注蒸汽热力采油课件

1、注蒸汽热力采油1一、是什么？定义: 是以热力学和传热学的理论和方法为基础，以稠油和高凝油为主要开采对象，通过加热方式(注入蒸汽）来降低原油粘度，解除油层堵塞，改善地层渗流特性，从而提高原油采收率的开采技术。依据对象方式目的效果特点: 知识面广、内容复杂、公式多。2 必须具备的知识有油层物理、油气田开地质、流体力学、渗流力学、油气田开发工程、油藏工程、采油工程等相关知识。必备知识:内涵: 注蒸汽热力采油技术是一门综合性极强的复杂工程，包括油田地质、油田开发技术、采油工程和生产测试技术等不同门类的组合。一、是什么？3二、为什么？目的意义: 1、世界上稠油资源极其丰富，其地质储量远超过常规原油的储量

2、。据美国能源部估计，全世界稠油的潜在储量是已探明常规原油地质储量（4200亿吨）的6倍（15500亿吨）。 2、稠油分布十分广泛，主要集中在美国、加拿大、委内瑞拉和前苏联。 3、我国的稠油主要分布在松辽盆地、渤海湾、准葛尔、南襄、二连等大中型油气盆地，全国稠油储量在80亿吨以上。4二、怎么学？学习方法: 讲授为主，结合油田实际例子。主要内容:注蒸汽热力采油简介油藏岩石和流体能量、热效率温度对相渗透率的影响油、气、水热损失地面管线井筒动态预测蒸汽吞吐蒸汽驱模型建立物理模型与数学模型5第一章 注蒸汽热力采油简介章节第二章 油藏岩石与流体的热物理性质第三章 注蒸汽系统热损失第四章 蒸汽吞吐井动态预测

3、第五章 蒸汽驱产量预测第六章 蒸汽驱物理模拟和数学模拟6第一章 注蒸汽热力采油简介1 稠油（或重油）的概念2 热力采油技术3 注蒸汽热力采油机理4 注蒸汽热力采油筛选标准71 稠油（或重油）的概念 稠油（Viscous oil）：在油层条件下，粘度大于50MPa.s或脱气粘度大于100MPa.s的原油。 重油（ Heavy oil）：是指原始油藏温度下， 脱气油粘度为10010000 MPa.s或在15.6 及大气压条件下密度为0.9341.0g/cm3(20100API)。 稠油是指粘度很大的原油，重油是指密度很高的原油。一般情况下，粘度和密度成正比关系，即粘度越大密度越大，因此稠油和重油是

4、指同一类原油。81 稠油（或重油）的概念国际稠油和沥青砂标准： 沥青砂（ Tar sand）：是指在原始油藏温度下脱气原油为大于10000MPa.s或在15.6及大气压条件下密度为大于1.0g/cm3。10010000粘度常规原油稠油沥青砂世界主要重油生产国重油及沥青砂资源量91 稠油（或重油）的概念我国稠油分类标准：注：我们通常所说的稠油是指I类普通稠油天然沥青101 稠油（或重油）的概念稠油的开发在技术开发上和管理上存在很大困：开发上：不能采用常规的开采方法（天然能量或人工注水）；管理上：资料录入监测分析到油藏动态和静态研究上存在很多困难。世界各国稠油热采年产量112 热力采油技术 原油粘

5、度高是开采稠油的主要问题，因而降低原油粘度是开采稠油的主要手段，归结为两类：.稀释降粘，如溶剂吞吐或溶剂驱；.加热降粘，如加热流体吞吐，热流体驱；热力采油发展历史热力采油分类12二、热力采油分类根据加热油藏的方式和能量来源： 蒸汽吞吐：在本井中完成注蒸汽、焖井和开井生产三过程的开采方式。 蒸汽驱：按照一定的布井方式，在注汽井连续注入蒸汽，将地下原油加热并驱到生产井的开采方式。 火烧油层：通过注入空气，使油层中的部分原油受热燃烧，加热并驱替原油到生产井的开采方式 电磁加热：通过电磁激发器发出的电磁波对有限范围的原油加热，达到原油降粘，接触井底阻塞的目的。 热化学：通过向油井中注入化学热剂，经过焖

6、井以达到降低原油粘度的开采方式13二、热力采油分类1.蒸汽吞吐（Huff and Puff Steam Soak Steam Stimulation Cycle Steam Injection）14二、热力采油分类1.蒸汽吞吐（Huff and Puff Steam Soak Steam Stimulation Cycle Steam Injection）注蒸汽和采油是在同一口井完成的。一个周期包括三个过程：特点：1）注蒸汽（1015天） 提供能量 2）焖井 （35天） 释放能量3）开井生产（至降到经济极限产量为止） 获取利润 从注蒸汽开始到油井不能正常生产为止，称为一个吞吐周期。15二、热力

7、采油分类2.蒸汽驱（Steam Drive Steam Flooding）16二、热力采油分类2.蒸汽驱（Steam Drive Steam Flooding）蒸汽驱是指按一定井网，在注汽井连续注汽，周围生产井以一定产量生产。注入的蒸汽既是加热油层的能源，又是驱替原油的介质。其过程大致可以分为三阶段:特点：1）蒸汽驱启动阶段 受效不明显,原油产量低;2）蒸汽受效阶段 受效显著,产量可达高峰; 3）蒸汽突破阶段 热效率降低,产量下降 17二、热力采油分类2.蒸汽驱（Steam Drive Steam Flooding）生产井注入井井网：18二、热力采油分类蒸汽吞吐和蒸汽驱的关系 1.蒸汽吞吐的缺

8、陷: 蒸汽吞吐作用于油层的有限范围,只能开采一定区域内的原油,井间存在大量的难以波及的区域(死油区)。随着吞吐轮次和加热区含油饱和度的减少，采收率变差，其采收率一般为1030%。2.转蒸汽驱的必要： 蒸汽吞吐以消耗油层弹性能量为条件，基于单井操作，受效范围受到限制；蒸汽驱即为地层提供了一定的能量补充，又能在多井间实现驱替作用，蒸汽驱采收率能达到2030% 。因此为提高注蒸汽热采效率，将蒸汽吞吐转为蒸汽驱。19二、热力采油分类蒸汽吞吐和蒸汽驱的关系 3.两者联系： 蒸汽吞吐采出一定原油后，地层压力降低，能进一步发挥蒸汽的膨胀作用，为蒸汽驱做准备； 蒸汽吞吐属于衰竭式开采，能解除井附近的堵塞，为蒸

9、汽驱创造有利的油藏条件； 蒸汽吞吐转化为蒸汽驱具备一定的条件和时机。 因此，对稠油油藏有计划的实施蒸汽吞吐向蒸汽驱的转化，可以有效的保持油藏的高产、稳产，提高原油采收率。203 注蒸汽热力采油机理 采油机理：是指某种驱动能量作用下的原油驱替过程。 热力采油机理：是指能够对驱替稠油过程产上有利作用的热效应，包括加热降粘、蒸汽蒸馏、热膨胀、相对渗透率变化、乳化驱替、重力泻油等效应。一、加热降粘随着T碳氢化合物活性原油21可知：时流度3 注蒸汽热力采油机理改善原油的流动性由原油粘度在低温范围内变化大，而在高温范围变化很小。粘温关系变化趋势为一幂指数形式，在对数坐标下呈直线形式。原油粘度随温度是可逆的

10、，所以当温度降低到原始值时，原油粘度也升高到原始值。原油粘温关系曲线22二、蒸汽蒸馏3 注蒸汽热力采油机理随着T原油和水的汽化压力当油层和水的汽化压力等于油层当前压力时，原油中的轻质组分汽化为气相，产生蒸馏作用。对稠油开采的影响表现为：流动阻力小( 气相粘度低)。稀释地层原油，降低原油粘度。 在具有一端封闭的孔隙中发生蒸馏作用，气相会迅速弹出来,进入到连通的孔隙中，在连通孔隙中与原油混合(掺和)，降低原油粘度。233 注蒸汽热力采油机理同时，还和系统的压力有关，系统的压力越低，这蒸馏效果越明显。蒸汽吞吐作为一种脉冲式开采方式，注汽过程是非连续的，加上注汽过程中压力大，因此蒸馏作用相对较小。蒸汽

11、蒸馏多发生在蒸汽驱过程中。 蒸汽的蒸馏是否存在与原油的性质有关。通常情况下，原油比重越小，可蒸馏组分越大，原油中可蒸组分有如下关系：原油含蜡量24三、相对渗透率变化3 注蒸汽热力采油机理随着T岩石润湿性亲油亲水弱亲水向强亲水转化因为： 在油藏原始条件下，稠油中胶质、沥青质等极性分子吸附在油水界面和岩石表面，岩石趋于亲油状状态；当温度升高，极性物质逐渐解吸，岩石亲水性增加，更多的水膜吸附在孔隙上或占据较小的孔道，毛细管渗吸作用将盲端孔隙中的原油“剥蚀”下来，驱出小孔隙。从而降低残余油饱和度，增加油相渗透率。25 随温度升高，束缚水饱和度增加。岩石湿润性向亲水方向变化。有利于把盲端孔隙中原油驱出来

12、，同时油相渗透率增加、油相阻力降低。残余油饱和度降低，采收率增加。3 注蒸汽热力采油机理26四、热膨胀3 注蒸汽热力采油机理 当温度升高后，油藏中流体和岩石骨架产生膨胀，孔隙体积缩小，流体体积增加，维持原油生产的弹性能量增加，提供给原油的弹性能量增加。 原油膨胀程度取决于组分组成，通常轻质原油热膨胀系数大于重质原油。五、乳化驱替 在蒸汽驱过程中，蒸汽腔内的蒸汽流速和比容较大，同时蒸汽腔前缘的蒸汽由于冷凝释放热量，产生扰动，发生乳化，形成水包油或油包水的乳状液体。273 注蒸汽热力采油机理 乳状液体阻塞了非均质油层中的高渗透层，降低了冷凝区的指进现象，从而提高了蒸汽驱的波及体积。六、重力泻油 由

13、于蒸汽密度差异，在注蒸汽过程中，形成超覆现象，油层纵向上受热不均，油藏表现受热面积增加，油层的非驱替部分由于导热作用而受热，受热的原油在重力作用流到井底。 重力泻油作用主要发生在单层厚度较大的稠油油藏中。284注蒸汽热力采油筛选标准储量（有效厚度、孔隙度和含油饱和度）原油粘度和密度油层渗透率油层深度纯总比油藏压力气顶和底水、裂缝考虑因素：29国外筛选标准：4注蒸汽热力采油筛选标准30我国筛选标准4注蒸汽热力采油筛选标准胜利油田稠油蒸汽吞吐筛选标准311 水蒸汽热力学特征（介质）2 油藏岩石的热物理性质（岩石）3 油藏流体热物理性质4 油藏岩石、流体的热效应5 稠油油藏的渗流特征第二章 油藏岩石

14、与流体的热物理性质321 水蒸汽热力学特征（介质） 水和水蒸汽具有适宜的热力学参数和稳定的化学性质等优点，成为热力采油中的理想载体。一、饱和水蒸汽 当加热冷水时，动能较大的分子逸出液面变成水蒸汽分分子液态水变化气态（汽化），同时会有蒸汽水分子撞回到液面而凝结为水（液化），当这两种速度相等时，系统处于动态平衡，此时的状态称为饱和状态。 处于饱和状态的水蒸汽和水的混合物称为湿蒸汽。湿蒸汽中所含饱和蒸汽的质量分数叫干度。331 水蒸汽热力学特征（介质）1.饱和温度和饱和压力 系统饱和状态下的温度温度和压力称饱和温度和饱和压力。对应于一定的饱和温度必须有一定的饱和压力。满足： 饱和水蒸汽的临界压力为2

15、2.12MPa，临界温度为374.15C。2.饱和水蒸汽的焓及潜热 当水从冰点温度加热到某一压力下的饱和温度时所吸收的热量称为该饱和温度下的饱和水的焓或“显热”，其关系为：341 水蒸汽热力学特征（介质）饱和水的热焓，J/g 饱和水变成同条件下干饱和蒸汽所吸收的热量称为汽化潜热。干饱和蒸汽的热焓先随饱和压力的升高而增大，然后随饱和压力的升高而降低，当饱和压力为3MPa时，达到最大，其关系式为：干饱和蒸汽的热焓，J/g35 汽化潜热焓为干饱和蒸汽的热焓与饱和水的热焓之差，其随压力增加而减小，其关系为：1 水蒸汽热力学特征（介质）汽化潜热，J/g 注：当系统达到临界状态时，汽化潜热为零。3.饱和水

16、及饱和蒸汽密度饱和水的密度为：36饱和蒸汽的密度为：1 水蒸汽热力学特征（介质）饱和水蒸汽的压缩因子，无因次 由于密度和比容是互为倒数，因此饱和水蒸气的比容为：374.饱和水及饱和蒸汽的粘度饱和水的粘度为：1 水蒸汽热力学特征（介质）饱和蒸汽粘度为：饱和蒸汽（水）的比容，cm3/g蒸汽干度，小数385.热力学特征 作为加热油层的流体介质，在相同条件下，干饱和蒸汽的物理热性明显优于饱和水，当质量流量相同时，饱和蒸汽的含热量大，驱替体积大。湿饱和蒸汽的热焓等于饱和蒸汽的热焓与蒸汽干度加权的汽化热之和，即：1 水蒸汽热力学特征（介质） 蒸汽干度越高，湿饱和蒸汽的热焓量越大，通常通过提高水蒸汽的干度来

17、提高工作介质载热量的效果。391 水蒸汽热力学特征（介质）二、未饱和水蒸汽 在一定压力条件下，温度低于对应饱和温度的水，称为未饱和水或冷水。根据现场实验有如下结论： 在相同温度下，未饱和水的热焓值随压力变化较小； 在同一压力下，未饱和水的热焓值随温度变化较大； 与饱和水蒸汽相比，未饱和水的热焓数较小。三、过热蒸汽 对干饱和蒸汽继续加热，蒸汽温度将升到高于该蒸汽压力所对应的饱和温度，此时的蒸汽叫过热蒸汽。40 2油藏岩石的热物理性质（岩石）一、导热系数(Thermal Conductivity) 是指单位时间内，单位温度梯度下，单位面积所通过的热量。 公制： KJ/(hm)， w/(m) kca

18、l/(hm)， 英制： Btu/(hftF) 经验公式固结砂岩疏松砂岩影响因素温度压力单位：412油藏岩石的热物理性质（岩石）经验公式1.固结砂岩导热系数 干燥固结砂岩 Andnd J和Somerton W H等人通过系统实验，有如下回归关系：导热系数， w/（m0C）干燥砂岩密度， g/cm3岩石孔隙度， 小数岩石渗透率， 10-3地层电阻率系数，无因次胶结系数， 小数 注：未固结岩石胶结系数1.3，固结砂岩1.81.9，石灰岩为22.2；砂岩的导热系数范围为：0.69 3.81 w/（m0C）。422油藏岩石的热物理性质（岩石） 饱和液体砂岩的导热系数 饱和一种液体饱和液体砂岩导热系数，

19、w/（m0C）干燥砂岩导热系数， w/（m0C）液体导热系数， w/（m0C）空气导热系数， 0.02940.0606w/（m0C）饱和液体（干燥）砂岩密度，g/cm3 注：液体的导热系数大于空气的导热系数，因此饱和液体砂岩的导热系数大于高燥砂岩的导热系数。432油藏岩石的热物理性质（岩石） 饱和液体砂岩的导热系数 饱和油、气、水三相液体饱和水（油）（气）砂岩导热系数，w/（m0C）2.疏松砂岩导热系数 岩石固相导热系数经验公式1.固结砂岩导热系数442油藏岩石的热物理性质（岩石） 如只有石英含量，而没其它岩石矿物资料，可用如下关系：石英含量，% 饱和地层水的岩石导热系数固相导热系数，w/（m

20、0C）矿物石英正长石斜长石方解石云母绿泥石导热系数,W/(m0C)7.702.322.153.602.214.91 如已知岩石矿物分析资料，可根据如下表采用重量组成加权平均计算岩石固相导热系数：452油藏岩石的热物理性质（岩石）导热系数的影响因素1.温度对导热系数的影响温度为20C的导热系数，w/（m0C） 固结砂岩注：对于砂岩，温度升高，导热系数值下降。 疏松砂岩温度为52C的导热系数，w/（m0C）462油藏岩石的热物理性质（岩石）导热系数的影响因素2.压力对导热系数的影响地层压缩系数ABCD高0.131.440.0930.07中0.0580.880.0450.017低0.0320.360

21、.0230.0086 固结砂岩 根据地质性质，地层压缩系数分为高、中、低三个等级，分别为：47 固结砂岩2油藏岩石的热物理性质（岩石）导热系数的影响因素2.压力对导热系数的影响岩石密度，g/cm3注：压力升高，导热系数上升。随着、482油藏岩石的热物理性质（岩石）二、岩石比热、热容量和热扩散系数岩石比热(Specific heat) 指单位质量的油藏岩石，温度升高10C所需要的热量，也称比热容。实验条件下，定容比热：电能，KJ试样质量，Kg量热器空当量，Kg/C矿场经验：定压比热容，KJ/（KgC）岩石比热容，KJ/（KgC）岩样砂岩粉砂岩页岩灰岩细砂粗砂比容热，（g）0.7660.8540.

22、8040.8460.7660.766 部分干燥岩样的比热容：492油藏岩石的热物理性质（岩石）二、岩石比热、热容量和热扩散系数岩石的热容量(Thermal content) 指单位体积的油藏岩石，温度升高10C所需要的热量。与比热容有如下关系： 油藏热容量与岩石基质和其中的流体的热容量相关。因此饱和油、气、水三相流体的油藏岩石热容量为：岩石（油）（水）（气）比热容，KJ/（KgC）岩石密度， g/cm3502油藏岩石的热物理性质（岩石）二、岩石比热、热容量和热扩散系数岩石的热扩散系数(Thermal Diffusion coefficient) 指单位时间内热扩散的面积，也可定义为导热系数与热

23、容量之比。岩样砂岩粉砂岩页岩灰岩细砂粗砂0.7660.8540.8040.8460.7660.766 部分干燥岩样的热扩散系数：512油藏岩石的热物理性质（岩石）三、岩石的热膨胀系数（Thermal expansion） 指恒定压力条件下，温度每升高1，物质体积的变化率，可表示为： 油藏系统中，原油的热膨胀系数最大，其值大约是水的3倍，岩石的10倍，岩石的热膨胀系数在1010-6C-1左右。523油藏流体热物理性质一、原油的导热系数原油相对密度，无因次注：饱和有机物的导热系数，随温度的升高而减小。二、饱和水及饱和蒸汽的导热系数饱和水533油藏流体热物理性质饱和蒸汽三、天然气的导热系数气体的比热

24、容，J/（gC）气体的相对分子量 注：常温下，天然气的导热系数介于0.00350.00433w/（mC）之间，随温度的升高，导热系数增加。544油藏岩石流体热效应一、岩石孔隙度热区冷区vhvc 假设岩石总体积为vt，岩石骨架体积为vR，孔隙体积为vP，岩石热膨胀系数为R，压缩系数为CP 1.孔隙体积热效应油藏热区岩石有热效应和压缩效应，冷区仅压缩效应当温度则温度变化后的孔隙度为：时，岩石骨架密度为：（1）554油藏岩石流体热效应将（1）、（3）代入（2）得：而又（质量守衡）（2）（3）故由热效应影起的孔隙度变化为：2.孔隙体积压缩效应56由压缩影起的孔隙度变化为：压力变化后，岩石的孔隙度：4油

25、藏岩石流体热效应当压力时，根据压缩系数定义：3.孔隙度变化的综合效应574油藏岩石流体热效应最终孔隙度为： 由此可见，对于封闭系统的油藏岩石，若孔隙体积不变，当温度升高时，压力必然升高，维持原油生产的弹性能量增加。4.部分油藏受热，孔隙度的综合效应受热部分的孔隙体积为：油藏未受热部分只手压缩作用，其孔隙体积为：584油藏岩石流体热效应岩石孔隙度为：二、岩石渗透率 随着温度的升高，岩石颗粒受热膨胀，孔隙空间缩小，在低温下具备流通的孔喉通道，由于温度升高而闭合，造成岩石渗透率的降低；但由于高温下的岩石出现矿物转换或生成新矿物，岩石内部发生裂解，渗透率又出现大幅度提高，因而很难用同统一的模型对其进行

26、描述。接下来简要分析温度对渗透率的影响： 通过大量的实验研究表明，温度对渗透率的有着显著的影响，随着温度的升高岩石亲水程度增加，主要机理为：594油藏岩石流体热效应 亲油岩石表面吸附的级性物质（高分子烃类、沥青等）在高温下从岩石表面解吸出来，大量水转而吸附在岩石表面； 亲水岩石表面能更小，岩石变为更水湿，接触角减小，原来隔着水膜的含油孔道转化为含水孔道。温度变化时，岩石渗透率计算方法：假设条件： 当亲水岩心温度升高时，束缚水饱和度增加，残余油饱和度减小，即岩石亲水程度增加； 无论温度如何变化，两相相对渗透率曲线形状是相似的，仅始末点的饱和度及对应的相对渗透率发生变化，个温度下的相对渗透率相互平

27、行；60计算过程：4油藏岩石流体热效应 通过实验作出油藏原始温度条件下，油水相对渗透率和含水饱和度以及油气相对渗透率和含液饱和度之间的关系，记录下实验数据： 改变温度，测出不同温度下，油水系统和油气系统的相对渗透率关系端点值，记录下数据：61 计算在初始温度Ti下的归一化含水饱和度，油、水相对渗透率，并作图：4油藏岩石流体热效应归一化油水相对渗透率曲线计算Sw对应的归一化饱和度：624油藏岩石流体热效应根据图，用线性插值求出对应温度T下的油水相对渗透率： 计算在原始油藏温度下归一化含液饱和度和气驱情况下油相相对渗透率归一化曲线，作出归一化曲线：634油藏岩石流体热效应计算出Sl对应下归一化饱和

28、度：用线性或多项式插值求得： 计算在原始油藏温度下归一化含气饱和度和气驱条件下气相相对渗透率64回出归一化曲线：4油藏岩石流体热效应归一化曲线通过线性插值，得到一定温度T和下的归一化饱和度：计算：65 利用计算得到的Krow(T)、Krog(T),由Stone模型计算油相相对渗透率。4油藏岩石流体热效应气和水驱后的残余油（临界气）饱和度，小数664油藏岩石流体热效应三、液体密度 当油藏压力和温度发生变化时，其中的原油和水的密度由于膨胀和压缩而发生变化，假设流体的热膨胀系数为液体密度变化的综合效应则：温度变化时，液体密度为：压力变化时，液体密度为：液体密度变化的综合效应为：故：67油藏部分受热时

29、液体密度变化的综合效应4油藏岩石流体热效应 受热只发生在部分油藏，热膨胀只发生在受热部分，而压缩则可发生整个油藏。热效应：压缩效应：684油藏岩石流体热效应四、原油粘温关系 原油粘度随温度变化的曲线，叫粘温关系。建立地层粘温关系的步骤为： 取地层脱水原油，测定粘温数据 Dead oil 数学方法回归建立粘温关系 Regression 溶解气校正 Calibration of solution gas69 粘温关系一般不呈直线关系，开始温度增加时，粘度迅速下降，到达某一值时，粘度变化趋于平缓，这一温度段称为该粘温曲线的敏感温度。粘温关系是可逆的，随着粘度的增加，粘温关系越明显。4油藏岩石流体热效

30、应 溶解气对原油粘度影响很大，其关系必须教正为：或式中：适用条件：705稠油油藏渗流特征一、稠油的流变特征 原油的流变特征主要受原油的组分，特别是沥青、结晶石蜡等含量的影响，一定原油的流变性受剪切速率、温度、压力的影响。超稠油和特稠油基本上行都属于具有一定屈服值的宾汉流体。 粘度越高，屈服值和转化为牛顿流体的温度越高。实验研究表明： 热采普通稠油可以是低屈服值下的宾汉流体、低屈服值下的假塑性流体。715稠油油藏渗流特征二、稠油常温渗流 稠油属于非牛顿流体，常温下渗流不符合达西定律，油水相渗关系只能定性反映稠油的渗流特点。如单家寺稠油在50800C时属于假塑性流体，曙光稠油在小于1000C时属于

31、假塑性流体。 随着含水饱和度的增加，稠油的相对渗透率急剧下降； 随着含水饱和度的增加，水相相对渗透率 变化缓慢，且高含水期曲线端部抬不起头来； 油水两相流动区较小，稠油油藏见水后原油流动受到限制，油相渗透率降低比稀油明显。通过总结有如下规律：725稠油油藏渗流特征三、高温相对渗流率关系 常温下稠油渗流不符合达西定律，当油藏温度升高后，稠油降粘，可能转化为牛顿流体。如单家寺稠油在901200C时属于假塑性流体，如图为曙光油田1-22-371井在不同温度下的相渗关系图，可得共性的结论： 系统温度升高时，油水粘度比降低 ，相对渗透率曲线有右移； 随着温度升高，残余油饱和度 降低，束缚水饱和度 升高；

32、 不管温度怎么变化，变化前后曲线相互平行。735稠油油藏渗流特征四、非等温相对渗透率模型 热力采油的过程是一个非等温渗流过程，流体和地层物性参数随地层温度而发生变化。在目前科学技术条件下，主要通过测定油水系统，油气系统的相对渗透率数据，利用Stone修正模型来计算三相相对渗透率。Stone模型假设条件： 水相的相对渗透率 主要与水相饱和度有关，在较小的孔道中流动； 气体相对渗透率 与气相饱和度有关，在较大孔道中流动； 油相对渗透率 、 与水相和气相饱和度有关。745稠油油藏渗流特征油相相对渗透率为：束缚水下的油相相对渗透率 研究结果表明：温度对相对渗透率关系的影响主要表现在束缚水和残余油的变化

33、上，相对渗透率形状基本一致。三相相对渗透绿计算步骤： 测量原始条件下油水系统和油气系统的相对渗透率数据，绘制曲线：755稠油油藏渗流特征SL= Swc+ So油水相对渗透率油气相对渗透率其关系式为：76 实验测定不同温度下油水系统和油气系统的相渗端点值，其关系为：5稠油油藏渗流特征 对步骤中的数据归一化处理，获得归一化油水系统和油气系统的相对渗透率数据，消除端点的影响； 利用步骤中数据插值得需要求点的相渗端点值，然后计算该温度下系列的归一化水相和气相（或液相）饱和度数据； 对中的数据插值获得该温度下油水系统和油气系统归一化相对渗透率数值； 还原求得的油相相对渗透率数值；77 利用*公式求出油相

34、相对渗透率数值。5稠油油藏渗流特征另外，在没实验情况下，可用归一化相渗解析式计算：水，气相对渗透率曲线指数，无因次油水，油气系统中油相对渗透率，无因次参考压力，取原始油层压力，MPa。785稠油油藏渗流特征 对于油水系统和油气系统的相渗透率端点值 可以参考相关经验关系式或实验关系确定。 对于亲水油藏的油水两相流动，经岩石吸吮进入油藏的水，在驱替状态下不能完全采出来而滞留在岩石中，产生水相滞后的现象，因而对应于相同的水相饱和度，注入过程的水相相对渗透率大于采出过程，水相吸吮和驱替曲线不重合。水相滞后曲线79第三章 注蒸汽系统热损失1 热量的传递2 注气工艺流程3 地面管线的热损失4 井筒热损失8

35、01 热量的传递 热传导:相互接触而温度不同的物体或物体中温度不同的各部分之间的饿热量传递的现象，也可以说是热量从高温部分传递到低温部分。导热系数，Kcal/（h.m0C）811 热量的传递 热对流:流体中温度不同的各部分之间，由于相对的宏观运动将热量从一处带到另一出的现象。对流换热系数，Kcal/（h.m0C）821 热量的传递 热辐射:不相互接触具有不同温度的物体间热量的传递现象。对流换热系数，Kcal/（h.m0C）832 注汽工艺流程 注汽系统主要包括蒸汽发生器系统、地面管线系统和注汽井筒系统。由蒸汽发生器产生高温、高压热流体，经由地面管线输送到井口，流经井筒到达井底。其流程图：注汽系

36、统84一、蒸汽发生器系统2 注汽工艺流程 蒸汽发生器系统是蒸汽热力采油的主要系统，它由主体（蒸汽发生器）和辅助系统（燃烧器、给水泵、水处理设备及监控仪表）组成。组成： 生成蒸汽热力采油所需要的高温、高压流体。作用：85二、地面管线系统2 注汽工艺流程 地面管线系统是输送高温、高压流体的输送管道。目前使用的管线为架空硅酸盐纤维保温管线，沿管线程有膨胀弯头和过路“龙门”，主干呈枝状分布，末端成环状管网，这样便于蒸汽的调配。三、注汽井筒系统 是将蒸汽输送到井底的输送管道。常用的注汽管柱有两种，一种是隔热油管、伸缩管、封隔器组成的管柱，另一种是氮气隔热油管。863 地面管线的热损失1 架空管线热损失2

37、 地下埋管热损失3 水平管线的沿程压力4 蒸汽干度的计算873 地面管线的热损失一、架空管线热损失架空管线结构示意图：1.假设条件架空管线外存在绝热层；蒸汽温度Ts和大气温度Ta是固定的；管线结构如图所示。88由热损失关系得：单位长度上，单位时间内热损失，kcal/（hm）单位长度上的热阻。综合架空管线结构示意图，可以分析热阻3 地面管线的热损失2.热损失计算由管壁上的液体膜层、污垢层、管壁、绝热层和气膜层几部分组成，即：893 地面管线的热损失管壁液膜层对流换热热阻 管壁上的液体膜层流体基本上不流动，具有热传导机理，但是该层的厚度与蒸汽流速有关，所以可以用对流换热来计算其热阻。 液膜层对流换

38、热系数，管壁上的污垢层对流换热热阻 污垢层的厚度也与蒸汽流速有关，也可以用对流换热来计算其热阻。90污垢层对流换热系数，3 地面管线的热损失管壁热传导换热热阻管壁的导热系数，91绝热层热传导换热热阻3 地面管线的热损失绝热层导热系数，管线与空气的强迫对流换热热阻强迫对流换热系数，923 地面管线的热损失因此单位长度管线上的热阻为：933 地面管线的热损失二、底下埋管热损失 底下埋管是利用大地作为绝热层（如图），Rohsenow和Hartnett利用如下公式给出了埋管热组的近似计算：94地层导热系数，一般取值0.55183 地面管线的热损失其中： 通过大量的矿场实验表明，注蒸汽开始时地下埋管的热

39、损失明显大于悬空管线的热损失。因此，在蒸汽注入周期相对较短时（如蒸汽吞吐），土壤中水份有频繁和明显 变化的地方，不宜将底下埋管作为绝热方法。953 地面管线的热损失例：已知某输送管线外包绝热层，流过蒸汽温度Ts为288，空气温度Ta为15.5,试计算每30m长度管线上的热损失。已知：ri=0.045m ro=0.051m rins=0.127m96 那么30m管线热损失Qql*30=3270kcal/h，仅考虑绝热层热阻计算的热损失Q3348kcal/h，相差2%左右。因此在注蒸汽热力采油中，一般把绝热层看作影响热损失的唯一热阻。3 地面管线的热损失解：据题意得：由得：973 地面管线的热损失

40、三、水平管线沿程压力 当地面管线较短时，通常不考虑沿程压力变化。如管线较长，管网中有膨胀弯头和过路“龙门”，则必须考虑沿程压力的变化。膨胀弯和过路“龙门”的局部阻力常采用等价沿程阻力来处理。 管线内流体流动时，压力梯度是摩擦压力梯度、位能压力梯度和动能压力梯度的综合结果，因此有：983 地面管线的热损失摩擦压力梯度摩擦系数，无因次；汽液混合物密度，g/cm3；混合物（液）（汽）比容，cm3/g；摩擦系数与雷诺数有关：993 地面管线的热损失时为层流，摩擦系数为：当时为紊流，摩擦系数为：当时为过渡流，摩擦系数为：当过渡流的紊流摩擦系数，代入式的结果；过渡流的紊流摩擦系数，代入式的结果；管线粗糙度

41、，m；1003 地面管线的热损失动能压力梯度混合物流速，m/s； 动能在较高的流速下才有明显变化，对于高干度的蒸汽流动，气体体积流量远远大于液体体积流量，因此必须考虑动能变化，根据气体状态方程可得：气体体积流量，m3/s；过断面面积，m2；蒸汽质量速率，g/s；1013 地面管线的热损失位能压力梯度 对于水平管线位能为0。所以水平地面管线沿程压力梯度为： 在实际计算过程中，需要将管线划分为若干段，利用公式计算每一段压力变化。1023 地面管线的热损失四、蒸汽干度的计算单位时间内热量损失单位时间内蒸汽内能的变化能量平衡原理： 假设蒸汽发生器出口蒸汽干度为 ，到达井口仍是饱和状态，其干度为 如果压

42、力、温度不变。管线的热损失主要来自于一部分蒸汽冷凝为水释放的汽化潜热，从而引起干度的降低。如果不考虑位能和动能的变化，只考虑内能的变化，则：103饱和蒸汽（热水）的焓，Kcal/kg；3 地面管线的热损失化简得：汽化潜热，Kcal/kg；蒸汽干度为：其中 、 、 和蒸汽的压力有关，可查水蒸汽表或回归得到。1044 井筒热损失 井筒中热损失的大小直接决定着注入井筒底部的是蒸汽还是饱和水，决定着热效果的好坏。蒸汽在井筒中流动时与地面管线不同: 分为考虑井筒压力变化和不考虑井筒压力变化两种情况。一、不考虑井筒压力变化假设条件：井口注入蒸汽的速率 、压力和干度保持不变； 压力变化中重力项不能忽略; 井

43、筒结构不同，周围环境不同，沿井深方向地层温度逐渐增加，同时散热方式以导热为主。井筒结构如图所示；1054 井筒热损失井底使用封隔器，油管、套管环形空间充入低压空气； 从油井到水泥环外缘的热量传递过程为一维稳定传热过程，而从水泥环外缘到地层间的传热为一维不稳定传热； 地层导热系数视为一常数； 不考虑井筒压力变化。106热损失计算： 热传递过程分两部分，一部分由油井中心到水泥环外缘的一维稳定传热；一部分是水泥环外缘到地层中心的一维不稳定传热。4 井筒热损失 设在单位时间内，井筒某段长度 上的热损失为 ，总的热阻为 ，则：油管中心到水泥环外缘由稳定传热公式可得：蒸汽（水泥环外缘处）温度，0C；107

44、由图中可以看出，热阻由以下七部分组成：液膜层和污垢层对流换热系数，w/（m.0C）；4 井筒热损失液膜层和污垢层对流换热热阻油管导热换热系数，w/（m.0C）；内管导热热阻108绝热层材料导热换热系数，w/（m.0C）；绝热层导热换热热阻4 井筒热损失外管导热换热系数，w/（m.0C）；外管导热换热热阻环空自然对流（辐射）换热系数，w/（m.0C）；环空自然对流和辐射换热热阻109套管导热换热系数，w/（m.0C）；套管导热换热热阻4 井筒热损失水泥环导热换热系数，w/（m.0C）；水泥环导热换热热阻所以总热阻由为：110令：4 井筒热损失则：总的传热系数，w/（m.0C）；油管中心到水泥环外缘 该过程是不稳定传热，因此热量是随时间而变化的。对地层的热损失开始时较