热水驱提高原油采收率原理与技术

热水驱技术作为一种经济高效的油田开发技术，在国内外已经得到广泛应用。目前，在热水驱技术的研究方面，国内外学者已经进行了大量的实验和理论分析，建立了完整的热水驱采油机理模型，研究了流体物性、渗透率等参数对采收率的影响，探讨了热水驱技术的实践应用。 随着世界能源需求的不断增加，石油勘探开发的难度不断加大，传统的油藏开发技术面临着限制和挑战，因此，开发新型油田开发技术具有重要的应用前景。热水驱技术是一种经济实用的增强采油效果的方法，将会在油田勘探开发中得到越来越广泛的应用。 本书针对热水驱技术研究的不足之处，通过系统分析和优化研究内容，深入探究其实现机理和实践应用场景。同时，结合实际案例分析和实践应用场景，探讨热水驱技术的市场需求和发展前景。

热水驱是一种常用的增产技术，它通过注入高温高压的热水来改变油藏中原油和岩石的物理性质，从而提高采收率。热水驱常用于低渗透油藏、超低渗透油藏的开发，以及稠油（重质油）油藏蒸汽驱后的转换开发。在注热水驱油过程中，热水进入油藏后将释放热量，对油藏岩石、流体、盖底层同时都有热量传递。在一定的热量条件下，当油藏系统达到热平衡状态时，有效热效应的大小（油藏温升程度、受热范围、泄油区弹性能量等）都需要通过油藏岩石和流体的热物性参数获得。因此，实验测定油藏岩石、原油、地层水的热物性参数对于更好地完成油藏的热水驱开发具有十分重要的意义。本书介绍了油藏岩石和流体热物性测定的基本概念和实验方法，包括油藏岩石和流体的热物性测定、密度测量、相态行为研究、渗透率测定、孔隙度测量等方面的内容，以及注热水过程中油藏和流体热效应分析方法，旨在为读者提供一份全面、系统、实用的参考资料。
本书共分为六章。第1章阐述了热水驱原理及其在国内外的研究概况，包括了对稠油、轻质油和低渗透油藏等不同类型油藏的热水驱应用研究成果，对于推广和实施热水驱技术具有重要的借鉴和指导作用。第2章主要介绍了油藏岩石、原油、地层水的热物性参数的实验测定方法，包括热导率、比热容、热膨胀系数等基础参数，同时分析了热物性参数的各类影响因素。第3章主要分析了超低渗透油藏热水驱过程中油藏岩石和流体主要物性的热效应，包括岩石孔隙度、岩石渗透率、流体密度、原油黏度、储层微观孔隙结构的变化，以及注热水条件下的原油蒸馏情况。第4章主要介绍了针对低渗透油藏设计的不同温度的热水驱油实验。对实验结果与常规水驱进行了对比，分析了注入不同PV数（注入体积/孔隙体积）对热水驱驱油效率的影响，并且详述了所开展的注热水过程中的温度分布和热效率研究。第5章从降低水相渗透率的角度出发，阐述了通过改变化学剂的温度形成不断结晶溶解的动态变化的过程，以控制蒸汽冷凝水流度，从而降低水油流度比，并达到提高原油采收率的目的。第6章介绍了典型中深层稠油蒸汽驱油藏转热水驱的油藏工程设计方案。
本书是在笔者从事多年热采技术教学和科研以及矿场应用实践的基础上著写而成的，全书由张弦负责组织、规划和统稿，第1章由崔晓娜撰写，约1万字；第2章～第4章由张弦撰写，约15万字；第5章、第6章由董驰撰写，约9万字。张弦、董驰、崔晓娜任职于东北石油大学。在本书著写过程中，东北石油大学石油工程学院相关学者给予了很多的帮助和支持，研究生杨潇和张宇新对本书做了大量的勘误和校对工作，在此一并表示最诚挚的感谢。
由于作者水平所限，书中难免有不妥之处，恳请读者批评指正!

著者
2023年5月

本书对热水驱国内外研究成果、国内典型热水驱油藏特征和开发情况进行了简单介绍，重点阐述了油藏岩石和流体热物性分析、油藏岩石和流体物性的热效应分析、低渗透油藏热水驱油物理模拟实验研究、控制水相流度提高热水驱采收率研究、稠油油藏蒸汽驱后热水驱技术研究等内容。
本书可供从事超低渗透油藏和稠油油藏开采相关工程的技术人员使用，同时可供高等院校石油工程专业的师生参考。

1引言001
1.1热水驱国内外研究概述003
1.1.1稠油油藏热水驱机理研究及应用003
1.1.2轻质油油藏热水驱机理研究及应用006
1.1.3低渗透油藏热水驱开发008
1.2国内典型热水驱油藏特征和开发概述014
1.2.1典型超低渗透油藏014
1.2.2典型普通低渗透油藏022
1.2.3典型稠油油藏025
小结029
参考文献029

2油藏岩石和流体热物性分析033
2.1岩石和流体热导率的测定033
2.1.1热导率的基本概念033
2.1.2实验原理与方法034
2.1.3实验结果及分析037
2.2岩石和流体比热容的测定042
2.2.1比热容的基本概念042
2.2.2实验原理与方法043
2.2.3实验结果及分析047
2.3岩石和流体热膨胀系数的测定051
2.3.1热膨胀系数的基本概念051
2.3.2实验原理与方法051
2.3.3实验结果及分析053
2.4岩石和流体热物性参数的影响因素055
2.4.1物质成分的影响055
2.4.2温度的影响055
2.4.3密度的影响055
2.4.4压力的影响056
2.4.5液相饱和度的影响056
小结056
参考文献057

3油藏岩石和流体物性的热效应分析058
3.1岩石孔隙度的变化059
3.1.1岩石孔隙度变化的理论分析059
3.1.2岩石孔隙度变化的实验研究060
3.1.3孔隙度的测井曲线响应特征063
3.2岩石渗透率的变化068
3.2.1岩石渗透率变化的理论分析068
3.2.2岩石渗透率变化的实验研究070
3.2.3岩石渗透率的测井方法072
3.3流体密度的变化073
3.3.1油藏流体密度变化的理论分析073
3.3.2油藏流体密度变化的实验研究074
3.4原油黏度的变化076
3.4.1影响原油黏度的主要因素076
3.4.2原油黏温关系实验研究078
3.5储层微观孔隙结构的变化079
3.5.1储层孔喉大小及分布的变化079
3.5.2储层微观孔隙结构变化实验研究080
3.6注热水条件下的原油蒸馏086
3.6.1常压条件下的原油蒸馏086
3.6.2地层压力条件下的原油蒸馏090
3.7温度对岩石润湿性的影响090
3.7.1影响岩石润湿性的主要因素090
3.7.2岩石润湿性变化实验研究092
3.8温度对毛管压力的影响098
3.8.1影响毛管压力的主要因素098
3.8.2毛管压力变化实验研究100
3.9温度对原油/地层水体系界面张力的影响110
3.9.1影响界面张力的主要因素110
3.9.2原油/地层水体系界面张力变化实验研究110
小结118
参考文献120

4低渗透油藏热水驱油物理模拟实验研究122
4.1低渗透岩芯热水驱油实验123
4.1.1实验材料与方法123
4.1.2实验结果与分析124
4.2油藏及原油性质对热水驱的影响实验127
4.2.1原油黏度对热水驱驱油效率的影响127
4.2.2不同渗透率热水驱驱油效率分析128
4.2.3热水驱过程中启动压力梯度的变化130
4.2.4注热水对油水相对渗透率的影响136
4.3热水驱过程中温度分布及热效率实验141
4.3.1实验材料与方法142
4.3.2实验结果与分析143
4.4热水/表面活性剂复合驱效率评价实验146
4.4.1表面活性剂简介147
4.4.2传统表面活性剂性能评价149
4.4.3低张力表面活性剂体系的制备与评价155
4.4.4热表面活性剂驱效率评价159
4.4.5热水/表面活性剂复合驱效率评价162
4.5不同驱替方式对采收率的影响163
小结164参考文献165

5控制水相流度提高热水驱采收率研究167
5.1化学剂结晶法控制流度理论分析167
5.1.1形成稳定驱替前缘的条件167
5.1.2分相流动方程169
5.1.3Buckley-Leverett驱替理论171
5.1.4加入化学剂后驱替前缘发生的变化173
5.2控制水相渗透率化学剂MA简介177
5.2.1控制水相渗透率化学剂筛选原则177
5.2.2MA的性质178
5.2.3MA的工业合成179
5.3MA控制流度物理模拟实验研究180
5.3.1MA降低水相渗透率实验180
5.3.2室内模拟驱油实验183
5.4MA控制流度现场施工参数设计189
5.4.1预处理液189
5.4.2MA的注入浓度189
5.4.3注入速度190
小结190
参考文献191

6稠油油藏蒸汽驱后热水驱技术研究192
6.1蒸汽驱后热水驱提高采收率机理192
6.2蒸汽驱后热水驱物理模拟实验研究194
6.2.1实验准备194
6.2.2实验步骤194
6.2.3实验结果与讨论196
6.3试验区蒸汽驱后热水驱潜力分析197
6.3.1试验区剩余油分布研究197
6.3.2先导试验区转热水驱的可行性200
6.4蒸汽驱后热水驱油藏工程优化设计201
6.4.1油藏工程设计原则201
6.4.2注水温度优选201
6.4.3合理注采比及注水量确定203
6.4.4注水层段优选204
6.4.5注水时机确定205
6.5实施方案部署及指标预测205
6.5.1部署原则205
6.5.2部署结果205
6.5.3注采系统设计206
6.5.4开发指标预测207
6.6方案实施及监测要求208
6.6.1实施中可能出现的问题及对策208
6.6.2实施和监测要求209
小结210
参考文献211

符号表212