李中超 成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都610059 中石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽457000

杜 利，王進安，聶法健 （中石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽457000）

水驅(qū)廢棄油藏注二氧化碳驅(qū)室內(nèi)試驗研究

李中超 成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都610059 中石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽457000

杜 利，王進安，聶法健 （中石化中原油田分公司勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽457000）

為探討進一步提高高溫、高鹽水驅(qū)廢棄油藏采收率潛力，以河南濮城沙一下亞段油藏為目標(biāo)，開展了注入CO2流體性質(zhì)變化、細(xì)管驅(qū)替、長巖心驅(qū)替室內(nèi)試驗。試驗驗證了注入CO2可改善原油流動性、有效增加地層能量和可動油等驅(qū)油機理；油藏原油性質(zhì)好，混相壓力低，目前油藏條件可達到混相；優(yōu)選CO2/水交替驅(qū)為最佳注入方式；優(yōu)化了注入段塞組合；組分檢測分析認(rèn)為CO2/水交替驅(qū)波及到了水波及不到的原油。研究結(jié)果為濮城沙一下亞段油藏CO2驅(qū)礦場試驗提供了技術(shù)支持，并對其他特高含水期油藏注CO2進一步提高采收率同樣具有借鑒意義。

二氧化碳驅(qū)；氣水交替驅(qū)；水驅(qū)廢棄油藏；提高采收率；長巖心

CO2提高采收率技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類油藏，但國內(nèi)外的研究主要集中在低滲透油藏，對于中高滲水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)提高采收率機理的研究較少涉及［1～4］。

河南濮城沙一下亞段油藏經(jīng)過20多年的高速開發(fā)，面臨著剩余油高度分散、挖潛難度大、水驅(qū)經(jīng)濟效益低等問題，為高含水（98%）高采出（51.3%）的水驅(qū)廢棄油藏。同時油藏高溫、高鹽特性也限制了化學(xué)驅(qū)、微生物驅(qū)等三次采油技術(shù)的應(yīng)用。但油藏地層壓力高、原油粘度低，有利于氣驅(qū)提高采收率。

為此，筆者以CO2驅(qū)提高水驅(qū)廢棄油藏采收率為目的，通過注CO2膨脹、細(xì)管驅(qū)替、長巖心驅(qū)替試驗，開展了中高滲水驅(qū)廢棄油藏CO2/水交替驅(qū)機理研究，確定了濮城沙一下亞段油藏最小混相壓力，分析了不同注入方式、注入?yún)?shù)對驅(qū)替效果的影響，通過產(chǎn)出物分析確認(rèn)了驅(qū)替剩余油類型，研究結(jié)果為水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)提高采收率提供了理論基礎(chǔ)。

1 流體物性變化驅(qū)油機理

開展了濮城沙一下亞段地層原油注入CO2流體性質(zhì)變化試驗，結(jié)果表明，由于CO2注入原油后降低了原油粘度和密度，從而改善了原油流動性；注入CO2使地層原油膨脹，從而有效地增加了地層能量和可動油含量。

1.1 注入CO2可改善原油流動性

試驗數(shù)據(jù)（圖1）表明，注入CO2可大幅度降低地層原油粘度，有利于原油開采，在地層條件下原油粘度降低為1.21mPa·s。開始注入CO2時脫氣原油密度逐漸增大，注入一定量后逐漸降低，在地層壓力條件下，原油密度為0.861g/cm3。

1.2 注入CO2可有效增加地層能量和可動油

CO2注入過程中，隨著注入CO2的增加，溶解在原油中的CO2也在增加，飽和壓力也隨著上升。隨著壓力的上升，原油飽和壓力下的膨脹系數(shù)呈逐漸增大的趨勢（圖2），在地層壓力條件下，原油膨脹系數(shù)為1.3。能起到膨脹地層原油，有效增加地層能量和可動油含量的作用。隨著CO2的注入，體系的原油溶解氣油比逐漸增加。

圖1 注入CO2對粘度和密度的影響

圖2 地層油體積膨脹系數(shù)與CO2溶解度的關(guān)系曲線圖

2 細(xì)管試驗研究

為了準(zhǔn)確測定濮城沙一下亞段地層原油注CO2的最小混相壓力［5］，在內(nèi)徑為0.47cm、長12.5m裝有140～230目的有孔玻璃砂（孔隙體積112cm3、滲透率約為5μm2、孔隙度為35%）模型中，進行了2次混相和3次非混相驅(qū)替試驗研究。結(jié)果表明，在82.5℃條件下的最小混相壓力約為18.42MPa。沙一下亞段目前地層壓力為20.2MPa，注入CO2可實現(xiàn)混相驅(qū)（見圖3），可獲得很高的采收率。

圖3 細(xì)管試驗注入壓力與采出程度的關(guān)系

3 注采方式及注入段塞優(yōu)化研究

試驗步驟為［6，7］：①將長巖心抽空飽和地層水，然后飽和模擬油；②以適當(dāng)?shù)乃俣冗M行水驅(qū)油，直至含水達到98%；③分別進行繼續(xù)注水、持續(xù)注CO2、CO2水氣交替驅(qū)試驗（2組段塞），記錄驅(qū)替過程數(shù)據(jù)；④對驅(qū)替過程數(shù)據(jù)進行分析。

物理模擬是在溫度82.5℃、壓力20MPa（油藏條件）下，采用模擬地層原油、地層水和注入水（地層水和注入水的總礦化度為196975mg/L，水型 CaCl2型），在直徑2.5cm、長度197.4cm、滲透率245.5×10－3μm2的試驗?zāi)Ｐ蜕线M行的。

圖4 持續(xù)注水驅(qū)替開采時注入孔隙體積倍數(shù)與采收率及含水率的關(guān)系

3.1 注入方式優(yōu)選

當(dāng)注入1.64HPV（含烴孔隙體積）水時，含水達到98%，采出程度為57.56%，在此基礎(chǔ)上開展持續(xù)注水、持續(xù)注CO2、CO2水氣交替驅(qū)試驗。

1）水驅(qū)至含水98%后持續(xù)注水。如圖4所示，水驅(qū)至含水98%后繼續(xù)注水至8.78HPV時，最終采收率可高達63.70%，比含水98%時采收率提高6.14個百分點。

2）水驅(qū)至含水98%后持續(xù)注CO2。如圖5所示，水驅(qū)至含水98%后，轉(zhuǎn)注CO2，當(dāng)注入0.68HPV時，CO2突破，氣油比最高可達17000m3/t，導(dǎo)致注入CO2利用率低。最終累計注入CO2為1.48HPV，原油采收率達88.51%，比注水開采高31.08個百分點。

3）水驅(qū)至含水98%后CO2/水交替注入。開展段塞為0.1HPV（共4個CO2段塞，總注入量為0.4HPV）的CO2/水交替注入，最終原油采收率高于93%，比注水開采高35.8個百分點（圖6）。

圖5 水驅(qū)后持續(xù)注CO2開采時注入孔隙體積倍數(shù)與采出程度及生產(chǎn)氣油比的關(guān)系

圖6 水氣交替驅(qū)替開采時注入孔隙體積倍數(shù)與采出程度及生產(chǎn)氣油比的關(guān)系

綜合分析認(rèn)為，水驅(qū)含水超過98%之后，再持續(xù)注水提高采收率幅度不大。水驅(qū)后持續(xù)注氣，采收率比水驅(qū)采收率大，但注氣量高，CO2利用率低。水驅(qū)后氣/水交替注入提高采收率幅度最高，且注入CO2量少。

3.2 注入段塞優(yōu)化

對于CO2/水交替驅(qū)而言，注入CO2段塞大小是非常重要的優(yōu)化指標(biāo)，不同的CO2注入段塞會產(chǎn)生不同的開發(fā)效果，影響CO2的驅(qū)油效率。針對性地開展了長巖心水驅(qū)至含水98%后，2組不同CO2/水交替驅(qū)段塞試驗：①注入段塞為0.1HPV（共4個CO2段塞，總注入量為0.4HPV）；②注入段塞為0.02HPV（共7個CO2段塞，總注入量為0.15HPV）。

如圖7、8所示，采用大段塞（0.1HPV）注入時，CO2驅(qū)見效快，含水下降漏斗明顯，試驗觀察含水最高下降到0%；但氣水交替驅(qū)過程中CO2突破快，突破后壓力迅速下降，不利于提高注入CO2的波及體積，利用效率較低。相比大段塞注入，采用小段塞時，CO2驅(qū)見效略晚，含水漏斗??；但小段塞CO2注入可增加驅(qū)替阻力，提高注入壓力，擴大波及體積，提高CO2利用效率（圖9、10）。綜合分析認(rèn)為，要充分利用氣段塞在微觀上的驅(qū)油效率和水驅(qū)動氣段塞在宏觀上的波及效率，在CO2/水交替驅(qū)中，應(yīng)將2種驅(qū)替段塞復(fù)合應(yīng)用：首段塞采用大段塞，保證混相效果；后續(xù)采用小段塞，控制氣體突破，擴大波及體積。

4 產(chǎn)出物組分變化檢測

油田經(jīng)歷較長時期的注水開發(fā)后，注入水溶解輕烴、苯系物等，使其含量減少，造成原油輕烴組分含量降低。通過檢測長巖心試驗產(chǎn)出物組分前后變化后發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象，如圖11所示，輕烴摩爾分?jǐn)?shù)由最初的40%逐步降低到30%。注入CO2后，輕烴含量逐步恢復(fù)（圖12），摩爾分?jǐn)?shù)由水驅(qū)后的30%升高到了40%，這說明氣水交替驅(qū)波及到了水驅(qū)波及不到的原油。

圖7 段塞為0.1HPV時注入孔隙體積倍數(shù)與采出程度及含水率的變化關(guān)系

圖8 段塞為0.1HPV時注入孔隙體積倍數(shù)與采出程度及生產(chǎn)壓差的變化關(guān)系

圖9 段塞為0.02HPV時注入孔隙體積倍數(shù)與采出程度及含水率的變化關(guān)系

圖10 段塞為0.02HPV時注入孔隙體積倍數(shù)與采出程度及生產(chǎn)壓差的變化關(guān)系

圖11 水驅(qū)過程中注入孔隙體積倍數(shù)與產(chǎn)出物組分的關(guān)系

圖12 CO2/水交替注入過程中注入孔隙體積倍數(shù)與產(chǎn)出物組分的關(guān)系

5 結(jié) 論

CO2注入原油后可降低原油粘度和密度改善原油流動性，膨脹地層原油有效增加地層能量和可動油含量。濮城沙一下亞段油藏最小混相壓力為18.42MPa，在目前地層條件下注入CO2可實現(xiàn)混相驅(qū)，采用CO2驅(qū)可大幅提高采收率。水驅(qū)結(jié)束后（含水98%），與繼續(xù)注水，持續(xù)注CO2相比，在水驅(qū)廢棄油藏采用CO2/水交替驅(qū)，注入CO2量少，提高采收率幅度大。CO2/水交替驅(qū)應(yīng)用復(fù)合段塞驅(qū)替效果好，首段塞采用大段塞，保證混相效果；后續(xù)采用小段塞，控制氣體突破，擴大波及體積。長巖心試驗產(chǎn)出物組分檢測表明，輕烴含量逐步恢復(fù)到注水開發(fā)前水平，說明氣水交替驅(qū)波及到了水驅(qū)波及不到的原油。

［1］耿宏章，陳建文，孫仁遠(yuǎn)，等.二氧化碳溶解氣對原油粘度的影響 ［J］.石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，28（4）：78～80.

［2］李孟濤，單文文，劉先貴，等.超臨界二氧化碳混相驅(qū)油機理試驗研究 ［J］.石油學(xué)報，2006，27（3）：80～83.

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［4］郭平，孫良田，李士倫，等，CO2注入對原油高壓物性影響的理論模擬和試驗研究 ［J］.天然氣工業(yè)，2000，20（2）：76～79.

［5］毛振強，陳鳳蓮.CO2混相驅(qū)最小混相壓力確定方法研究 ［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，32（1）：61～64.

［6］Fishlock T P，Probert C J.Waterflooding of gas-condensate reservoirs ［J］.SPERE，1996，11（3）：245～251.

［7］Prieditis J，Brugman R J.Effects of recent relative permeability data on CO2flood modeling［J］.SPE26650，1993.

Laboratory Experiment of CO2Injection in the Water-flooded and Abandoned Reservoirs

LI Zhong-chao，DU Li，WANG Jin-an，NIE Fa-jian（First Author's Address：Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu610059，Sichuan，China；Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Zhongyuan Oilfield Company，SINOPEC，Puyang457000，Henan，China）

In order to further improve the potential water-flooded and abandoned reservoirs with high temperature and high salt to enhanced oil recovery，by taking the Es1reservoir in Pucheng Oilfield as a goal for laboratory experiments on fluid property，the slime-tube driving and long core displacement by using CO2injection.It was verified experimentally that the flooding mechanism of injected CO2could improve oil fluidity，increase the formation energy and mobile oil；the reservoir had good oil properties and low miscibility pressure，the current reservoir conditions were miscible；CO2/water flooding was the best way for flooding；and slug combination was optimized.Composition analysis indicated that CO2/water flooding swept the residual oil after water flooding.The result provides technical support for the field test of Es1reservoirs in Pucheng Oilfield and provides reference for enhancing oil recovery of CO2injection in other similar reservoirs.

CO2flooding；CO2/water flooding；water flooding in abandoned reservoir；EOR；long core

TE357.45

A

1000-9752（2012）04-0131-05

2011-10-14

李中超（1971-），男，1993年成都理工大學(xué)畢業(yè)，高級工程師，博士生，現(xiàn)主要從事沉積學(xué)、油氣田開發(fā)、提高采收率等方面的研究。

［編輯］ 蕭 雨