李立健，孫 雷，李華彥，楊 彬

(1．西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500;2．中國石油華北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘 062550)

斷層封閉的小斷塊油藏，難以或無法完善井區(qū)注采井網(wǎng)開發(fā)。注氣被認(rèn)為是有效提高這類油藏采收率的最具潛力的方法之一［1－3］。F油田斷塊小，油藏類型多，儲(chǔ)層巖性多屬含礫砂巖，地層流體原始溶解氣油比高，油質(zhì)輕，粘度小。因此，除采取注水開發(fā)方式外，利用該油田所具有的高純CO2氣藏氣，探索注氣開發(fā)方式改善和提高油田的采收率［4］，更是一項(xiàng)具有控制溫室氣體減排的技術(shù)儲(chǔ)備研究。本文就該油田L(fēng)區(qū)塊開展了注水、注氣、氣水交替、衰竭等開發(fā)方式進(jìn)行了長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，并對(duì)長巖心驅(qū)替機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬研究［5－7］。

1 研究思路

先通過對(duì)配制的地層原油進(jìn)行高壓物性分析，得到原油的飽和壓力、體積系數(shù)、黏度和密度等基本參數(shù);通過地層原油體系注CO2驅(qū)流體配伍性相態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，明確目標(biāo)油藏注CO2驅(qū)油過程增溶、膨脹、降黏等相態(tài)配伍性，最后通過長巖心實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行一維物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，分別進(jìn)行衰竭實(shí)驗(yàn)、注水驅(qū)實(shí)驗(yàn)、注CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)、注CO2段塞+水驅(qū)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合數(shù)值模擬研究，評(píng)價(jià)各種驅(qū)替方式，探究注氣驅(qū)替機(jī)理。

2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置

室內(nèi)注氣注水驅(qū)長巖心物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置主要設(shè)備包括:長巖心夾持器、地層流體復(fù)配器、恒溫空氣浴、高壓驅(qū)替泵、回壓控制器、氣量計(jì)等核心設(shè)備。另外還包括一些附屬設(shè)備，如增壓機(jī)、電子天平、密度計(jì)、油、氣相色譜儀等。實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 注氣驅(qū)替及水驅(qū)替實(shí)驗(yàn)測試流程

圖2 CO2對(duì)原油膨脹系數(shù)和體積系數(shù)的影響

圖3 CO2對(duì)地層原油黏度的影響

2.2 實(shí)驗(yàn)巖心

實(shí)驗(yàn)所需巖心是從F油田取得儲(chǔ)層巖心樣品，巖心樣品運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后，進(jìn)行巖心打磨、修整、清洗和烘干，然后進(jìn)行基礎(chǔ)孔滲實(shí)驗(yàn)測試，巖心之間用濾紙隔開，并按調(diào)和平均進(jìn)行排序。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2為注入CO2后原油膨脹系數(shù)和體積系數(shù)的變化情況。結(jié)果表明地層原油注入CO2后膨脹能力增強(qiáng)，隨著注入量的增加，原油中不斷溶解CO2，飽和壓力增加，體積系數(shù)增大。當(dāng)注入量為58%時(shí)，飽和壓力增加到18.87 MPa，膨脹系數(shù)為1.48，即地層原油膨脹了1.48倍。圖3表明注入CO2后地層原油的粘度下降較明顯。由此可見，注入CO2有利于改善原油的物性，達(dá)到增溶降粘驅(qū)油的目的。

3.2 長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在地層條件下進(jìn)行了4組長巖心實(shí)驗(yàn):衰竭實(shí)驗(yàn)，注水驅(qū)，注CO2驅(qū)，注CO2段塞+水驅(qū)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1和圖4、圖5。

表1 L9區(qū)塊長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖4 不同開采方式采出程度對(duì)比

圖5 不同開采方式含水率變化

3.3 結(jié)果對(duì)比

比較各組實(shí)驗(yàn)累計(jì)采出程度，驅(qū)替效果差別比較明顯。

(1)L區(qū)塊長巖心衰竭實(shí)驗(yàn)采出程度最低，為19.13%，注CO2驅(qū)采出程度最高，達(dá)到70.78%，其次分別為注CO2段塞+水驅(qū)和水驅(qū)。

(2)L區(qū)塊地層原油較輕，地層條件下黏度較小(1.33 mPa·s)，注 CO2混相壓力為 21.88 MPa，因此20 MPa注CO2可以達(dá)到近混相驅(qū)，驅(qū)替效率高，在CO2氣源有限的情況下，也可考慮注CO2前置段塞+水驅(qū)替的方式，也能有效提高地層原油采收率。

4 L區(qū)塊注氣長巖心驅(qū)替機(jī)理數(shù)值模擬研究

4.1 長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)的模型

長巖心模擬所取巖心常規(guī)物性數(shù)據(jù)一致。共12塊巖心拼接成直徑為2.54 cm、長度為86.24 cm的巖心組，巖心之間用濾紙連接，每塊巖心按調(diào)和平均方式排列，調(diào)和平均滲透率:44.94×10－3μm2。根據(jù)實(shí)際的巖心排列方式和孔滲參數(shù)，模擬網(wǎng)格一端為注入井，注入速度為0.06 mL/min，另一端為生產(chǎn)井，保持壓力為實(shí)驗(yàn)壓力，模擬研究長巖心水驅(qū)、氣驅(qū)后水驅(qū)，氣驅(qū)以及衰竭開采的效果。運(yùn)用CMG的GEM組份模型建立一維長巖心模擬模型。

4.2 水平模型不同開發(fā)方式下采出程度對(duì)比

首先對(duì)比了水平長巖心模型(不考慮水體)衰竭開采、注水開采和注CO2開采的累計(jì)采油。模擬結(jié)果如圖6所示。

由模擬結(jié)果可知，注CO2驅(qū)累計(jì)采油最高，達(dá)到86.9%，水驅(qū)居中，為54.7%;衰竭式開發(fā)采出程度最小，為15.1%。其中除CO2驅(qū)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大外，水驅(qū)和衰竭開采模擬效果較好。

圖6 不同開發(fā)方式采出程度對(duì)比

4.3 水體倍數(shù)對(duì)衰竭開發(fā)的影響

建立了傾角為18°，底部存在水體的長巖心模型。模擬研究了不同水體倍數(shù)下衰竭式開發(fā)效果。模擬結(jié)果如圖7所示。

由模擬結(jié)果可見:沒有水體時(shí)采出程度在14.67%，這和水平模型基本一致。水體對(duì)衰竭式開發(fā)采收率影響較大，隨著水體倍數(shù)的增加，采出程度增加，基本上呈線性增加。當(dāng)水體倍數(shù)為25時(shí)，衰竭時(shí)采出程度為20%，比無水體的采收率增加5.33%?？梢?，水體對(duì)L9區(qū)塊的衰竭開發(fā)影響較大，邊底水是重要的驅(qū)替動(dòng)力。

圖7 不同水體倍數(shù)采出程度對(duì)比曲線

5 結(jié)論

(1)膨脹實(shí)驗(yàn)中，CO2能較好的改善原油的物性。隨著CO2的注入，膨脹效果和降粘效果較為明顯，地層流體與CO2具有良好的配伍性，適合于注CO2提高采收率;

(2)不同注入方式長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究中，衰竭實(shí)驗(yàn)采出程度最低，注CO2驅(qū)采出程度最高，其次分別為注CO2段塞+水驅(qū)和水驅(qū)。由于在目前地層壓力下注CO2可達(dá)到近混相驅(qū)，驅(qū)替效率高，在CO2氣源有限的情況下，也可考慮注CO2段塞+水驅(qū)替的方式，也能有效提高地層原油采收率。

(3)建立的帶傾角和水體的長巖心驅(qū)替模型研究表明，邊底水是該區(qū)塊重要的驅(qū)替動(dòng)力，現(xiàn)場實(shí)施時(shí)應(yīng)引起重視。

［1］ 李士倫，孫雷，郭平，等．再論我國發(fā)展注氣提高采收率技術(shù)［J］．天然氣工業(yè)，2006，26(12):30 －34．

［2］ 沈平平，江懷友，陳永武，等．CO2注入技術(shù)提高采收率研究［J］．特種油氣藏，2007，14(3):1 －4．

［3］ 郭平，孫雷，孫良田，等．不同種類氣體注入對(duì)原油物性影響研究［J］．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，22(3):57 －61．.

［4］ 李仕倫，張正卿，冉新權(quán)，等．注氣提高石油采收率技術(shù)［M］．成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社，2001:67－69．

［5］ 湯勇．注氣混相及近混相驅(qū)提高原油采收率機(jī)理研究［D］．成都:西南石油大學(xué)，2003．

［6］ 何更生．油層物理［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1994:35－46．

［7］ 杜建芬，劉偉，郭平，等．低滲透油藏氣水交替注入能力變化規(guī)律研究［J］．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)．2011，10(5):15－17．