尚寶兵， 廖新維， 李俊飛， 盧 寧， 蘇憲科

(1.中國石油大學(xué)(北京) 石油工程教育部重點實驗室， 北京 102249； 2.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院， 北京 102249； 3.大慶頭臺油田開發(fā)有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 166500)

0 引言

CO2驅(qū)是一種重要且有效的提高采收率技術(shù)[1].礦場應(yīng)用中，CO2的氣源主要包括天然二氧化碳?xì)獠?、碳捕捉得到的氣體以及礦場CO2驅(qū)的產(chǎn)出氣.但通過不同方式得到的CO2氣體中大多會含有一些雜質(zhì)氣體，如N2和CH4[2,3].雜質(zhì)氣體的存在對CO2驅(qū)提高驅(qū)油效率、提高最終采收率等作用均會產(chǎn)生不同程度的影響[4-8].所以，為制定更加合理有效的開發(fā)方案，有必要研究注入CO2中含有的雜質(zhì)氣體對CO2驅(qū)油的影響，以不影響CO2驅(qū)采收率為原則，確定注入氣中雜質(zhì)氣體的臨界含量，從而為礦場CO2驅(qū)提高采收率提供技術(shù)支持.

1 研究區(qū)塊概況

1.1 目標(biāo)區(qū)塊地質(zhì)和流體特征

安塞油田處于陜北斜坡中部，為一平緩的西傾單斜.主要生產(chǎn)層長6埋深1 100～1 300 m，平均有效厚度13.3 m，地層溫度45 ℃.油層平均有效孔隙度11%～15%，滲透率1×10-3～3×10-3μm2，屬典型的特低滲透巖性儲層，原始含油飽和度56%.目前地層壓力約為12 MPa，地層原油粘度1.96～2.80 mPa·s，飽和壓力6.19 MPa，地面原油密度為840.3 kg/m3.

經(jīng)過20余年的注水開發(fā)，目前安塞等部分長6油藏已進(jìn)入中高含水期(60%左右)，注水開發(fā)矛盾突出，進(jìn)一步提高水驅(qū)采收率難度加大.而利用CO2驅(qū)更易于實現(xiàn)注采平衡，保持地層壓力，更大幅度的提高原油采收率.

1.2 研究區(qū)域的確定

圖1 研究井組井位示意圖

以長6油藏內(nèi)的5個注采井組(如圖1所示)作為注氣試驗區(qū)，其中油井31口，注氣井5口(M1、M2、M3、M4和M5).研究井組為反九點井網(wǎng)，井距約為300 m.試驗區(qū)外圍仍采用常規(guī)注水開發(fā).

1.3 純CO2氣體最小混相壓力確定

通過模擬細(xì)管實驗法確定該區(qū)原油與CO2的最小混相壓力(MMP)為14.2 MPa(如圖2所示)，因此在目前的地層壓力條件下，無法混相，只能實現(xiàn)CO2非混相驅(qū).

圖2 驅(qū)油效率與驅(qū)替壓力的關(guān)系

2 雜質(zhì)氣體對CO2驅(qū)影響分析

2.1 純CO2氣體注氣參數(shù)優(yōu)化

針對研究的目標(biāo)井組，經(jīng)過模擬計算得到了純CO2氣體的注氣參數(shù).其中，注氣方式為水氣交替注入，關(guān)井氣油比為1 000 m3/m3，水氣段塞比為1∶1，并通過調(diào)節(jié)注氣速度使得地層壓力保持在目前地層壓力水平附近.在此條件下，注氣開發(fā)10年時，目標(biāo)井組的采收率可達(dá)37.73%.

2.2 雜質(zhì)氣體對最小混相壓力的影響

為研究雜質(zhì)氣體對CO2驅(qū)最小混相壓力的影響，此處利用模擬細(xì)管實驗方法，分別確定CO2中含不同摩爾分?jǐn)?shù)的N2與CH4時，混合氣體的最小混相壓力，結(jié)果如表1和圖3所示.

表1 不同氣體的最小混相壓力

圖3 不同氣體的最小混相壓力

從以上結(jié)果可知，隨著雜質(zhì)氣體含量的增加，混合氣體的最小混相壓力都有逐漸增大的趨勢.與CH4相比，N2對最小混相壓力的影響更大.當(dāng)?shù)貙訅毫Φ陀诩僀O2氣體的最小混相壓力時，注CO2驅(qū)屬于非混相驅(qū)替過程.此時，若CO2中混入N2或CH4雜質(zhì)氣體，將導(dǎo)致注入氣與原油的混相程度進(jìn)一步降低，從而使注入氣的驅(qū)油效率降低.

2.3 雜質(zhì)氣體對驅(qū)油效果影響分析

為研究N2和CH4對CO2非混相驅(qū)油的影響，在已優(yōu)化的CO2驅(qū)注氣參數(shù)基礎(chǔ)上，改變注入氣組分，分別研究當(dāng)注入CO2中含不同摩爾分?jǐn)?shù)的N2或CH4時，對驅(qū)油效果的影響.并通過體積波及系數(shù)、驅(qū)油效率、油井見氣時間、采收率等指標(biāo)分析了雜質(zhì)氣體對CO2非混相驅(qū)的影響.最終通過采收率指標(biāo)確定了雜質(zhì)氣體的臨界含量.

2.3.1 對體積波及系數(shù)的影響

從這個意義上而言，希望我們這支龐大的寫作隊伍，尤其是基層的作家們，能多一些來自生活本身的樸素表達(dá)，發(fā)揮在民間的優(yōu)勢，少一點“文藝腔”的陳詞濫調(diào)。

體積波及系數(shù)指驅(qū)替劑波及到的油藏體積與油藏總體積的比值.較高的體積波及系數(shù)可以保證注入氣體在油藏中實現(xiàn)較廣的波及范圍，對于提高最終采收率具有重要意義[9].當(dāng)雜質(zhì)氣體摩爾含量分別為0、10%、30%時，不同注入氣在油藏中最終的波及系數(shù)如表2和圖4所示.

與純CO2氣體相比，注入氣中混入N2或CH4有助于提高氣體的體積波及系數(shù).N2或CH4的摩爾分?jǐn)?shù)越高，注入氣的體積波及系數(shù)將越高.且當(dāng)雜質(zhì)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)相同時，含N2氣體的體積波及系數(shù)較CH4要高.這可能是由于混入雜質(zhì)氣體后，由于注入氣的混相程度進(jìn)一步降低，原油中溶解的氣體量減小，地層中未溶解的氣量增加，使得注入氣在地層中更容易波及到更大的范圍，有利于增大其波及體積.

表2 不同注入氣的體積波及系數(shù)

圖4 不同注入氣的體積波及系數(shù)

2.3.2 對驅(qū)油效率的影響

驅(qū)油效率指注入劑驅(qū)替出的原油占驅(qū)替范圍內(nèi)原油含量的百分?jǐn)?shù).當(dāng)雜質(zhì)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)越高時，注入氣體與原油的混相程度越低，導(dǎo)致注入氣的驅(qū)油效率降低.而且，由于N2對注入氣最小混相壓力的影響比CH4更顯著，因此在CO2含量相同的情況下，含N2氣體與原油的混相程度更低，驅(qū)油效率也更低.

表3 不同注入氣的驅(qū)油效率

圖5 不同注入氣的驅(qū)油效率

2.3.3 對油井見氣時間的影響

在地層條件下，CO2、N2、CH4均以超臨界狀態(tài)存在，但三者的密度、粘度等性質(zhì)均不相同.其中，CO2的粘度和密度最大，N2次之，CH4最小[10-12].較低的密度和粘度將導(dǎo)致注入氣在地層中形成更嚴(yán)重的重力超覆和粘性指進(jìn)，從而使得油井見氣時間縮短，氣油比迅速升高，導(dǎo)致油井關(guān)井時間提前.下面是兩口典型井在不同注入氣條件下的見氣時間.

表4 不同注入氣下P17井見氣時間

表5 不同注入氣下P20井見氣時間

圖6 不同注入氣下P17井氣油比變化趨勢

圖7 不同注入氣下P20井氣油比變化趨勢

通過以上兩口井在不同注入氣下不同時間的生產(chǎn)氣油比對比可知：在相同的條件下，不同的注入氣到達(dá)生產(chǎn)井的時間不同.雜質(zhì)氣體的含量越高，則生產(chǎn)井見氣時間越短，說明注入氣在地層中的粘性指進(jìn)越嚴(yán)重；且雜質(zhì)氣體的含量越高，生產(chǎn)井的氣油比增加越快.通過對同一口井不同注入氣分析可知，N2對見氣時間、氣油比的影響比CH4更大.

2.3.4 對CO2驅(qū)采收率的影響

在其它條件相同的情況下，不同注入氣體驅(qū)替10年后的采收率結(jié)果如表6和圖8所示.相對于純CO2氣體而言，CH4與N2的存在對驅(qū)油效果有不同程度的影響.根據(jù)注入氣中雜質(zhì)氣體的摩爾含量與最終采收率的統(tǒng)計結(jié)果表明，從盡量提高原油采收率的角度來考慮，注入氣中N2的臨界摩爾含量應(yīng)處于5%～10%之間，而CH4的臨界摩爾含量應(yīng)處于10%～15%之間.

與CH4相比，N2對CO2驅(qū)提高采收率的影響更大.其中，當(dāng)CO2的摩爾含量為70%時，混CH4的混合氣體比純CO2氣體驅(qū)油采收率降低0.5%，而混N2的混合氣體驅(qū)油采收率降低3.34%.說明隨著注入氣中N2摩爾分?jǐn)?shù)含量的增加，注入氣的驅(qū)油效果將迅速變差.

表6 不同注入氣的采收率結(jié)果(1)

圖8 不同注入氣采收率結(jié)果(1)

2.4 雜質(zhì)氣體臨界含量的確定

在2.3.4研究的基礎(chǔ)上，為了準(zhǔn)確確定N2與CH4的臨界含量，分別針對N2和CH4兩種雜質(zhì)氣體，研究了注入氣中N2的摩爾含量為5%～10%，CH4的摩爾含量為10%～15%時的采收率，結(jié)果分別如表7和圖9所示.

表7 不同注入氣下采收率結(jié)果(2)

圖9 不同注入氣下采收率結(jié)果(2)

由以上結(jié)果可知，注入氣中N2、CH4的摩爾含量均存在臨界值，超過此臨界值，則混合氣體的驅(qū)油效果將比純CO2氣體的驅(qū)油效果差.其中，注入CO2中N2的臨界含量為5%，CH4的臨界含量為14%.因此，對于研究的目標(biāo)區(qū)域，在礦場實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量提純注入氣體，使得雜質(zhì)氣體的含量不要超過其臨界值，從而可以保證雜質(zhì)氣體的存在不會影響最終采收率.

3 結(jié)論與建議

(1)純CO2氣體與原油的最小混相壓力最低，N2與CH4兩種雜質(zhì)氣體的存在均會使注入氣與原油的最小混相壓力升高，且N2的影響較CH4顯著.由于該研究區(qū)塊地層壓力較低，注入氣無法與原油形成混相，因此雜質(zhì)氣體的存在將進(jìn)一步降低注入氣與原油的混相程度.

(2)兩種雜質(zhì)氣體的存在均會不同程度的影響CO2的驅(qū)油效果.雜質(zhì)氣體的存在對CO2非混相驅(qū)體積波及系數(shù)、驅(qū)油效率、油井見氣時間等均會產(chǎn)生影響.其中，雜質(zhì)氣體含量越高，注入氣的體積波及系數(shù)越高，驅(qū)油效率降低，油井見氣時間縮短.

(3)對于研究的目標(biāo)區(qū)塊，根據(jù)油藏數(shù)值模擬的結(jié)果，從盡量提高原油采收率的角度來考慮，注入氣中N2的摩爾分?jǐn)?shù)含量不應(yīng)超過5%，CH4的摩爾分?jǐn)?shù)含量不應(yīng)超過14%.

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