稠油出砂冷采过程学模型研究
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ｒ —Ｐ ｉ 一 △ｐ
由于稠 油 的粘 度 随 温 度变 化 异 常显 著 ， 其 强化 开 采 通 常 采 用 热 采 方 法 实 现 。 但 由于 热 采 常 用 燃 烧 甲烷来产 生蒸 汽 ， 其 操作 费用 较 高并呈 上 升趋势 。 在 油 价 日益 上 涨 的 今 天 ， 迫 切需 要一 种低 成 本、 高 效 的
高 。 稠 油 出ｍ ） － 冷采 就是在 适 合 的条件 下 ， 通过将 原 油和砂 同时采 出， 明 显 改善 储 层 流 动 特 征 的 方 法 。 出 砂 冷 采 的 作 用机 理 是 一 个 变 化 的 过 程 ， 不 同 时 期 的 主 要 作 用机 理 不尽 一 致 ， 但 出砂 仍 是 油 藏 保 持 高 产 的 主 导 因 素 。本 文 介 绍 了稠 油 油 藏 的 骨 架砂 蚀 标 准 ， 给 出了临界 生产压差 的 计算 方 法 ， 着 重 描 述 了产 砂 模
上 式 中 一 ２ （ ｌ 旦 ｕ）
－
（ １ ）
改 善储层 流动特 征 的方法 。 稠油 出砂 冷采 技 术是 ２ Ｏ世 纪 ８ ０年 代 中 期 发 展 起 来 的 。经 过 ２ ０多 年 的 不 断 探 索 研 究 以 及 现 场 实 践 ， 对 其 主 要 渗 流 机 理 的 认 识 已逐 渐 清 晰 。 稠 油 出 砂 冷 采 中描 述 流 体 渗 流 机 理 的 数 学 模 型 对 于 帮 助 人 们 认 识 和 有 效 地 开 发 稠 油 油 藏 是 非 常 重 要 的 。本 文 着 重 对 冷 采 中 不 同开 采 阶 段 起 主 导 作 用 的 影 响 因 素 做 了逐一描 述 ， 并 展 现 了 主 要 机 理 下 的数 学 模 型 。
层 出砂 。
冷 采 的产 量 ， 常 采 用 增 加 生 产 压 差 激 励 出 砂 的 方 法
来 扩 大油流 通道 ， 减少 流动 阻力 。
１ 骨 架 砂 蚀 标 准
２ 油 出 砂 冷 采 模 型 描 述
２． １ 砂 模 型
出砂 冷采 的 作用 机 理 是 一个 变 化 的过 程 ， 即 在 不 同 时期 其 主 要 作 用 机 理 不 尽 一 致 。在 开 发 的 早 期 阶段 ， 泄 油 面积 很 小 ， 流 动 的距 离 较 短 ， 压 力 梯 度 很 大。 这 时 砂 的 流 动 对 流 体 流 量 的增 加 起 重 要 的 作 用 。 同时泡沫 油 开始在 近井 地带 形成 ， 并促 进砂粒 脱落 。
一
移、 沉 淀 或 者 堵 塞 孔 隙 喉 道 。反 过 来 ， 它 们 也 将 影 响
油 藏 流 体 的 渗 流 和 岩 石 骨 架 的 变 形 。 为 了 提 高 稠 油
由方 程 （ ３ ） 可 以 得 出 临 界 生 产 压 差 Ａｐ ｃ 。因 此 骨 架砂 蚀判 断标 准为 ： 当Ａ ｐ ＜ Ａｐ ｃ时 。 岩 石 骨 架 未 被 破 坏 ， 地 层 不 出砂 ； 当 Ａｐ ＞Ａ ｐ ｃ时 ， 岩 石骨架 被破坏 ． 地
型 、 蚯蚓 洞模 型 以及 泡沫 油模 型 ， 以便 更 为 准 确 地 预 测 油 藏 生 产 动 态 。
关 键词 ： 稠 油冷采 ； 出砂 ； 蚯蚓洞； 泡沫 油； 数 学 模 型
中图分类 号 ： ＴＥ３ １ ９ ． １
文 献标识 码 ： Ａ
文 章编号 ： １ ０ ０ ６ －７ ９ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ９ 一Ｏ ０ １ ６ 一Ｏ ２ 图 １是 水 平 裸 眼 井 的 力 学 模 型 。 以 应 力 分 析 为 基础 ， 最 大 径 向 应 力 、 最 大 周 向应力 ｏ ｏ 和 最 大 垂 向 应 力 表 示 如 下 ：
垂 向主应 力 ， ＭＰ ａ 。
塑 性 流 体 遵 循 相 似 的 方 程 Ｄｒ ｕ ｃ ｈ ｅ ｒ —Ｐｒ ａ ｇ ｅ ｒ屈
服 准贝 Ｕ ：
￣ ／Ｊ ２一 ＫＩ ｌ ＋ Ｈ （ ３ ）
式中： Ｉ 为 第 一 应 力 不 变 张 量 ； Ｊ 为 第 二 应 力 不 变 张量 ； Ｋ 和 Ｈ 是材 料参数 。 将 方程 （ １ ） 代 入 方程 （ ２ ） 中． 简 化 后 得 到 关 于 生 产 压 差 Ａｐ 的 二 次 方 程 ：
开 采 方 式 来 开 采 稠 油 。 稠 油 出 砂 冷 采 就 是 在 适 合 的
条 件下 。 通 过非 热力 方式将 原 油 和砂 同时采 出 ， 明 显
． 《 嘞一 （ １ —２ １ ｊ ） Ａｐ － Ｆ ３ 嘶Ｉ 一 一 Ｐ ｉ Ｌ 一ａ － ｔ － ２ ｕ （ 嘶Ｉ 一仃 ｈ ） 一２ ｒ ＂ Ｎ Ａｐ
Ａ ｈｐ ４ － ＢＡｐ－ ｔ － Ｃ一 ０ （ ４ ）
岩 石结 构发 生形变 ， 导致 固体颗 粒剥 离 。 当 油 藏 岩 石
变 形超 过其 破坏极 限 时 ， 岩 石骨 架将发 生 破坏 ， 骨 架 砂 也 随之产 生 。 一 部分 骨架 砂将 进 入流体 ， 并 随 流 体 起 流动 ， 叫 做 可 移 动 砂 。 它 们 在 流 动 过 程 中 会 运
内蒙古 石 油化 工
２ ０ １ ３ 年第 ９ 期
稠 油 出砂 冷 采过 程 学 模 型 研 究
王 颖
（ 中油 辽 河 油 田分 公 司 ， 辽宁 盘锦 １ ２ ４ ０ １ ０ ） 摘 要 ： 由于稠 油 的粘 度 随温度 变化异 常显 著 ， 其 强 化 开 采 通 常 采 用 热 采 方 法 实现 ， 但 操 作 费 用 较
稠 油 出砂 冷 采 是一 个 流 一固耦 合 的过程 ， 流 体 微 粒 不仅 可 以在 孔 隙介 质 中流动 ）
式 中： ｐ ｉ 为 初 始压 力 。 ＭＰ ａ； Ａｐ 为 生 产 压 差 ， Ｍ Ｐａ ； ｕ是 泊 松 比 ； ａ为 有 效 孔 隙 压 力 系 数 ； 是 最 大 水平 主应 力 ， ＭＰ ａ； ａ ｈ为 最 小 水 平 主 应 力 ， ＭＰ ａ； 为
由于稠 油 的粘 度 随 温 度变 化 异 常显 著 ， 其 强化 开 采 通 常 采 用 热 采 方 法 实 现 。 但 由于 热 采 常 用 燃 烧 甲烷来产 生蒸 汽 ， 其 操作 费用 较 高并呈 上 升趋势 。 在 油 价 日益 上 涨 的 今 天 ， 迫 切需 要一 种低 成 本、 高 效 的
高 。 稠 油 出ｍ ） － 冷采 就是在 适 合 的条件 下 ， 通过将 原 油和砂 同时采 出， 明 显 改善 储 层 流 动 特 征 的 方 法 。 出 砂 冷 采 的 作 用机 理 是 一 个 变 化 的 过 程 ， 不 同 时 期 的 主 要 作 用机 理 不尽 一 致 ， 但 出砂 仍 是 油 藏 保 持 高 产 的 主 导 因 素 。本 文 介 绍 了稠 油 油 藏 的 骨 架砂 蚀 标 准 ， 给 出了临界 生产压差 的 计算 方 法 ， 着 重 描 述 了产 砂 模
上 式 中 一 ２ （ ｌ 旦 ｕ）
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（ １ ）
改 善储层 流动特 征 的方法 。 稠油 出砂 冷采 技 术是 ２ Ｏ世 纪 ８ ０年 代 中 期 发 展 起 来 的 。经 过 ２ ０多 年 的 不 断 探 索 研 究 以 及 现 场 实 践 ， 对 其 主 要 渗 流 机 理 的 认 识 已逐 渐 清 晰 。 稠 油 出 砂 冷 采 中描 述 流 体 渗 流 机 理 的 数 学 模 型 对 于 帮 助 人 们 认 识 和 有 效 地 开 发 稠 油 油 藏 是 非 常 重 要 的 。本 文 着 重 对 冷 采 中 不 同开 采 阶 段 起 主 导 作 用 的 影 响 因 素 做 了逐一描 述 ， 并 展 现 了 主 要 机 理 下 的数 学 模 型 。
层 出砂 。
冷 采 的产 量 ， 常 采 用 增 加 生 产 压 差 激 励 出 砂 的 方 法
来 扩 大油流 通道 ， 减少 流动 阻力 。
１ 骨 架 砂 蚀 标 准
２ 油 出 砂 冷 采 模 型 描 述
２． １ 砂 模 型
出砂 冷采 的 作用 机 理 是 一个 变 化 的过 程 ， 即 在 不 同 时期 其 主 要 作 用 机 理 不 尽 一 致 。在 开 发 的 早 期 阶段 ， 泄 油 面积 很 小 ， 流 动 的距 离 较 短 ， 压 力 梯 度 很 大。 这 时 砂 的 流 动 对 流 体 流 量 的增 加 起 重 要 的 作 用 。 同时泡沫 油 开始在 近井 地带 形成 ， 并促 进砂粒 脱落 。
一
移、 沉 淀 或 者 堵 塞 孔 隙 喉 道 。反 过 来 ， 它 们 也 将 影 响
油 藏 流 体 的 渗 流 和 岩 石 骨 架 的 变 形 。 为 了 提 高 稠 油
由方 程 （ ３ ） 可 以 得 出 临 界 生 产 压 差 Ａｐ ｃ 。因 此 骨 架砂 蚀判 断标 准为 ： 当Ａ ｐ ＜ Ａｐ ｃ时 。 岩 石 骨 架 未 被 破 坏 ， 地 层 不 出砂 ； 当 Ａｐ ＞Ａ ｐ ｃ时 ， 岩 石骨架 被破坏 ． 地
型 、 蚯蚓 洞模 型 以及 泡沫 油模 型 ， 以便 更 为 准 确 地 预 测 油 藏 生 产 动 态 。
关 键词 ： 稠 油冷采 ； 出砂 ； 蚯蚓洞； 泡沫 油； 数 学 模 型
中图分类 号 ： ＴＥ３ １ ９ ． １
文 献标识 码 ： Ａ
文 章编号 ： １ ０ ０ ６ －７ ９ ８ １ （ ２ ０ １ ３ ） ９ 一Ｏ ０ １ ６ 一Ｏ ２ 图 １是 水 平 裸 眼 井 的 力 学 模 型 。 以 应 力 分 析 为 基础 ， 最 大 径 向 应 力 、 最 大 周 向应力 ｏ ｏ 和 最 大 垂 向 应 力 表 示 如 下 ：
垂 向主应 力 ， ＭＰ ａ 。
塑 性 流 体 遵 循 相 似 的 方 程 Ｄｒ ｕ ｃ ｈ ｅ ｒ —Ｐｒ ａ ｇ ｅ ｒ屈
服 准贝 Ｕ ：
￣ ／Ｊ ２一 ＫＩ ｌ ＋ Ｈ （ ３ ）
式中： Ｉ 为 第 一 应 力 不 变 张 量 ； Ｊ 为 第 二 应 力 不 变 张量 ； Ｋ 和 Ｈ 是材 料参数 。 将 方程 （ １ ） 代 入 方程 （ ２ ） 中． 简 化 后 得 到 关 于 生 产 压 差 Ａｐ 的 二 次 方 程 ：
开 采 方 式 来 开 采 稠 油 。 稠 油 出 砂 冷 采 就 是 在 适 合 的
条 件下 。 通 过非 热力 方式将 原 油 和砂 同时采 出 ， 明 显
． 《 嘞一 （ １ —２ １ ｊ ） Ａｐ － Ｆ ３ 嘶Ｉ 一 一 Ｐ ｉ Ｌ 一ａ － ｔ － ２ ｕ （ 嘶Ｉ 一仃 ｈ ） 一２ ｒ ＂ Ｎ Ａｐ
Ａ ｈｐ ４ － ＢＡｐ－ ｔ － Ｃ一 ０ （ ４ ）
岩 石结 构发 生形变 ， 导致 固体颗 粒剥 离 。 当 油 藏 岩 石
变 形超 过其 破坏极 限 时 ， 岩 石骨 架将发 生 破坏 ， 骨 架 砂 也 随之产 生 。 一 部分 骨架 砂将 进 入流体 ， 并 随 流 体 起 流动 ， 叫 做 可 移 动 砂 。 它 们 在 流 动 过 程 中 会 运
内蒙古 石 油化 工
２ ０ １ ３ 年第 ９ 期
稠 油 出砂 冷 采过 程 学 模 型 研 究
王 颖
（ 中油 辽 河 油 田分 公 司 ， 辽宁 盘锦 １ ２ ４ ０ １ ０ ） 摘 要 ： 由于稠 油 的粘 度 随温度 变化异 常显 著 ， 其 强 化 开 采 通 常 采 用 热 采 方 法 实现 ， 但 操 作 费 用 较
稠 油 出砂 冷 采 是一 个 流 一固耦 合 的过程 ， 流 体 微 粒 不仅 可 以在 孔 隙介 质 中流动 ）
式 中： ｐ ｉ 为 初 始压 力 。 ＭＰ ａ； Ａｐ 为 生 产 压 差 ， Ｍ Ｐａ ； ｕ是 泊 松 比 ； ａ为 有 效 孔 隙 压 力 系 数 ； 是 最 大 水平 主应 力 ， ＭＰ ａ； ａ ｈ为 最 小 水 平 主 应 力 ， ＭＰ ａ； 为