对于稠油以及特稠油油藏，火驱是注蒸汽开发的一种接替技术，可以大幅度提高该类油藏的采收率。干式正向燃烧是最常见的火驱方式，但在开发过程中燃烧产生的热量大部分都滞留在了燃烧前缘的后方，热利用效率较低。而湿式火驱是干式正向燃烧的改进方法，具有热量利用效率高，空气消耗量小，燃烧前缘推进速度快，产油速率高等特点。湿式火驱开发过程中注入水气比是关键的操作参数，需要明确水气比对燃烧稳定性和热量利用效率的影响，形成确定最佳水气比的实验研究方法。
针对这一关键科学问题，我校能源学院博士研究生刘冰岩在导师刘鹏程教授和王焱伟博士后的指导下，与中国石油勘探开发研究院、北京瑞斯塔科技有限公司科研团队进行“产-学-研”合作，设计了一种确定特稠油油藏湿式火驱最佳水气比的实验方法（图1），并研究了不同水气比下湿式火驱的温度和驱油特征。取得了如下主要创新性认识：
1.与干式火驱相比湿式火驱可以提高热量的利用效率，提高燃烧前缘推进速度，减少空气消耗量。在特稠油油藏中，湿式火驱在燃烧前缘上游形成高温区，在燃烧前缘下游形成蒸汽带。高温区的长度反映了湿式火驱的稳定性，蒸汽带的长度反映了热量的利用率（图2）。
2.可以通过变水气比实验确定不同水气比对特稠油油藏湿式火驱温度特征的影响，只要水气比调节间隔合理，变水气比实验中每个水气比稳定后高温区和蒸汽带范围与恒定在此水气比下实验的高温区和蒸汽带范围接近（图3）。
3.通过判断变水气比实验过程中高温区和蒸汽带的长度，可以确定特稠油油藏湿式火驱的三个临界注入水气比：最佳水气比、最大水气比和最小水气比。当水气比低于最小水气比时，无法形成明显的蒸汽带，湿式火驱与干式火驱效果差别不大；当水气比达到最佳水气比时，可以形成较大的高温区和蒸汽带，从而在提高热利用效率的同时确保燃烧稳定性；当超过最大水气比时高温区逐渐消失，产出气体组分中O2含量上升，燃烧前缘变得不稳定，但在燃烧前缘熄灭前如果及时调整水气比可以使燃烧温度和产出气体组分恢复正常（图4）。
1.ISCO泵2.活塞容器3.空气源4.调压阀5.气体质量流量控制器6.点火器7.燃烧管模型8.热电偶9.加热瓦10.背压阀11.一级分离器12.二级分离器13.气体干燥瓶14.气体组分检测仪
图1 实验装置流程图
图2 干式火驱与湿式火驱温度场
图3不同水气比下湿式火驱水气比设置和温度场以及模型管内的温度分布
图4 湿式火驱与干式火驱模型管内温度分布对比
该研究受到国家自然科学基金（51774256）的资助。成果发表于国际石油工程领域国际权威期刊《SPE Journal》上，Bingyan Liu(第一作者）; Changfeng Xi; Jinzhong Liang; Pengcheng Liu*（通讯作者）; Fang Zhao; Houfeng He; Daode Hua; Fengchao Liu. Experimental Study on Displacement Characteristics and Water/Air Ratio Limit for Wet In-Situ Combustion in Ultraheavy Oil Reservoirs. SPE Journal, 2024. 29(1):493-504,[IF2022=3.6].
全文链接：https://doi.org/10.2118/217969-PA
