低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中的混相特征實(shí)驗(yàn)研究

王 銳， 呂成遠(yuǎn)， 倫增珉， 趙淑霞， 潘偉義， 周 宇

(1.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司 海相油氣藏開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083； 2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 采收率所， 北京 100083)

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低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中的混相特征實(shí)驗(yàn)研究

王 銳1，2， 呂成遠(yuǎn)1，2， 倫增珉1，2， 趙淑霞1，2， 潘偉義1，2， 周 宇1，2

(1.中國(guó)石油化工集團(tuán)公司 海相油氣藏開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083； 2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 采收率所， 北京 100083)

針對(duì)低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中注采壓差大導(dǎo)致的壓力分布不均勻的問(wèn)題，開(kāi)展了低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中的沿程壓力分布監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)；根據(jù)最小混相壓力測(cè)定實(shí)驗(yàn)，計(jì)算并獲得了低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中的混相程度；基于混相程度的概念，分別進(jìn)行了不同注入模式下的CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn).研究結(jié)果表明，低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中的沿程壓力分布呈動(dòng)態(tài)變化特性，隨著CO2的注入，CO2驅(qū)混相程度逐步提高；不同注入模式下的混相程度不同，高壓低速注入混相程度最高、驅(qū)油效果最好，低壓高速注入次之，低壓低速注入最差.低滲透油藏CO2驅(qū)開(kāi)發(fā)，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充能量，盡可能提高混相程度，才能達(dá)到較好的驅(qū)油效果.

低滲透； CO2驅(qū)； 混相程度； 沿程壓力分布； 注入模式

0 引言

低滲透油藏基質(zhì)致密、滲透率低，導(dǎo)致常規(guī)注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中注采壓差大，難以形成有效的驅(qū)替壓力梯度[1,2].CO2驅(qū)以其良好的注入性和驅(qū)油效果，成為低滲透油藏提高采收率的主要方法之一.CO2由于具有低的臨界溫度和壓力，在地層中處于超臨界狀態(tài)，其在原油中具有較高的溶解性能和萃取作用，進(jìn)而具有低界面張力、易形成混相狀態(tài)、降低原油粘度及增加原油彈性能量等方面的機(jī)理[3-6].目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)CO2驅(qū)油機(jī)理進(jìn)行了廣泛深入研究.

氣驅(qū)過(guò)程被劃分為混相或非混相，在非混相驅(qū)過(guò)程中，由于油氣兩相間界面張力較低，毛管數(shù)的增大有利于增加原油采收率.在混相驅(qū)中，油氣界面張力為零，毛管數(shù)為趨近于無(wú)窮大，殘余油飽和度接近零，驅(qū)油效果達(dá)到最佳[7].混相驅(qū)的評(píng)價(jià)方法主要通過(guò)長(zhǎng)細(xì)管法測(cè)定最小混相壓力值來(lái)判斷，即油藏壓力高于最小混相壓力值時(shí)屬于混相驅(qū)[8].在低滲透油藏CO2驅(qū)過(guò)程中，由于注采壓差較大，導(dǎo)致注采井間的壓力分布不均勻，而這種不均勻分布會(huì)導(dǎo)致CO2驅(qū)過(guò)程中的混相過(guò)程是動(dòng)態(tài)變化的，進(jìn)而對(duì)CO2驅(qū)油效果產(chǎn)生影響[9-15].針對(duì)低滲透油藏CO2驅(qū)替特征，研究了CO2驅(qū)過(guò)程中沿程壓力分布特征.根據(jù)最小混相壓力值，獲得了CO2驅(qū)混相程度.基于混相程度的概念，比較并優(yōu)化出了低滲油藏CO2驅(qū)最佳的注采方式.

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

結(jié)合長(zhǎng)細(xì)管驅(qū)替裝置和長(zhǎng)巖心驅(qū)替系統(tǒng)分別進(jìn)行不同條件下的CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，確定CO2驅(qū)替特征及其沿程壓力分布變化規(guī)律.長(zhǎng)巖心夾持器為法國(guó)ST公司生產(chǎn)，巖心套筒規(guī)格為Φ2.54×100 cm，從入口端到出口端依次分布著P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7七個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠時(shí)時(shí)進(jìn)行壓力沿程分布變化監(jiān)測(cè)，如圖1所示.長(zhǎng)細(xì)管實(shí)驗(yàn)裝置為法國(guó)VINCI公司生產(chǎn)的，長(zhǎng)細(xì)管規(guī)格為Φ0.8×2 000 cm，如圖2所示.

圖1 長(zhǎng)巖心沿程測(cè)壓點(diǎn)分布示意圖

1.驅(qū)替泵 2.地層沒(méi) 3.注入氣 4.細(xì)管模型 5.觀察窗 6.回壓閥7.恒溫箱 8.分離瓶 9.氣量計(jì)

2 CO2驅(qū)最小混相壓力測(cè)試

實(shí)驗(yàn)用油為油田現(xiàn)場(chǎng)油樣，油藏溫度為97.53 ℃，模擬油藏壓力為20.15 MPa.首先將長(zhǎng)細(xì)管加熱,恒溫后抽空飽和原油，然后將回壓閥設(shè)定一定的壓力，進(jìn)行CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用甲苯、石油醚等清洗細(xì)管，并用高壓空氣把管線吹干，按前面的過(guò)程進(jìn)行下一個(gè)壓力點(diǎn)的細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn).繪制CO2驅(qū)采收率與注入壓力之間的關(guān)系曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

圖3 長(zhǎng)細(xì)管最小混相壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)

從圖3可知，隨著CO2注入壓力的增大，累積采收率逐步增大.當(dāng)注入壓力大于一定值后，累積采收率增大幅度變緩.通過(guò)對(duì)兩端曲線的線性回歸，得到該油藏的最小混相壓力值為26.7 MPa.

3 低滲透油藏CO2驅(qū)替特征及混相能力

3.1 低滲透油藏CO2驅(qū)過(guò)程中沿程壓力分布特征

圖4 低滲長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)替沿程壓力分布特征

選取滲透率為4.3×10-3μm2的巖心進(jìn)行CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，首先將長(zhǎng)巖心抽真空24小時(shí)以上，飽和輕質(zhì)油后，將體系壓力提升至目前油藏平均壓力15.0 MPa，然后將目標(biāo)原油注入巖心，直至循環(huán)3～4 PV后，然后進(jìn)行CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn).圖4表示低滲透巖心CO2注入過(guò)程中的沿程壓力分布的變化曲線，圖中箭頭表示時(shí)間變化.從圖4可以看到，在CO2氣體突破以前，長(zhǎng)巖心沿程各測(cè)點(diǎn)的壓力逐步升高，且?guī)r心注入端壓力升高最快，采出端附近壓力升高較慢.顯然，在實(shí)際油藏CO2驅(qū)過(guò)程中，注采井間的壓力分布是動(dòng)態(tài)變化的，表明CO2驅(qū)混相過(guò)程也是動(dòng)態(tài)變化的.

3.2 低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中的混相能力分析

通過(guò)長(zhǎng)細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，可知目標(biāo)油藏最小混相壓力為26.7 MPa，根據(jù)沿程測(cè)壓點(diǎn)測(cè)得的壓力分布，對(duì)上述CO2驅(qū)替過(guò)程中的最小混相壓力點(diǎn)以上的部分所占比例即混相程度進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果如圖5所示.

圖5 低滲透長(zhǎng)巖心CO2替過(guò)程中混相能力分析

從圖5中可知，隨著CO2的逐步注入，巖心的沿程壓力從注入端逐步升高，但混相程度在注入CO2后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)均為零.主要是由于巖心滲透率較低，CO2驅(qū)替過(guò)程中的壓力波傳遞速度較慢.當(dāng)CO2驅(qū)替壓力梯度大于啟動(dòng)壓力梯度后，沿程壓力迅速提高，CO2驅(qū)的混相程度開(kāi)始迅速上升，至混相程度為75%左右時(shí)，CO2氣體突破.由此可見(jiàn)，在低滲透巖心CO2驅(qū)過(guò)程中，隨著驅(qū)替過(guò)程的進(jìn)行，沿程壓力呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律，其最初處于不混相區(qū)域，后來(lái)又進(jìn)入混相區(qū)域，且進(jìn)入混相區(qū)域的部分逐步擴(kuò)大，而這種趨勢(shì)有利于CO2驅(qū)替過(guò)程的進(jìn)行.

4 低滲透油藏CO2驅(qū)混相能力評(píng)價(jià)及注采方式優(yōu)化

為了明確不同驅(qū)替方式下的CO2驅(qū)混相能力及其驅(qū)油效果的影響，分別進(jìn)行了低壓低速注入、低壓高速注入和高壓低速注入等三種注入方式的CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖6、7、8所示.

圖6 不同注入模式下的平均沿程壓力分布曲線

從圖6可知，CO2驅(qū)替過(guò)程中，不同的注入模式下沿程壓力分布曲線表現(xiàn)出不同特征.高壓低速和低壓低速注入模式下的沿程壓力分布較為平緩，而低壓高速注入模式下，沿程壓力分布較為陡峭.根據(jù)最小混相壓力值，分別計(jì)算高壓低速、低壓高速和低壓低速等三種注入模式下的混相程度分別為100%、58.11%、0%.

從圖7可知，高壓低速注入模式下的驅(qū)油效率最高，低壓高速注入次之，低壓低速注入最差.

從圖8可以看到，隨著混相程度的增大，CO2驅(qū)油效率逐步提高.顯然，CO2驅(qū)替過(guò)程中的壓力保持水平和注入速度對(duì)CO2驅(qū)過(guò)程中的混相能力影響較大，壓力保持水平越高,注入速度越低，CO2驅(qū)油效率越高.

圖7 不同注入模式下的CO2驅(qū)油效率曲線

圖8 注入模式對(duì)混相程度與驅(qū)油效率的影響

實(shí)際油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中，注采井間的沿程壓力分布與注入速度、壓力保持水平等密切相關(guān)，而這些因素對(duì)CO2驅(qū)替過(guò)程中的混相程度會(huì)產(chǎn)生較大影響.低壓低速注入模式下，不補(bǔ)充地層能量，直接以低速注入，僅發(fā)揮擴(kuò)散溶解作用，驅(qū)油效果較差；低壓高速模式下，CO2的高速注入，使得近井地帶地層能量得到補(bǔ)充，CO2驅(qū)混相程度提高，驅(qū)油效率逐步提升；高壓低速注入模式下，在實(shí)施CO2驅(qū)替之前，通過(guò)補(bǔ)充地層能力，使得地層壓力高于或接近最小混相壓力，然后以較低的速度注入CO2，充分發(fā)揮了CO2在油藏中的擴(kuò)散溶解作用，進(jìn)而有利于CO2驅(qū)油效率的提高.因此，在實(shí)施CO2驅(qū)之前，應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充地層能量，盡可能提高CO2驅(qū)混相程度，在低速下注入CO2，即能取得較好的驅(qū)油效果.

5 結(jié)論

(1)低滲透油藏CO2驅(qū)替過(guò)程中混相程度是動(dòng)態(tài)變化的，隨著注入過(guò)程的進(jìn)行，CO2混相程度逐步增大，驅(qū)油效果逐漸變好；

(2)隨著CO2的注入，低滲巖心沿程壓力分布緩慢上升，當(dāng)CO2驅(qū)替壓力梯度大于啟動(dòng)壓力梯度后，沿程壓力急劇上升，CO2混相程度迅速提高.

(3)在低滲透油藏實(shí)施CO2驅(qū)以前，應(yīng)該補(bǔ)充地層能量，提高地層壓力保持水平.在高壓低速注入模式下，CO2驅(qū)混相程度高，驅(qū)油效果好.

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Study on dynamic miscibility of CO2flooding for low permeability reservoirs

WANG Rui1，2, LV Cheng-yuan1，2, LUN Zeng-min1，2,ZHAO Shu-xia1，2, PAN Wei-yi1，2, ZHOU Yu1，2

(1.Key Laboratory of Marine Oil & Gas Reservoirs Development, China Petrochemical Corporation, Beijing 100083， China； 2.The Recovery Rate, Research Insititute of Petroleum Exploration & Development of China, Beijing 100083， China)

In the view of uneven pressure distribution in CO2flooding for low permeability reservoirs, the monitoring test for the pressure distribution along the long core sample in CO2flooding was carried out.The miscibility of CO2flooding for low permeability reservoirs was calculated and acquired according to the MMP value measured by the slim tube test.And the injection mode of CO2flooding was optimized through the miscibility.The results show that the pressure distribution of CO2flooding for low permeability reservoirs characterizes to be dynamic.The miscibility extent of CO2flooding gradually increases with increase of CO2injection. The injection mode at high pressure and injection rate acquires high miscibility and high displacement efficiency.And the injection mode at low pressure and high injection rate takes the second.The injection mode at low pressure and low injection rate takes the worst.Consequently,it must complement formation energy and increase reservoir pressure before CO2injection for low permeability reservoirs.

low permeability reservoirs; CO2flooding; miscibility extent; pressure distribution; injection mode

2015-01-28

國(guó)家863科技計(jì)劃項(xiàng)目(2009AA063406)

王 銳(1981-)，男，湖北潛江人，高級(jí)工程師，博士，研究方向：低滲透油藏提高采收率技術(shù)

1000-5811(2015)03-0105-04

TE357.46

A