深層高壓低滲油藏CO2驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究
——以中原油田胡96塊為例

國殿斌，徐懷民

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國石化 中原油田分公司 勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽 457001)

深層高壓低滲油藏CO2驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究
——以中原油田胡96塊為例

國殿斌1,2，徐懷民1

(1.中國石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國石化 中原油田分公司 勘探開發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽 457001)

深層高壓低滲油藏衰竭開發(fā)后存在氣液兩相流，開展CO2混相驅(qū)滲流特征復(fù)雜，需要進(jìn)行深入研究。模擬深層高壓低滲油藏環(huán)境，應(yīng)用細(xì)管、長巖心實(shí)驗(yàn)開展了CO2驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。研究表明，該類油藏衰竭開發(fā)后，地層呈現(xiàn)雙相流，CO2驅(qū)最小混相壓力呈下降趨勢， CO2驅(qū)油效果大幅下降，但注氣恢復(fù)壓力后開發(fā)可達(dá)到在原始地層條件下連續(xù)注CO2的驅(qū)油效果。研究成果有效指導(dǎo)了現(xiàn)場應(yīng)用，中原胡96塊深層高壓低滲油藏CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)取得良好效果，為有效動(dòng)用深層高壓低滲油藏提供了技術(shù)支持。

深層高壓低滲油藏；CO2混相驅(qū)；最小混相壓力；中原油田

深層高壓低滲油藏具有油藏埋藏深、儲層物性差、壓力高的特點(diǎn)，依靠天然能量開發(fā)采收率低[1]。CO2注入能力強(qiáng)，滲流阻力低，可有效補(bǔ)充地層能量，成為開發(fā)此類油藏的有效手段。近年來，國外各類油藏通過CO2驅(qū)取得良好效果[2-4]，低滲、特低滲油藏CO2驅(qū)項(xiàng)目持續(xù)增加，目前已開展的CO2項(xiàng)目深度最深達(dá)到3 700 m左右，驅(qū)替機(jī)理及配套技術(shù)研究也取得較大進(jìn)展[5-10]。但針對油藏埋藏深，帶有異常高壓特征的低滲油藏室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究尚未見到報(bào)道。

如何高效地利用CO2驅(qū)將此類油藏動(dòng)用起來，成為亟待解決的問題。本文通過室內(nèi)細(xì)管、長巖心CO2驅(qū)動(dòng)態(tài)物理模擬實(shí)驗(yàn)，對深層高壓低滲油藏CO2驅(qū)混相機(jī)理及合理壓力保持水平等進(jìn)行了研究，揭示高壓低飽和油藏CO2驅(qū)油機(jī)理，探索該類油藏注CO2驅(qū)的相關(guān)開發(fā)規(guī)律。

1 油藏概況

中原胡狀集油田胡96塊為深層高壓低滲高揮發(fā)油藏，油藏埋深3 800～4 400 m，地層壓力75 MPa，壓力系數(shù)1.7，地層溫度148 ℃，孔隙度15.3%，滲透率4.85×10-3μm2，原油飽和壓力37.68 MPa，地面原油密度0.804 6 g/cm3，溶解氣油比413.28 m3/m3，地層水總礦化度34.32×104mg/L。油田開發(fā)注水注不進(jìn)，油藏能量低，油井初期產(chǎn)量高但遞減快，目前均處于間開收油狀態(tài)。

2 CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)包括細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，其中前者用于最小混相壓力研究，后者用于不同開發(fā)方式模擬。

2.1最小混相壓力實(shí)驗(yàn)

采用長細(xì)管混相儀，主要由內(nèi)徑為0.47 cm、長12.5 m、裝有140～230目有孔玻璃砂組成，孔隙體積112 cm3、滲透率約為5×10-3μm2、孔隙度為35%。實(shí)驗(yàn)步驟包括：①配制油樣；②長細(xì)管飽和原油；③恒壓注CO2驅(qū)替；④逐步提高壓力，重復(fù)驅(qū)替過程，直到采收率和驅(qū)替壓力曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)。保證最小混相壓力測量的準(zhǔn)確性，應(yīng)當(dāng)選取最少4個(gè)驅(qū)替壓力樣本。其中要求有2個(gè)壓力點(diǎn)采出程度大于90%，2個(gè)壓力點(diǎn)采出程度小于90%；驅(qū)替過程盡可能保持恒速驅(qū)替；不同壓力下的注入體積由校正后的泵直接計(jì)量，當(dāng)注入體積為1.2 PV時(shí)，結(jié)束驅(qū)替過程。

2.2長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置由注入系統(tǒng)、巖心夾持器系統(tǒng)和采出系統(tǒng)組成，3個(gè)系統(tǒng)為獨(dú)立的板塊結(jié)構(gòu)。巖心夾持器長2 m，系統(tǒng)最大工作壓力為80 MPa，最高工作溫度為180 ℃，控溫精度為±0.5 ℃。所用巖心為取自胡96塊的40塊直徑為25.0 mm、長度為29～60 mm的巖心依照布拉法則進(jìn)行排序拼接，總長度為1 859.9 mm，滲透率為16.4×10-3μm2。實(shí)驗(yàn)步驟包括：①油、氣、水及巖心樣品準(zhǔn)備；②模型孔隙體積測定；③造束縛水；④原油樣品飽和及老化；⑤溶劑驅(qū)替原油；⑥模型清洗。實(shí)驗(yàn)環(huán)境嚴(yán)格按照胡96塊油藏環(huán)境設(shè)置，為確保所有實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，對所涉及的儀器設(shè)備用石油醚和無水乙醇進(jìn)行了清洗。

2.3地層流體的配制

地層流體采用胡96塊井口取油與天然氣復(fù)配而成，飽和壓力為37.94 MPa，在地層溫度148 ℃和地層壓力59.07 MPa條件下，地層原油單次脫氣氣油比為405.89 m3/m3，地層原油體積系數(shù)為2.229 1 m3/m3，溶解系數(shù)為10.606 m3/m3/MPa。實(shí)驗(yàn)用水為地層水，礦化度為340 200 mg/L，水型為CaCl2型，注入CO2純度為99.99%。

3 CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1最小混相壓力變化

最小混相壓力是影響CO2驅(qū)提高采收幅度的關(guān)鍵性因素之一。目前國內(nèi)外最小混相壓力計(jì)算和測量都是基于油藏原始油。胡96塊在衰竭開發(fā)后，大量溶解氣產(chǎn)出，原油組分性質(zhì)發(fā)生較大變化，中間烴含量上升。本文應(yīng)用長細(xì)管室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究不同衰竭壓力下最小混相壓力變化特征。

測量了5組原始油在不同驅(qū)替壓力下的原油采收率。實(shí)驗(yàn)表明，隨驅(qū)替壓力的升高，CO2驅(qū)采出程度隨之提高。繪制壓力與采收率關(guān)系曲線(圖1)，采出程度曲線上存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此轉(zhuǎn)折點(diǎn)代表驅(qū)替機(jī)理發(fā)生質(zhì)變。壓力大于轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，為混相驅(qū)。胡96塊原始油CO2驅(qū)最小混相壓力約為38.03 MPa，驅(qū)替壓力在最小混相壓力時(shí)，注入1.2 PV CO2采出程度為90.17%。

高飽和油藏衰竭開發(fā)后，溶解氣大量產(chǎn)出，剩余原油組分性質(zhì)發(fā)生變化，勢必將影響CO2與原油的混相特征。實(shí)驗(yàn)?zāi)M壓力衰竭至不同階段，取得飽和壓力分別為37.94,28.43,20.16,15.01,10.05,5.13 MPa的原油，分別測量其最小混相壓力。結(jié)果如圖2所示，衰竭開發(fā)的油藏，注CO2最小混相壓力隨地層壓力的降低而降低，最小混相壓力與原油飽和壓力之差越來越大。

3.2衰竭開采模擬

應(yīng)用長巖心模擬深層高壓低滲油藏天然能量開發(fā)，隨巖心壓力下降，氣油比呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(圖3)，壓力由42.3 MPa衰竭至26.0 MPa時(shí)，氣油比逐漸降低，游離氣沒有形成流動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)原油采收率為24.3%；壓力由26 MPa下降至13.9 MPa時(shí)，一方面溶解氣溢出造成地層流體膨脹，驅(qū)動(dòng)地層原油流動(dòng)，另一方面游離氣也參與流動(dòng)，并且天然氣的流動(dòng)系數(shù)大于地層原油，造成氣油比大幅度升高，采收率為34.5%。

圖1 中原油田胡96塊CO2驅(qū)最小混相壓力變化曲線

圖2 衰竭至不同開發(fā)階段原油CO2驅(qū)最小混相壓力變化曲線

圖3 衰竭開發(fā)過程中氣油比及采出程度變化曲線

3.3地層壓力對CO2驅(qū)油效率影響

目標(biāo)油藏一直采用天然能量開發(fā)，地層壓力下降較多。為此設(shè)計(jì)了衰竭至不同壓力下的長巖心注CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，研究不同地層壓力對CO2驅(qū)油效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，隨壓力的降低，CO2驅(qū)油效率變差，壓力在34.1 MPa(原始飽和壓力的90%)左右時(shí)，注氣采出程度與原始條件下相當(dāng)，若壓力繼續(xù)降低，采收率迅速下降。

3.4注CO2恢復(fù)壓力后注氣驅(qū)替

目前胡96塊地層壓力已下降至28.5 MPa左右，根據(jù)地層壓力對CO2驅(qū)油效率影響實(shí)驗(yàn)，直接應(yīng)用CO2驅(qū)開發(fā)效果不好，因此考慮先注CO2恢復(fù)壓力后，再進(jìn)行CO2驅(qū)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：注入相同倍數(shù)CO2情況下，注CO2恢復(fù)壓力越高，驅(qū)油效率越好；目前壓力下注CO2恢復(fù)至34 MPa以上，CO2驅(qū)油效果與原始條件注CO2的效果差距不大。

圖4 衰竭開發(fā)至不同壓力下CO2驅(qū)采收率變化曲線

圖5 恢復(fù)至不同油藏壓力下CO2驅(qū)采收率對比

4 應(yīng)用實(shí)例

中原油田低滲透油藏儲量比重大，其中依靠天然能量開發(fā)的儲量多達(dá)5 817×104t，這部分儲量深度在3 200～4 300 m，滲透率大多小于10×10-3μm2，采出程度僅有7.6%。因?yàn)樯顚拥蜐B導(dǎo)致難動(dòng)用，也影響了下一步勘探工作進(jìn)展。其中，胡96塊油藏儲量253×104t，由于埋藏深、滲透率低，無法注水開發(fā)，地層能量得不到補(bǔ)充，產(chǎn)量低且多口井停產(chǎn)，僅采出原油2.6×104t，在中原油田深層特低滲油藏中具有代表性。

2010年在胡96塊胡109井組開展CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)。如圖6所示，試驗(yàn)前，地層無能量補(bǔ)充，產(chǎn)油量遞減快，日產(chǎn)油0.4 t，油壓0.6 MPa。設(shè)計(jì)日注入CO2量為30 t，截至2013年8月底，累計(jì)注CO215 199.3 t，地層壓力由28.5 MPa恢復(fù)到48.5 MPa。見效后地層能量充足，日產(chǎn)油最高達(dá)21.2 t，累計(jì)增油3 780 t，增氣210×104m3。目前油壓穩(wěn)定在8 MPa，日產(chǎn)油8.3 t。

圖6 中原油田胡96-3井日產(chǎn)油及油壓曲線

應(yīng)用本文研究成果，胡96塊深層高壓低滲油藏得到了高效動(dòng)用。截至目前,已連續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)10個(gè)月，預(yù)計(jì)可提高采收率20%以上，這在特低滲油藏、尤其是深層高壓特低滲油藏中相當(dāng)罕見。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究及現(xiàn)場實(shí)踐為中原深層高壓低滲油藏難動(dòng)用儲量有效開發(fā)指明了方向。

5 結(jié)論

(1)高揮發(fā)油藏衰竭開發(fā)后，因氣體大量產(chǎn)出，最小混相壓力發(fā)生變化，對開發(fā)效果影響較大。

(2)深層高壓低滲高飽和油藏原始地層條件下注CO2混相驅(qū)可獲得非常高的采收率；高于最小混相壓力后注CO2驅(qū)油，注入壓力的高低對驅(qū)油效果影響不大。

(3)高揮發(fā)油藏壓力衰竭到原始飽和壓力之下后，氣油比急劇上升，地層形成雙相流動(dòng)狀態(tài)，CO2驅(qū)油效果變差。

(4)高壓低滲高飽和油藏從28.5 MPa注CO2恢復(fù)壓力至40.0 MPa，之后再接著注CO2可以達(dá)到在原始地層條件下連續(xù)注CO2的驅(qū)油效果。

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(編輯徐文明)

LaboratoryexperimentsofCO2floodingindeep-buriedhigh-pressurelow-permeabilityreservoirs: A case study of block Hu96 in Zhongyuan Oilfield

Guo Dianbin1,2, Xu Huaimin1

(1.CollegeofGeosciences,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China; 2.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Production,SINOPECZhongyuanOilfieldCompany,Puyang,Henan457001,China)

Gas and liquid flows coexist in deep-buried high-pressure low-permeability reservoirs after natural depletion. Further studies are demanded due to the complicated characteristics of CO2miscible flooding. The environment of deep-buried high-pressure low-permeability reservoir was simulated and the laboratory experiment of CO2flooding was carried out using slim tube and long core. It has been concluded that after natural depletion, gas and liquid flows coexist in formation. The minimum miscible pressure (MMP) and the effect of CO2flooding decline. But after restoring formation pressure, the effect of CO2flooding increases, and achieves the similar result to that by continuous CO2injecting under original formation pressure. The conclusion has been applied in CO2flooding pilot test of deep-buried high-pressure low-permeability reservoirs in block Hu96 in the Zhongyuan Oilfield, providing technical support for the development of deep-buried high-pressure low-permeability reservoirs.

deep-buried high-pressure low-permeability reservoir; CO2miscible flooding; minimum miscible pressure; Zhongyuan Oilfield

1001-6112(2014)01-0102-04

10.11781/sysydz201401102

2013-05-04；

：2013-12-02。

國殿斌(1975—)，男，教授級高級工程師，從事儲層地質(zhì)及油氣田開發(fā)地質(zhì)研究工作。E-mail: gdb@zydzy.com。

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)項(xiàng)目“二氧化碳提高石油采收率與封存關(guān)鍵技術(shù)研究”(2009AA063406)資助。

TE349

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