高樹生，胡志明，侯吉瑞，熊 偉

(1.中國石油大學(xué)，北京 102249;2.中油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007)

1 CO2驅(qū)油氣竄機(jī)理研究

實(shí)驗(yàn)巖樣是非均質(zhì)性較強(qiáng)的全直徑火山巖巖心，巖心的基本物性參數(shù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表1中的孔、滲數(shù)據(jù)說明該火山巖樣都屬于低滲透儲(chǔ)層，但孔隙度變化很大，表明巖心的非均質(zhì)性較強(qiáng)。

表1 火山巖全直徑巖心物性參數(shù)

通過巖心氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，結(jié)合氣驅(qū)前后的核磁共振測(cè)試結(jié)果，可有效分析氣驅(qū)過程中巖心的非均質(zhì)性對(duì)多孔介質(zhì)大小孔道中氣水分布的影響[1－2]。由表1可知，2號(hào)巖心的氣驅(qū)水效率明顯偏低，而1號(hào)巖心滲透率很低，但其氣驅(qū)水效率卻較高，說明氣驅(qū)過程中氣水界面推進(jìn)相對(duì)均勻，氣竄發(fā)生的比較晚，巖心的非均質(zhì)性較弱，可見非均質(zhì)性嚴(yán)重導(dǎo)致氣竄產(chǎn)生過早是氣驅(qū)采收率低的主要原因。

圖1為2塊巖心氣驅(qū)前后對(duì)應(yīng)的T2弛豫時(shí)間譜。由圖1可知，1號(hào)巖心氣驅(qū)前后的T2譜線之間的面積明顯偏大，表明氣驅(qū)水效率高，達(dá)到53.90%;而2號(hào)巖心氣驅(qū)前后的T2譜線之間的面積要小得多，表明驅(qū)替過程中氣竄嚴(yán)重，氣驅(qū)水效率低，只有22.71%。這與巖心非均質(zhì)性觀察結(jié)果完全一致，研究結(jié)果證明了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是引起氣竄的關(guān)鍵因素。

2 防竄劑的作用機(jī)理研究

CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)中使用的驅(qū)替液是Ca(OH)2的水溶液，即石灰水[3－4]。石灰水中 Ca(OH)2的濃度達(dá)到0.008 g/L時(shí)，遇到CO2后會(huì)產(chǎn)生沉淀。評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，100℃時(shí)Ca(OH)2的溶解度為0.08 g/L，大于產(chǎn)生沉淀的臨界濃度，可見儲(chǔ)層條件下CO2氣體遇到石灰水可以快速產(chǎn)生CaCO3沉淀，對(duì)非均質(zhì)的高滲透儲(chǔ)層形成封堵效應(yīng)，達(dá)到防止氣竄、提高CO2氣驅(qū)采收率的目的。

圖1 1號(hào)及2號(hào)巖心氣驅(qū)前后對(duì)應(yīng)的T2弛豫時(shí)間譜

3 石灰水的防竄效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

3.1 單巖心氣竄實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

為了研究低滲儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)性對(duì)于氣竄的影響[5]，選擇 SY1號(hào)低滲透砂巖儲(chǔ)層巖心進(jìn)行CO2氣驅(qū)水防竄評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，巖心物性參數(shù):長(zhǎng)度為4.97 cm，直徑為2.49 cm，孔隙度為16.7%，氣測(cè)滲透率為0.7010×10－3μm2。實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果見表2。

表2 SY1號(hào)巖心評(píng)價(jià)過程及結(jié)果

由表2可知，低滲透巖心地層水測(cè)滲透率僅為0.032 ×10－3μm2，地層水驅(qū)后改為 CO2氣驅(qū)，注氣壓力為0.07 MPa，說明CO2氣體在低滲透巖心中的阻力很小;之后改為地層水驅(qū)替，穩(wěn)定壓力與初始水驅(qū)相同，說明巖心中注入的CO2全部溶于地層水中被驅(qū)替出來;此時(shí)開始注入濃度為0.1%的石灰水，注入過程中驅(qū)替壓力較水驅(qū)略有升高，滲透率略有降低，這是巖心堿敏效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果，與儲(chǔ)層黏土礦物含量有關(guān)，不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果;石灰水驅(qū)壓力穩(wěn)定后，注入CO2氣體，巖心的注氣壓力顯著增加，達(dá)到0.21 MPa，說明巖心對(duì)于CO2氣體的阻力較之注石灰水以前增加了2倍，石灰水與CO2發(fā)生反應(yīng)生成的CaCO3沉淀是導(dǎo)致低滲透巖心氣驅(qū)壓力顯著增加的主要原因?？梢娫诘蜐B透儲(chǔ)層中先注入石灰水，可有效防止后續(xù)注入的CO2氣體發(fā)生氣竄，從而增加氣體波及體積，提高最終驅(qū)油效率。

3.2 多巖心并聯(lián)氣竄實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

為了研究低滲儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性對(duì)于氣竄的影響，選擇2塊級(jí)差為3.6的低滲透砂巖巖心模擬層間非均質(zhì)儲(chǔ)層，進(jìn)行地層水、石灰水和CO2氣驅(qū)防竄評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)[6－8]。巖心的物性參數(shù)見表3，實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果見表4。

表3 并聯(lián)實(shí)驗(yàn)巖心基本參數(shù)

表4 層間非均質(zhì)氣竄評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果

由表3、4可知，氣測(cè)滲透率分別為0.39×10－3、1.39 ×10－3μm2，極差為3.6 的2 塊低滲巖心的水測(cè)滲透率分別為 0.03 ×10－3、0.44 ×10－3μm2，水測(cè)滲透率級(jí)差近14倍，說明低滲透儲(chǔ)層氣測(cè)滲透率越低，在水驅(qū)過程中其滲透率損失程度越大，從而導(dǎo)致低滲儲(chǔ)層非均質(zhì)性增加，氣竄更加嚴(yán)重。因此，低滲透非均質(zhì)油藏水驅(qū)后期改注氣驅(qū)時(shí)，防止氣竄是提高注氣效率的關(guān)鍵。

2塊巖心并聯(lián)后形成的非均質(zhì)儲(chǔ)層水測(cè)滲透率變?yōu)?.38×10－3μm2，略小于非均質(zhì)層中高滲層的滲透率，證明非均質(zhì)儲(chǔ)層的滲透率主要決定于其中的高滲層。水驅(qū)結(jié)束后改注石灰水驅(qū)替，由于堿敏效應(yīng)，滲透率降低到0.28×10－3μm2，之后開始改注CO2氣驅(qū)，由于巖心被石灰水飽和，因此在CO2的注入過程中發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3沉淀，導(dǎo)致氣驅(qū)壓力不斷上升，直到高于水驅(qū)壓力(0.74 MPa)，起到了防止CO2氣竄的作用，同時(shí)2塊巖心的出水量均有增加，特別是低滲巖心出水量顯著增加，證明在低滲透非均質(zhì)油藏中注石灰水后再注CO2氣驅(qū)，防竄效果明顯，驅(qū)油效率顯著增加。氣驅(qū)結(jié)束后再進(jìn)行地層水驅(qū)替，發(fā)現(xiàn)水驅(qū)壓力明顯增加，直到1.56 MPa，之后再改注石灰水，溶解CaCO3沉淀，壓力才開始下降并逐漸穩(wěn)定在0.72 MPa，滲透率最低值降到了0.11×10－3μm2，與低滲透巖心的級(jí)差只有3.6，有效防止了氣竄的發(fā)生，同時(shí)又大大提高了CO2在低滲透儲(chǔ)層中的驅(qū)替能力。

圖2是水氣交替驅(qū)替過程中壓力的變化規(guī)律。由圖2可知，非均質(zhì)低滲透儲(chǔ)層在石灰水驅(qū)替結(jié)束后注入CO2氣體，巖心的滲流阻力顯著增加，防竄措施效果明顯。氣驅(qū)結(jié)束后注水驅(qū)壓力最高可以達(dá)到1.56 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CO2氣驅(qū)前巖心的水驅(qū)壓力(0.59 MPa)，封堵能力提高了3倍多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與單巖心封堵防竄評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，說明石灰水可以明顯增加低滲儲(chǔ)層CO2氣驅(qū)過程中的吸氣剖面，有效改善氣驅(qū)的防竄效果，提高最終驅(qū)油效率。

圖2 并聯(lián)非均質(zhì)巖心石灰水+CO2+地層水驅(qū)替壓力變化

4 CO2驅(qū)油效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

為了評(píng)價(jià)防竄劑在低滲非均質(zhì)油藏注CO2驅(qū)油過程中的防竄效果，選取了滲透率級(jí)差為9的2塊低滲透巖心組成非均質(zhì)儲(chǔ)層，分別進(jìn)行“地層水+CO2+地層水”和“石灰水+CO2+地層水”2種驅(qū)替方式重復(fù)對(duì)比模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同氣水組合過程中的壓力變化及驅(qū)油效果，評(píng)價(jià)石灰水作為防竄劑封堵高滲層的能力。巖心的物性參數(shù)見表5，驅(qū)替過程中壓力變化見圖3，最終驅(qū)油效果見表6。

表5 非均質(zhì)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀镄詤?shù)

圖3 兩巖心并聯(lián)組合在不同驅(qū)替方式下對(duì)應(yīng)的水驅(qū)壓力變化

表6 非均質(zhì)模型驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的采出程度

圖3是2個(gè)并聯(lián)非均質(zhì)巖心在2種驅(qū)替方式下的壓力變化曲線，其中圖3a是地層水驅(qū)方式壓力變化曲線，圖3b是石灰水驅(qū)方式壓力變化曲線。由圖3可知，在水驅(qū)油過程中二者的壓力基本一致，最終都穩(wěn)定在3.5 MPa左右;但是注CO2驅(qū)替結(jié)束后再注地層水，二者的驅(qū)替壓力存在明顯的差別，前者驅(qū)替壓力穩(wěn)定在2.0 MPa，而后者的驅(qū)替壓力則穩(wěn)定在2.7 MPa以上。該結(jié)果表明，“石灰水+CO2+地層水”驅(qū)替方式的壓力明顯高于“地層水+CO2+地層水”驅(qū)替方式的壓力，證明石灰水在CO2驅(qū)油過程中可以起到較好的防竄效果。

由表6可知，在地層水或石灰水驅(qū)替模擬油過程中，高滲巖心采出程度較高，分別為20.52%和22.55%，而低滲巖心也有一定的采出程度，分別為5.50%和7.71%，2種驅(qū)替方式對(duì)應(yīng)的水驅(qū)采出程度分別為26.02%和30.26%，石灰水驅(qū)油采出程度比地層水驅(qū)高4.24個(gè)百分點(diǎn);水驅(qū)結(jié)束后分別注CO2定壓驅(qū)油，由于非均質(zhì)性強(qiáng)，氣竄嚴(yán)重，2種方式對(duì)應(yīng)的高滲巖心的氣驅(qū)采出程度分別為0.48%和0.98%，而低滲巖心的氣驅(qū)采出程度均為0，注CO2后石灰水驅(qū)比地層水驅(qū)采出程度提高了0.5個(gè)百分點(diǎn);CO2驅(qū)替結(jié)束后再分別注地層水驅(qū)替，水驅(qū)方式對(duì)應(yīng)的高滲巖心采出程度為0.48%，低滲巖心的采出程度為0，而石灰水驅(qū)替方式對(duì)應(yīng)的高滲巖心采出程度為0.71%，低滲巖心的采出程度為0.48%，后一種驅(qū)替方式地層水驅(qū)采出程度提高了0.71個(gè)百分點(diǎn)，且低滲巖心得到了動(dòng)用，2種驅(qū)替方式對(duì)應(yīng)的非均質(zhì)儲(chǔ)層總計(jì)采出程度分別為26.98%和32.43%，石灰水驅(qū)最終采出程度提高了5.45個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，石灰水驅(qū)可以有效改善低滲儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，調(diào)整儲(chǔ)層的吸氣與吸水剖面，防止氣竄，增加低滲儲(chǔ)層的動(dòng)用程度，延長(zhǎng)有效氣驅(qū)時(shí)間，從而達(dá)到提高CO2驅(qū)最終采收率的效果。

5 結(jié)論

(1)儲(chǔ)層的非均質(zhì)性是低滲透油藏發(fā)生氣竄的主要原因，儲(chǔ)層滲透率越低，非均質(zhì)性越強(qiáng)，氣竄越嚴(yán)重。

(2)石灰水可用作低滲油藏注CO2驅(qū)油開發(fā)的防竄劑，可以有效調(diào)整非均質(zhì)儲(chǔ)層吸氣剖面，增加驅(qū)替壓力，改善儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

(3)注水低滲透油藏，先注入一定量的石灰水再注CO2氣體，可以有效防止CO2氣竄的發(fā)生，延長(zhǎng)有效采油期，大大提高CO2的驅(qū)油效率。

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