稠油重力驱过程中渗流速度的影响因素分析

修丽群，杨树人，刘丽丽，王 洋，何鑫迪

稠油重力驱过程中渗流速度的影响因素分析

修丽群1，杨树人1，刘丽丽1，王 洋2，何鑫迪2

（1. 东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318； 2. 大庆油田有限责任公司， 黑龙江 大庆 163000）

我国稠油资源丰富，但由于稠油的特殊物理性质使其开发及其困难。以重力泄水辅助蒸汽驱和稠油驱泄复合开发技术为基础，采用计算流体动力学软件ANYSY CFX计算分析油层的倾斜角度和油层厚度及原油密度对油（水）渗流速度的影响。研究表明：稠油重力驱过程中，当油层倾斜角度在40o与60o之间时油水的渗流速度减小较快。油层高度在15 m与25 m之间时，水的渗流速度增长较快，并且密度对于两相的渗流速度也有较大的影响。取得研究成果为稠油重力驱渗流研究提供借鉴。

渗流速度；重力驱；数值计算；ANYSY CFX

我国稠油资源丰富[1]，对于中深层稠油热采较浅层有更高的开采难度，埋藏深、沿程热损失大、地层压力高、蒸汽释放的热量少[2]。针对中深层稠油开采，其关键技术在于最大程度提高注入油藏蒸汽干度，降低油藏压力，提高油藏采注比[3]。所见报道中多从油藏数值模拟角度，对蒸汽腔的扩展进行研究[4]，及建立数学模型推导泄油公式，而未见对稠油重力驱渗流速度影响因素分析，本文运用数值计算方法，结合计算流体动力学，讨论分析原油密度，油层厚度，油层倾斜角度对渗流速度的影响规律，明确重力与压力复合作用机理，丰富稠油重力驱渗流理论，为研究稠油重力驱机理提供理论依据。

1 基本概况

在我国油田稠油油藏立体开发实践中，重力泄油、重力泄水已显著改善了油藏的开发效果[4-9]。主要开发方式有：蒸汽驱辅助重力泄油、重力泄水辅助蒸汽驱。重力作用在整个油藏开采过程中总是处处存在的，然而在多数情况下，与其它能量相比，重力所起的作用不大，只有当进入油藏开发后期，其它驱动力都比较微弱时，重力才会显示主要驱动作用。在某种主导驱动作用下，利用重力作用辅助生产，会获得更好的开发效果。尤其是倾角大、厚度大和渗透率好的油藏，往往可以合理利用重力进行驱油。

本文的实验区块，油层含油面积4.2 km2，地质储量10×104t。净总厚度比：0.7；平均孔隙度：35%；平均渗透率：1 613×10-3μm2；原始地层压力：7.35 MPa（中深750 m）；原始油层温度：60 ℃；50 ℃脱气粘度：16.815×104mPa·s；地面原油密度：1.001 g/cm3。

2 数值计算与结果分析

2.1模型的建立及参数的设定

根据实验区地质条件，运用Solidworks建立不同油层厚度的5个模型，模型设定直径5 m，高度分别为15、25、35、45、55、65 m，如图1所示。本文基于ANSYS CFX软件的多孔介质模型，设定模型的孔隙度为0.35，渗透率为1 613×10-3μm2，模型中的流体为油水两相，水的密度为1 000 kg/m3，原油的密度为 990 kg/m3，初始含油饱和度设定为40%。

2.2数值计算与结果分析

2.2.1 油层的倾斜角度对渗流速度的影响

设置原油的温度分别为250、270、290 ℃，在每个温度下都设置模型的倾角（与竖直方向的夹角）为0°、30°、45°、60°、90°，油层厚度为15 m，纵向压力梯度为2.43 MPa/m，初始含油饱和度为40%。油层的倾斜角度与速度的关系如图2-图3所示。

由图2可知油相渗流速度和水相渗流速度均随倾斜角度的增加而减小，当油层倾斜角度在40o与60o之间时，油水的渗流速度减小较快。

由图3可知倾斜角度增加时水相渗流速度与油相渗流速度的差逐渐减小，说明当驱替方向接近水平方向时，两相的渗流速度更加接近，并且不随温度的变化而变化。

2.2.2 油层的高度对渗流速度的影响

设置油层温度为 290 ℃，压力梯度为 1.19 MPa/m，分别改变模型的高度为15、25、35、45、55、65 m，直径均是5 m，油层渗透率为1613 mD，初始含油40%，油水渗流速度与油层的高度关系如图4所示。

由图4可见由于重力的作用，油相渗流速度和水相渗流速度随油层高度的增加而增加，当油层高度在15 m与25 m之间时，两相的渗流速度均增长较快，当高度在25 m与65 m之间时两相的渗流速度较为平稳地增长。

2.2.3 原油的密度对渗流速度的影响

在CFX软件的前处理中设置油层的温度为250℃，压力梯度为2.43 MPa/m，改变密度分别为990、995、998、1 000、1 002、1 005 kg/m³，油层渗透率为1 613 mD，初始含油40%，设置此时的模型高度为30 cm，直径2.5 cm，原油的密度与油相和水相的渗流速度关系如下图5-图6所示。

由图5可知油相和水相的渗流速度随油相密度的变化呈波浪形变化，并且当原油密度大于995kg/m³时两相的渗流速度的变化趋势是相同的。

由图6可知油相和水相的渗流速度差值变化情况与油相的密度有关，并且当油相的密度与水相的密度相同均为1 000 kg/m³时，两相的渗流速度差值最为接近。

3 结 论

（1）油层的倾斜角度影响泄油与泄水的速度。油水渗流速度随倾斜角度的增加而减小，当油层倾斜角度在 40o与 60o之间时油水的渗流速度减小较快。在倾斜角度改变时水相渗流速度与油相渗流速度的差是不随温度的变化而变化的。

（2）油水渗流速度随油层高度的增加而增加，当油层高度在15 m与25 m之间时，水的渗流速度增长较快，大于25m时油水渗流速度较为平稳地增长。

（3）原油的密度影响泄油与泄水的速度。当原油密度大于 960 kg/m³时油水渗流速度的变化趋势是相同的。当原油密度为1 000 kg/m³及与水密度相同时油相渗流速度与水相渗流速度最为接近。

［1］ 崔红岩，李冬冬，林新宇，等．水平井蒸汽辅助重力泄油数值模研究[J]．长江大学学报,2011，8（6）：47-50．

［2］ 任芳祥，孙洪军，户昶昊．辽河油田稠油开发技术与实践[J]．特种油气藏,2012，19（1）：1-8．

［3］ 李凤霞，重力泄油室内实验及油藏模拟[J]．特种油气藏,2004，11（5）：118-119．

［4］ 王选茹，程林松，刘双全，等．蒸汽辅助重力泄油渗流机理研究[J]．西南石油学院学报,2006，28（2）：44-47．

［5］ 张方礼，张丽萍，鲍君刚，等．蒸汽辅助重力泄油技术在超稠油开发中的应用[J]．特种油气藏，2007，7（2）：6-8．

［6］ 王威，赵春梅，张鹰．辽河油田杜 84块超稠油油藏水平井开采数值模拟[J]．新疆石油地质，1998，19（3）：244-246．

［7］ 杨乃群，常斌，程林松．超常规稠油油藏改进的蒸汽辅助重力泄油方式应用研究[J]．中国海上油气（地质），2003，17（2）：123-127．

［8］ 任芳祥，油藏立体开发探讨[J]．石油勘探与开发，2012，39（3）：320-325．

［9］ 张小波，辽河油区稠油采油工艺技术发展方向[J]．特种油气藏，2005（5）：9-13.

Analysis on Factors Influencing the Flow Velocity of Heavy oil Gravity Drive

XIU Li-qun1，YANG Shu-ren1，LIU Li-li1，WANG Yang2，HE Xin-di3
（1. Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China；2. Daqing Oilfield Co., Ltd. Downhole Operation Branch, Heilongjiang Daqing 163000，China）

Heavy oil resources are rich in our country, but its development is difficult because of special physical properties of heavy oil. Based on the assisted gravity draining steam flooding and the development technology of drive drain compound, computation fluid dynamics software ANYSY CFX was used to analyze effect of inclined angle of oil layer, oil reservoir thickness and density of the crude oil (water) on the flow velocity. The results show that, in the process of heavy oil gravity drive, when inclined angle of reservoir is between 40oand 60o, oil and water seepage velocity decreases rapidly; when the reservoir height is between 15 m and 25 m, water seepage velocity increases rapidly; and the density has great influence on two phase seepage velocity. The research results can provide reference for seepage study of gravity drive of heavy oil.

Flow velocity; Gravity drainage; Numerical calculation; ANYSY CFX

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）05-1114-03

2014-12-01

修丽群（1990-），女，在读硕士研究生，研究方向：复杂流体数值模拟。E-mail：996577741@qq.com。