王佩文，劉春艷，萬(wàn)小迅，孟憲偉，張　浩

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司蓬勃作業(yè)公司，天津塘沽 300452；2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院；3.中海石油(中國(guó))有限公司國(guó)際公司)

二氧化碳吞吐開采稠油影響因素實(shí)驗(yàn)研究

王佩文1，劉春艷2，萬(wàn)小迅3，孟憲偉1，張浩1

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司蓬勃作業(yè)公司，天津塘沽 300452；2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤海石油研究院；3.中海石油(中國(guó))有限公司國(guó)際公司)

摘要：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用化學(xué)藥劑進(jìn)行反應(yīng)，就地生成二氧化碳，利用國(guó)內(nèi)某油田的稠油樣品開展了連續(xù)二氧化碳吞吐+水驅(qū)油、二氧化碳吞吐+水驅(qū)交替實(shí)驗(yàn)，并對(duì)不同原油黏度、不同物性及不同含油飽和度的巖心進(jìn)行了驅(qū)油效率的對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原油黏度較小、物性較差、含油飽和度較高的巖心驅(qū)油效果較好。

關(guān)鍵詞：二氧化碳吞吐；稠油開發(fā)；驅(qū)油效率

1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)某稠油油田A、B兩區(qū)塊的地質(zhì)參數(shù)，按不同的粒徑比混合砂樣，制作填砂管模型，巖心模型的主要性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　巖心性質(zhì)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)所用原油取自A、B兩區(qū)塊，其主要性質(zhì)參數(shù)見表2，黏溫曲線見圖1。

表2　實(shí)驗(yàn)所用原油性質(zhì)參數(shù)

圖1　A、B兩區(qū)塊原油的黏溫曲線

實(shí)驗(yàn)所用水樣為模擬地層水，密度為1.059 g/mL。

1.2實(shí)驗(yàn)原理[1-7]

1.2.1就地生成二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)機(jī)理

所使用的化學(xué)處理劑由兩種化學(xué)成分及一些添加劑組成，在地層條件下，利用引發(fā)劑反應(yīng)生成CO2經(jīng)計(jì)算，1 m3A劑與B劑反應(yīng)可以生成240 m3標(biāo)態(tài)CO2，并且該反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，放出的熱量可以使油層的溫度進(jìn)一步升高，與CO2協(xié)作更好地發(fā)揮降黏解堵作用。體系中其他的添加劑可以防止氣體突進(jìn)和降低原油表面張力，起到驅(qū)油作用。

從圖2可以看出，處理劑在地層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，在360 s的時(shí)間里，溫度從293 K上升到332 K，對(duì)地層具有熱解堵和熱降黏作用。

圖2　CO2溶解后溫度的變化曲線

從圖3可以看出，在各個(gè)不同的溫度點(diǎn)，CO2溶解均有助于降低原油黏度，尤其在實(shí)驗(yàn)溫度較低的情況下更為明顯。

圖3　CO2溶解后實(shí)驗(yàn)溫度與原油黏度的關(guān)系

1.2.2實(shí)驗(yàn)方法

將巖心模型置于恒溫箱中，根據(jù)稠油油藏驅(qū)油效率測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，在模擬儲(chǔ)層溫度(59 ℃)條件下開展二氧化碳吞吐與水驅(qū)相結(jié)合的方式實(shí)驗(yàn)。

(1)二氧化碳吞吐。在每次二氧化碳吞吐之前，在一定壓力下，向巖心模型擠入相同PV數(shù)的自生二氧化碳化學(xué)劑段塞，關(guān)閉巖心兩端閥門，模擬“關(guān)井”89 h，讓化學(xué)劑在巖心中充分反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，之后打開出口閥生產(chǎn)，直至耗盡巖心中所儲(chǔ)存的能量為止。

(2)水驅(qū)。按一定的排量進(jìn)行水驅(qū)，當(dāng)含水率大于90%時(shí)，停止驅(qū)替。

實(shí)驗(yàn)方案見表3。

表3　各巖心驅(qū)油過(guò)程實(shí)驗(yàn)方案

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1原油黏度對(duì)吞吐效果的影響[8-14]

A1巖心與B1巖心的克氏滲透率、孔隙度和原始含油飽和度等參數(shù)都很接近，二者所采用的開采方式也相同，不同點(diǎn)在于A1巖心所用原油的黏度相對(duì)較低(圖1)。

各個(gè)階段的驅(qū)油效率情況見表4?？梢钥闯?，A1巖心第1輪二氧化碳吞吐效率高出B1巖心5.66%，A1巖心與B1巖心在第2輪二氧化碳吞吐階段的吞吐效率接近；總體而言，A1巖心的吞吐效果較好，這說(shuō)明黏度相對(duì)較低的稠油吞吐效率相對(duì)較高。對(duì)二氧化碳吞吐之后的兩輪水驅(qū)驅(qū)油效率之和進(jìn)行對(duì)比，A1巖心的驅(qū)油效率高出B1巖心4.77%，這說(shuō)明黏度相對(duì)較低的油藏在二氧化碳吞吐之后進(jìn)行水驅(qū)可以取得相對(duì)較高的驅(qū)油效率。

在驅(qū)替稠油過(guò)程中，巖心內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象和壓力波動(dòng)，給實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析帶來(lái)了困難。采用驅(qū)油動(dòng)態(tài)的歷史擬合法進(jìn)行計(jì)算，能夠取得較好的結(jié)果。

表4　各個(gè)階段驅(qū)油效率情況

歷史擬合法的基本思路是先給出一條相對(duì)滲透率曲線，利用這條曲線計(jì)算出對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每一累計(jì)時(shí)間的累計(jì)產(chǎn)油量。根據(jù)計(jì)算值與實(shí)際值之差，不斷修改這條曲線，直至目標(biāo)函數(shù)滿足設(shè)定值。

相對(duì)滲透率表達(dá)式為：

(1)

(2)

(3)

式中：KRO(SW)——油相相對(duì)滲透率，小數(shù)；KRW(SW)—— 水相相對(duì)滲透率，小數(shù)；SW——含水飽和度，小數(shù)；SWE——出口端含水飽和度，小數(shù)；εo、εw——給定的小數(shù)，一般取0.001；KROCW(T)——油相相對(duì)滲透率端點(diǎn)值，小數(shù)；KRWCO(T)——水相相對(duì)滲透率端點(diǎn)值，小數(shù)；SOR(T)——?dú)堄嘤惋柡投?，小?shù)；SWC(T)——束縛水飽和度，小數(shù)；now——油相相對(duì)滲透率曲線擬合指數(shù)；nw——水相相對(duì)滲透率曲線擬合指數(shù)。

A1、B1巖心擬合后的相對(duì)滲透率曲線和含水率曲線如圖4和圖5所示。通過(guò)相對(duì)滲透率曲線的對(duì)比可以看出，A1巖心兩相區(qū)較寬，油相相對(duì)滲透率下降較為緩慢，曲線形態(tài)向右偏移，等滲點(diǎn)處含水飽和度較大，殘余油飽和度較低。這些特點(diǎn)有助于減小含水率上升速度，改善油相相對(duì)滲透率，使驅(qū)油效果變好。通過(guò)含水率曲線可以看出，A1巖心含水率上升較為緩慢。是A區(qū)塊原油的黏度較低所造成。

圖4　A1、B1巖心相對(duì)滲透率曲線

圖5　A1、B1巖心含水率曲線

2.2滲透率對(duì)二氧化碳吞吐效果的影響[9-12]

利用B2、B3巖心做相同的原油實(shí)驗(yàn)，二者的實(shí)驗(yàn)方案相同。B2巖心與B3巖心的孔隙度和原始含油飽和度接近，二者的克氏滲透率有差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6、圖7和表5。

圖6　B2巖心驅(qū)油效率-累計(jì)PV數(shù)關(guān)系曲線

從前兩階段二氧化碳吞吐結(jié)果來(lái)看，B2巖心二氧化碳吞吐效率為21.36%，B3巖心二氧化碳吞吐效率為60.89%。B3巖心前兩輪二氧化碳吞吐效率遠(yuǎn)大于B2巖心相應(yīng)階段的吞吐效率。這說(shuō)明二氧化碳吞吐對(duì)滲透率較低的儲(chǔ)層更為有效。從最終總的驅(qū)油效率上來(lái)看，B3巖心高出B2巖心18.50%。

圖7　B3巖心驅(qū)油效率-累計(jì)PV數(shù)關(guān)系曲線

巖心號(hào)第1輪CO2吞吐效率/%第2輪CO2吞吐效率/%水驅(qū)驅(qū)油效率/%總的驅(qū)油效率/%水驅(qū)PV數(shù)B211.969.4027.7049.061.36B342.9217.976.6767.561.18

從圖8、圖9可看出，B2巖心油水兩相區(qū)較窄，殘余油飽和度較大，油相相對(duì)滲透率下降迅速，等滲點(diǎn)處含水飽和度較低，含水率上升速度較快。這些特點(diǎn)均表明B2巖心的驅(qū)替效果較差。

圖8　B2、B3巖心相對(duì)滲透率曲線

圖9　B2、B3巖心含水率曲線

氣體“無(wú)孔不入”，所以只要儲(chǔ)層中有一定的連通，氣體就可以進(jìn)入水或其他驅(qū)替液無(wú)法進(jìn)入的儲(chǔ)油空間。另外，滲透率較低的儲(chǔ)層，其相應(yīng)的孔隙喉道較小，二氧化碳?xì)怏w在儲(chǔ)層中形成較大的膨脹能勢(shì)必會(huì)使低滲透儲(chǔ)層的剩余油更多地被驅(qū)出；而高滲透儲(chǔ)層更容易形成氣體突破，使膨脹能很快得以釋放，難以對(duì)剩余油進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間、較充分的作用，因此低滲透儲(chǔ)層二氧化碳吞吐的效果較為明顯。

2.3含油飽和度對(duì)二氧化碳吞吐效果的影響

B3巖心與B4巖心的孔隙度、滲透率接近，實(shí)驗(yàn)過(guò)程相同，而B3巖心的含油飽和度較高，表6為B3、B4巖心在各個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的驅(qū)油效率情況。從中可以看出，在兩輪二氧化碳吞吐階段以及水驅(qū)階段，B3巖心的驅(qū)油效率比B4巖心都略高，所以，在含油飽和度較高時(shí)實(shí)施二氧化碳吞吐效果較好。

表6　B3、B4巖心各階段的驅(qū)油效率和水驅(qū)PV數(shù)

3結(jié)論

(1)二氧化碳?xì)怏w溶于稠油能降低稠油黏度，減小滲流阻力。

(2)黏度較低的稠油二氧化碳吞吐驅(qū)油效率相對(duì)較高。

(3)“二氧化碳吞吐+水驅(qū)+二氧化碳吞吐+水驅(qū)”實(shí)驗(yàn)方案的驅(qū)油效率高于“二氧化碳吞吐+二氧化碳吞吐+水驅(qū)”實(shí)驗(yàn)方案。

(4)滲透率相對(duì)較低、含油飽和度相對(duì)較高的巖心，二氧化碳吞吐驅(qū)油效率相對(duì)較高。

(5)就地生成二氧化碳解決了二氧化碳?xì)怏w的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、注入利用效率低、對(duì)環(huán)境的污染和油氣區(qū)二氧化碳?xì)庠炊倘钡葐?wèn)題。

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編輯：劉洪樹

文章編號(hào)：1673-8217(2016)03-0115-04

收稿日期：2015-12-09

作者簡(jiǎn)介：王佩文，工程師，1983年生，2007年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)研究工作。

中圖分類號(hào)：TE357.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A