CO2、N2、化學(xué)劑及其復(fù)合對(duì)陳373塊稠油作用的實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)

朱學(xué)東1， 周淑娟2， 陳德春2， 姜立富3， 孟紅霞2

(1.中國(guó)石化勝利油田分公司 河口采油廠， 山東 東營(yíng) 257200； 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 石油工程學(xué)院，山東青島 266580； 3.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司， 天津 塘沽 300452)

0 引言

勝利油田陳373區(qū)塊由于層薄、純總比低、油稠、出砂嚴(yán)重、天然能量不足等因素，導(dǎo)致注汽壓力高、熱損失大、產(chǎn)能低、多輪次注汽后產(chǎn)量遞減快、熱采周期短，嚴(yán)重影響蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)效果.為改善油田開(kāi)采效果，國(guó)內(nèi)外廣泛開(kāi)展了化學(xué)劑、二氧化碳、氮?dú)獾忍岣咴筒墒章实募夹g(shù)[1-6].針對(duì)陳373塊存在的問(wèn)題，開(kāi)展化學(xué)劑對(duì)稠油粘度、界面張力的影響，二氧化碳、氮?dú)饧捌渑c化學(xué)劑復(fù)合對(duì)稠油粘度和體積系數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)研究，探索陳373區(qū)塊實(shí)行化學(xué)劑吞吐、二氧化碳吞吐、復(fù)合吞吐等開(kāi)發(fā)方式的可行性.

1 陳373塊稠油開(kāi)發(fā)特征和存在的問(wèn)題

勝利油田河口采油廠稠油區(qū)塊探明含油面積58 km2，探明地質(zhì)儲(chǔ)量8 495×104t，動(dòng)用面積49.5 km2，動(dòng)用儲(chǔ)量7 840×104t，標(biāo)定采收率18.1%.其中，陳373塊薄層稠油動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量為2 373×104t，占58.9%，年產(chǎn)22萬(wàn)噸，占熱采稠油產(chǎn)量60%.

陳373塊為陳家莊油田薄層稠油油藏?zé)岵蓞^(qū)塊，但該區(qū)塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要存在以下矛盾：(1)層薄，單層有效厚度為2～6 m，純總比低，地面脫氣原油粘度(50 ℃)一般為10 000～50 000 mPa·s，屬于特稠油油藏，出砂嚴(yán)重，天然能量不足，注汽壓力高達(dá)19 MPa左右，熱損失大，當(dāng)油層厚度由10 m下降至2 m，熱損失由21%上升至57%，產(chǎn)能低，平均單井日油5.3 t，熱采周期短，蒸汽吞吐開(kāi)發(fā)效果差.(2)周期產(chǎn)量、油汽比遞減快，油汽比低，周期產(chǎn)油量遞減率為27.89%，周期油汽比遞減率為35.59%.隨著吞吐輪次的增加，蒸汽吞吐效果越來(lái)越差.(3)含水上升快，周期間含水上升速度為3.27%.(4) 地層虧空，導(dǎo)致地層壓力降低：區(qū)塊平均壓降為2.4 MPa，地層累計(jì)虧空400×104m3.為此，化學(xué)劑冷采或化學(xué)劑與氣體復(fù)合冷采的適應(yīng)性有待研究.其中，化學(xué)劑冷采的主要機(jī)理是化學(xué)劑將稠油乳化成水包油乳狀液改變稠油流動(dòng)性，降低稠油粘度，降低油水界面張力等[1].CO2或N2吞吐的機(jī)理是CO2或N2溶解于原油中使其體積膨脹，降低原油粘度、降低殘余油飽和度[7-9,12].氣體與化學(xué)劑復(fù)合冷采主要是利用氣體與化學(xué)劑的協(xié)同增效作用[10-12].

2 化學(xué)劑對(duì)稠油作用的實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)中所用的油樣來(lái)自于勝利油田陳373塊，50 ℃地面脫氣原油粘度為40 950 mPa·s，屬于特稠油.所用化學(xué)劑為水溶性自擴(kuò)散降粘體系，該化學(xué)劑是一種粉末狀固體，耐溫性能強(qiáng)，適于溫度160 ℃、耐鹽性能好，能溶解稠油中的重質(zhì)組分.

2.1 化學(xué)劑對(duì)油水界面張力的影響

化學(xué)劑降低油水界面張力的能力決定化學(xué)劑與油發(fā)生乳化作用的難易程度.實(shí)驗(yàn)將化學(xué)劑與地層水配置成不同質(zhì)量濃度(0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、2%)的溶液，采用旋滴界面張力儀測(cè)定油藏溫度65 ℃下的油水界面張力.油水界面張力與化學(xué)劑濃度的曲線如圖1所示.

圖1 不同化學(xué)劑濃度改變油水界面張力效果曲線

圖1表明，化學(xué)劑有很好的降低油水界面張力的能力，在化學(xué)劑濃度低于0.05%時(shí)，隨著化學(xué)劑濃度的增加，油水界面張力急劇降低，當(dāng)化學(xué)劑質(zhì)量濃度高于0.05%時(shí)，油水界面張力達(dá)到低界面張力范圍，化學(xué)劑濃度繼續(xù)增加，油水界面張力降低程度不大.化學(xué)劑降低油水界面張力的效果可以提高洗油效率和波及系數(shù)，從而提高驅(qū)油效果.

2.2 化學(xué)劑對(duì)稠油粘度的影響

將化學(xué)劑與地層水配制成的不同質(zhì)量濃度(0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、2%)溶液與脫水脫氣原油按3:7的體積比攪拌混合均勻，采用BROOKFIELD數(shù)顯粘度計(jì)、超級(jí)恒溫箱，在65 ℃下測(cè)不同化學(xué)劑質(zhì)量濃度對(duì)原油的降粘效果.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.

圖2 不同質(zhì)量濃度化學(xué)劑降粘率效果圖

從圖2中可以看出，化學(xué)劑對(duì)原油有良好的降粘效果，隨著化學(xué)劑質(zhì)量濃度的增加，對(duì)原油的降粘效果增加，當(dāng)化學(xué)劑質(zhì)量濃度為1%時(shí)，化學(xué)劑對(duì)原油的降粘率達(dá)94.39%，化學(xué)劑濃度繼續(xù)增加，原油粘度變化不大，表明化學(xué)劑的降粘效果最優(yōu)的質(zhì)量濃度在1%左右.化學(xué)劑可以大幅度的降低原油粘度，提高原油的流動(dòng)能力，降低水油流度比，增大波及系數(shù)，提高驅(qū)油效果.

3 CO2、N2及氣體與化學(xué)劑復(fù)合對(duì)稠油作用的實(shí)驗(yàn)與評(píng)價(jià)

CO2、N2在高溫高壓下溶解到稠油中會(huì)對(duì)其物性產(chǎn)生明顯的影響，利用高壓PVT裝置及落球粘度計(jì)進(jìn)行CO2、N2溶解及其與化學(xué)劑復(fù)合對(duì)稠油物性的影響實(shí)驗(yàn)研究.

3.1 油藏溫度條件下CO2、N2在原油和混有化學(xué)劑溶液的原油中的溶解度

將原油與質(zhì)量濃度1%的稠油自擴(kuò)散體系溶液按7∶3的體積比混合均勻配制成混有化學(xué)劑溶液的原油乳狀液，將不同比例的氣體分別與原油和原油乳狀液均勻混合，利用高壓PVT實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)油樣進(jìn)行單次脫氣實(shí)驗(yàn)[12,13].測(cè)量65 ℃下，不同壓力條件下，CO2和N2分別在原油和原油乳狀液中的溶解度，結(jié)果如圖3所示.

圖3 65 ℃不同壓力條件下，CO2、N2在原油與混有化學(xué)劑的原油乳狀液中的溶解度曲線

從圖3中可以看出：

(1)CO2和N2可以較大量的溶入陳373區(qū)塊原油中，在相同溫度和壓力條件下，CO2在原油中的溶解度明顯大于N2，該區(qū)塊進(jìn)行CO2吞吐有一定的可行性.CO2和N2在原油中的溶解度隨壓力增大而增加，壓力為10 MPa時(shí)，CO2在原油中的溶解度為46.62 m3/m3，N2的溶解度為13.11 m3/m3，CO2的溶解度為N2的3.5倍.

(2)CO2、N2在化學(xué)劑溶液與原油混合形成的乳狀液中的溶解度隨壓力增大而增加，但在相同溫度和壓力下CO2在化學(xué)劑溶液與原油混合形成的乳狀液中的溶解度明顯小于N2在化學(xué)劑溶液與原油混合形成的乳狀液中的溶解度且相同溫度壓力條件下，CO2、N2在原油乳狀液中的溶解度小于在脫水脫氣原油中的溶解度，壓力為10 MPa時(shí)，CO2、N2分別在原油乳狀液中的溶解度為33.36 m3/m3、11.17 m3/m3，比在脫水脫氣原油中的溶解度分別降低了13.26%和1.94%，由此可知，乳狀液中所含的水降低了CO2、N2的溶解量且含水對(duì)CO2在原油中的溶解的影響比N2大.由此可知，地層中的含水率對(duì)CO2吞吐和N2吞吐的效果有一定的影響.

3.2 CO2、N2及其與化學(xué)劑協(xié)同作用對(duì)原油粘度和體積系數(shù)的影響

在一定溫度(65 ℃)和不同壓力條件下，測(cè)量氣體及氣體與化學(xué)劑協(xié)同作用對(duì)原油的粘度和體積系數(shù)的影響，結(jié)果如圖4和圖5所示.

圖4 CO2、N2及其與化學(xué)劑復(fù)合對(duì)原油粘度的影響曲線

圖5 CO2、N2及其與化學(xué)劑復(fù)合對(duì)原油體積系數(shù)的影響曲線

從圖4和圖5中可以看出：

(1)該區(qū)塊原油溶解CO2、N2后，粘度降低，體積系數(shù)幾乎成線性增加.隨著溶解氣量的增加，體積系數(shù)增加，原油粘度降低，但降低幅度減小；在相同溫度和壓力下，CO2對(duì)原油的溶解降粘效果要明顯好于N2，壓力10 MPa下，CO2的溶解可以使稠油粘度降低67.63%，N2的溶解使其降低23.91%，CO2溶解對(duì)稠油的降粘率約為N2的3倍，主要原因是CO2在原油中的溶解度高于N2在原油中的溶解度；原油溶解氣體后體積膨脹，原油體積系數(shù)幾乎呈線性增加，相同油藏條件下，溶解CO2的原油體積系數(shù)高于溶解N2的原油體積系數(shù).氣體溶解于原油中，降低原油粘度，使原油體積膨脹，不僅可以增加地層的彈性能量，還可以使剩余油剝離巖石表面，降低殘余油飽和度.

(2)氣體與化學(xué)劑在原油中共同作用后，原油粘度明顯降低，與只有CO2、N2和化學(xué)劑單獨(dú)作用相比，CO2或N2與化學(xué)劑的協(xié)同作用更好地降低原油粘度，其中，N2降粘效果低于CO2降粘效果；溫度為65 ℃，壓力為10 MPa時(shí)，加入質(zhì)量濃度為1%的化學(xué)劑溶液時(shí)，原油的粘度由12 297 mPa·s降為689.9 mPa·s，降粘率為94.39%，溶入CO2、N2后，氣體與化學(xué)劑協(xié)同作用使原油的粘度分別降為127.2 mPa·s、375.6 mPa·s，分別為化學(xué)劑單獨(dú)作用原油粘度的18.4%和54.4%，即在化學(xué)劑實(shí)現(xiàn)有效降粘的基礎(chǔ)上，氣體溶解有一定的降粘輔助效果.同時(shí)隨著氣體溶解量的增加，原油的粘度進(jìn)一步降低.

(3)CO2或N2與化學(xué)劑在原油中共同作用后，原油體積系數(shù)明顯增加；與只有CO2或N2作用相比，CO2或N2與化學(xué)劑在原油中的協(xié)同作用后原油體積系數(shù)增加幅度相對(duì)較小，原因是化學(xué)劑溶液中的水影響了原油體積的增加，使原油體積系數(shù)變化幅度減小，由此可知地層中的含水率會(huì)影響CO2和N2的溶解度和原油體積系數(shù)的變化.

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)水溶性自擴(kuò)散體系溶液可以較大幅度的降低原油粘度，降低油水界面張力，質(zhì)量濃度為1%的化學(xué)劑溶液可以使油水界面張力從大于10 mN/m降到低界面張力范圍6.5×10-2mN/m，原油粘度降低94.39%.原油中加入化學(xué)劑可以提高原油的流動(dòng)能力，降低水油流度比，增大波及系數(shù)和洗油效率，提高采收率，化學(xué)吞吐有一定的可行性.

(2)CO2與N2在一定溫度和壓力條件下都可以大量的溶入陳373區(qū)塊原油中，原油溶解氣體后體積膨脹，原油體積系數(shù)幾乎呈線性增加，其中相同條件下的CO2在原油中的溶解度大于N2，CO2的降粘效果優(yōu)于N2.CO2與N2在原油中的溶解，一方面可以明顯的降低原油的粘度，增加原油的流動(dòng)能力，另一方面可以增加原油體積系數(shù)，使原油膨脹，增加地層油的彈性能.

(3)CO2或N2與化學(xué)劑溶液在降低原油粘度方面有很好的協(xié)同作用，溫度為65 ℃，壓力為10 MPa時(shí)，CO2、N2在質(zhì)量濃度為1%的化學(xué)劑降粘的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低原油粘度，CO2、N2與化學(xué)劑協(xié)同降粘后流體的粘度分別為化學(xué)劑單獨(dú)降粘后粘度的18.4%和54.4%.化學(xué)劑與CO2的協(xié)同降粘效果優(yōu)于化學(xué)劑與N2的降粘效果.從而，化學(xué)劑與CO2的復(fù)合應(yīng)用能更好的提高原油采收率.

[1] 李 牧，楊 紅，唐紀(jì)云，等．化學(xué)吞吐開(kāi)采稠油技術(shù)研究[J]．油田化學(xué)，1997，14(4)：340-344，360.

[2] 紀(jì)艷玲．魯克沁油田油井化學(xué)吞吐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]．石油地質(zhì)與工程，2009，23(4)：123-125.

[3] 陶 磊，李兆敏，張 凱，等．二氧化碳輔助蒸汽吞吐開(kāi)采超稠油機(jī)理-以王莊油田鄭411西區(qū)為例[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2009，16(1)：51-54.

[4] 蔡秀玲，周正平，杜風(fēng)華.CO2單井吞吐技術(shù)的增油機(jī)理及應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2002，24(4)：45-46.

[5] 孫建芳．氮?dú)饧敖嫡硠┹o助水平井熱采開(kāi)發(fā)淺薄層超稠油油藏[J]．油氣地質(zhì)與采收率，2012，19(2)：47-53.

[6] 張小波．蒸汽-二氧化碳-助劑吞吐開(kāi)采技術(shù)研究[J]．石油學(xué)報(bào)，2006，27(2)：80-83.

[7] 楊勝來(lái)，王 亮，何建軍，等．CO2吞吐增油機(jī)理及礦場(chǎng)應(yīng)用效果[J]．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，19(6)：23-26.

[8] 王嘉淮，李 允．注氮?dú)飧纳瞥碛驼羝掏潞笃陂_(kāi)采效果[J]．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(3)：46-49.

[9] 劉堯文，劉建儀．氮?dú)馊芙饧俺樘嵝?yīng)對(duì)原油性質(zhì)的影響[J]．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，19(5)：28-30.

[10] 李兆敏，鹿 騰，陶 磊，等．超稠油水平井CO2與降粘劑輔助蒸汽吞吐技術(shù)[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2011，38(5)：600-605.

[11] 陶 磊，李兆敏，畢義泉，等.勝利油田深薄層超稠油多元復(fù)合開(kāi)采技術(shù)[J]．石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37(6)：732-735.

[12] 李兆敏，陶 磊，張 凱，等．CO2在超稠油中的溶解特性實(shí)驗(yàn)[J]．中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，32(5)：92-95.

[13] 孫仁遠(yuǎn)，李愛(ài)芬，張儼彬，等．油層物理實(shí)驗(yàn)[M]．山東：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2009：30-35.