烃气混相驱气体示踪剂解释理论与应用技术

论文摘要

气体示踪剂技术于上世纪 60 年代开始进入油田现场,早期多为放射性物质,80 年代氟利昂类物质应用较广,考虑到氟利昂对人身安全和生态环境的不利影响,90 年代中后期开始应用全氟烃类物质,这类物质最低检测浓度可达到 1/1015,且化学和热稳定性非常好。根据有关文献,目前气体示踪剂技术在应用上已经比较成熟,但针对性的解释方法尚未见有报导,为促进该领域的发展,本论文以“中原油田文 88 块烃气混相驱先导试验”为依托,在这方面做了尝试。描述流体在多孔介质中运移规律的扩散渗流方程是示踪剂解释的最基本理论,本论文首先通过对该方程推导过程、假设条件、影响因素及求解方法的研究,分析了其含义、适用条件和解的内涵,以此为基础,研究了注气混相驱中气体示踪剂渗流的“滞流”特征,由此建立了气体示踪剂的渗流模型,并将其与扩散渗流方程相结合,形成了带“滞流”的气体示踪剂扩散渗流数学模型。气体示踪剂在多孔介质中的运移,不仅受示踪剂弥散作用的影响,而且还受到井网类型的影响,现有示踪剂理论将后者首先体现为井网对流场(流管)的影响,通过改变流场来改变示踪剂的产出过程,但当将这一方法用于注气混相驱时,由于气/油间显著的流度差异,其井网中只有一种流体的假设显然不能满足气体示踪剂解释的需要。为此,论文研究了采用两相渗流模型描述注气混相驱的可行性,通过合理处理模型参数,在流管坐标中,建立了不利流度比条件下的混相驱两相渗流数学模型。由于不同的注气时刻,井网中的流体分布不同,流体分布的改变也会导致井网中流场的不断变化,因而描述注气混相驱的两相渗流模型是一个“全变流管”中的驱替过程。当采用“全变流管”技术描述示踪剂的采出过程时,却面临着一个很大的难题,就是非常难于确定示踪剂的前沿位置,为了解决这一问题,凭借较为可靠的依据,提出了“半变流管”方法,从而较好地解决了这一难题。在气体示踪剂的应用技术中,本论文不仅介绍了可用气体示踪剂的种类、性质、注入方法及检测技术,而且重点分析了注气混相驱不利流度比对面积波及的影响,并以此为基础,研究了低面积波及情况下气体示踪剂用量设计的方法。

论文目录

• 1. 引言
• 1.1 气体示踪剂技术国内外研究现状
• 1.2 本论文研究的目的及意义
• 1.3 现有示踪剂理论局限性及本文主要研究内容
• 1.4 研究思路与创新点
• 2. 示踪剂扩散渗流理论基础
• 2.1 流体渗流与水力弥散现象
• 2.2 理想扩散渗流方程
• 2.2.1 扩散方程式
• 2.2.2 带传质扩散渗流的连续性方程
• 2.2.3 一维理想扩散渗流方程
• 2.2.4 扩散系数分析
• 2.3 混合标准方差
• 2.3.1 混合标准方差的定义
• 2.3.2 不同几何形状介质下的混合标准方差
• 2.3.3 混合标准方差的归一化处理
• 2.4 带吸附作用的传质扩散理论
• 2.4.1 扩散剂在表面上的吸附过程
• 2.4.2 带吸附现象的扩散方程
• 2.4.3 吸附-扩散方程的求解
• 3. 气体示踪剂渗流特征及其数学描述
• 3.1 概述
• 3.2 气体示踪剂的滞流现象
• 3.2.1 几种常用的气体示踪剂
• 3.2.2 φ.Dugstad 气体示踪剂滞流实验
• 3.2.3 滞流现象及其分析
• 3.3 多孔介质中相间传质平衡
• 3.3.1 实验依据——P.Raimondi 相间传质实验
• 3.3.2 理论依据
• 3.4 气体示踪剂滞流描述
• 3.4.1 示踪剂段塞流动模型
• 3.4.2 存在滞流的扩散渗流方程
• 3.5 扩散渗流方程的适用性
• 3.5.1 实验理论
• 3.5.2 Brigham W E 实验方法
• 3.5.3 影响因素分析
• 3.5.4 粘度比影响的认识
• 3.6 考虑粘度差的扩散理论
• 4. 示踪剂两相渗流预测数学模型
• 4.1 混相驱两相渗流模型的提出
• 4.2 混相驱两相渗流模型
• 4.2.1 基本数学模型
• 4.2.2 一维稳定渗流模型的解
• 4.3 两相模型的可靠性分析
• 4.3.1 理论分析
• 4.3.2 实验对比
• 4.4 模型参数处理
• 4.4.1 相对渗透率曲线的处理
• 4.4.2 粘度的处理
• 4.4.3 密度的处理
• 4.4.4 混合参数ω值的确定
• 4.5 流管计算及示踪剂产出浓度预测
• 4.5.1 综述与基本概念
• 4.5.2 简单边界条件下流线的计算
• 4.5.3 复杂边界条件下流线的生成
• 4.5.4 流管中的压力分布及流量分配
• 4.5.5 流管中示踪剂采出浓度的预测
• 4.5.6 示踪剂产出浓度预测计算过程
• 5. 气体示踪剂应用技术
• 5.1 气体示踪剂用量设计
• 5.1.1 Brigham-Smith 方法
• 5.1.2 注气混相驱驱替特征分析
• 5.1.3 气体示踪剂用量设计方法
• 5.2 气体示踪剂的分类及性质
• 5.2.1 放射性气体示踪剂
• 5.2.2 化学气体示踪剂
• 5.3 气体示踪剂的检测
• 5.4 气体示踪剂的投放及取样
• 5.4.1 投放
• 5.4.2 取样
• 5.4.3 井筒膨胀对取样浓度的影响
• 5.5 特性实验研究综述
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录