一种注高含硫化氢和二氧化碳气体的混相机理判别方法与流程

本发明属于油藏注气提高采收率领域，具体涉及一种注高含硫化氢和二氧化碳气体的混相机理判别方法。

背景技术：

气驱作为三大提高采收率技术之一，其应用范围逐年扩大，尤其在低渗透油藏开发方面。相对于注n2和co2，注烃气不仅容易获得气源，而且不会对储层造成伤害，另外注烃气的最小混相压力也往往小于注n2，因此烃气驱具有显著的优势和广阔的应用前景。

对于注气开采技术，从机理上可以分为混相驱与非混相驱两种混相驱是指在多孔介质中，一种流体驱替另一种流体时，由于两种流体之间发生扩散、传质作用，从而使两种流体能互相溶解而不存在分界面。混相驱替的机理是驱替剂(注入的混相气体)和被驱替剂(地层原油)在油藏条件下形成混相，消除界面。如果流体之间不存在界面，也就是说原油和驱替剂之间完全消除了界面张力，毛细管准数变为无穷大，同时多孔介质中的毛细管力降为零，从而减少了因毛细管效应产生毛细管滞留所圈闭的石油，理论上可以使微观驱油效率达到百分之百。而气体混相驱油按其混相机理又可以分为一次接触混相驱和多级接触混相驱。

一次接触混相驱是在一定的温度和压力下，注入流体能够按照任何比例直接与地层原油混合并保持单相的过程。中等相对分子质量烃，如丙烷、丁烷或液化天然气等是常用来进行一次接触混相驱的注入溶剂。对于一次接触混相驱来说，中等相对分子质量的烃注入溶剂将会从沥青基原油中沉淀出来某些沥青。沉淀的趋势随着烃溶剂相对分子质量的增加而减弱。严重的沥青沉淀可降低渗透率，并影响井的注入能力和产能，还可以在生产井中引起堵塞。

多级接触混相驱是指在一定的温度和压力下，注入流体与地层原油虽然不能发生一次接触混相，但在流动过程中，经过两相间反复接触，发生充分的详见传质作用后，也能达到混相的过程。多级接触混相也称为动态混相。富烃气富含c2-c6的中间组分，它不能与油藏原油发生初次接触混相，但在适当的压力下可与原油达到凝析气驱动态混相，即注入的富气与原油发生多次接触，并发生多次凝析作用，富气中的中间组分不断凝析到油藏原油中，使原油逐渐富化，直至与注入气混相，这一过程称为凝析气驱混相，该过程通常发生在后缘(如图1所示)。达到动态混相驱替的另一种机理是依靠就地蒸发作用，让中间相对分子质量烃从油藏原油蒸发并进入注入气，这种达到混相的方法称作蒸发气驱过程。当油藏原油含有较多中间烃时，通过注入气与原油多级接触，能蒸发或抽提原油中的烃，使注入气富化，实现蒸发气驱动态混相，该混相通常发生在前缘(如图2所示)。

在过去较长的时间里，理论和试验都认为只存在两种混相类型，即凝析混相和蒸发混相。而在近几年中，一些国内外文献和实验室实验油证实存在一种新的驱替类型，即凝析/蒸发混相。在用富气驱替原油时，注入气体使原油中的轻/中间组分加富的同时，原油中一些比较轻的种族分也会蒸发到气体中，与新鲜气接触的原油最初变轻，但随着与更多注入气体的接触，原油中也会蒸发一些比较轻的重组分，这样使得原油中的一些较重的重组分相对含量增大，并与注入气的差别更大。

国内外存在一些油藏，其原油中高含h2s和co2组分。h2s和co2能够有效降低原油最小混相压力，且h2s的混相能力强于co2和ch4，能够使注入气体更容易溶解于原油中。将采出来的酸气回注地层如果实现混相驱替，可以大幅提高原油采收率，并且可有效地降低酸气处理成本，解决天然气排放的环保问题。含酸气组分的挥发油藏回注溶解气的混相机理对优化注气方案具有重要意义。对于注气混相机理的研究，相关学者多采用注气膨胀实验和多级接触实验的方法，然而注气膨胀实验是原油静态增溶的过程，只反映原油随注气量增加过程中饱和压力和相态的变化，无法反映油气多次接触传质的动态过程；多级接触实验能够分别模拟注入介质和原油的向前和向后多次接触过程，但仅能反映单一的蒸发式或凝析式混相机理，忽略了两种混相机理并存的情况。实际上，回注溶解气作为烃类气驱的一种同时包含了蒸发和凝析混相机理。汤勇等学者针对烃类气驱建立了凝析/蒸发混相驱机理评价方法，较为系统地评价了双重混相机理条件下的混相能力和混相过程。然而，目前有关单一混相机理(凝析或蒸发)对注烃气混相的支配作用研究较少；当原油高含h2s和co2组分时回注溶解气的混相机理鲜见诸报道，h2s和co2组分对混相方式、混相压力和混相过程的影响机制亦不明确。

技术实现要素：

基于以上背景技术，本发明提供一种注高含硫化氢和二氧化碳气体的混相机理判别方法，利用多级接触实验及细管实验等混相机理评价手段，绘制油藏温度条件下注高含h2s和co2气体的拟三元相图和细管特征曲线，揭示注高含h2s和co2气体的混相机理。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种注高含硫化氢和二氧化碳气体的混相机理判别方法，包括以下步骤：

s1、收集油藏及注入气体相关基础数据；

s2、利用相平衡计算模型模拟高含h2s和co2气体与原油的多级接触过程，绘制油藏温度条件下注高含h2s和co2气体的多级接触实验拟三元相图；

s3、利用细管实验，绘制油藏温度条件下注高含h2s和co2气体的细管特征曲线；

s4、通过s2中的拟三元相图和s3中的细管特征曲线，判断注高含h2s和co2气体的混相机理。

优选地，s1中所收集的数据包括油藏原油组分及注入气体组成、油藏温度、压力等基础数据。

优选地，s2具体他包括：

当油、气相达到平衡时，满足如下式(1)：

fi^l＝fi^v(i＝1,2,...n)(1)

式(1)中：fi^l和fi^v分别为i组分在液相和气相中的逸度；i为组分；n为自然数；

设注入气与原油混合的摩尔比例为m，对于向前接触混相，满足如下式(2)：

式(2)中：m为注入气与原油混合的摩尔比例；ki为i组分的平衡常数；zoi为地层原油中i组分摩尔分数；为接触j-1次后的平衡气相组成；ng为气相摩尔分数；

对于向后接触混相，满足如下式(3)：

式(3)中：zini为注入气中i组分摩尔分数；为接触k-1次后的平衡液相组成；

利用方程(1)～(3)即可得到向前接触过程或向后接触过程平衡状态下气相和液相混合物组成以及相对摩尔数；根据注入气组成和原油组成，利用该方程组计算得到注高含h2s和co2气体的多级接触实验拟三元相图。

优选地，s3中还包括：为了分析h2s和co2对混相机理的影响，分别绘制油藏温度条件下注脱除h2s和co2气体的细管特征曲线及注ch4的细管特征曲线。

优选地，s3中，为模拟细管实验，建立一维网格的组分数值模型；在第一个网格处设置一口注气井，在最后一个网格处设置一口生产井。

优选地，所述一维网格的组分数值模型的网格划分为(100～1000)×1×1；更优选为1000×1×1。

优选地，所述一维网格的组分数值模型的x方向网格步长为0.01～0.05m，y、z方向网格步长为0.001～0.005m。更优选地，所述一维网格的组分数值模型的x方向网格步长为0.01m，y、z方向网格步长为0.001m。

在本发明的优选实施例中，所述一维网格的组分数值模型的网格划分为1000×1×1；x方向网格步长为0.01m，y、z方向网格步长为0.001m。

优选地，所述一维网格的组分数值模型的孔隙度和渗透率根据实际油藏条件设置。例如本发明优选实施例中，孔隙度为6％，渗透率为8×10^-3μm²。

优选地，所述注气井以恒定地层注入量0.001～0.01m³/d注气，更优选为0.001m³/d；所述生产井以恒定井底压力产油；其中恒定井底压力与注气压力有关。

本发明的混相机理判别方法，通过绘制拟三元相图和细管特征曲线，可快速判断注高含h2s和co2气体的混相机理。注高含h2s和co2气体时，界面张力呈现凹型，表现为凝析/蒸发混相机理；注脱除h2s和co2气体时，界面张力也呈现凹型，但凝析作用显著变弱，注ch4则表现为蒸发混相机理。

附图说明

图1为凝析气驱混相机理示意图。

图2为蒸发气驱混相机理示意图。

图3为本发明实施例中注高含h2s和co2气体的多级接触实验拟三元相图。

图4为本发明实施例中注高含h2s和co2气体的含油饱和度及界面张力沿程分布图。

图5为本发明实施例中注脱除h2s和co2气体的含油饱和度及界面张力沿程分布图。

图6为本发明实施例中注ch4的含油饱和度及界面张力沿程分布图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

s1、收集油藏原油组分及注入气体组成、油藏温度、压力等基础数据。

原油及注入气组成数据如表1所示：

表1原油及注入气组成

油藏温度100℃，压力77.8mpa。

s2、注高含h2s和co2气体的多级接触实验。

当油、气相达到平衡时，满足如下方程：

fi^l＝fi^v(i＝1,2,...n)(1)

式中：fi^l和fi^v分别为i组分在液相和气相中的逸度；i为组分；n为自然数。

设注入气与原油混合的摩尔比例为m，对于向前接触混相，满足如下方程：

式中：m为注入气与原油混合的摩尔比例；ki为i组分的平衡常数；zoi为地层原油中i组分摩尔分数；为接触j-1次后的平衡气相组成；ng为气相摩尔分数；

对于向后接触混相，满足如下方程：

式中：zini为注入气中i组分摩尔分数；为接触k-1次后的平衡液相组成。

利用方程(1)～(3)即可得到向前接触过程或向后接触过程平衡状态下气相和液相混合物组成以及相对摩尔数。根据注入气组成和原油组成，利用该方程组计算得到注高含h2s和co2气体的多级接触实验拟三元相图，如图3所示。

从图3可以看出，注高含h2s和co2气体后，气液两相组成先互相靠近，后又互相远离，说明注高含h2s和co2气体的混相机理既不是传统意义上的凝析混相也不是蒸发混相。

s3、注高含h2s和co2气体的细管实验。

细管实验为注入气与地层流体不断的接触提供了一个多孔介质环境，并且可以排除不利的流度比、重力分异和储层非均质性，能够直观地反映出相间传质和混相驱替的过程。为模拟细管实验，建立一维网格的组分数值模型：网格划分为1000×1×1，x方向网格步长为0.01m，y、z方向网格步长为0.001m，孔隙度为6％，渗透率为8×10^-3μm²。在第一个网格处设置一口注气井，在最后一个网格处设置一口生产井；注气井以恒定地层注入量0.001m³/d注气，生产井以恒定井底压力产油。注入0.4倍孔隙体积高含h2s和co2气体的细管特征曲线如图4所示。从图4可以看出，当注高含h2s和co2气体时，界面张力呈现凹型，表现为凝析/蒸发混相机理。

同时为了分析h2s和co2对混相机理的影响，分别绘制油藏温度条件下注脱除h2s和co2气体的细管特征曲线(图5)及注ch4的细管特征曲线(图6)。从图5可以看出，注脱除h2s和co2气体时，界面张力也呈现凹型，也表现为凝析/蒸发混相机理，但凝析作用显著变弱。从图6可以看出，注ch4则表现为单一的蒸发混相机理。结合图4、图5和图6的结果，可以看出，h2s和co2作为中间组分，增强了凝析混相作用。

s4、通过s2中的拟三元相图和s3中的细管特征曲线，判断注高含h2s和co2气体的混相机理。

从拟三元相图可以看出，注高含h2s和co2气体后，气液两相组成先互相靠近，后又互相远离，说明注高含h2s和co2气体的混相机理既不是传统意义上的凝析混相也不是蒸发混相。从细管特征曲线可以看出，当注高含h2s和co2气体时，界面张力呈现凹型，表现为凝析/蒸发混相机理。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。