速其分解反应速率。通 过文献检索和现场应用资料表明 Ｊ，尿素溶液在 高温作用下产生的分解气，在蒸汽热效应基础上进 一率为０．８２９×１０ ｍｏ］／（Ｌ・Ｓ）；随着压力升高，尿 素分解速率降低。当压力升高至４ ＭＰａ（浅层稠油 油藏），反应时间延长至２ ｈ后压力达到平衡，分解 速率降至０．３３２×１０ ｍｏｌ／（Ｌ・Ｓ）；当系统压力升 高至１４ ＭＰａ（深层稠油油藏），平均分解速率仅为 步降低稠油黏度及残余油饱和度，扩大蒸汽波及 ０．１１７×１０ ｍｏｌ／（Ｌ・ｓ）。因此随着油藏压力的升 范围，有效提高油汽比及采收率，经济效益显著。 收稿日期：２０１１０９２７：改回日期：２０１２０３１５ 高，尿素溶液的分解反应速率逐渐降低，不利于尿 基金项目：山东省泰山学者建设工程基金（ＴＳＸＺ２００６—１５）；中石化河南油田“泌浅ｌＯ断块热化学驱井网及注采参数优化研究”（Ｇ０５０３一Ｏ９一ｚｓ一０３５） 作者简介：任韶然（１９６０一），男，教授，博士，１９８２年毕业于华东石油学院钻井专业，１９９２年获得英国帝国理工医学院化学工程专业博士及ＤＩＣ学位，主要 从事提高采收率、ｃＯ２埋存及天然气水合物开发方面的研究。 ｌ１２ 特种油气藏 第１９卷 素的快速分解。 尿素分解基本不受浓度的影响 ，属于零级反 应，依据上述实验结果，可由Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程（１）得出 其分解反应动力学参数：活化能为９．８３ ｋＪ／ｍｏｌ，预 幂率指数为１×１０ Ｌ／（Ｓ・ｋＰａ）。 ｄｐｘ—■一＝ ＿：ｋｏ－ Ｒ （１）Ｌ ０ 式中：Ｐ 为气体的分压，Ｐａ；ｔ为时间，ｓ；ｋ。为预幂 率指数，Ｌ／（Ｓ・ｋＰａ）；Ｅ为活化能，Ｊ／ｍｏｌ；Ｒ为摩尔 气体常量，８．３１４ Ｊ／（ｋｍｏｌ・Ｋ）；Ｔ为模型温度，Ｋ。 １．２溶解降黏模型及碱驱模型 尿素对稠油降黏效果表现为ＣＯ 一ＮＨ 与稠 油的相互作用。在油藏数值模型中，ＣＯ 一稠油溶 解降黏模型通过常规ＰＶＴ相态方程计算得出不同 温度、压力条件下二者的溶解度；碱驱模型可通过 输入不同浓度ＮＨ ・Ｈ Ｏ对油水界面张力进行修 正，并利用ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等温模型描述ＮＨ ・Ｈ Ｏ 的吸附性能。依据建立的ＣＯ：一ＮＨ，一稠油综合 降黏模型拟合了尿素对稠油的降黏实验，拟合结果 较好，详见表１。 表１ 尿素溶液热分解后对稠油降黏效果实验结果 ２超稠油油藏尿素辅助蒸汽驱数模研究 依据泌浅１０区古近系核桃园组三段ＩＶ９层油 藏参数，建立了４个反九点井网（图１）。井组在经 图１模型井组井位示意图 过蒸汽吞吐井网加密阶段后，目前井距为７０ ｉｎ ｘ １００ ｉｎ，其中注入井４口，生产井２１口。建立精细 地质模型后，粗化成网格，划分为４５×５５×９的数 学模型，步长为１０ ｉｎ。其中油层埋深为２３０．０～ ３６０．６ ｉｎ，平均为２９４．６ Ｉｎ，地层倾角为１２。，有效厚 度为６．２～１４．４ ｉｎ，平均为９．４ Ｉｎ，孔隙度为２０．６％ ～３９．１％，平均为３４％，渗透率为０．４６４～７．７０７ ｍ ，平均为２．２８ ｍ ，原始含油饱和度为５０．Ｏ％ ～８８．５％，平均为７５％，油层温度下脱气原油黏度 为５４ ０００ ｍＰａ・Ｓ，系浅层超稠油油藏。 基于生产历史拟合后的油藏模型，进行了蒸汽 驱、尿素辅助蒸汽驱开发方式对比。蒸汽驱及尿素 辅助蒸汽驱选用间歇汽驱，开发效果见表２。 表２蒸汽驱及尿素辅助蒸汽驱开发效果对比 一开发方式周期数 速度 式周臌 素注入量 譬…／（……… ：汽比３／３） １－ ／（ｎｌ ／ｄ） ／ｔ ｍｍ３尿素辅助蒸汽驱油提高采收率机理分析 ３．１提高地层压力 尿素在地层分解后可产生大量分解气，１ ｔ尿 素分解可消耗０．３ ｔ水，生成３７３ ｉｎ ＣＯ 和７４６ Ｉｎ ＮＨ。（地面体积），利于增压回采。目标井组蒸 汽吞吐末期，平均地层压力仅为１ ＭＰａ左右，蒸汽 驱在注入初期可以提高地层压力至１．３ ＭＰａ，在井 间形成连通后，压力逐渐降低至０．５ ＭＰａ；对于尿 素辅助蒸汽驱，地层压力可升高至１．９ ＭＰａ左右， 汽窜后压力降低幅度低于蒸汽驱。同时地层压力 的升高，可提高ＣＯ：在稠油中的溶解度，进一步降 低稠油黏度。此外，压力的升高对冷凝水有进一步 汽化作用，有利于保持蒸汽干度。 ３．２降低稠油黏度 稠油降黏率是稠油开发的重要指标。在蒸汽 驱热效应基础上，尿素分解气通过溶解、乳化等作 用，降黏率在３０％以上。注入井周围降黏率较高， 这是由于注入井井底压力较高，提高了ＣＯ 在稠 油中的溶解度，同时也说明了尿素在注入井周围即 可分解，形成了气体辅助蒸汽驱。