周星澤， 廖新維， 趙曉亮， 高 建， 羅 彪

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249)

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超低滲油藏CO2水氣交替驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究

周星澤， 廖新維， 趙曉亮， 高 建， 羅 彪

(中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102249)

鄂爾多斯盆地超低滲、特低滲儲(chǔ)量豐富，水驅(qū)開(kāi)發(fā)產(chǎn)量遞減快，中后期含水率高，效果不理想.CO2驅(qū)是提高采收率的主要技術(shù)之一，但該技術(shù)在我國(guó)運(yùn)用存在多方面的問(wèn)題.水氣交替作為結(jié)合氣驅(qū)和水驅(qū)優(yōu)勢(shì)的方法，具有較高的適用性.開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M鄂爾多斯盆地安塞油田超低滲A區(qū)水氣交替驅(qū)油效果，分析注入壓力、注入速度、段塞大小、氣水段塞比值對(duì)驅(qū)油效率的影響.結(jié)果表明保持較高壓力、中等注入速度、段塞0.2 PV、氣水比1∶1循環(huán)注入，驅(qū)油效率高，CO2注入量少.研究結(jié)果對(duì)超低滲油藏實(shí)施CO2水氣交替工藝技術(shù)以及增加CO2驅(qū)在我國(guó)的適用性有參考價(jià)值.

CO2驅(qū)； 水氣交替； 注采參數(shù)； 提高采收率； 超低滲

0 引言

鄂爾多斯盆地低滲透油藏儲(chǔ)量豐富，以水驅(qū)作為主要開(kāi)發(fā)方式，存在注不進(jìn)，見(jiàn)水快，采收率低的現(xiàn)象[1].以鄂爾多斯盆地安塞油田A區(qū)低滲儲(chǔ)層為例，通過(guò)巖心分析統(tǒng)計(jì)，其平均有效孔隙度為12.48%，平均氣測(cè)滲透率為1.98 mD，其中部分區(qū)塊達(dá)到超低滲級(jí)別，地層壓力9.85 MPa，地層溫度49.8 ℃.A區(qū)油層目前無(wú)水期驅(qū)油效率23.34%，含水95%驅(qū)油效率39.71%，含水98%驅(qū)油效率45.32%.目前含水率較高，采油速度低，需要實(shí)施提采措施.CO2驅(qū)作為一種提高采收率技術(shù)在美國(guó)得到廣泛應(yīng)用[2,3].同時(shí)CO2驅(qū)油后進(jìn)行地質(zhì)埋存被認(rèn)為是減少溫室氣體的有效手段[4-6].CO2驅(qū)油與埋存是一套雙贏的技術(shù).我國(guó)在大慶油田、江蘇油田、勝利油田、延長(zhǎng)油田，都開(kāi)展了礦場(chǎng)試驗(yàn)，但是由于我國(guó)CO2資源匱乏，礦場(chǎng)試驗(yàn)氣竄嚴(yán)重等問(wèn)題，CO2驅(qū)替技術(shù)應(yīng)用沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用[7-9].

提高CO2驅(qū)技術(shù)在我國(guó)的實(shí)用性，是該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)發(fā)展的前提.目前，限制我國(guó)CO2驅(qū)技術(shù)的主要問(wèn)題有：CO2資源少；混相壓力較高；儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)；氣竄嚴(yán)重；管線設(shè)備腐蝕等[10].水氣交替驅(qū)作為一種水驅(qū)和氣驅(qū)交替進(jìn)行的CO2驅(qū)方式，將CO2驅(qū)降低原油粘度、減小界面張力、減弱粘性指進(jìn)、增加彈性能的優(yōu)勢(shì)與水驅(qū)地層能量上升快的特點(diǎn)結(jié)合，使水氣交替的適用性大大增強(qiáng)[11-14]，可以一定程度彌補(bǔ)CO2供應(yīng)不足、成本高、容易氣竄的問(wèn)題.

CO2水氣交替驅(qū)開(kāi)發(fā)效果與注采參數(shù)關(guān)系密切，本文以實(shí)際油田樣本為例，通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究注入壓力、注入速度、段塞大小、氣水段塞比，對(duì)驅(qū)油效率的影響進(jìn)行分析，并優(yōu)化注采參數(shù)，以獲得最佳開(kāi)發(fā)效果，這項(xiàng)研究對(duì)礦場(chǎng)實(shí)際開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)作用[15].

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)用油為該油田A區(qū)A61-21 井脫氣原油，脫氣油密度為0.837 1 g/cm3，粘度為6.43 mPa·s，實(shí)驗(yàn)前根據(jù)生產(chǎn)氣油比，用標(biāo)準(zhǔn)氣配制飽和原油.實(shí)驗(yàn)用水為A區(qū)A61-21井產(chǎn)出水，地層水總礦化度為81.91 g/L，pH值為5.8，水型以CaCl2型為主.CO2氣體純度為99.95%.

短巖心存在嚴(yán)重的出口末端效應(yīng)[16]，超低滲條件下，微觀非均質(zhì)性導(dǎo)致的指進(jìn)現(xiàn)象嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)效果誤差較大.超低滲長(zhǎng)巖心驅(qū)替壓差過(guò)大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程難以進(jìn)行[17].因此，本實(shí)驗(yàn)從目標(biāo)地層巖心中篩選滲透率接近的短巖心拼接起來(lái)以完善實(shí)驗(yàn)效果,兩組巖心數(shù)據(jù)如表1和表2所示.

表1 第一組巖心數(shù)據(jù)

表2 第二組巖心數(shù)據(jù)

巖心在飽和地層流體時(shí)，先將儲(chǔ)樣裝置中抽真空，真空度達(dá)到-0.1 MPa后，連接地層水儲(chǔ)存樣品容器進(jìn)行自吸水飽和，再用地層油樣品進(jìn)行小流量(0.03 mL/min)驅(qū)替飽和，計(jì)量出口端的產(chǎn)水量(扣除管線殘留)，即為飽和油體積.飽和后的巖心要進(jìn)行老化處理，盡量模擬地層條件下潤(rùn)濕性.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)裝置主要由驅(qū)替系統(tǒng)、巖心夾持器、儲(chǔ)樣容器、回壓系統(tǒng)和計(jì)量裝置組成[18].超低滲巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，對(duì)泵和夾持器的要求較高.本實(shí)驗(yàn)采用ISCO-DX100高壓柱塞泵可以提供精準(zhǔn)、可預(yù)設(shè)的流速和壓力控制，不存在脈沖或流動(dòng)異常等情況.巖心夾持器套筒和儲(chǔ)樣密封圈一律使用耐CO2腐蝕橡膠.

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 水驅(qū)/氣驅(qū)

水驅(qū)和連續(xù)氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)作為基本對(duì)照組.恒溫箱50 ℃，水驅(qū)/氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)出口壓力設(shè)定為10 MPa，驅(qū)替速度0.03 mL/min，直到驅(qū)替出口出油量為0(水驅(qū)最終注入1.5倍孔隙體積地層水，氣驅(qū)最終注入2.5倍孔隙體積純CO2氣體).

1.3.2 水氣交替

將水氣交替實(shí)驗(yàn)分為：注入壓力、注入速度、循環(huán)段塞大小和氣水段塞比四組，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究不同參數(shù)對(duì)驅(qū)替效果的影響[19]，水氣交替實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表3所示.實(shí)驗(yàn)編號(hào)1-4組為壓力實(shí)驗(yàn)組；編號(hào)1、5、6為注入速度實(shí)驗(yàn)組；編號(hào)1、7、8為循環(huán)段塞大小實(shí)驗(yàn)組；編號(hào)1、9、10為氣水段塞比實(shí)驗(yàn)組.

超低滲巖心實(shí)驗(yàn)由于孔隙度小、滲透率低，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)結(jié)果的精確性影響很大.因此在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，考慮到了管線中的殘留問(wèn)題.通過(guò)測(cè)定驅(qū)替裝置中管線的體積，在計(jì)算驅(qū)油效率過(guò)程中扣除管線的體積，可增加結(jié)果的精確性.

表3 水氣交替實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 水驅(qū)

巖心滲透率較低，在水驅(qū)過(guò)程當(dāng)中，壓力上升快，平均壓差14 MPa，注入能力弱，有效滲透率0.019 5 mD, 驅(qū)替0.59 PV后見(jiàn)水，無(wú)水采收率為10.70%，驅(qū)替0.9 PV以后，含水率100%，最終驅(qū)油效率為22.62%，如圖1所示.這種難注入、見(jiàn)水快、驅(qū)油效率低的現(xiàn)象是超低滲透油藏水驅(qū)的典型特征.

圖1 水驅(qū)驅(qū)油效率和壓差與注入量關(guān)系圖

2.2 氣驅(qū)

通過(guò)細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)量該區(qū)塊原油最小混相壓力為16.3 MPa，本次實(shí)驗(yàn)出口回壓10 MPa，為非混相驅(qū)替.CO2在原油中溶解，0.6 PV前壓力上升較慢，之后保持在平均壓差4.3 MPa，CO2注入能力強(qiáng)，有效滲透率0.067 7 mD ，驅(qū)替1.5 PV后進(jìn)入快速出油階段，驅(qū)替2.2 PV后氣竄，最終驅(qū)油效率為53.25%，如圖2所示.與水驅(qū)結(jié)果對(duì)比，CO2連續(xù)氣驅(qū)注入能力明顯增強(qiáng)，驅(qū)油效率提高30.63%，但是根據(jù)我國(guó)的礦場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果，氣竄是影響采收率的重要因素，因此需要調(diào)整CO2方式，優(yōu)化注采參數(shù).

圖2 氣驅(qū)驅(qū)油效率和壓差與注入量關(guān)系圖

2.3 水氣交替

2.3.1 壓力實(shí)驗(yàn)組

通過(guò)調(diào)整出口回壓控制壓力變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.出口回壓的變化主要影響CO2在原油中的溶解量，壓力升高，CO2在原油中的溶解度增加，原油流動(dòng)性變好，甚至達(dá)到混相狀態(tài)，使平均壓差降低，注入能力變強(qiáng)，氣驅(qū)驅(qū)油效率增加(如圖3所示)，同時(shí)達(dá)到最終驅(qū)油效率CO2總注入量增加(如圖4所示).

表4 壓力實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同出口壓力下驅(qū)油效率與注入量關(guān)系圖

圖4 驅(qū)油效率和有效注入量與壓力的關(guān)系

2.3.2 注入速度實(shí)驗(yàn)組

調(diào)整驅(qū)替泵流量控制注入速度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5.增加注入速度，提高了注入端壓力，對(duì)驅(qū)油效率影響不明顯，如圖5所示.但注入速度過(guò)快會(huì)減少CO2與原油接觸時(shí)間，增加水驅(qū)前緣突進(jìn)速度，使波及效率變小，水竄氣竄更嚴(yán)重.注入速度增加，壓力上升快，平均壓差增大，達(dá)到最終驅(qū)油效率總CO2注入量增加，如圖6所示.

表5 注入速度實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同注入速度下驅(qū)油效率與注入量關(guān)系圖

圖6 不同注入速度下壓差與注入量關(guān)系圖

2.3.3 段塞大小實(shí)驗(yàn)組

根據(jù)循環(huán)注入段塞大小計(jì)算相應(yīng)的驅(qū)替時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn).改變段塞大小，即就是調(diào)整水驅(qū)和氣驅(qū)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6.增大段塞，增加驅(qū)替介質(zhì)與原油之間的作用效果，能夠增強(qiáng)CO2驅(qū)降低原油粘度、降低界面張力、增加原油體積、增強(qiáng)水驅(qū)提升地層壓力的作用.但段塞過(guò)大，易造成竄流，尤其在非均質(zhì)性強(qiáng)的儲(chǔ)層，會(huì)減小波及系數(shù).段塞過(guò)小，氣驅(qū)段塞時(shí)CO2與原油接觸量少，溶解量小，氣驅(qū)效果不充分；水驅(qū)時(shí)注水時(shí)間短，壓力上升慢，采油速度低.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，循環(huán)段塞大小為0.2 PV時(shí)，效果最好，總注入量少，驅(qū)油效率高，如圖7所示.

表6 段塞大小實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖7 不同段塞大小、段塞比條件驅(qū)油效率與注入量關(guān)系圖

2.3.4 段塞比實(shí)驗(yàn)組

根據(jù)段塞比計(jì)算相應(yīng)的水氣段塞大小進(jìn)行實(shí)驗(yàn).改變段塞比，即就是調(diào)整水驅(qū)和氣驅(qū)相對(duì)作用強(qiáng)弱.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7.增大氣水比，增強(qiáng)氣驅(qū)作用，驅(qū)油效率增加，但總注入量增大，容易氣竄.減小氣水比，壓力上升快，初期出油量大，氣體總注入量小，但最終驅(qū)油效率低.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氣水段塞等比例驅(qū)替效果最好，能夠保證較高的驅(qū)油效率，同時(shí)能夠減少總注入量，縮短驅(qū)替周期.

表7 段塞比實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，安塞油田A區(qū)水氣交替CO2驅(qū)比水驅(qū)，連續(xù)氣驅(qū)具有更高的驅(qū)油效率，CO2水氣交替驅(qū)對(duì)超低滲油藏具有更好的適用性.通過(guò)注采參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提高地層壓力(達(dá)到混相最佳)，采用適中注氣速度，段塞大小為0.2 PV，氣水比為1∶1，能夠保證較高驅(qū)油效率，減少CO2注入量，降低成本.

3 結(jié)論

(1)安塞油田A區(qū)超低滲油藏CO2驅(qū)和水氣交替驅(qū)最終驅(qū)油效率較高，水驅(qū)驅(qū)油效率低.水氣交替驅(qū)在較高壓力、合理注入速度、循環(huán)注入段塞0.2 PV、氣水比為1∶1的條件下，更優(yōu)于CO2驅(qū)，能夠減緩氣竄，縮短生產(chǎn)周期，減少CO2用量，降低開(kāi)發(fā)成本.

(2)水氣交替驅(qū)隨著注入壓力升高，注入能力增強(qiáng)，氣驅(qū)效果好(甚至達(dá)到混相)，驅(qū)油效率提高.在地層條件和經(jīng)濟(jì)效益允許的范圍內(nèi)，提高地層壓力，能達(dá)到混相最優(yōu).

(3)水氣交替驅(qū)，驅(qū)替速度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致驅(qū)替介質(zhì)竄流嚴(yán)重，波及效率降低，注入壓差大.需要根據(jù)油藏條件選擇合適的注入速度.

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【責(zé)任編輯：蔣亞儒】

Laboratory investigation of miscible CO2WAG process in extra-low permeability reservoir

ZHOU Xing-ze， LIAO Xin-wei， ZHAO Xiao-liang, GAO Jian, LUO Biao

(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China)

Ordos basin has billion tons of extra-low permeability oil resources.Using conventional water flooding caused the rapid decline in output,high moisture content,which is difficult to enhance oil recovery.CO2flooding has become the main technology of enhanced oil recovery in the United States, but the technology has a variety of problems in Chinese oil field. Water-alternating-gas process as a way of combining advantages of gas flooding and water flooding has higher applicability.Analyze the different parameters′ influence on recovery efficiency.By changing the injection pressure,injection rate,slug size,gas,water slug ratio study the changing rule of the oil displacement efficiency,pressure and influx.The results of the study of extra-low permeability reservoirs CO2WAG technology increase the applicability of the CO2flooding in our country and have a reference value of implementation of the technology.

CO2flooding; water-gas alternating flooding; flooding parameters; enhanced oil recovery; extra-low permeability

2016-08-17

國(guó)家973科技計(jì)劃項(xiàng)目(2011CB707302)； 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1262101); 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)發(fā)展研究計(jì)劃項(xiàng)目(2015CB250905)

周星澤(1991-)，男，河北南宮人，在讀碩士研究生，研究方向:油氣田開(kāi)發(fā)工程

1000-5811(2016)06-0120-05

TE341

A