龍虎泡油田高臺(tái)子油層二氧化碳驅(qū)最小混相壓力研究

苗國(guó)鋒

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,黑龍江大慶163712)

龍虎泡油田高臺(tái)子油層二氧化碳驅(qū)最小混相壓力研究

苗國(guó)鋒

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,黑龍江大慶163712)

最小混相壓力是確定油藏能否采用混相驅(qū)的重要依據(jù),測(cè)定最小混相壓力方法最好的是細(xì)管實(shí)驗(yàn)法。應(yīng)用細(xì)管實(shí)驗(yàn)法對(duì)大慶龍虎泡油田高臺(tái)子油層進(jìn)行了二氧化碳驅(qū)最小混相壓力的測(cè)定,并利用經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)最小混相壓力進(jìn)行計(jì)算,確定高臺(tái)子油層二氧化碳驅(qū)最小混相壓力為21.7MPa,由于最小混相壓力高于地層壓力(地層壓力18.18MPa),因此,二氧化碳驅(qū)油過(guò)程為非混相驅(qū),但可以達(dá)到近混相。

龍虎泡油田;高臺(tái)子油層;最小混相壓力;室內(nèi)實(shí)驗(yàn);細(xì)管實(shí)驗(yàn)

龍虎泡高臺(tái)子油層油藏埋深為1 783.7m,孔隙度11%～17%,平均13.5%,空氣滲透率(0.08～30)×10-3μm2,平均 0.78×10-3μm2。目前平均注水壓力達(dá)到24.9MPa,注水壓力高,大多數(shù)注水井處于超破裂壓力注水,采油井的30%因高含水處于關(guān)井狀態(tài),油井措施潛力小,產(chǎn)量逐年下降,水驅(qū)開(kāi)發(fā)難度大,采出程度低。因此,探索CO2驅(qū)的可行性是十分必要的。

最小混相壓力是確定二氧化碳與地層原油能否混相的關(guān)鍵指標(biāo),測(cè)定最小混相壓力的主要方法有四種:細(xì)管實(shí)驗(yàn)法、升泡儀法、蒸汽密度法及界面張力消失法,但研究認(rèn)為細(xì)管實(shí)驗(yàn)法能給出具有重復(fù)性的精確結(jié)果,成為目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)和通用的確定最小混相壓力的方法[1]。關(guān)于最小混相壓力的預(yù)測(cè)方法很多,本文運(yùn)用細(xì)管實(shí)驗(yàn)法結(jié)合篩選的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)高臺(tái)子油層最小混相壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程

1.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)油樣均取自龍虎泡油田高臺(tái)子油層產(chǎn)出井,實(shí)驗(yàn)溫度為74.8℃(油層溫度)。細(xì)管實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要由高壓物性?xún)x、混相儀、計(jì)量泵、氣體流量計(jì)、氣瓶、中間容器等組成?；煜鄡x中細(xì)管模型參數(shù):直徑4mm,長(zhǎng)度43m的不銹鋼管,并由200目玻璃單體填充而成。最大工作壓力50MPa,滲透率6.246×10-3μm2,孔隙度37.3%。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)流程

(1)地層油的配制:油樣為地面原油加入煤油后和天然氣配制(表1)。注入氣體為純度99.9%的二氧化碳。

表1 配制地層油與實(shí)際底層油高壓物性參數(shù)對(duì)比

(2)最小混相壓力的測(cè)定過(guò)程[2]:將細(xì)管加熱恒溫后抽空。用恒速泵將配制的飽和油樣壓入細(xì)管模型中。進(jìn)泵2PV時(shí)停止進(jìn)泵,記錄注入盤(pán)管的原油體積。通過(guò)手動(dòng)泵,將回壓升至預(yù)定壓力,但低于注氣壓力2MPa。在恒壓下開(kāi)泵注入 CO2驅(qū)替,并打開(kāi)細(xì)管出口閥門(mén)。驅(qū)替過(guò)程中,定時(shí)測(cè)定產(chǎn)油量、氣量、注氣量,氣驅(qū)至累積注氣量大于1.2PV時(shí),停止驅(qū)替。驅(qū)替結(jié)束后,將甲苯、石油醚直接注入細(xì)管,清洗細(xì)管,然后,用高壓空氣把管線(xiàn)吹干,按前面的過(guò)程進(jìn)行下一個(gè)壓力點(diǎn)下的細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

1.2 氣體驅(qū)油的結(jié)果與分析

影響CO2驅(qū)最小混相壓力的因素很多,主要有[3]:①原油組成和性質(zhì):稠的、高瀝青質(zhì)、高沸點(diǎn)組分高的最小混相壓力高,原油密度和分子量越大,MMP越高;中間烴C5-C21含量越高,混相壓力越小,原油中 C1含量高,則最小混相壓力上升。②混相壓力隨地層溫度的升高而升高。③注入氣的影響:甲烷和N2、CO2相比都是輕組分,隨注入氣中輕組分含量的增加,萃取能力下降,而如果存在 H2S、液化氣、C2+烴組分時(shí)可降低最小混相壓力。④地層巖石滲透性越好,混相壓力越低。

在不同壓力下驅(qū)油的采收率與壓力關(guān)系曲線(xiàn)中最終采收率為90%時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力見(jiàn)表2、圖1,確定油樣與CO2的最小混相壓力為21.7MPa。高臺(tái)子油層原油與CO2的最小混相壓力高于地層壓力(18.18MPa),CO2驅(qū)時(shí)只能是非混相驅(qū)油,但在地層壓力下可達(dá)到近混相。

表2 CO2在不同壓力下驅(qū)油的最終采收率

圖1 采收率與壓力關(guān)系曲線(xiàn)

在細(xì)管實(shí)驗(yàn)中,除根據(jù)氣驅(qū)采收率確定最小混相壓力外,同時(shí)可在透明觀察窗中觀察(圖2),如果注入氣與原油有明顯界面的兩相流體,說(shuō)明沒(méi)有達(dá)到混相,如果原油由黑色變成橙紅色、黃色,最后變成透明黃色,說(shuō)明界面消失,達(dá)到混相。

2 經(jīng)驗(yàn)公式法[1]

決定二氧化碳與原油混合物相態(tài)的因素是原油的組成和性質(zhì)、二氧化碳的組成和性質(zhì)以及溫度和壓力。韓培慧等人研究認(rèn)為[3],Silva方法把混相壓力作為原油分子量分布的函數(shù),能更充分地體現(xiàn)原油各組份對(duì)混相壓力的貢獻(xiàn)太小,其它方法僅利用原油的平均分子量而不考慮原油分子量的分布。對(duì)Silva方法預(yù)測(cè)35種原油的最小混相壓力結(jié)果與實(shí)測(cè)最小混相壓力進(jìn)行了比較,檢驗(yàn)了Silva方法的精度,對(duì)于大多數(shù)原油預(yù)測(cè)偏差不超過(guò)10%。因此,Silva方法預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際最為接近,可以用來(lái)預(yù)測(cè)原油與二氧化碳的最小混相壓力。

圖2 CO2驅(qū)油過(guò)程中原油顏色變化1-0.094PV;2-0.183PV;3-0.270PV;4-0.347PV;5-0.490PV;6-0.540PV;7-0.629PV;8-1.2PV

原油中分子大小的分布對(duì)最小混相壓力的影響比烴結(jié)構(gòu)變化的影響大得多。Silva方法把最小混相壓力作為原油分子量分布的函數(shù)建立關(guān)系式,按下式給出 C2～C31各餾分烴(不包括 C1,N2,CO2,H2S等非烴)的歸一化重量分?jǐn)?shù)Wic2+:

Wi為組分i的重量分?jǐn)?shù),i=31時(shí)為C31以上所有組分的重量分?jǐn)?shù)。

CO2與原油混合物達(dá)到相平衡時(shí)組分i在富CO2相和富油相間分配系數(shù)Ki為:

重量組成參數(shù)F:

最小混相壓力下的CO2密度ρpmm為:

利用R-K狀態(tài)方程:

式中,a=0.427 48R2Tc2.5/Pc;b=0.086 64R Tc/Pc。

已知油層溫度T=347.8K;氣體通用常數(shù)R=8.2MPa·cm3/mol;CO2分子質(zhì)量 M=44;CO2臨界溫度Tc=304.2K;CO2臨界壓力Pc=7.29 MPa。求得a=6.36×106,b=15.56。表3為色譜分析得到龍虎泡油田高臺(tái)子油層原油組成,計(jì)算得到F=1.044<1.467,代入公式(4)得ρpmm=0.642,將a、b、R、T、M、ρpmm代入公式(5)可求出 CO2與原油的最小混相壓力Pmm=22.62MPa。

表3 原油組成分析

應(yīng)用了Silva方法對(duì)高臺(tái)子油層原油進(jìn)行CO2驅(qū)時(shí)的最小混相壓力進(jìn)行了預(yù)測(cè)(表4)。

表4 實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果與Silva方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從Silva方法預(yù)測(cè)的最小混相壓力結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出,相對(duì)誤差為4.24%。兩種方法所得結(jié)果比較接近,互相驗(yàn)證了二氧化碳驅(qū)最小混相壓力的準(zhǔn)確性。因此,高臺(tái)子油層原油與CO2最小混相壓力為21.7MPa。

3 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)龍虎泡油田高臺(tái)子油層原油特性配制的油樣,利用細(xì)管法測(cè)定CO2與原油最小混相壓力為21.7MPa。

(2)利用室內(nèi)試驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)公式相結(jié)合更能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)原油與CO2最小混相壓力。

(3)高臺(tái)子油層原油與 CO2最小混相壓力為21.7MPa,最小混相壓力高于地層壓力(18.18 MPa),CO2驅(qū)只能是非混相驅(qū)油,但可達(dá)到近混相。

(4)在目前形勢(shì)下,在二氧化碳驅(qū)試驗(yàn)時(shí)可加入部分其它氣體,進(jìn)一步降低混相壓力。

[1]李士倫,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,2001:85-98

[2]楊學(xué)鋒,郭平,杜志敏.細(xì)管模擬確定混相壓力影響因素評(píng)價(jià)[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),2004,(6):26-33

[3]韓培慧,姜言里,張景存.大慶油田二氧化碳驅(qū)油最小混相壓力預(yù)測(cè)[J].油田化學(xué),1989,(4):309-316

編輯:彭 剛

TE357.42

A

1673-8217(2010)03-0070-03

2009-09-09;改回日期:2010-01-08

苗國(guó)鋒,1981年生,2005年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事低滲透油田三次采油方法研究。