火烧油层采油技术基础研究及其应用

论文摘要

火烧油层采油技术具有适用范围广、物源充足、采收率高及成本低等优势。但由于火驱机理十分复杂，加之对其的理论研究和现场试验工作时断时续不系统，所以至今有关其基础性研究工作仍有很多方面欠缺，影响了火烧油层技术的推广和应用，急需加强。针对这一实际问题，本文在充分调研前人工作成果的基础上，进一步开展了火烧油层采油技术基础理论和应用方法研究。本文应用实验数据建立了高温燃烧反应方程式，揭示了火烧油层问题的本质；测定了温度场变化状态；测定了自燃温度、氧气利用率、燃料消耗量、空气需要量、空气油比值及视H/C原子比等火烧油层燃烧基础参数，并提出了计算这些参数的方法；确定了燃烧前缘的推进速率及燃烧过程的稳定性影响因素，其结论可以为现场方案设计提供科学依据。本文通过对采出原油进行有机地化分析，对辽河油田不同区块原油的燃烧参数进行对比分析，发现辽河稠油经过火烧油层后生成了高温裂解作用产物—蒽。因原始地层中不存在物质蒽，所以火烧后采出油中如果存在该化合物则可以认为火驱成功。物质蒽是火驱成功与否的重要标记化合物之一。本文建立了地下注入氧气浓度是常数及变量两种不同条件下的燃烧区形状方程。研究表明：累计注气量对燃烧区厚度影响严重，空气需要量及油层孔隙度对其影响较轻。本文建立了火烧油层地下氧气浓度分布方程式。所建方程为研究油层燃烧动态、确定火烧波及范围和优化注采井距提供了新方法。本文建立了火烧油层燃烧区体积方程，对影响燃烧区体积的因素进行了分析。在此基础上建立了火烧油层的体积波及系数计算公式和产油量计算方法。本文这一成果为火烧油层采油工艺设计和技术参数优化提供了新理论和新方法。从实用性考虑，本文提出火烧油层采油工艺设计主要内容包括：(1)给定井网所需空气总量的计算；(2)空气注入速率的确定；(3)计算空气注入压力；由此(1)～(3)结果可以决定注气设备和施工方案等；(4)预测火烧油层采油工艺效果，计算原油产量、空气油比和采收率等，依此判断所设计工艺在技术和经济方面成功与否。本文不仅提出了设计方法，而且给出了符合油田实际情况的设计示例。本文的研究结论对油田采油生产具有重要的参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外火烧油层采油技术研究现状
• 1.2.1 火烧油层采油技术简介
• 1.2.2 火烧油层物理模拟装置研究
• 1.2.3 火烧油层物理模拟实验及理论研究
• 1.2.4 火烧油层数值模拟研究
• 1.2.5 火烧油层现场先导试验研究
• 1.3 本文的主要研究工作
• 第2章 火烧油层化学机理及其影响因素研究
• 2.1 火烧油层过程中的化学反应
• 2.2 火烧油层燃烧反应动力学研究
• 2.3 火烧油层地下燃烧区带的划分
• 2.4 已燃区内滞留的热量分析
• 2.4.1 燃烧可能达到的最高温度的估算
• 2.4.2 干油层中释放的热量和滞留的热量的计算
• 2.5 火烧油层点火温度计算方法研究
• 2.5.1 点火温度计算方法的提出
• 2.5.2 理论公式中经验常数的实验确定
• 2.6 本章小结
• 第3章 火烧油层一维模拟实验和重要技术参数的确定
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验方案的制定
• 3.3 实验步骤与实验条件
• 3.3.1 实验步骤
• 3.3.2 实验装置
• 3.3.3 实验条件
• 3.4 一维燃烧管模拟实验结果及分析
• 3.4.1 温度场变化与点火温度
• 3.4.2 气体组分变化
• 3.4.3 驱油效率与空气油比
• 3.4.4 燃料消耗量与空气需要量
• 3.4.5 原油物理化学性质变化
• 3.5 不同区块原油火烧效果对比分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 火烧油层燃烧区形状及氧气浓度分布规律
• 4.1 基本假设与基本方程
• 4.2 氧气浓度为常数条件下燃烧区形状方程及分析
• 4.3 氧气浓度是变量条件下燃烧区形状方程及分析
• 4.3.1 氧气的质量守恒方程
• 4.3.2 氧气浓度分布方程
• 4.3.3 燃烧区形状方程
• 4.4 火烧油层燃烧区体积方程研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 火烧油层采油工艺的初步设计方法
• 5.1 火烧油层的筛选标准
• 5.2 火烧油层的重要参数计算
• 5.3 火烧油层的波及系数
• 5.4 火烧油层采油工艺设计内容与设计方法
• 5.4.1 给定井网所需的空气总量VT a
• 5.4.2 空气注入速率ia
• 5.4.3 空气注入压力Pi w
• 5.4.4 原油产出量N P或VT
• 5.5 火烧油层采油工艺设计计算示例
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的文章
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢
• 详细摘要