CN114542037A - 一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法，包括(1)使用微流体晶片模拟待开采油藏的地质参数，并向微流体晶片中填充原油，然后将蒸汽注入微流体晶片中，微流体晶片的产出口压力为P，待微流体晶片内形成蒸汽腔，对蒸汽腔边界温度T进行测定；(2)计算不同溶剂‑蒸汽组合在压力为P时的共沸温度；(3)比较蒸汽腔边界温度T与共沸温度，共沸温度最接近蒸汽腔边界温度T的溶剂‑蒸汽组合所使用的溶剂，即为待开采油藏的共注溶剂。本方法能快速准确地筛选出与待开采油藏地质参数匹配的蒸汽共注溶剂，以此指导溶剂辅助蒸汽重力采油工程，有利于产油量的提升，减少不必要的溶剂消耗。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发技术领域，具体涉及一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法。
背景技术
蒸汽辅助重力采油是通过向井内注入蒸汽提供辅助压力的采油技术，具体为在油藏底部打一口水平井，再在它的正上方打一口与其平行的水平井或沿其延伸方向打数口垂直井，构成注采井组，从上面的水平井或垂直井注蒸汽，加热后可流动的沥青在重力作用下流向位于其下方的水平井中，实现驱油。此方法需要消耗大量的能量生产蒸汽，因此面临严重的经济和环境挑战。将烃类溶剂和蒸汽同时注入地下油藏，可有效提高重油开采产量，是改善蒸汽辅助重力采油方法生产性能的新兴技术。
然而，溶剂的加入进一步增加了多元热化学重油开采过程的复杂性。由于采油过程均发生在地下，难以在真实的油藏储层环境下观察蒸汽-溶剂共注现象，因此对溶剂辅助蒸汽重力采油的机理的研究存在较大难度。同时，不同油藏的地质参数多变，原油组分也各不相同，如果没有明确的溶剂选择指导，不仅不能有效提高产油量，还会造成溶剂的浪费。
基于此，有必要提供一种溶剂辅助蒸汽重力采油技术的溶剂筛选方法。
发明内容
针对不同油藏所适用的溶剂存在差别的技术问题，本发明提供一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法，该方法能够较为快速准确的筛选出与待开采油藏地质参数匹配的蒸汽共注溶剂，以该方法指导溶剂辅助蒸汽重力采油工程，不仅有利于产油量的提升，还可以减少不必要的溶剂消耗。
本发明技术方案如下：
一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法，包括如下步骤：
(1)使用微流体晶片模拟待开采油藏的地质参数，并向微流体晶片中填充原油，然后将蒸汽注入微流体晶片中，微流体晶片的产出口压力为P(模拟采油现场作业的井下压力)，待微流体晶片内形成蒸汽腔，对蒸汽腔边界温度T进行测定；
(2)计算不同溶剂-蒸汽组合在压力为P时的共沸温度；
(3)比较蒸汽腔边界温度T与共沸温度的大小，共沸温度最接近蒸汽腔边界温度T的溶剂-蒸汽组合所使用的溶剂，即为待开采油藏的共注溶剂。
进一步的，步骤(2)溶剂选自C4～C14直链烷烃。
进一步的，C4～C14直链烷烃-蒸汽组合的共沸温度按照如下公式计算：
T正丁烷-蒸汽组合＝46.590(lnP)+78.37；
T正戊烷-蒸汽组合＝45.369(lnP)+115.38；
T正己烷-蒸汽组合＝43.9319(lnP)+140.96；
T正庚烷-蒸汽组合＝43.405(lnP)+156.38；
T正辛烷-蒸汽组合＝43.759(lnP)+165.64；
T正壬烷-蒸汽组合＝43.551(lnP)+172.08；
T正癸烷-蒸汽组合＝44.584(lnP)+175.50；
T正十一烷-蒸汽组合＝45.192(lnP)+177.81；
T正十二烷-蒸汽组合＝45.659(lnP)+178.91；
T正十三烷-蒸汽组合＝45.872(lnP)+179.97；
T正十四烷-蒸汽组合＝47.221(lnP)+180.67。
进一步的，微流体晶片的产出口压力P为0.5～3.5MPa。
进一步的，蒸汽腔边界温度T由红外相机探测获得。
进一步的，步骤(1)使用的微流体晶片包括封接的盖片和基片，盖片开有蒸汽进口、第一产出口、第二产出口和第三产出口，其中蒸汽进口和第一产出口位于盖片左侧的两端，第二产出口和第三产出口位于盖片右侧的两端，基片局部设有模拟油藏岩层中岩石颗粒的微柱体阵列，使盖片、基片封接后形成第一无障碍蒸汽通道、蒸汽驱油模拟区域和第二无障碍蒸汽通道，第一无障碍蒸汽通道连通蒸汽进口和第一产出口，第二无障碍蒸汽通道连通第二产出口和第三产出口。
进一步的，微流体晶片的尺寸为10cm*10cm*2.5mm(长*宽*高)。
进一步的，微柱体阵列的高度为50μm，微柱体一般通过蚀刻法加工得到，微柱体的高度过高，则微流体晶片在实验中所能承受的压力会受到影响，微柱体的高度过低，则无法较好模拟地下油藏的孔隙情况；微柱体阵列中微柱体的直径为260～350μm、平均直径为310μm，相邻微柱体的平均间距为120μm，该尺寸接近重油油藏的岩石颗粒尺寸。
进一步的，第一无障碍蒸汽通道和第二无障碍蒸汽通道的宽度均为200μm。
本发明的有益效果在于：
本发明首先利用微流体晶片模拟蒸汽辅助重力采油过程，比较溶剂-蒸汽组合的共沸温度与待开采油藏地质参数条件下蒸汽腔边界温度，确定共沸温度最接近蒸汽腔边界温度的溶剂-蒸汽组合，从而保证所选取的溶剂-蒸汽组合中的溶剂能够恰好在蒸汽腔边界冷凝，从而达到有效稀释重油的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1不同溶剂-蒸汽组合在各压力下的共沸温度图。
图2是本发明实施例1正己烷-蒸汽组合的二元汽液平衡相图。
图3是本发明实施例2微流体晶片的主视图。
图4是本发明实施例2微流体晶片的右视图。
图5是本发明验证例1实验系统的结构示意图。
图6是本发明验证例1微流体晶片的使用状态示意图。
图7是本发明验证例1以正丁烷-蒸汽组合共注时蒸汽腔边界处的红外温度图像。
图8是本发明验证例1以正己烷-蒸汽组合共注时蒸汽腔边界处的红外温度图像。
图中，1-盖片，2-基片，3-蒸汽进口，4-第一产出口，5-第二产出口，6-第三产出口，7-微柱体，8-蒸汽驱油模拟区域，9-第一无障碍蒸汽通道，10-第二无障碍蒸汽通道，11-注射泵，12-高压蒸汽发生器，13-背压调节器，14-电脑，15-氮气，16-数字单透镜反射相机，17-红外相机，18-显微镜相机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法，溶剂选自C4～C14直链烷烃，包括如下步骤：
(1)使用微流体晶片模拟待开采油藏的地质参数，并向微流体晶片中填充原油，然后将蒸汽注入微流体晶片中，微流体晶片的产出口压力P为0.5～3.5MPa，待微流体晶片内形成蒸汽腔，使用红外相机探测蒸汽腔边界温度T；
(2)根据如下公式(该公式曲线与溶剂-蒸汽组合在各压力下的实际共沸温度关系如图1所示)，计算不同溶剂-蒸汽组合在步骤(1)压力条件下的共沸温度，单位为℃；
T正丁烷-蒸汽组合＝46.590(lnP)+78.37；
T正戊烷-蒸汽组合＝45.369(lnP)+115.38；
T正己烷-蒸汽组合＝43.9319(lnP)+140.96；
T正庚烷-蒸汽组合＝43.405(lnP)+156.38；
T正辛烷-蒸汽组合＝43.759(lnP)+165.64；
T正壬烷-蒸汽组合＝43.551(lnP)+172.08；
T正癸烷-蒸汽组合＝44.584(lnP)+175.50；
T正十一烷-蒸汽组合＝45.192(lnP)+177.81；
T正十二烷-蒸汽组合＝45.659(lnP)+178.91；
T正十三烷-蒸汽组合＝45.872(lnP)+179.97；
T正十四烷-蒸汽组合＝47.221(lnP)+180.67；
(3)比较蒸汽腔边界温度T与共沸温度的大小，共沸温度最接近蒸汽腔边界温度T的溶剂-蒸汽组合所使用的溶剂，即为待开采油藏的共注溶剂。
溶剂辅助重力采油技术通常的步骤是将少量的纯烃类溶剂加入高温高压蒸汽中，然后在高温高压下，气态的烃类溶剂会和蒸汽在蒸汽腔边缘冷凝，进而稀释原油，增加原油的流动性。可以看出，溶剂辅助重力采油技术要想发挥效果，便要保证溶剂能够恰好在蒸汽腔边缘位置冷凝成液态，过早冷凝无法有效地将潜热传递给原油，如果气态的溶剂到达蒸汽腔边缘位置仍达不到冷凝温度，则无法达到稀释重油的目的。因此，在选取合适的共注溶剂时，应当考虑其与蒸汽的组合在采油压力下的共沸温度是否与蒸汽腔边缘位置相接近。
以正己烷-蒸汽组合在2.5MPa的产出口压力下的采油过程为例，如图2所示，当温度低于224.5℃且高于182℃时，蒸汽开始冷凝，冷凝液中可能含有微量正己烷，此时重油稀释效果差；直到温度降低至正己烷-蒸汽组合的共沸温度(182℃)，正己烷和蒸汽开始共同冷凝，此时正己烷才能够起到有效传递潜热、稀释原油的效果。
实施例2
如图3、图4所示，在实施例1的基础上，使用尺寸为10cm*10cm*2.5mm(长*宽*高)的微流体晶片模拟重油油藏环境，该微流体晶片包括封接的盖片1和基片2，盖片1开有蒸汽进口3、第一产出口4、第二产出口5和第三产出口6，蒸汽进口3和第一产出口4位于盖片1左侧的两端，第二产出口5和第三产出口6位于盖片1右侧的两端，基片2左侧200μm范围内和基片2右侧200μm范围内不设置微柱体，基片2中部设有高度为50μm的微柱体阵列，微柱体阵列中各微柱体7的直径为260～350μm，平均直径为310μm，相邻微柱体7的平均间距为120μm，以模拟重油油藏岩层中岩石颗粒，盖片1、基片2封接后形成蒸汽驱油模拟区域8和宽度为200μm的第一无障碍蒸汽通道9、第二无障碍蒸汽通道10，其中第一无障碍蒸汽通道9连通蒸汽进口3和第一产出口4，第二无障碍蒸汽通道10连通第二产出口5和第三产出口6。
通过设置无障碍蒸汽通道(即通道上无微柱体)，使通入的溶剂-蒸汽组合可以顺利沿无障碍蒸汽通道通过微流体晶片，利用溶剂-蒸汽自身的温度及冷凝后对原油的稀释作用，而非压力促使微流体晶片内部原油流动，从而实现原油的流出，所模拟的采油过程更加接近原油地下开采的实时状态。同时，也可有效避免玻璃材质的微流体晶片易炸裂的问题。
验证例1
将实施例2的微流体晶片放入聚醚醚酮制作的晶片壳中，晶片壳四角设有与实验系统相连接的通孔，通孔还与微流体晶片的蒸汽进口3、第一产出口4、第二产出口5、第三产出口6连通。
如图5所述，实验系统包括注射泵11、高压蒸汽发生器12、背压调节器13和数据采集系统，注射泵11通过第一管道与高压蒸汽发生器12连通，高压蒸汽发生器12通过第二管道与微流体晶片的蒸汽进口3连通，第二管道上设有压力表和温度控制器，微流体晶片的第一产出口4通过第三管道与背压调节器13连通，背压调节器13用于调节第一产出口4压力，第三管道上设有压力表和温度控制器，背压调节器13还与氮气15连通，高温高压蒸汽发生器12、第二管道、第三管道外侧用加热绳包裹加热并保温；数据采集系统包括电脑14和组合成像工具，组合成像工具由数字单透镜反射相机16(用于获取蒸汽腔的发展和原油的开采情况)、红外相机17(用于获取微流体晶片各位置的实时温度)和显微镜相机18(用于观察孔隙尺度行为)组成。
在上述实验系统中验证本发明的蒸汽共注溶剂筛选方法，具体步骤如下：
S1加热实施例2模拟重油油藏地质条件的微流体晶片至50℃，然后使用针管将加热至50℃的待开采重油由蒸汽进口3注入微流体晶片中，在高温条件下，重油的粘稠度降低，可进入微流体晶片的微柱体阵列中，并将微流体晶片中的空气排出，持续推入重油直至重油可以由第一产出口4、第二产出口5和第三产出口6流出，静置24小时待重油冷却并达到稳定状态。
S2局部加热微流体晶片，使第一无障碍蒸汽通道9处的原油粘稠度降低，然后由蒸汽进口3向微流体晶片中通入180℃蒸汽，使第一无障碍蒸汽通道9处的原油迅速从第一产出口4流出，控制第一产出口4压力为1MPa，然后继续通入180℃蒸汽，开始模拟蒸汽辅助重力采油过程。
S3待微流体晶片内形成蒸汽腔(如图6所示)，利用红外相机17捕捉模拟过程的实时温度，模拟结束后，整理数据得到蒸汽腔边界温度T为132℃。
S4根据公式计算，T正丁烷-蒸汽组合＝78.37℃，T正戊烷-蒸汽组合＝115.38℃，T正己烷-蒸汽组合＝140.96℃，
T正庚烷-蒸汽组合＝156.38℃，T正辛烷-蒸汽组合＝165.64℃，T正壬烷-蒸汽组合＝172.08℃，T正癸烷-蒸汽组合＝175.5℃，
T正十一烷-蒸汽组合＝177.81℃，T正十二烷-蒸汽组合＝178.91℃，T正十三烷-蒸汽组合＝179.97℃，T正十四烷-蒸汽组合＝180.67℃；
S5比较蒸汽腔边界温度T与计算得到的共沸温度，发现正己烷-蒸汽组合的共沸温度最接近蒸汽腔边界温度T(132℃)，因此选择正己烷作为共注溶剂与蒸汽混合，用于辅助重油采油。
用甲苯等彻底清洗微流体晶片，然后重复S1～S3，向微流体晶片中注满重油，依次使用体积比1：10的正丁烷-蒸汽组合、正己烷-蒸汽组合替换蒸汽注入微流体晶片内部，并用红外相机探测对应的蒸汽腔边界温度T，结果如图7、图8所示。
图7中，当使用体积比1：10的正丁烷-蒸汽组合作为共注溶剂时，蒸汽腔边界温度T为132℃，共注溶剂的共沸温度为77℃，由于共沸温度过低，微流体晶片中的正丁烷一直保持气态，无法在蒸汽腔边界处变为液态，因此不能有效稀释重油。
图8中，当使用体积比1：10的正己烷-蒸汽组合作为共注溶剂时，蒸汽腔边界温度T为142℃，共注溶剂的共沸温度为140℃，两温度非常接近，正己烷可以在蒸汽腔边界处冷凝成液态，从而达到有效稀释重油的效果。因此，正己烷比正丁烷更适合与蒸汽混合共注，结论符合本发明方法的筛选结果。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用微流体晶片的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)使用微流体晶片模拟待开采油藏的地质参数，并向微流体晶片中填充原油，然后将蒸汽注入微流体晶片中，微流体晶片的产出口压力为P，待微流体晶片内形成蒸汽腔，对蒸汽腔边界温度T进行测定；
(2)计算不同溶剂-蒸汽组合在压力为P时的共沸温度；
(3)比较蒸汽腔边界温度T与共沸温度的大小，共沸温度最接近蒸汽腔边界温度T的溶剂-蒸汽组合所使用的溶剂，即为待开采油藏的共注溶剂。
2.如权利要求1所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，步骤(2)溶剂选自C4～C14直链烷烃。
3.如权利要求2所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，C4～C14直链烷烃-蒸汽组合的共沸温度按照如下公式计算：
T正丁烷-蒸汽组合＝46.590(lnP)+78.37；
T正戊烷-蒸汽组合＝45.369(lnP)+115.38；
T正己烷-蒸汽组合＝43.9319(lnP)+140.96；
T正庚烷-蒸汽组合＝43.405(lnP)+156.38；
T正辛烷-蒸汽组合＝43.759(lnP)+165.64；
T正壬烷-蒸汽组合＝43.551(lnP)+172.08；
T正癸烷-蒸汽组合＝44.584(lnP)+175.50；
T正十一烷-蒸汽组合＝45.192(lnP)+177.81；
T正十二烷-蒸汽组合＝45.659(lnP)+178.91；
T正十三烷-蒸汽组合＝45.872(lnP)+179.97；
T正十四烷-蒸汽组合＝47.221(lnP)+180.67。
4.如权利要求1所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，微流体晶片的产出口压力P为0.5～3.5MPa。
5.如权利要求1所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，蒸汽腔边界温度T由红外相机探测获得。
6.如权利要求1所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，步骤(1)使用的微流体晶片包括封接的盖片和基片，盖片开有蒸汽进口、第一产出口、第二产出口和第三产出口，其中蒸汽进口和第一产出口位于盖片左侧的两端，第二产出口和第三产出口位于盖片右侧的两端，基片局部设有模拟油藏岩层中岩石颗粒的微柱体阵列，使盖片、基片封接后形成第一无障碍蒸汽通道、蒸汽驱油模拟区域和第二无障碍蒸汽通道，第一无障碍蒸汽通道连通蒸汽进口和第一产出口，第二无障碍蒸汽通道连通第二产出口和第三产出口。
7.如权利要求6所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，微流体晶片的尺寸为10cm*10cm*2.5mm。
8.如权利要求6所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，微柱体阵列的高度为50μm，微柱体阵列中微柱体的直径为260～350μm、平均直径为310μm，相邻微柱体的平均间距为120μm。
9.如权利要求6所述的蒸汽共注溶剂筛选方法，其特征在于，第一无障碍蒸汽通道和第二无障碍蒸汽通道的宽度均为200μm。
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