孔庆涛

中国石油辽河油田分公司 勘探开发研究院 （辽宁 盘锦 124010）

利用回压阀控制和计量高压气体的实验研究

孔庆涛

中国石油辽河油田分公司 勘探开发研究院 （辽宁 盘锦 124010）

注气（CO2、烟道气、N2泡沫段塞）提高普通稠油油藏的采收率的研究工作，在辽河油田的矿场和实验室内已经开展。作为室内评价实验的关键技术，高压气体的控制和计量技术，直接影响到了评价试验的结果。

注气 计量方法 驱油效率

注气（烃与非烃）驱油目前已成为世界三大(热采、化学剂驱和CO2驱)提高油藏采收率的方法之一。以美国为例，注气驱油已经占到三次采油(EOR)提高产油量的22%（热采占39%、化学剂驱占37%、其它的占2%）左右。

目前，辽河油田的低渗、特低渗难采油藏、蒸汽吞吐后期急需转换开发方式的普通稠油油藏、高渗而水驱效率低的普通稠油油藏，所占的储量巨大。在对这部分油藏的深度开发和多元开发过程中，在室内开展了注气（CO2、烟道气、蒸汽驱过程中注入N2泡沫段塞）提高驱油效率的评价实验。实验中对注入气体的压力、流量的控制与计量，作为室内物理模拟评价实验的关键技术，直接影响到驱油效率的评价结果。

由于室内缺少小流量高压气体的计量设备，作者尝试了利用回压阀对注入的高压气体进行控制和计量。初步实现了对注入气体的压力和流量的同步控制，也就是对同一注入气源，在压力不变的情况下，能使气体以不同的注入速度，注入到模拟岩芯中，基本达到了模拟实验的设计要求。

1 注入流体的控制与计量方法

1.1 回压阀的工作原理

根据模拟实验的压力设计要求，首先，从注气孔20分级向气腔内注入N2，使其压力值达到设计要求。由进液口接入要注入的流体（烟道气、CO2、N2等气体以及其它液体），当注入的流体的压力大于设定的压力时，流体才会从出液口流出。

1.2 气体流量的控制与计量方法

1.2.1 注入气体的控制流程

图1是模拟实验的流程示意图，回压阀2的作用是为模型本体 （或称模拟岩芯）设定了一个回压P2。在实验过程中，P2是根据模拟实验的要求（如地层压力、某温度下的饱和蒸汽压等）首先确定的。利用高压平流泵，将油、水以一定的比例向模型本体内注入，当回压阀2的出液口有液体流出时，停止注入。此时注入泵的压力P0称为模型本体的启动压力。

当回压阀1的压力P1设定以后（P1的设置要高于模型本体的启动压力0.2～0.5MPa，P1＞P0＞P2），由高压平流泵根据不同的流量设定向容器3中注入蒸馏水，当容器3中的压力P3大于P1时，容器3中的气体便被注入到模型本体中。高压平流泵的注入速度越快，通过回压阀1进入到模型本体的气体的流量越大。

容器1和容器2中的N2的压力偏低时，可以通过高压泵向容器内注入蒸馏水，使P1、P2的压力达到实验设计的要求。

1.2.2 注入气体的计量方法

注入气体的流量可以通过气体质量流量计和气体体积流量计来计量，由于实验室内现有的气体质量流量计的最高工作压力为2MPa，气体体积流量计的工作压力为常压，无法满足最高14MPa的压力要求。因此在实际的气体计量工作中，无奈采用人工计量的方法。

当实验要求定量向模拟岩芯中注入气体时，气体的计量比较简单。以一定的注入速度向容器3中注入蒸馏水，通过气体体积流量计来计量从回压阀1中溢出的气体体积，累计到所要求的注入量时停止。同时记录高压平流泵的注入时间t0。将流量计前边的阀门关闭，继续向容器3中注入蒸馏水，当P4的压力与P1相等时，打开模型本体的入口阀门，向模型本体内注入气体，注入时间为t0，高压平流泵的注入速度不变。

当实验要求在一定的压力下，以不同的注入速度向模拟岩芯中注入流体时，气体的计量过程基本同上。例如，要求以X的注入速度向模拟岩芯中注入某种气体，首先由高压平流泵以接近X的注入速度向容器2中注入蒸馏水，记录注入时间和气体流量计的读数，计算流量。调整高压平流泵的注入速度,使注入的气体流量等于X为止。在确定了平流泵的注入速度满足注入气体的流量要求后，开始向模拟岩芯中注入气体，记录注入时间，计算出气体的注入量。

当要求以不同的压力注入气体时，改变回压阀1的压力设置即可。

在上述的计量方法中，忽略了容器2由于体积变化而造成的影响。

2 应用结果

利用本方法,陆续在室内开展了多个区块的注气提高油藏驱油效率的可行性研究，对CO2烟道气的注入方式和注入流量对驱油效率的影响进行了评价。

2.1 CO2注入速度对驱油效率的影响

CO2的注入速度对驱油效率的影响，是在水驱0.5PV后转CO2连续驱替的方式下进行的。

实验分别模拟了CO2的注入速度为10cm3/h、15 cm3/h、20cm3/h（54℃、10MPa状态）时，对模拟岩芯的最终驱油效率的影响。水的注入速度为15mL/h，实验温度54℃；回压设置P2=10MPa、P1=10.5MPa。注入方式为连续、恒压、匀速驱替。

实验过程：水驱0.5PV后转不同的CO2注气速度连续驱替，直到不出油结束。3块模拟岩心的物性参数见表1。

表1 N B12井用于注气速度优化试验的模型部分参数

实验结果：通过油、水分离计量和数据处理，在水驱转CO2连续驱替的注入方式下，当CO2的注入速度分别为10cm3/h、15cm3/h、20cm3/h（54℃、10MPa状态）时，15#、10#、16#模拟岩心的最终驱油效率分别为24.46%、25.53%、28.94%(如图2所示)。可见在CO2连续驱替的注入方式下，增加注气速度，能够提高气驱的驱油效率。

2.2 不同大小的CO2段塞对驱油效果的影响

CO2段塞大小的优化实验是在水、CO2交替注入的驱替方式进行的，段塞优化实验选择了3个级后CO2段塞、焖井24h再水驱0.5PV后CO2段塞、焖井24h后水驱结束。回压设置 P2=10MPa、P1= 10.5MPa。注入方式为连续、恒压、匀速驱替。水的注入速度15mL/h；CO2注入速度15cm3/h（54℃、10MPa状态）。

通过数据处理，3块模拟岩心在注入了0.3PV、0.5PV、0.7PV 3个不同大小的CO2段塞后，最终的驱油效率分别为：39.22%、42.86%、45.65%（见图3的驱油效率对比曲线）。从对比曲线可以看出：随着CO2注入段塞的增大，驱油效率增加。

3 结 论

在尝试了利用回压阀对注入的高压气体进行控制后,实现了对注入气体的压力和流量的同步控制，也就是对同一注入气源，在注入压力不变的情况下，能使气体以不同的注入速度，注入到模拟岩芯中。

在室内物理模拟实验的应用中，本方法能够对气体进行定压、定流量控制，基本上满足了气体的不同注入速度、不同注入量、不同注入压力对驱油效率的影响的实验要求。

[1]郝永卯,薄启炜,陈月明.CO2驱油实验研究[J].石油勘探与开发, 2005(2).

[2]刘炳官,朱平,雍志强,等.江苏油田CO2,混相驱现场试验研究[J].石油学报,2002(4).

The research on how to use gas injection (carbon dioxide,hot flue gas,nitrogen,foam slugs)to enhance oil recovery ratio of ordinary heavy oil reservoir has been developed in the mine and laboratory of Liaohe oilfields.As one crucial technology of indoor evaluation experiment,the control and measurement of high pressure gas has directly affected the results of evaluation test.

gas injection;measuring methods,displacement efficiency

孔庆涛（1977-），男，工程师，现在辽河油田勘探开发研究院从事计量管理工作。

尉立岗

2012-03-30