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摘要：这篇论文从单独作用和混合作用两方面入手展现了在天然裂缝桐油油藏连续注蒸汽开采过程中，气体溶解作用、CO2生成作用、蒸汽蒸馏作用、毛细管自吸作用以及重力排驱作用等驱油机理对油气采收率的不同影响。本研究利用两个数学模型来模拟基岩升温过程。实验结果表明，基质岩块蒸汽驱过程中原油的采出机理主要是蒸汽蒸馏和气体溶解的混合作用，这个结论对同类油藏蒸汽注入工程的设计有着关键的指导作用。
引言
上世纪80年代之前，人们普遍认为天然裂缝性油藏采用蒸汽驱可能会导致原油偏离流道进入裂缝，导致原油最终不能被采出。然而，在80年代初期，模拟操作及油田测试的结果展现了在天然裂缝性油藏中采用蒸汽驱开采稠油的经济潜力。为了对相关物理过程有更深的理解并证明这种方法的可行性，对诸如原油降粘作用、热膨胀作用、蒸馏作用、毛细管自吸作用、气体溶解作用、CO2生成作用及重力排驱作用等机理的研究就变得十分重要。
1 方法
要研究采油机理，采用两个相近的模型来模拟天然裂缝性油藏。模型1描述一个基质岩块对称断面(二维)的升温过程；模型2描述同一岩块垂向上的升温过程。
2 各机理的研究
2.1气体溶解作用与原油降粘机理
当蒸汽被注入裂缝时，热量通过热传导的方式传人基岩中央，造成液体和固体膨胀，原油粘度降低。膨胀与基岩中的压力上升，而降粘对流体的流动有促进作用。因此，流体被从基岩中排出，进入到裂缝。
压力波增长期间，基岩中的平均压力随温度的升高而增大。之后，尽管平均温度依然上升，但基岩平均压力会出现下降。压力的下降是由原油中逸出气体的衰竭引起的，并最终降低到与裂缝中的注入压力相等。
基岩中原油的流量与释放的气体体积密切相关。最初，连气体临界饱和度的大小都会影响原油的流动。原油流速与气体流速同时达到最高值。之后，与溶解气的逸出量一样，原油产量下降。气体溶解机理发挥作用的阶段会产生大量的油气，而它们的流动又受到原油粘度的影响。
2.2气体溶解、原油降粘与蒸汽蒸馏机理
蒸馏是基于液汽混合物平衡方程的一种分离方法。在实际条件下，当在液体混合物中有两种或多种纯净物时，蒸馏可以作为一种合适的分离方法，使用条件为各组分只需要有适度不同的挥发性。当两种不相溶的物质混合加热时会发生蒸汽蒸馏，这里的物质即为水和分馏油。
在这个实验中，最初的混合蒸汽压为其最大值，并且在烃类气体被蒸馏完毕之前保持为常数。此后，混合蒸汽压降低并在轻质拟组分被完全分馏前保持不变。不久之后，压力再次降低并保持恒定直到中间组分排尽。这时，混合蒸汽压要小于基岩中压力。而最后的重质拟组分并不能被分馏。这样，轻质与中间拟组分就比重质拟组分占有更高的比例，采出原油的品质就会大幅提高。
2.3气体溶解、原油降粘、蒸汽蒸馏与CO2生成机理
本组机理附加的CO2生成机理可以在一定程度上加快基岩油气的采收。然而，最终的原油采收率并不会因此得到提高。由于CO2的存在，混合蒸汽压提高，因此；所有的组分都贡献了大量的分子运动来实现热力学平衡，气体流量占优。另一方面，即使混合物中存在CO2，大量的重质拟组分还是不能被蒸馏出来。因此，这对最后的重质拟组分的采收并不有利，最终总的采收率也会受到影响。
在CO2产生过程中，因CO2的溶解造成的原油的溶胀并不明显。在高温条件下，气体在液体中的溶解度非常小。因此，CO2对原油溶胀并没有明显的作用，也就不能以这种方式排出可观的原油体积。
2.4气体溶解、原油降粘、蒸汽分馏、CO2生成及毛管自吸机理
在本实验中毛管自吸作用非常有限，当毛管自吸机理再被加入到活化机理中时，最终的原油采收率略有上升。这是由于非润湿相(油相)被润湿相(与蒸汽伴生的热水)驱替造成的。由于毛管力的作用，裂缝中的水进入基岩中的小孔，使内部压力升高。内部压力的升高主要影响到重质拟组分产量的提高。
2.5热膨胀与原油降粘机理
由于基岩压力高于泡点压力，原油中溶解的烃类气体并不会被释放，基岩流体向裂缝流动的能量来源于流体与岩石的膨胀。从另一方面说，溶于原油中的烃类气体并不会影响油相的相对渗透率，也不会影响它的流动。
因此，流动状况的改善有助于原油的产出，但气体的采收会受到影响。这是因为气体是溶解在原油中的，其采收受到流体与岩石热膨胀排驱出的原油量的限制。
在克服裂缝与基岩间的压差之后会产生垂向的压力梯度，造成稠油相对渗透率下降而阻碍其流动。同时，烃类气体、轻质及中间拟组分的释放造成原油粘度上升。这样，对重质组分流动的阻碍影响了其产出，并最终降低了原油的采收率。
2.6气体溶解、蒸汽蒸馏、重力排驱及CO2生成机理
加入CO2生成作用会提高油气的采收率。热水与岩石化学反应生成的CO2在降低油相各分馏组分分压及加快这些组分的采收方面发挥主要作用。
2.7气体溶解、蒸汽分馏、重力排驱、CO2生成及毛管自吸机理
当毛管力的作用被添加到下面机理组合中时：气体溶解、蒸汽蒸馏、重力排驱及CO2生成作用，原油的采收率会略有上升。重力将裂缝中蒸汽排驱到基岩中最大的孔隙，毛管力将裂缝中的水排驱到基岩中最小的孔隙，由于它们的综合作用，驱使流体排出的压差增大。这样，原油的流动特别是其中重质组分的流动得到改善，并最终提高了采收率。
然而，两种力的作用对重质拟组分的影响是有限的。在本实验中，两种力产生的压差很小，它取决于流体的饱和度，基岩中水的饱和度的上升会降低它们的综合作用。因此，由于压力梯度的降低、低相对渗透率及高粘度的共同作用，重质拟组分进入基岩变得十分困难。
3 总结
相关机理的加入加快了高采油期基岩的油气产出。每种机理提供的能量都会改善流体的流动。最终，油气的采收率也有望得到提高。
4 结论
(1)本研究证实了连续蒸汽驱在天然裂缝油藏稠油开采过程中的潜力。
(2)本研究涉及的所有机理的综合作用都会加快基岩油气的开采。
(3)由于能够完全采出烃类气体及油相中的轻质和中间拟组分，因此蒸汽蒸馏是所有机理中最有效的。但是，它对重质拟组分采收的影响非常小。因此，产出油的品质会得到显著提高。
(4)气体溶解机理可以引发裂缝与基岩间压差的明显增大。
(5)烃类气体、轻质及中间拟组分的分离引起原油的高粘度及毛管力的大小，都使毛管自吸作用对基岩中原油采收的影响不甚明显。
(6)随着原油流动条件的改善，对于基岩原油采收率的提高来说，对原油降粘有贡献的热膨胀比气体溶解有更明显的促进作用。然而，后者具更高的气体采收率。
(7)原油粘度事实上并不能被算作一个机理，因為它并不是一种能量来源。但是，当基岩与裂缝间存在压力梯度时，它将会对基岩中原油的采出有显著影响。总的来说，其作用是使原油采出提前，推迟气体产出。
(8)CO2生成机理对油相中蒸馏出的各组分的采收发挥积极作用，对重质拟组分的采收也有一定影响。
(9)本研究中，重力排驱作用对基岩中原油的采收没有必然联系，其作用甚微，且仅对重质拟组分的采收有一定作用。
引言
上世纪80年代之前，人们普遍认为天然裂缝性油藏采用蒸汽驱可能会导致原油偏离流道进入裂缝，导致原油最终不能被采出。然而，在80年代初期，模拟操作及油田测试的结果展现了在天然裂缝性油藏中采用蒸汽驱开采稠油的经济潜力。为了对相关物理过程有更深的理解并证明这种方法的可行性，对诸如原油降粘作用、热膨胀作用、蒸馏作用、毛细管自吸作用、气体溶解作用、CO2生成作用及重力排驱作用等机理的研究就变得十分重要。
1 方法
要研究采油机理，采用两个相近的模型来模拟天然裂缝性油藏。模型1描述一个基质岩块对称断面(二维)的升温过程；模型2描述同一岩块垂向上的升温过程。
2 各机理的研究
2.1气体溶解作用与原油降粘机理
当蒸汽被注入裂缝时，热量通过热传导的方式传人基岩中央，造成液体和固体膨胀，原油粘度降低。膨胀与基岩中的压力上升，而降粘对流体的流动有促进作用。因此，流体被从基岩中排出，进入到裂缝。
压力波增长期间，基岩中的平均压力随温度的升高而增大。之后，尽管平均温度依然上升，但基岩平均压力会出现下降。压力的下降是由原油中逸出气体的衰竭引起的，并最终降低到与裂缝中的注入压力相等。
基岩中原油的流量与释放的气体体积密切相关。最初，连气体临界饱和度的大小都会影响原油的流动。原油流速与气体流速同时达到最高值。之后，与溶解气的逸出量一样，原油产量下降。气体溶解机理发挥作用的阶段会产生大量的油气，而它们的流动又受到原油粘度的影响。
2.2气体溶解、原油降粘与蒸汽蒸馏机理
蒸馏是基于液汽混合物平衡方程的一种分离方法。在实际条件下，当在液体混合物中有两种或多种纯净物时，蒸馏可以作为一种合适的分离方法，使用条件为各组分只需要有适度不同的挥发性。当两种不相溶的物质混合加热时会发生蒸汽蒸馏，这里的物质即为水和分馏油。
在这个实验中，最初的混合蒸汽压为其最大值，并且在烃类气体被蒸馏完毕之前保持为常数。此后，混合蒸汽压降低并在轻质拟组分被完全分馏前保持不变。不久之后，压力再次降低并保持恒定直到中间组分排尽。这时，混合蒸汽压要小于基岩中压力。而最后的重质拟组分并不能被分馏。这样，轻质与中间拟组分就比重质拟组分占有更高的比例，采出原油的品质就会大幅提高。
2.3气体溶解、原油降粘、蒸汽蒸馏与CO2生成机理
本组机理附加的CO2生成机理可以在一定程度上加快基岩油气的采收。然而，最终的原油采收率并不会因此得到提高。由于CO2的存在，混合蒸汽压提高，因此；所有的组分都贡献了大量的分子运动来实现热力学平衡，气体流量占优。另一方面，即使混合物中存在CO2，大量的重质拟组分还是不能被蒸馏出来。因此，这对最后的重质拟组分的采收并不有利，最终总的采收率也会受到影响。
在CO2产生过程中，因CO2的溶解造成的原油的溶胀并不明显。在高温条件下，气体在液体中的溶解度非常小。因此，CO2对原油溶胀并没有明显的作用，也就不能以这种方式排出可观的原油体积。
2.4气体溶解、原油降粘、蒸汽分馏、CO2生成及毛管自吸机理
在本实验中毛管自吸作用非常有限，当毛管自吸机理再被加入到活化机理中时，最终的原油采收率略有上升。这是由于非润湿相(油相)被润湿相(与蒸汽伴生的热水)驱替造成的。由于毛管力的作用，裂缝中的水进入基岩中的小孔，使内部压力升高。内部压力的升高主要影响到重质拟组分产量的提高。
2.5热膨胀与原油降粘机理
由于基岩压力高于泡点压力，原油中溶解的烃类气体并不会被释放，基岩流体向裂缝流动的能量来源于流体与岩石的膨胀。从另一方面说，溶于原油中的烃类气体并不会影响油相的相对渗透率，也不会影响它的流动。
因此，流动状况的改善有助于原油的产出，但气体的采收会受到影响。这是因为气体是溶解在原油中的，其采收受到流体与岩石热膨胀排驱出的原油量的限制。
在克服裂缝与基岩间的压差之后会产生垂向的压力梯度，造成稠油相对渗透率下降而阻碍其流动。同时，烃类气体、轻质及中间拟组分的释放造成原油粘度上升。这样，对重质组分流动的阻碍影响了其产出，并最终降低了原油的采收率。
2.6气体溶解、蒸汽蒸馏、重力排驱及CO2生成机理
加入CO2生成作用会提高油气的采收率。热水与岩石化学反应生成的CO2在降低油相各分馏组分分压及加快这些组分的采收方面发挥主要作用。
2.7气体溶解、蒸汽分馏、重力排驱、CO2生成及毛管自吸机理
当毛管力的作用被添加到下面机理组合中时：气体溶解、蒸汽蒸馏、重力排驱及CO2生成作用，原油的采收率会略有上升。重力将裂缝中蒸汽排驱到基岩中最大的孔隙，毛管力将裂缝中的水排驱到基岩中最小的孔隙，由于它们的综合作用，驱使流体排出的压差增大。这样，原油的流动特别是其中重质组分的流动得到改善，并最终提高了采收率。
然而，两种力的作用对重质拟组分的影响是有限的。在本实验中，两种力产生的压差很小，它取决于流体的饱和度，基岩中水的饱和度的上升会降低它们的综合作用。因此，由于压力梯度的降低、低相对渗透率及高粘度的共同作用，重质拟组分进入基岩变得十分困难。
3 总结
相关机理的加入加快了高采油期基岩的油气产出。每种机理提供的能量都会改善流体的流动。最终，油气的采收率也有望得到提高。
4 结论
(1)本研究证实了连续蒸汽驱在天然裂缝油藏稠油开采过程中的潜力。
(2)本研究涉及的所有机理的综合作用都会加快基岩油气的开采。
(3)由于能够完全采出烃类气体及油相中的轻质和中间拟组分，因此蒸汽蒸馏是所有机理中最有效的。但是，它对重质拟组分采收的影响非常小。因此，产出油的品质会得到显著提高。
(4)气体溶解机理可以引发裂缝与基岩间压差的明显增大。
(5)烃类气体、轻质及中间拟组分的分离引起原油的高粘度及毛管力的大小，都使毛管自吸作用对基岩中原油采收的影响不甚明显。
(6)随着原油流动条件的改善，对于基岩原油采收率的提高来说，对原油降粘有贡献的热膨胀比气体溶解有更明显的促进作用。然而，后者具更高的气体采收率。
(7)原油粘度事实上并不能被算作一个机理，因為它并不是一种能量来源。但是，当基岩与裂缝间存在压力梯度时，它将会对基岩中原油的采出有显著影响。总的来说，其作用是使原油采出提前，推迟气体产出。
(8)CO2生成机理对油相中蒸馏出的各组分的采收发挥积极作用，对重质拟组分的采收也有一定影响。
(9)本研究中，重力排驱作用对基岩中原油的采收没有必然联系，其作用甚微，且仅对重质拟组分的采收有一定作用。