柳北中低滲透油藏氮?dú)怛?qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究

陳云峰，馬桂芝，白 冰，黃海龍，龍鴻波

（中國(guó)石油冀東油田勘探開發(fā)研究院，河北唐山 063000）

國(guó)內(nèi)近幾年發(fā)現(xiàn)和未投入開發(fā)的油田主要以低滲、特低滲透油藏等難動(dòng)用儲(chǔ)量為主，開采難度越來越大。低滲透油藏的顯著特點(diǎn)就是儲(chǔ)層滲透率低，自然能量不充足，注氣作為一種提高采收率的方法受到各大油田的普遍關(guān)注［1－2］。在常溫常壓下，氮?dú)鉃闊o(wú)色無(wú)味的氣體，分子量為28.013，密度約為空氣的0.97倍。氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)極不活潑，在常態(tài)下表現(xiàn)出很大的惰性，它不易燃、干燥、無(wú)爆炸性、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，使用安全可靠。與其他氣體相比，氮?dú)饩哂袣庠簇S富，無(wú)爆炸性，不傷害地層，不結(jié)垢，不腐蝕管線，后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

柳北Es32＋3油藏埋藏深、儲(chǔ)層滲透率較低（平均為273×10－3μm2）、非均質(zhì)性強(qiáng)、油質(zhì)較輕，經(jīng)歷了二十年的注水開發(fā)，油藏層間矛盾突出，部分油藏出現(xiàn)了注不進(jìn)水的現(xiàn)象，水驅(qū)動(dòng)用程度趨差，水驅(qū)油效率低，常規(guī)水驅(qū)開發(fā)采收率低，且由于地層溫度高，實(shí)施化學(xué)驅(qū)難度較大，需進(jìn)一步研究適合低滲油藏的增產(chǎn)和提高采收率技術(shù)，并進(jìn)行礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)，為探索南堡陸地中深層、深層油藏提高采收率技術(shù)途徑，選取柳北沙三3油藏開展氮?dú)怛?qū)提高采收率物理模擬先導(dǎo)試驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過程

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置采用海安生產(chǎn)的一維多功能驅(qū)替物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可分為注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)和輔助保障系統(tǒng)4個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)裝置主要由注入泵、裝原油和液體的中間容器、巖心夾持器、回壓閥和恒溫系統(tǒng)等組成（圖1）。

巖心夾持器入口端接裝有原油、氮?dú)夂退闹虚g容器，中間容器與一個(gè)液壓泵相連接，通過液壓泵向中間容器中泵入液體，從而驅(qū)動(dòng)水、氮?dú)夂驮妥⑷霂r心夾持器。巖心夾持器出口端接回壓閥，回壓閥通過手搖泵加壓而形成回壓，利用回壓使巖心達(dá)到地層壓力。從巖心里被驅(qū)替出來的油、氣、水通過計(jì)量系統(tǒng)得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，通過分析這些油氣水?dāng)?shù)據(jù)，可以得到產(chǎn)出程度、含水率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

（1）實(shí)驗(yàn)巖心：本次實(shí)驗(yàn)巖心是石油大學(xué)模擬柳北非均質(zhì)儲(chǔ)層特征的人造方巖心，為了研究非均質(zhì)性對(duì)采收率的影響，分別采用了均質(zhì)方和非均質(zhì)方巖心各兩塊（具體數(shù)據(jù)見表1）。選取模擬巖心的空氣滲透率平均值為270×10－3μm2，分為高、中、低三層，滲透率分別為800×10－3μm2、300×10－3μm2、50×10－3μm2，滲透率變異系數(shù)0.814。

表1 柳北氮?dú)怛?qū)實(shí)驗(yàn)巖心模型參數(shù)

（2）實(shí)驗(yàn)流體：實(shí)驗(yàn)用油為地層原油配制的模擬油，原油取自LB2－15－21井井口，經(jīng)過了脫水并去除雜質(zhì)。由于井口原油已脫氣，黏度變大，要用航空煤油與原油按一定比例配制模擬油，要模擬到地下原油黏度（1.73 mPa·s，90℃）。實(shí)驗(yàn)中使用的飽和水為地層采出水（采自LB2－15－15），驅(qū)替用水為取自注水站的水井注入水，實(shí)驗(yàn)前過濾去除雜質(zhì)。

（3）實(shí)驗(yàn)溫度壓力：實(shí)驗(yàn)溫度為地層溫度102℃，實(shí)驗(yàn)壓力為6 MPa，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑?5 mm×45 mm×300 mm方巖心夾持器。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)過程包括抽真空后飽和水、測(cè)水相滲透率、飽和油、一次水驅(qū)、氣驅(qū)、后續(xù)水驅(qū)、后續(xù)氣驅(qū)等過程。為了實(shí)驗(yàn)結(jié)果更符合地質(zhì)實(shí)際情況，本次實(shí)驗(yàn)做了重復(fù)性驗(yàn)證，每組實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)2次。由于注入氣體容易發(fā)生氣竄，實(shí)驗(yàn)采用了水氣交替注入的方法［3－4］。水驅(qū)結(jié)束時(shí)要求含水達(dá)到98%以上；氣驅(qū)結(jié)束時(shí)也要求是氣竄或含水達(dá)到98%以上；后續(xù)水驅(qū)要求直到出口端采出液的含水率連續(xù)0.2 PV都達(dá)到98%以上時(shí)，后續(xù)水驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)束；后續(xù)氣驅(qū)也要求到出口端采出液的含水率連續(xù)0.2 PV都達(dá)到98%以上時(shí)，后續(xù)氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)過程分析

圖2是模擬柳北非均質(zhì)儲(chǔ)層情況的方巖心A－12的氮?dú)怛?qū)曲線，實(shí)驗(yàn)經(jīng)過了水驅(qū)、氣驅(qū)、二次水驅(qū)、二次氣驅(qū)和三次水驅(qū)5個(gè)階段（圖2）。

在實(shí)驗(yàn)過程中，注入量、含水、采收率等變化情況如下：

（1）在水驅(qū)注入0.1638 PV時(shí)，巖心出口端見水，此時(shí)采收率為23.79% ；當(dāng)注人0.7421 PV時(shí)，采出流體含水為98.97%，水驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，采收率為29.45% ，轉(zhuǎn)為氮?dú)怛?qū)。

圖2 非均質(zhì)方巖心A－12氮?dú)怛?qū)曲線

（2）氮?dú)怛?qū)后，當(dāng)注入0.16 PV高壓氮?dú)鈺r(shí)，出口含水率明顯降低，最低到含水率9.09%，但隨著注入量的增加，由于巖心小，很快發(fā)生氣竄，變現(xiàn)為不出液，只出氣，不得不再次轉(zhuǎn)為水驅(qū)，此時(shí)采收率增加至34.42%。

（3）再次轉(zhuǎn)為水驅(qū)后，出氣量明顯減少，初期的含水率仍很低，說明經(jīng)過氣驅(qū)，巖心孔隙間的剩余油分布發(fā)生了變化，水驅(qū)的波及體積增大，剩余油變成了可動(dòng)油。隨著注入量的增加，含水率升高，提高采收率效果逐漸降低，轉(zhuǎn)為下一個(gè)氣水注入周期。經(jīng)過一次氣水驅(qū)動(dòng)，采收率達(dá)到44.5%。

（4）每次的氣驅(qū)及后續(xù)水驅(qū)作為一個(gè)周期，第二次的氣水注入效果明顯不如第一次，含水率降低很少，相應(yīng)的出油也少，提高采收率低，經(jīng)過兩次氣水注入周期，最終的采收率達(dá)47.71%。2次氣驅(qū)后共提高采收率18.26%。

2.2 開采效果預(yù)測(cè)

從表2可以看出，實(shí)驗(yàn)中柳北Es32＋3油藏水驅(qū)采出程度平均為32.6%，氣驅(qū)后平均采出程度為52.3%，平均可提高采出程度19.7%，說明若在柳北地區(qū)開展氣驅(qū)是有效的。但不論水驅(qū)還是氣驅(qū)，均質(zhì)巖心采出程度明顯高于非均質(zhì)巖心，說明儲(chǔ)層非均質(zhì)性是影響最終采收率的主要因素。

2.3 出氣量分析

實(shí)驗(yàn)中，氣驅(qū)后在很短的時(shí)間內(nèi)氣量就很大，很快氣竄，表現(xiàn)為不出液，只出氣。分析其原因，主要是物理模型較小所致，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用可能時(shí)間較長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中觀察得出：如何有效控制氣竄是氮?dú)怛?qū)成功的關(guān)鍵。

表2 氮?dú)怛?qū)提高采收率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)氣竄后繼續(xù)改為水驅(qū)仍能顯著提高采收率這一事實(shí)，可以得出，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過程中，水氣交替驅(qū)是氣驅(qū)項(xiàng)目推廣的一項(xiàng)行之有效的措施。

2.4 非均質(zhì)性的影響

本次實(shí)驗(yàn)分別采用了均質(zhì)巖心和非均質(zhì)巖心，但平均滲透率相同。通過實(shí)驗(yàn)可以看到，均質(zhì)巖心的水驅(qū)采收率遠(yuǎn)大于非均質(zhì)巖心的水驅(qū)采收率，表明非均質(zhì)性是影響柳北采收率的一項(xiàng)主要影響因素。也間接說明了柳北斷層根部雖然位置高、含油飽和度高，但采出程度不及柳北主體，主要是斷層傾向和物源方向相同，巖性顆粒分選差，邊緣大斷層巖性變化更大，造成斷層根部非均質(zhì)性更強(qiáng)。

2.5 實(shí)驗(yàn)前后巖心對(duì)比

從柳北氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)前后巖心對(duì)比可見，飽和油后實(shí)驗(yàn)前的巖心顏色不同，存在斑塊，說明由于巖石層內(nèi)及層間非均質(zhì)性較強(qiáng)，原始含油飽和度不同，物性好的層內(nèi)，含油飽和度高；驅(qū)替實(shí)驗(yàn)后斑塊不明顯，說明物性好層，采出程度高，也說明了非均質(zhì)性對(duì)采收率的影響。

從驅(qū)替實(shí)驗(yàn)前后的照片（圖3）對(duì)比可見清晰的竄流通道，竄流通道形成于物性相對(duì)好的高滲層內(nèi)，呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，前段掃油面積較大，剩余油較少，由于竄流的形成，末端剩余油分布較多。

3 結(jié)論

（1）柳北Es32＋3油藏實(shí)施氮?dú)怛?qū)是可行的，與純水驅(qū)相比，氮?dú)怛?qū)平均可以提高采收率19.7%。

（2）氣驅(qū)容易形成氣竄，氣竄后適時(shí)地轉(zhuǎn)為水氣交替驅(qū)，可以達(dá)到有效的擴(kuò)大波及范圍，繼續(xù)驅(qū)動(dòng)出剩余油的效果。

圖3 實(shí)驗(yàn)前后巖心照片

（3）柳北Es32＋3油藏實(shí)施氮?dú)怛?qū)結(jié)果表明，均質(zhì)巖心采出程度明顯高于非均質(zhì)巖心，地層非均質(zhì)性是影響采收率的重要因素。

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