超临界CO2驱嘴流特性及分注工艺研究

作     者：李裴晨 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯进;唐少波

授予年度：2020年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：状态方程 井筒模型 嘴流特性 分注工艺 

摘      要：在长期的石油开采过程中,二次采油增产技术已不能满足当前油田含水率高,地层渗透率低等工况。传统的注水驱油技术不仅造成水资源的大量浪费且在当前工况下开采率较低。超临界CO凭借其无液相、扩散系数大、粘度低特点不会造成粘土膨胀、液堵等优点,溶解能力强的特点可以在油层中和原油形成混和流体从而实现独特的驱油机理:其强大的萃取能力可使原油中的轻质组分分离或气化,减小界面张力形成混相;同时可减小原油粘度,使其体积膨胀的特点在三次采油技术中成为研究热点。而在分层配注CO的过程中由于缺少适合于CO节流的气嘴结构难以研究其嘴流特性从而降低井下分层配注效果。因此,为了实现超临界CO分层配注工艺,本文设计了一款针对超临界CO特殊性质的气嘴结构,满足不同层调节要求,研究嘴流规律;根据各注入层参数,结合嘴流特性和井筒动态,形成预测各层气嘴开度和确定井口注入参数的一套方法,为CO分注工艺的制定提供科学依据。主要研究内容为:(1)依据P-R方程和Vesovic模型对CO热物性参数进行了求解分析。(2)根据传热学和流体性质建立了井筒温度压力耦合模型,分析了注入参数对井下温度、压力和相态的影响。(3)对现有注水配注器进行了注CO节流适应性仿真,根据现有气嘴结构设计了一款适应于CO节流的气嘴结构。(4)开展了超临界CO嘴流实验,验证了采用CFD仿真数据的可靠性。并对气嘴尺寸参数进行了优化,对优化后尺寸气嘴结构进行了压力在10-70MPa,温度在303-393K范围内仿真分析并拟合了关于节流压差,注入温度、压力、流量及气嘴开度的多参数嘴流公式。(5)根据井筒模型及气嘴结构进行了全井分注模拟分析。主要研究成果为:采用P-R和Vesovic模型求解的热物性参数满足工程要求精度,数据分析表明热物性参数受温度压力影响较大,密度、粘度和导热系数变化趋势相似随着压力增加而增加,定压热容与焦耳-汤姆逊系数都随着压力增加下降到一定值;根据井筒模型分析表明注入温度对井下参数及相态分布的影响较大。环形缝隙气嘴结构满足2-2.5MPa的层间压差且具有调节性;根据全井分注模拟分析表明本文制定的分层配注工艺满足层间压差在2-2.5MPa下井下分层等量注入。