碳酸鹽巖儲(chǔ)層中蒸汽驅(qū)機(jī)制研究

倪維一（遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

碳酸鹽巖儲(chǔ)層中蒸汽驅(qū)機(jī)制研究

倪維一
（遼河油田勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010）

在碳酸巖稠油儲(chǔ)層進(jìn)行蒸汽驅(qū)涉及復(fù)雜的開采工藝。技術(shù)難點(diǎn)之一是蒸汽突破裂縫網(wǎng)導(dǎo)致的波及效率降低。另外，蒸汽、鹽水、巖石三者相互作用，引發(fā)嚴(yán)重的礦物溶解。針對(duì)上述問題，本文進(jìn)行了一項(xiàng)室內(nèi)試驗(yàn)。試驗(yàn)使用了10個(gè)巖心，選用的原油重度為14API，分別進(jìn)行了吸滲、蒸汽驅(qū)和降壓測(cè)試。結(jié)果表明，目標(biāo)碳酸鹽巖儲(chǔ)層中蒸汽驅(qū)開采機(jī)制包括：吸滲、粘性減弱、壓降導(dǎo)致的伴生蒸汽，以及膨脹機(jī)制。當(dāng)巖石加熱到接近200℃時(shí)，吸滲成為主要開采機(jī)制。增加的吸滲采收率非常依賴于高溫礦物溶解，這導(dǎo)致潤(rùn)濕性朝強(qiáng)親水性方向改變。在剩余油飽和度下的蒸汽驅(qū)替之后，伴生蒸汽仍能增加原油采出量，采收率達(dá)可達(dá)17%-32%（本文涉及的采收率，全部基于原始地質(zhì)儲(chǔ)量OOIP，下同）。 CT掃描和污水地球化學(xué)分析觀察到了顯著的礦物溶解。CT圖象分析表明，礦物溶解使得晶簇的大小增加了2到5倍。由于這些晶簇主要通過微裂縫連通，在那里發(fā)生礦物溶解效應(yīng)可以忽略不計(jì)，因此，礦物溶解不會(huì)增加有效滲透率。

碳酸巖稠油儲(chǔ)層；蒸汽驅(qū)；吸滲

一、測(cè)試內(nèi)容

試驗(yàn)選定的碳酸鹽儲(chǔ)層巖石樣本，滲透率在121md～317md、孔隙度40.1%～50.9%。CT掃描表明，樣本有許多晶簇，直徑0.11mm～3mm，通過微孔和微裂縫連通。本試驗(yàn)主要針對(duì)以下方面：自由吸滲、強(qiáng)制吸滲、熱膨脹、蒸汽驅(qū)和壓降。

1 自由吸滲。巖心夾持器的出口關(guān)閉，入口接受水注入，速率0.1cm3/min。巖心的端面和巖心夾持器的三通閥之間的開放空間，用來(lái)模擬一個(gè)裂縫，厚度大約0.2mm。水自由流過巖心端面。當(dāng)溫度超過90℃時(shí)，在水流下游應(yīng)用回壓，以避免蒸發(fā)。在等溫和非等溫條件下分別進(jìn)行了自由吸滲測(cè)試。二者區(qū)別在于，等溫條件下，巖心得到預(yù)熱。

2 強(qiáng)制吸滲。水從巖心夾持器入口注入，將原油驅(qū)離巖心夾持器出口。該測(cè)試僅在等溫條件下進(jìn)行。

熱膨脹。當(dāng)巖心夾持器受熱，從儲(chǔ)層溫度（40℃）到200℃時(shí)，巖心夾持器的出口開放，并測(cè)試原油熱膨脹帶來(lái)的產(chǎn)出量。通過保持凈上覆壓力恒定，避免了熱巖石的壓實(shí)。

3 蒸汽驅(qū)。在等溫和非等溫條件下進(jìn)行了蒸汽驅(qū)。前者在蒸汽驅(qū)開始前，巖心已被加熱至200℃。后者在儲(chǔ)層溫度（40℃）條件下開始了蒸汽注入，直至巖心被加熱到200℃，注入速率恒定，為0.1cm3/分。

4 壓降。該測(cè)試在含水飽和度和剩余油飽和度條件下進(jìn)行。前者將水飽和度大約為10%的巖心加熱到200℃來(lái)達(dá)到等溫均衡?？紫秹毫ν蝗粡?50psia降到大氣壓。此時(shí)測(cè)量以地下發(fā)生蒸汽為驅(qū)替方式的石油產(chǎn)量。后者在200℃下，巖心受熱水或蒸汽驅(qū)替，至剩余油飽和度。然后孔隙壓力突然從350psia下降到大氣壓，以使現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的蒸汽。

二、測(cè)試結(jié)果

1 溫度對(duì)自由吸滲的影響。測(cè)試過程中，我們觀察到了非常少量的水吸滲。自由吸滲方式的采收率為8.5%～20%；平均采收率僅為12.3%。因此，目標(biāo)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性基本上可以判斷為油濕。

在地層初始溫度（40℃）條件下進(jìn)行吸滲測(cè)試時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水吸滲停止，溫度也快速上升。為了避免水蒸發(fā)，應(yīng)用了比測(cè)試溫度下水飽和壓力高100psi的回壓。自由吸滲的采收率隨溫度變化而變化，對(duì)應(yīng)關(guān)系為：40℃時(shí)為20%，100℃時(shí)為36%，150℃時(shí)為40%，200℃時(shí)為49.5%。

2 溫度對(duì)強(qiáng)制吸滲的影響。在40℃、150℃、200℃條件下進(jìn)行了強(qiáng)制吸滲測(cè)試。在0.1cm3/min的恒定水注入速率下，測(cè)量的橫跨巖心的壓降大約是12psi （40℃）、1.5psi（150℃）、0.5psi （200℃）。結(jié)果表明，對(duì)于強(qiáng)制吸滲，溫度的增加并不能顯著增加采收率。溫度從40℃上升到200℃，最終采收率僅從32%上升到40%。

3 200℃下的壓降。在200℃下的自由吸滲或強(qiáng)制吸滲過程完成時(shí)，該測(cè)試轉(zhuǎn)換為壓降測(cè)試?；貕涸?0～60min內(nèi)快速減少到大氣壓水平，這使得巖心內(nèi)部出現(xiàn)蒸發(fā)。只要孔隙壓力降至飽和壓力以下（小于230psi），蒸汽便快速產(chǎn)生，同時(shí)還可產(chǎn)生大量小油滴。大多數(shù)原油在30～60min內(nèi)產(chǎn)出。平均采收率提高了17%～32%。結(jié)果顯示，甚至在孔隙壓力降到大氣壓水平之后，產(chǎn)量仍持續(xù)了數(shù)小時(shí)。結(jié)果還表明，壓降產(chǎn)生的采收率增量取決于剩余油飽和度。更高的油飽和度帶來(lái)更高的采收率增量（大約為32%）。來(lái)自以初始水飽和度為開端的壓降產(chǎn)生的采收率為接近60%；大多數(shù)原油均在前300min內(nèi)產(chǎn)出，這意味著對(duì)于選定的重油碳酸鹽巖來(lái)說，壓降是一種非常有效的開采機(jī)制。

4 200℃下的壓降產(chǎn)生的巖石壓實(shí)。對(duì)于溫度上升環(huán)境下的逆流自由吸滲和并流強(qiáng)制吸滲來(lái)說，巖石壓實(shí)可以忽略，這是由于不涉及到氣相；液體壓縮率（對(duì)于油和水來(lái)說，小于10cm/psi）非常小。但是，對(duì)于壓力下降測(cè)試，觀察到了巖石壓實(shí)作用。測(cè)量的結(jié)果顯示測(cè)試巖心的最大壓實(shí)是巖心孔隙體積的大約5%～7%。因此，通過壓降的石油采收率包括來(lái)自巖石壓實(shí)的10%。

5 蒸汽驅(qū)。主要進(jìn)行了兩種蒸汽驅(qū)測(cè)試。第一個(gè)測(cè)試，巖心預(yù)熱到40℃，溫度230℃的蒸汽持續(xù)注入巖心來(lái)加熱巖心。在蒸汽注入的前6個(gè)小時(shí)，巖心溫度逐漸增加到 200℃；第二個(gè)測(cè)試，巖心加熱到 200℃然后注入蒸汽。第一種蒸汽驅(qū)帶來(lái)的石油采收率為63%，第二種為52%。這主要是由于微裂縫為注入蒸汽的運(yùn)移提供了有效路徑。

6 熱膨脹。當(dāng)溫度從40℃增加到200℃時(shí)，膨脹作用帶來(lái)的采收率也得到測(cè)量。幾個(gè)熱膨脹測(cè)試表明，如果不應(yīng)用其它開采工藝，測(cè)得的采收率大約為18%～12%。該結(jié)果與溫度上升條件下的密度測(cè)量基本一致。

[1]曹立迎，等.碳酸鹽巖油藏巖石潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)研究[J].油氣地質(zhì)與采收率，2014（07） .

[2]孫仁遠(yuǎn)，等.蒸汽驅(qū)對(duì)低滲透稠油油藏巖心潤(rùn)濕性的影響[J].特種油氣藏，2013（07） .

[3]劉曉玲，等.碳酸鹽巖油藏提高采收率技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2012 （07） .

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A

倪維一（1982—），男，吉林四平人，遼河油田勘探開發(fā)研究院，碩士，專業(yè)：英國(guó)語(yǔ)言文學(xué)。