淺層斷塊油藏水平井CO2吞吐增油技術(shù)

劉懷珠， 李良川， 吳 均

(中國石油冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063004)

淺層斷塊油藏水平井CO2吞吐增油技術(shù)

劉懷珠， 李良川， 吳 均

(中國石油冀東油田公司鉆采工藝研究院，河北唐山 063004)

水平井是高尚堡淺層斷塊油藏的主要開采方式，在水平井開發(fā)過程中易形成邊底水突進(jìn)、水竄、水淹，油井含水上升速度快，導(dǎo)致油井產(chǎn)能下降，嚴(yán)重影響油田的開發(fā)效果。針對(duì)水平井開發(fā)后期產(chǎn)能下降的問題，采用了CO2吞吐增油技術(shù)。其主要技術(shù)原理為：在地層溫度條件下CO2能快速溶于原油中，使原油膨脹，改變?cè)偷奈镄?，大幅度降低原油黏度，降低油水界面張力，增加溶解氣?qū)的能量，進(jìn)而達(dá)到油井增產(chǎn)的目的。34井次的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果證實(shí)，水平井單井日產(chǎn)油量由1.72 t增加到4.88 t，含水率由95.00%下降到51.45%，控水增油效果顯著。

水平井開發(fā)； 淺層斷塊油藏； CO2吞吐技術(shù)； 增油機(jī)理

自2002年底，冀東油田淺層開始大規(guī)模應(yīng)用水平井以來，油田水平井主要部署在儲(chǔ)集層物性好、供液能力充足的淺層復(fù)雜斷塊油藏，其中高尚堡淺層斷塊油藏投產(chǎn)水平井198口，經(jīng)過長期的生產(chǎn)開發(fā)出現(xiàn)了水平段局部見水引起油井含水迅速上升，導(dǎo)致油井產(chǎn)量下降的問題，因此，迫切需要采取必要的措施，控制水平井含水上升速度，對(duì)于水平井穩(wěn)產(chǎn)和提高采收率具有重要意義[1-4]。

CO2吞吐作為一項(xiàng)原油增產(chǎn)技術(shù)，我國先后在大慶、勝利、華北、江蘇、克拉瑪依等油田開展了CO2驅(qū)油的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了良好的增產(chǎn)效果。利用CO2增產(chǎn)原油，是一項(xiàng)技術(shù)上可行、具有良好發(fā)展前景的采油工藝技術(shù)[2-3]。因此，為了解決水平井見水快、單井產(chǎn)量下降迅速的問題，提出了CO2吞吐工藝技術(shù)應(yīng)用在水平井的技術(shù)思路，開展了有益的嘗試。

1 CO2吞吐技術(shù)的增油機(jī)理

1.1 CO2溶解氣的膨脹機(jī)理

原油中充分溶解CO2后可使原油體積膨脹0.1～0.4倍，不僅增加了原油的內(nèi)動(dòng)能，而且也大大減少了原油流動(dòng)過程中的毛管阻力和流動(dòng)阻力，從而提高了原油的流動(dòng)能力。

1.2 CO2溶解氣的降黏機(jī)理

當(dāng)原油中的CO2溶解氣飽和后，能夠大大降低原油的黏度。在地層條件下，壓力越高，CO2在原油中的溶解度就越高，原油的黏度降低越顯著。

1.3 CO2溶解氣的解堵機(jī)理

CO2溶解于水后略呈酸性，與地層基質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生反應(yīng)生成弱酸，從而酸解一部分雜質(zhì)，提高油層滲透性，有效地疏通二次污染造成的地層堵塞。

1.4輕質(zhì)烴萃取和汽化機(jī)理

輕質(zhì)烴與CO2間具有很好的互溶性，在油藏壓力條件下，CO2會(huì)使原油中的輕質(zhì)烴萃取和氣化，提高產(chǎn)能。

1.5油水界面張力降低機(jī)理

CO2在油中溶解度比在水中的溶解度大3～9倍，水中的CO2促使巖石顆粒表面的油膜破裂并被水一起帶走，當(dāng)油水界面張力很小時(shí)，積聚的殘余油滴在孔隙通道內(nèi)自由移動(dòng)，從而提高油相的滲透率，也進(jìn)一步擴(kuò)大了水驅(qū)的波及面積，大大提高了掃油效率[5-8]。

2 高尚堡淺層斷塊油藏概況特征

2.1地質(zhì)概況

高尚堡淺層斷塊油藏位于南堡凹陷高尚堡構(gòu)造北部，高柳斷層的上升盤，為一寬緩的斷鼻狀構(gòu)造，構(gòu)造形態(tài)比較完整，區(qū)塊內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單，局部發(fā)育高柳斷層派生的一些小斷層，對(duì)整體構(gòu)造形態(tài)影響不大。構(gòu)造長軸方向近NW-SE向，地層總體北傾，傾角2°～3°，整體構(gòu)造幅度約90 m。

2.2油藏特征及地層流體性質(zhì)

高尚堡淺層斷塊油藏的平均孔隙度在30%以上，平均滲透率在(602～1 622)×10-3μm2，儲(chǔ)集層平面、層間及層內(nèi)非均質(zhì)性較為嚴(yán)重。

原油密度高，黏度高，凝固點(diǎn)低。地面原油密度一般為0.95～0.96 g/cm3，平均0.956 2 g/cm3；地面原油黏度一般為300～500 mPa·s，平均415 mPa·s，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為20%，含蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～3%，原油凝固點(diǎn)低于0 ℃，一般為-2～-7 ℃。

3 CO2吞吐技術(shù)室內(nèi)研究

根據(jù)高尚堡淺層斷塊油藏的特點(diǎn)，篩選了G-5P13井的原油、唐山公司生產(chǎn)的CO2(純度為99.9%)進(jìn)行了原油膨脹、黏度測(cè)定以及巖心驅(qū)油室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

3.1原油膨脹實(shí)驗(yàn)

CO2注入量與原油膨脹系數(shù)關(guān)系曲線如圖1所示。由圖1可以看出，隨CO2注入量的增加，原油膨脹系數(shù)逐漸增加。當(dāng)CO2注入體積與原油的物質(zhì)的量比達(dá)3.3時(shí)，膨脹系數(shù)從1.0增加到1.33，增加了33%。

圖1 CO2注入體積與原油膨脹系數(shù)關(guān)系曲線

Fig.1RelationshipbetweenCO2andoilexpansioncoefficient

3.2黏度測(cè)試實(shí)驗(yàn)

CO2注入量與原油黏度關(guān)系曲線如圖2所示，由圖2可以看出，隨CO2注入量的增加，原油的黏度逐漸降低。當(dāng)CO2注入體積與原油的物質(zhì)的量比達(dá)3.3時(shí)，原油黏度由初始的437 mPa·s降為76 mPa·s，下降了82.6%。

圖2 CO2注入體積與原油黏度關(guān)系曲線

Fig.2RelationshipbetweenCO2andoilviscosity

3.3巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

采用編號(hào)為TW-1、TW-2、TW-3、TW-4等11塊巖心進(jìn)行了CO2吞吐驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。通過TW-1的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可以看出，在殘余油飽和度基本相同的情況下，隨著CO2注入體積的增加，CO2吞吐增加的采收率逐漸增大；通過TW-2的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可以看出，在CO2注入量相同的情況下，殘余油飽和度越高，CO2吞吐增加的采收率越大；通過TW-3的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可以看出，在殘余油飽和度基本相同和CO2注入量相同的情況下，注入壓力越高，CO2吞吐增加的采收率越大；通過TW-4的巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)可以看出，在殘余油飽和度基本相同和CO2注入量相同的情況下，燜井時(shí)間越長，CO2吞吐增加的采收率越大。

表1 CO2注入量與采收率的關(guān)系Table 1 Relationship between CO2 and oil recovery

4 CO2吞吐技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1選井條件

根據(jù)試驗(yàn)井資料和冀東油田的地質(zhì)條件，采用CO2吞吐技術(shù)時(shí)，應(yīng)按下列條件進(jìn)行選井[9-12]：

(1) 油藏封閉性一定要好，層間不存在串槽現(xiàn)象。CO2吞吐主要通過向地層補(bǔ)充能量來提高油井產(chǎn)能，油藏封閉性的好壞直接影響著增油效果。

(2) 原油中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)沉淀含量不高，原油密度低。所選井的黏度小于1 000 mPa·s，膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量低于30%。

(3) 層內(nèi)滲透性差異較小，地層連通性好。

4.2施工參數(shù)

施工用料：液態(tài)CO2，具體用量根據(jù)單井油藏條件計(jì)算得出；

注入狀態(tài)：液態(tài)；

注入速度： 3～5 t/h ；

注入壓力： ≤28 MPa(視施工情況而定)；

注入時(shí)間：1～4 d；

燜井時(shí)間：8～20 d(視施工情況而定)。

4.3施工工藝

(1) 防腐。在注入過程中，為減輕CO2遇水生成碳酸造成對(duì)油管、套管及井下設(shè)備的腐蝕，選用CO2緩蝕劑FF-1進(jìn)行防腐處理，通過油層深度和泵掛深度計(jì)算油套環(huán)空容積來確定防腐液的用量，配液質(zhì)量濃度為1 000 mg/L。

(2) 關(guān)閉井口閘門，按不動(dòng)管柱作業(yè)操作規(guī)程處理井口。

(3) 連接CO2罐車、注入泵至井口套管閘門的施工管線，試壓合格后注入液體CO2，注入完畢后燜井。

4.4 CO2吞吐整體效果

2010年8月開始在高尚堡淺層斷塊油藏水平井實(shí)施CO2吞吐增產(chǎn)措施，現(xiàn)場(chǎng)已施工36口井，有效增油34口井，累計(jì)增油15 386 t，平均單井增油453 t。其中表2列舉了重點(diǎn)水平井的CO2吞吐效果，平均單井產(chǎn)液量由47.8 m3降到11.2 m3，單井產(chǎn)油量1.72 t增加到4.88 t，含水率由95.00%下降到51.45%，收到了很好的增油降水效果。

5 結(jié)論

(1) CO2吞吐增油技術(shù)是在地層溫度條件下通過CO2快速溶于原油中，使原油膨脹，改變?cè)偷奈镄?，大幅度降低原油黏度，降低油水界面張力，增加溶解氣?qū)的能量，來提高單井產(chǎn)量。

(2) CO2吞吐增油技術(shù)適用于膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量不高、層內(nèi)滲透性差異較小、連通性好的封閉斷塊油藏水平井。

(3) CO2吞吐增油技術(shù)在高尚堡淺層斷塊油藏的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果表明該技術(shù)可以較大幅度提高水平井的單井產(chǎn)量，為解決水平井單井產(chǎn)量牛鼻子工程提供了一條有益的技術(shù)思路，具有很好的推廣價(jià)值。

表2 冀東油田重點(diǎn)水平井CO2吞吐效果Table 2 Effect of CO2 huff and puff technology used on horizontal well in Jidong oilfield

[1] 李良川,劉懷珠,李宜坤,等. 堵水新技術(shù)在高尚堡淺層區(qū)塊的應(yīng)用[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào),2010,23(4):60-63. Li Liangchuan,Liu Huaizhu,Li Yikun,et al. The application of new water shutoff technology on Gaoshangpu oilfield swallows area [J]. Journal of Petrochemical Universities, 2010, 23(4):60-63.

[2] 陳民鋒,姜漢橋,吳應(yīng)川,等.復(fù)雜斷塊油藏單井CO2吞吐注采參數(shù)優(yōu)化研究[J].油氣田地面工程,2008,27(11):1-3. Chen Minfeng,Jiang Hanqiao,Wu Yingchuan,et al. Optimization of single well CO2huff and puff injection and production parameters in complex fault block reservoir[J]. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2008, 27(11):1-3.

[3] 劉懷珠,李良川,吳均,等.底水油藏水平井出水規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào),2012,25(1):57-60. Liu Huaizhu,Li Liangchuan,Wu Jun,et al. Experimental study on the rule of horizontal well water breakthrough in bottom water reservoir[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2012,25(1):57-60.

[4] 陳民鋒,姜漢橋,吳應(yīng)川.CO2吞吐井位優(yōu)選模糊綜合評(píng)判方法研究[J].油氣田地面工程,2008,27(10):1-4. Chen Minfeng,Jiang Hanqiao,Wu Yingchuan.Study on fuzzy comprehensive evaluation method for well location of CO2huff and puff.[J]. Oil-Gasfield Surface Engineering, 2008,27(10):1-4.

[5] 楊軍,張烈輝,熊鈺,等.CO2吞吐候選油藏篩選綜合評(píng)價(jià)方法[J].斷塊油氣田,2008,15(3):62-64. Yang Jun,Zhang Liehui,Xiong Yu,et al. Integrated evaluation method of CO2injection stimulation in screening candidate reservoirs[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2008,15(3):62-64.

[6] 鹿騰,李兆敏,劉偉,等.強(qiáng)水敏稠油油藏CO2吞吐技術(shù)研究[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34(6):151-154. Lu Teng,Li Zhaomin,Liu Wei,et al. Study on CO2huff and puff technology for strong water sensitive heavy oil reservoir[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute, 2012, 34(6):151-154.

[7] 戰(zhàn)菲,宋考平,秦亮,等.榆樹林油田CO2吞吐采油目標(biāo)井優(yōu)選方法研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2010,40(21):113-118. Zhan Fei,Song Kaoping,Qin Liang,et al. The research method of target oil wells selection for CO2huff and puff in Yushulin oil field [J]. Mathematics in Practice and Theory, 2010, 40(21):113-118.

[8] 于春生,趙金洲,李閩,等.CO2吞吐延長油井自噴期效果評(píng)價(jià)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2009,28(6):268-272. Yu Chunsheng,Zhao Jinzhou,Li Min,et al. Evaluation on CO2huff and puff on prolonging natural flow life of producers[J]. Petroleum Geology &Oilfield Development in Daqing, 2009,28(6):268-272.

[9] 戰(zhàn)菲,宋考平,尚文濤,等.低滲透油藏單井CO2吞吐參數(shù)優(yōu)選研究[J].特種油氣藏,2010,17(5):70-73. Zhan Fei,Song Kaoping,Shang Wentao,et al. Parameter optimization of single well CO2huff and puff for low permeability reservoir field [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2010, 17(5):70-73.

[10] 楊甲苗,曾華國.CO2吞吐技術(shù)在深層稠油開發(fā)中的應(yīng)用[J].斷塊油氣田,2009,16(2):83-85. Yang Jiamiao,Zeng Huaguo. Application of CO2huff and puff in deep heavy oil development[J]. Fault-Block Oil & Gas Field, 2009,16(2):83-85.

[11] 趙彬彬,郭平,李閩,等.CO2吞吐增油機(jī)理及數(shù)值模擬研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2009,28(2):117-120. Zhao Binbin,Guo Ping,Li Min,et al. Research on CO2stimulation mechanism and numerical simulation[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2009,28(2):117-120.

[12] 張新征,馮明生,李香玲.高凝油藏注CO2吞吐影響因素?cái)?shù)值模擬[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2009,28(1):114-117. Zhang Xinzheng,Feng Mingsheng,Li Xiangling. Numerical simulation of influencing factors of CO2huff-and-puff in high pour point reservoirs [J]. Petroleum Geology &Oilfield Development in Daqing, 2009,28(1):114-117.

(編輯 王亞新)

CO2Huff and Puff Technology on Horizontal Well of Shallow Fault-Block Reservoir

Liu Huaizhu, Li Liangchuan, Wu Jun

(JidongOilfieldDrilling&ProductionTechnologyResearchInstitute,ChinaNationalPetroleumCorporation,TangshanHebei063004,China)

Horizontal well is the main development way of Gaoshangpu shallow fault-block reservoir. During the process of horizontal well development edge water and bottom water usually channel, finger, flood so that the water cut goes up quickly. After water cut is high, it caused well productivity decreasing, seriously affects the development effects of oil field. To solve this problem, the CO2huff and puff technology was chose. The main principle was as follows. Under the condition of temperature and pressure, oil can dissolve CO2quickly. CO2can expand oil，change the physical property, decrease oil viscosity and interfacial tension between water and oil, increase dissolved gas drive energy then improve oil/gas recovery factor. Field application of 34 wells show that daily oil production increases from 1.72 t to 4.88 t and water cut decreases from 97.5% to 51.45%. The technology has obvious stimulation effect.

Horizontal well development; Shallow fault-block reservoir; CO2huff and puff technology; Stimulation mechanism

1006-396X(2014)04-0052-05

2013-11-29

：2014-06-15

中國石油天然氣集團(tuán)公司重大專項(xiàng)“水平井控水技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用”(2008F-1506)。

劉懷珠(1983-)，男，碩士，工程師，從事采收率技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用；E-mail: liuhuaizhu007@126.com。

TE357

： A

10.3969/j.issn.1006-396X.2014.04.012