超稠油三元復(fù)合吞吐中CO2溶解驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究

歐陽(yáng)傳湘，馬 成，呂 露，張 偉

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)研究生院，湖北武漢 430023；2.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院；3.中國(guó)石油大港油田公司采油一廠）

超稠油三元復(fù)合吞吐中CO2溶解驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究

歐陽(yáng)傳湘1，2，馬 成2，呂 露2，張 偉3

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)研究生院，湖北武漢 430023；2.長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院；3.中國(guó)石油大港油田公司采油一廠）

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同溫度壓力下含CO2超稠油的粘度和不同含水率體系中的溶解度變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，超稠油溶解CO2后，體積會(huì)膨脹增大，原油粘度降低；CO2在超稠油中的溶解度隨壓力增加而增加，隨溫度升高而降低；CO2在油水系統(tǒng)油中所溶解的比例隨溫度升高而減小，隨壓力升高而減小，隨含水增加而下降；CO2在稠油中的溶解有利于提高超稠油采收率，且CO2溶解得越多越有利。

稠油開(kāi)發(fā)；三元復(fù)合吞吐；CO2溶解驅(qū)油；實(shí)驗(yàn)研究

蒸汽吞吐是一種相對(duì)成熟和簡(jiǎn)單的稠油開(kāi)采技術(shù)，但對(duì)處于開(kāi)采后期的稠油油藏效果非常有限，因此，復(fù)合開(kāi)采稠油油藏成為了近年來(lái)開(kāi)發(fā)稠油油藏的主要方式。復(fù)合開(kāi)采技術(shù)能較好地結(jié)合單一技術(shù)的功能，為稠油油藏的后續(xù)開(kāi)采提供技術(shù)支持，提高稠油油藏的采收率，其中CO2在復(fù)合開(kāi)采中得到廣泛應(yīng)用［1-4］。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究遼河油田杜84-41115井的脫水超稠油油樣與CO2的作用機(jī)理。

1 CO2的溶解對(duì)超稠油粘度的影響

采用遼河油田杜84-41115井的脫水超稠油油樣物性，油樣性能見(jiàn)表1。

表1 原油物性分析數(shù)據(jù)

超稠油溶解CO2后，體積會(huì)膨脹，相對(duì)粘度也隨之降低。利用超稠油與CO2的這種性質(zhì)，生產(chǎn)中通過(guò)向地層注入CO2以提高原油采收效率，通過(guò)研究不同溫度壓力條件下，原油溶解不同量的CO2后的粘度變化規(guī)律，能更合理地找出CO2的注入比例。

通過(guò)測(cè)定恒壓4 h恒溫30 min不同溫度、壓力條件下CO2充分溶解的超稠油油樣的粘度，研究CO2的溶解對(duì)超稠油粘度的影響研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，CO2溶入超稠油可以改善原油的性質(zhì)。原油溶解CO2后，其體積膨脹，密度減小，粘度大幅度下降；壓力越大，CO2溶解度越大，原油粘度下降幅度越大；溫度越高，溶解CO2原油的粘度越小，溫度對(duì)原油粘度的影響比CO2明顯。

圖1 溶解CO2后不同壓力下粘度隨溫度變化關(guān)系

2 CO2在超稠油中的溶解性

CO2在原油中的溶解度是指在一定溫度、壓力條件下，單位體積地層原油能溶解的CO2的體積（在標(biāo)準(zhǔn)條件下）。氣體溶解度的測(cè)定方法一般有兩種：一種是閃蒸法，一種是差異法。閃蒸法是將油氣在指定條件下達(dá)到平衡后逐漸降低壓力，每次降低壓力后都讓油氣重新穩(wěn)定平衡，最終從油中脫出的氣量；差異法是將油氣在指定條件下達(dá)到平衡后一次將壓力降到常壓，連續(xù)從原油中脫出的氣量。一般閃蒸法測(cè)得的溶解度較差異法測(cè)得的溶解要小。

實(shí)驗(yàn)采用PY-1型活塞式高溫高壓配樣器測(cè)試純度為99.9%CO2氣樣在杜84-41115脫水超稠油油樣中的溶解度，測(cè)試溫度為40℃、60℃、80℃、100 ℃、150 ℃、200 ℃，測(cè) 試 壓 力 為1 MPa、3 MPa、5 MPa、10 MPa、15 MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同壓力下溶解度隨溫度變化關(guān)系曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CO2在超稠油中的溶解度隨壓力增加而增加、隨溫度升高而降低。

3 CO2在油水混合體系中的分配比例

由于儲(chǔ)層流體是油水的混合液，并且CO2更易溶于水，因此，在蒸汽＋CO2吞吐時(shí)，注入水和地層水都會(huì)溶掉一部分CO2。為了更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)CO2的溶解驅(qū)油機(jī)理，有必要開(kāi)展了CO2在油水混合體系中的分配比例研究。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的含水率，用杜84-41115井脫氣脫水原油和礦化度為1796.08 mg／L的模擬地層水配制含水65%和75%的模擬產(chǎn)出液，研究CO2在這兩種混合體系的各相中的溶解比例。實(shí)驗(yàn)測(cè)試溫度為80℃、140℃、200℃，測(cè)試壓力為3 MPa、5 MPa、10 MPa。采用閃蒸法測(cè)試CO2在混合體系中的溶解度，在此基礎(chǔ)上，減去同等條件下混合體系中油所能溶解的CO2量，即可得出混合體系中油、水溶解CO2量的多少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出CO2在油水系統(tǒng)油中的溶解度，隨溫度升高而減小、隨壓力升高而減小、隨含水增加而下降。

表2 杜84-41115井不同含水體系CO2溶解度數(shù)據(jù)

4 三元復(fù)合吞吐實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)杜84塊平均滲透率、孔隙度資料，建立松散砂線性物理模型4組，模型基礎(chǔ)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 模擬巖心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

將模型抽空飽和地層水，建立束縛水飽和度；模擬油藏壓力、溫度條件，進(jìn)行巖心模擬吞吐實(shí)驗(yàn)5個(gè)周期，各模型進(jìn)行不同方案的吞吐驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，方案一為水蒸汽吞吐（注入壓力10MPa），方案二為CO2（注入壓力10MPa）＋水蒸汽吞吐，方案三為CO2（注入壓力15 MPa）＋水蒸汽吞吐，方案四為5‰活性劑＋CO2（注入壓力15 MPa）＋水蒸汽吞吐。通過(guò)4組實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)特征及采收率，研究CO2溶解對(duì)吞吐開(kāi)發(fā)效果的影響［5］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不同吞吐介質(zhì)的生產(chǎn)規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）CO2在油中的溶解，有利于原油的采出，且CO2在油中溶解得越多，對(duì)原油的生產(chǎn)越有利。從不同注入介質(zhì)的周期采出程度分析，方案四后三個(gè)周期的采出程度為20.7%，比方案二后三個(gè)周期的采出程度18.9%高1.8個(gè)百分點(diǎn)，比方案一后三個(gè)周期的采出程度16.61%高4.09個(gè)百分點(diǎn)。

（2）表面活性劑的添加，在一定程度上可以促進(jìn)原油生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映，方案四后三個(gè)周期的采出程度是四組模型中最高的，為22.24%，比方案三、方案二、方案一分別高1.54%、3.34%和5.63%。

（3）蒸汽吞吐中添加表面活性劑和CO2可以增加生產(chǎn)油汽比、降低回采水率。不同方案后三個(gè)周期平均生產(chǎn)油汽比和平均回采水率以方案四最高，其次是方案三，再次是方案二，方案一最低。

圖3 驅(qū)油實(shí)驗(yàn)周期與生產(chǎn)參數(shù)關(guān)系

實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著注入過(guò)程結(jié)束開(kāi)井生產(chǎn)，原油中溶解的大量CO2，氣體從溶液中跑出并連續(xù)把油驅(qū)入井筒，這就形成了溶解氣驅(qū)。原油中溶解CO2越多，開(kāi)井后其從原油中逸出量越多，從而更易將原油帶入井筒，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部溶解氣驅(qū)。為了最大限度的發(fā)揮溶解氣作用，應(yīng)盡可能多地將CO2注入地層。

5 CO2溶解驅(qū)油機(jī)理分析

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為，由于CO2能夠溶入原油和水，改變?cè)?、水及油藏的某些性質(zhì)，在注蒸汽前注入CO2促使原油更容易被采出。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，CO2驅(qū)油機(jī)理如下：

（1）溶解CO2后原油體積會(huì)膨脹增大。原油體積增大，促使充滿原油的孔隙體積也增大，為原油在孔隙介質(zhì)中流動(dòng)提供了有利條件；油層中的不可動(dòng)殘余油隨CO2溶解而膨脹，并被擠出孔道中，使殘余油飽和度變??；膨脹的油滴將水?dāng)D出孔隙，使水濕系統(tǒng)形成一種排水而不是吸水過(guò)程，發(fā)生相滲透率轉(zhuǎn)換，即泄油相對(duì)滲透率曲線高于它們的自動(dòng)吸油相對(duì)滲透率曲線，形成了一種在任何飽和度條件下都較有利的原油流動(dòng)環(huán)境。

（2）溶解CO2的原油粘度降低。實(shí)驗(yàn)表明，杜84塊超稠油壓力為10 MPa時(shí)，完全飽和CO2后，原油的粘度平均下降40.5%。粘度的降低和其對(duì)原油流度的影響在超稠油中是相當(dāng)明顯的。原油粘度降低，增加了流動(dòng)性，進(jìn)而獲得較高的驅(qū)油效率。

（3）CO2溶入地層水形成CO2-水的混合物，降低了地層水的p H值，可起到穩(wěn)定粘土的作用。此外CO2溶入地層水形成的弱酸可與地層自生礦物中碳酸鹽反應(yīng)，生成易溶于水的碳酸氫鹽，增大孔喉體積，提高了油層的滲透率。

（4）由于CO2在注入地層后，以氣態(tài)形式存在，壓縮后的CO2在壓力下降后體積膨脹變大，在回采時(shí)能加速地層中原油的返排，提高采液速度。同時(shí)，由于CO2在地層中以氣態(tài)存在，其粘度比蒸汽小，當(dāng)蒸汽冷凝為熱水后，CO2氣體的粘度比水的更小，有助于蒸汽向更深的油層侵入，從而擴(kuò)大蒸汽的波及范圍，使加熱半徑增大，增加泄油半徑和供油面積擴(kuò)大，提高采油量，進(jìn)而提高吞吐效果。

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As super heavy oil has high viscosity and less effective，studying the effect of CO2dissolved flooding mechanism in ternary combination soaks of super heavy oils is a good way to improver super heavy oil recovery.Through laboratory study，the super heavy oil viscosity and CO2solubility in super heavy oil and different WC liquid，under different temperature and pressure have been tested.The results showed that viscosity of super heavy oil was decreased significantly with increasing temperature，CO2solubility increased with pressure increasing and temperature dropping.In oil-water system，CO2solubility decreased with pressure，temperature and water cut dropping.Laboratory ternary combination soaks study showed that CO2dissolved in water-oil system，especially dissolved in super heavy oil，which can improve the oil recovery.

121 Laboratory study of CO2dissolved flooding mechanism on ternary combination soaks in super heavy oil reservoir

Ouyang Chuanxiang et al（Postgraduate Collage of China University of Geosciences，Wuhan，Hubei 430074）

Super heavy oil development；Ternary combination soaks；CO2Dissolved flooding；laboratory study

TE357

A

1673-8217（2011）06-0121-03

2011-07-06

歐陽(yáng)傳湘，副教授，1963年生，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)在讀博士研究生，現(xiàn)主要從事油藏工程和采油工程方面的研究。

李金華