Application of Acoustic Wave Propagation Analysis Methods for Monitoring a Miscible Mixing Zone in Porous Media

Abstract

The Biot's acoustics theory, which describes acoustic wave propagation in a porous medium, and computer simulation techniques were utilized to model the behavior of acoustic waves entering and leaving a mixing zone in a miscible displacement in porous media. The results indicate that the angles of waves produced by a mixing zone are equal to angles of waves produced by an abrupt fluid-fluid interface. Therefore, acoustic methods and a relationship between the incident, reflection, and transmission angles can be used to determine the location and thickness of the mixing zone during a miscible displacement process in porous media.     

低渗油藏CO_2驱油混相条件的探讨

CO2与地层油能否达到混相状态对CO2驱油技术的应用效果有重要影响,界面张力法和细管实验法测量的最小混相压力(MMP)存在较大差异。岩心孔隙结构对原油相对体积及CO2密度的影响实验均说明,多孔介质的孔隙特征对流体物性参数产生较大影响,用细管实验MMP值作为油藏条件下CO2-原油体系MMP值的做法也需要理论完善。对影响CO2驱油混相条件的主要因素进行分析,认为岩石孔隙特征、地层压力以及注入流量对多孔介质中CO2-原油体系MMP有明显影响。渗透率下降,测量的MMP值也不同程度地降低;相对而言,平均地层压力较低的油藏,测量的MMP值也较低;对注入流量的研究认为优化流量可获得较低的MMP值。综合分析以上3个因素,初步建立计算多孔介质中CO2-原油体系MMP的方程。该研究将压力分布曲线进一步细化,补充了对不同压力间流体状态的描述。图7表1参11     

CO2-原油混相带运移规律及其对开发效果的影响

CO2-原油混相带的运移规律对混相驱效果具有重要影响,目前尚未形成系统的认识.通过组分数值模拟和数学推导,研究了混相带运移变化规律及对采收率的影响.结果表明:混相带前缘突破前,前缘和后缘波及系数、无因次面积线性增大,无因次宽度达到峰值0.14后逐渐减小,而前缘和后缘指进系数增大速度越来越快;混相带前缘突破时,无因次面积...     

二氧化碳—原油多相多组分渗流机理研究

二氧化碳与烃类体系的多相多组分渗流机理,对于深入理解实际油田注二氧化碳的驱替特征、提高采收率及地质埋存等都具有非常重要的意义。应用细管和多次接触实验以及包含相间传质的多相多组分CO₂驱油藏数值模拟模型,系统研究了CO₂—原油体系的相变规律以及多组分体系的变相态渗流特征。结果表明,,CO₂能够大量蒸发C₁₁以下的烃组分,甚至能够蒸发C₃₂等重烃组分;CO₂气驱过程是一个蒸发与凝析的混合过程, 混相带出现在气驱前缘附近;温度越高,CH₄和N₂含量越大,最小混相压力越大。     

CO2-原油混相带形成机理与表征方法

CO2-原油混相带对CO2驱开发效果具有重要影响,目前尚未提出合理的混相带表征方法。通过理论分析和组分数值模拟,对CO2-原油混相带形成机理与表征方法进行系统研究,结果表明:混相带的形成受CO2与原油间的汽化-凝析作用主导,混相带形成之后的演化主要受水动力弥散作用影响;将油气界面张力等于0.1 dyn/cm的等值线作为混相带后缘,将油相中CO2含量为0.2的等值线作为混相带前缘,混相带宽度等于无因次混相带面积与混相带前缘包络线的长度之比;随着累积注入量的增大,在混相带前缘突破之前,混相带宽度逐渐增大,但增速会逐渐减慢,在混相带前缘突破之后到混相带后缘突破之前,混相带宽度迅速下降,之后趋于平稳。基于混相带的准确表征,可为开展混相带调控改善CO2驱开发效果提供基础。     

江苏油田CO2混相驱现场试验研究

对江苏油田富14断块进行的可行性研究结果表明,复杂小断块油藏可以进行经济有效的CO₂混相驱。江苏油田富14断块在保持最低混相压力的状态下,于1998年末开始进行了CO₂—水交替(WAG)的注入试验。进行了6周期的注入试验后,水气比由0.86:1升至2:1。油井见到了明显的增油降水效果,水驱后油层中形成了新的含油富集带。试验区采油速度由0.5%升至1.2%,综合含水率由93.5%降至63.4%。到目前为止,CO₂波及区采收率已提高4%,CO₂利用率为1240m³/t(油)。试验仍在继续进行。富14断块CO₂混相驱的成功为提高复杂小断块油藏采收率和丰富国内三次采油技术提供了重要的依据。     

一维岩心管内CO_2驱油及质量浓度分布特征

CO2混相驱是一项具有广阔前景的提高采收率技术,在生产实际中已经得到成功应用,但是由于其混相过程复杂,涉及驱动、混合、溶解等作用,使得驱替过程中沿程物质质量浓度分布研究比较困难。为此,从数值模拟的角度出发,建立了经典对流-扩散模型,用该模型讨论了一维CO2混相驱替过程中的物质质量浓度分布关系,并通过分析得出驱替速度主要影响混相段推进速度、弥散系数主要影响混相段内的物质质量浓度分布等结论,为实际生产提供了理论依据。     

水平渗透性裂缝对井孔斯通利波传播的影响

当地层中存在与井孔相交的裂缝时，斯通利波会发生显著衰减，并产生反射波，透射波与反射波的幅度大小与裂缝宽度，充填物及其渗透性密切相关，本文在简化的孔隙地层井孔声波传播理论基础报水平渗透性裂缝带对斯通利波传播的影响，在按比例缩小的模型并中进行了全波列模拟实验验证了理论分析结果。通过比较裂缝灰岩与孔隙砂岩模型并中的结果，还发现斯通利波的频率特性与地层的渗透率有密切关系。     

油层岩石弥散性及其实验研究

近年来弥散性已被验证为油层岩石的一种基本物理性质,并被认为是混溶驱替过程孔隙介质内两种混溶流体不稳定混合能力的一种度量。本文描述实验确定岩石弥散性的理论和方法;并根据实验结果讨论弥散性与渗透率、平均颗粒直径、毛管压力、Koval非均质系数等岩石物性参数以及与水驱油效率的相关性。     

CO_2细管驱油实验混相动态特征表征方法

CO_2在多孔介质驱油过程中,当CO_2—原油体系具备一定条件时,就会发生油气混相的动态相平衡。通过室内细管物理模拟实验,研究CO_2—原油体系的混相动态特征。实验表明:当CO_2体积分数大于85%时,CO_2—原油体系可以达到混相状态;产出气中甲烷和氮气的相对体积分数超过70%,CO_2混相驱为蒸发气驱;CO_2混相驱效率为CO_2驱替效率和CO_2混相效率之和,其中CO_2混相效率还可细分为CO_2抽提效率和传质/扩散效率。量化CO_2与原油过渡区间的混相特征,提出"混相长度L_(细管)"和"相对混相长度Lr_(细管)"2个参数,L细管、Lr_(细管)和实验压力主要分布在2个区间:(1)横向上,L_(细管)为0.20~0.45 m,Lr_(细管)为0.10~0.3 m,压力为20~40MPa;(2)纵向上,L_(细管)为0.20~0.80 m,Lr_(细管)为0.10~0.50 m,压力为24~32 MPa;(3)重合范围,L_(细管)为0.20~0.45 m,Lr_(细管)为0.10~0.30 m,压力为24~32 MPa。该CO_2驱油实验结果对其他CO_2驱混相动态特征表征具有一定的指导作用。     

Scaling miscible displacement in fractured porous media using dimensionless groups

Scaling of miscible and immiscible displacement in porous media using inspectorial analysis leads us to better understanding of the process. Less has been listed about fractured reservoirs especially with the fracture flow conditions taken into consideration. We derived dimensionless groups using Inspectional Analysis for the miscible displacement in fractured porous media when there is flow through fracture. The solvent–solute transfer between fracture and adjunct matrix is only due to diffusion/flux transfer. Based on the dimensionless groups derived we proposed a new dimensionless group for better defining the effectiveness of the process. The newly proposed group, Matrix-Fracture Diffusion Number (N_M-FD), will be critical in evaluating the performance of enhanced oil recovery, CO₂ sequestration and contaminant transport problems. Laboratory scale experiments were performed for validation and physical interpretation of the (N_M-FD).     

CO_2细管模型驱油效果研究

鉴于气驱技术对开发低渗透油藏的良好效果,运用了目前最可靠的测量最小混相压力的细管实验方法,进行了对CO2气体与原油最小混相压力的预测研究.详述了细管实验的实验条件、实验方法、具体步骤与原理.分析结果得到了注采压差、采油速度和采收率随驱替压力的变化规律,并测量了原油与CO2作用的最小混相压力,给出了合理的驱替压力范围,为油藏开采提供了参考依据.     

非离子低分子表面活性剂优选及驱油效率研究

目前国内外对低渗透油藏开发的主要趋势为注气开发,又以CO2混相驱居多。我国低渗油藏以陆上沉积为主,储量大且非均质性严重,油质较重黏度高一般不易达到CO2混相。为了降低驱油混相压力,在尽量少增加成本的情况下提高驱油效率,找到了一类不溶于水但溶于超临界CO2及原油中的非离子低分子表面活性剂,通过研制复配及溶解性与降黏评价实验,找到了2种表活剂CAE、CAF。以细管实验为载体,采用高温高压配样器配置地层油进行驱油效率评价,筛选确定了一种表活剂CAE。进行溶解式驱替及段塞式驱替以确定表活剂CAE的最佳注入方式;进行不同浓度的驱替实验确定表活剂CAE的最佳注入浓度。研究表明:段塞式驱替为该活性剂的最佳注入方式,最佳浓度为0.2%;表活剂CAE在最佳驱替方式下与纯CO2相比可以提高驱油效率约13.13百分点。该研究为国内低渗透油藏相对有效地降低混相压力、提高驱油效率找到了途径,是我国低渗油藏注气开发研究中值得探索和尝试的方法之一。     

表面活性剂降低CO2驱最小混相压力研究现状

CO2混相驱油技术因其驱油效率高的优势而迅速发展。国内多数油藏原油与CO2混相压力过高,无法实现混相驱替。鉴于此,降低CO2与原油最小混相压力是突破方向。目前主要是寻找合适的表面活性剂等添加剂来降低CO2气相与油相的界面张力,进而降低二者间的最小混相压力。其中,研发新型的CO2-原油两亲性表面活性剂极为关键。     

二维多孔介质CO2混相驱油质量浓度分布

CO2混相驱油过程涉及驱动、混合、溶解等多因素的复杂物理化学作用。目前相关研究主要集中在一维物理模拟和数学模型方面,二维条件下的CO2驱油机理讨论较少,而实际油藏开采是多维条件下进行的。因此,文中从数值模拟角度出发,基于经典二维对流扩散方程,建立并求解了二维油藏中心一口注CO2驱油井的物理化学渗流模型,讨论了二维CO2混相驱过程中的CO2质量浓度分布特征及模型相关参数对驱替效果的影响,总结出在不同主控因素下呈现的CO2质量浓度分布形态规律,并对实际生产提出合理建议。     

CO2吞吐技术在断块油藏的应用

CO2吞吐技术室内研究表明：将液态CO2注入油层,在地层温度下,CO2快速汽化混溶于原油,可降低原油粘度85．9％,从而增强原油流动能力;同时地下原油体积膨胀27．9％,使储集层孔隙压力升高,在局部形成饱和地带,使部分残余油被驱动,提高了油相渗透率,可使驱油效率提高7．5％,从而提高油藏的最终采收率。该技术对低渗、封闭未注水的复杂断块油藏比较适用。截至目前,已在孤岛采油厂实施11口油井,累积增油15410t,取得了较好的矿场试验效果,展示出CO2吞吐技术在断块油藏应用的光明前景。     

胜利油田高89区块低渗油藏CO2近混相驱替机理研究

低渗透油藏中CO2驱较难实现混相,而非混相驱驱替效率较低。为实现高效率非混相驱油,以胜利油田高89区块油藏为对象,研究了CO2近混相驱技术可行性及提高采收率机理。通过PVT实验和细管实验,确定了油藏原油的最小混相压力;通过不同相态下的岩心驱替实验,研究了相态变化对CO2驱替效率的影响;通过油藏数值模拟分析了CO2近混相驱提高采收率的机理。实验结果表明,近混相驱与混相驱相似,同样具有溶解、抽提等作用,对于较难实现混相驱的低渗透油藏,近混相驱同样可以达到较好的开发效果。     

复杂断块油田CO2驱油动态监测技术应用与分析

CO₂驱油是3次采油提高采收率的一项重要手段,其驱油前后油藏动态监测评价工作十分重要,目前国内外尚未形成一套成熟的CO₂驱油动态监测评价技术系列。苏北盆地溱潼凹陷CS油田Et组油藏开展了CO₂混相驱先导试验工作,通过运用井间示踪、试井、吸水吸气剖面、产液剖面、剩余油饱和度及油气水性质等动态监测技术及相应监测技术的组合,满足了复杂断块低渗透油藏开展CO₂混相驱试验方案的编制、试验参数的优化调整及效果评价的需求。      

富气驱混相判定方法

富气混相驱是目前进一步提高水驱采收率的主要方法之一。由于组成富气的液化石油气价格昂贵,若驱替过程中不是非混相驱或者发生气窜,注入的混合气在地层内没有与油藏剩余油发生混相作用即被采出,将造成巨大浪费;因此,实时监测油藏驱替动态,主动调整,保证驱替始终处于混相驱状态,就显得尤为重要。以北非某油田富气驱为例,研究了判断混相驱较为实用的方法——拟三元相图法、注入组成和油藏条件法、生产气油比和产出气组分法。结果表明：通过相平衡计算绘制的拟三元相图,不仅可清晰地表示驱替中多次接触混相的过程,还可确定最小混相组成和最小混相压力。为了实现富气混相驱替,首先要确保注入端的压力、温度和富气组成等达到混相要求;其次要监测采出端气油比和产出气中的C3,C4中间组分的变化,并以此作为是否混相的主要判断依据,而生产气油比受储集层物性影响,不确定性强,可作为次要判断依据;最后,根据判断结果,再对注入端参数实时加以调整。     

低频波对泡沫稳定性协同强化效应

为探究低频波对泡沫稳定性的协同强化规律,构建多孔介质玻璃颗粒模拟器,开展了低频波激励下泡沫在不同孔隙直径（0.541~0.657 mm）多孔介质模拟器中稳定性表征实验,结合Plateau边界流体渗流理论,建立波动条件下泡沫边界流体微渗流动力学模型。研究结果表明,振动可以提高泡沫半衰期,不同孔隙直径多孔介质模拟器中泡沫半衰期提高倍数不同且最佳振动参数不同,多孔介质模拟器孔隙直径为0.541 mm时,对应的最佳振动频率和加速度分别为30 Hz、0.7 g（g为重力加速度）,泡沫半衰期提高倍数为1.55;多孔介质模拟器孔隙直径为0.657 mm时,对应的最佳振动频率和加速度分别为35 Hz、0.5 g,泡沫半衰期提高倍数为1.38。波动流体微渗流模型揭示,低频波通过改变流体微元的移动速度、缩短流体微元的移动距离来提高泡沫稳定性。