稠油油藏CO2吞吐參數(shù)優(yōu)選室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

王 飛，王 濤

（中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300450）

近年來CO2作為驅(qū)替劑廣泛應(yīng)用于三次采油之中，采用CO2吞吐提高采收率技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。CO2吞吐提高采收率技術(shù)屬于非混相驅(qū)，主要作用機(jī)理包括降低原油粘度、使原油體積膨脹、降低界面張力和油水流度比、溶解氣驅(qū)、萃取以及酸化解堵等[1]。但每一種機(jī)理的作用效果與油藏特征、流體性質(zhì)和注采條件等相關(guān)。近年來，我國在江蘇、勝利等油田已開展礦場試驗(yàn)。但由于該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)尚處于試驗(yàn)階段，對影響吞吐效果的眾多因素有待深入認(rèn)識[2]。因此，為進(jìn)一步認(rèn)識該項(xiàng)技術(shù)作用機(jī)理，優(yōu)化施工工藝參數(shù)，進(jìn)行了室內(nèi)CO2吞吐實(shí)驗(yàn)。該室內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要模擬結(jié)合L油田某區(qū)塊現(xiàn)場實(shí)際，該油田屬于普通稠油油藏，砂巖儲層孔隙度平均15.4%，滲透率主要分布在2～128 mD，屬于中低孔、中低滲儲層。由于油水粘度差異，導(dǎo)致水驅(qū)油效率低，注水開發(fā)效果差。本文根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場，對注入量、循環(huán)周期、關(guān)井時(shí)間及注入速度等主要影響因素進(jìn)行總結(jié)認(rèn)識，并對L油田下一步提高采收率具有一定的指導(dǎo)意義。

1 室內(nèi)CO2吞吐實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程

實(shí)驗(yàn)所用巖心為人造巖心，4.5×4.5×30 cm，滲透率在20 mD左右。實(shí)驗(yàn)用油為L油田某區(qū)塊井口原油和天然氣模擬地層原油，實(shí)驗(yàn)用水為歐37區(qū)塊現(xiàn)場污水。實(shí)驗(yàn)溫度90℃，在此條件下進(jìn)行CO2吞吐實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)流程（見圖1）。

圖1 CO2吞吐室內(nèi)實(shí)驗(yàn)流程圖

（1）將出口端回壓調(diào)整到地層壓力，向巖心注水直到出口端出液為止，使巖心內(nèi)具有穩(wěn)定的地層壓力。

（2）向巖心內(nèi)飽和模擬油，直到出口端沒有水流出為止，然后關(guān)閉所有閥門穩(wěn)定一段時(shí)間。

（3）將出口端回壓調(diào)整到目前的地層壓力，進(jìn)行衰竭采油，直到不產(chǎn)油為止。

（4）在目前的地層溫度和壓力下從采出端以恒定速度反向注入CO2，當(dāng)注入CO2量達(dá)到預(yù)定倍數(shù)孔隙體積時(shí)，停止注氣。

（5）停止注氣后關(guān)閉巖心入口端和出口端的閥門，進(jìn)行燜井，直到預(yù)定的燜井時(shí)間為止。

（6）調(diào)整出口端的回壓到目前的井底壓力，打開出口端閥門，以較慢的壓降速度進(jìn)行衰竭開采，直到不出油為止。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同CO2注入量，不同循環(huán)周期和不同關(guān)井時(shí)間下CO2吞吐對原油采收率的影響。實(shí)驗(yàn)方案（見表 1～表 3）。

表1 一次循環(huán)下CO2吞吐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 二次循環(huán)下CO2吞吐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 三次循環(huán)下CO2吞吐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 CO2注入量對吞吐效果的影響

注入量是影響CO2吞吐效果比較敏感的參數(shù)。保持注入速度和關(guān)井時(shí)間不變，得出CO2注入量與采收率的關(guān)系曲線圖（見圖2）。

如圖2所示，隨著CO2注入量的增加，原油采收率不斷增加，但采收率增加幅度卻有著明顯的變化。當(dāng)注入量小于0.15 PV時(shí)，原油采收率隨著CO2注入量的增加而急劇增加；當(dāng)CO2注入量超過0.15 PV時(shí)，隨著CO2注入量的增加，原油采收率增加的幅度明顯減小，基本上保持不變。在確定最佳注入量時(shí)，要考慮換油率，因此需要結(jié)合換油率來確定CO2的最佳注入量。

圖2 CO2注入量與采收率的關(guān)系

2.2 循環(huán)周期對CO2吞吐效果的影響

實(shí)驗(yàn)分別選取0.1 PV、0.15 PV和0.5 PV三個(gè)不同的注入量下進(jìn)行3個(gè)周期的吞吐實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出不同循環(huán)周期下原油采收率的關(guān)系曲線（見圖 3）。

圖3 不同循環(huán)次數(shù)下CO2注入量與采收率的關(guān)系

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，第一個(gè)循環(huán)周期下CO2吞吐的采收率明顯高于后兩個(gè)周期。當(dāng)CO2注入量低于0.15 PV時(shí)，第二個(gè)周期的吞吐采收率依然可以達(dá)到7%以上，而第三個(gè)周期的采收率則相對較低，基本不會超過5%。而當(dāng)CO2的注入量超過0.15 PV后，后兩個(gè)周期的采收率隨CO2注入量的增加變化較小，且采收率相對較低，并不適合進(jìn)行二次和三次吞吐。因此，對于L油田某區(qū)塊來說，進(jìn)行CO2吞吐時(shí)，若第一個(gè)周期的注入量小于0.15 PV，并且剩余油較多時(shí)，可以進(jìn)行第二個(gè)周期的吞吐措施，從而在最低的注采成本下，達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。但一般不進(jìn)行第三個(gè)周期的吞吐措施。

2.3 關(guān)井時(shí)間對CO2吞吐效果的影響

保持注入量和注入速度不變，研究不同關(guān)井時(shí)間對CO2吞吐效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖4）。

圖4 不同關(guān)井時(shí)間下CO2注入量與采收率的關(guān)系

從圖4中可以看出，不同的關(guān)井時(shí)間對CO2吞吐的采收率的影響十分微小。這是因?yàn)?，由于?shí)驗(yàn)所用巖心長度有限，不能模擬CO2向地層深處的侵入以及地層遠(yuǎn)處原油向井底附近的能量補(bǔ)充，并且?guī)r心中原油含量有限，從而溶解CO2所需的時(shí)間也是十分有限，因此該室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中燜井時(shí)間的影響并不能模擬出現(xiàn)場實(shí)際施工中燜井時(shí)間對CO2采收率的影響。

根據(jù)CO2在原油中的溶解特性以及溶解速率，結(jié)合實(shí)際的施工經(jīng)驗(yàn)，并參考其它文獻(xiàn)調(diào)研[2-3]，確定對于L油田關(guān)井時(shí)間1～3周為最佳。

2.4 CO2注入量與換油率和采收率的關(guān)系

換油率是評價(jià)CO2吞吐效果的一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出不同CO2注入量下采收率和換油率的關(guān)系（見圖5和6）。

圖5 一次循環(huán)下CO2注入量與采收率和換油率的關(guān)系

從圖5中可以看出，在第一個(gè)循環(huán)周期中，隨著CO2注入量的增加，換油率顯著下降，而采收率卻有所增加。最佳注入量為0.1 PV，在此注入量下的吞吐效果最為理想，既可以保證CO2吞吐的采收率，又可以使注入的CO2得到充分的利用。

從圖6可以看出，第二個(gè)和第三個(gè)循環(huán)周期下的CO2利用率明顯低于第一個(gè)周期。但根據(jù)前面的分析，在注入量為0.15 PV之前，二次循環(huán)的采收率依然可以達(dá)到7%以上，因此在CO2注入量較低且成本允許的情況下，可以進(jìn)行第二個(gè)周期的吞吐。而從第三個(gè)周期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，換油率與采收率均十分的低，注入大量的CO2也不會明顯提高吞吐的采收率，因此不易進(jìn)行第三個(gè)周期的吞吐措施。因此，對于L油田某區(qū)塊可以進(jìn)行兩個(gè)周期的吞吐措施，而不適合進(jìn)行三次吞吐。

圖6 不同循環(huán)周期下CO2注入量與換油率的關(guān)系

圖7 不同注入速度與采出程度的關(guān)系

2.5 注入速度對CO2吞吐效果的影響

CO2的注入速度主要影響指進(jìn)和氣體顛覆的程度。指進(jìn)現(xiàn)象越嚴(yán)重，吞吐效果越好，氣體顛覆則對吞吐不利。注氣的初始階段，其吞吐效果隨著注入速度增加而增加，但達(dá)到一定極限后，隨CO2注入速度增加而降低，因而CO2吞吐存在一個(gè)最佳注入速度。

該實(shí)驗(yàn)中，最佳注入速度為6×10-4m3/min。根據(jù)調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)以及結(jié)合L油田，建議現(xiàn)場注入速度不應(yīng)該低于8 t/d，在10～15 t/d為最佳的注入速度，吞吐效果最為理想[4]。

3 結(jié)論

（1）針對L油田某區(qū)塊普通稠油油藏，儲層物性相對較差，連通性不好，注水開發(fā)效果差。CO2吞吐技術(shù)可以降低原油粘度、使原油體積膨脹、降低界面張力和油水流度比，改善L油田的開發(fā)效果。

（2）CO2注入量、循環(huán)周期、注入速度及關(guān)井時(shí)間等是影響CO2吞吐作業(yè)提高采收率的主要影響因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場施工時(shí)設(shè)計(jì)最佳注入量為0.1～0.15 PV，循環(huán)周期視注入量而定，但一般不建議第三次循環(huán)；最佳的關(guān)井時(shí)間為1～3周。

[1]程詩勝，劉松林，朱蘇清.單井CO2吞吐增產(chǎn)機(jī)理及推廣應(yīng)用[J］.油氣田地面工程，2003，22（10）：16-17.

[2]楊勝來，王亮，何建軍，等.CO2吞吐增油機(jī)理及礦場應(yīng)用效果[J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，19（4）：23-25.

[3]何應(yīng)付，梅士盛，楊正明，等.蘇丹Palogue油田稠油CO2吞吐開發(fā)影響因素?cái)?shù)值模擬分析[J］.特種油氣藏，2006，13（1）：64-67.

[4]張懷文，張翠林.CO2吞吐采油技術(shù)工藝研究[J］.新疆石油科技，2006，4（16）：19-21.