二氧化碳驅(qū)對儲集層巖石滲透率影響的室內(nèi)研究

李旭航，羅威

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065）

二氧化碳驅(qū)對儲集層巖石滲透率影響的室內(nèi)研究

李旭航，羅威

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065）

二氧化碳驅(qū)油提高采收率技術(shù)在部分油田取得了不錯的效果，但二氧化碳驅(qū)也存在輸出管線結(jié)垢現(xiàn)象。為了研究二氧化碳驅(qū)過程中，是否在地層也會結(jié)垢的問題，通過制作人工巖心，將滲透率相近的幾塊巖心進行排列組合放入巖心夾持器內(nèi)進行巖心流動實驗來模擬二氧化碳從注入井驅(qū)替到生產(chǎn)井的過程，從而判斷二氧化碳驅(qū)是否在地層產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。實驗發(fā)現(xiàn)，二氧化碳驅(qū)替后，大部分巖心滲透率升高，只有小部分巖心滲透率有所下降。檢測驅(qū)替后液體中易發(fā)生沉淀的鈣、鎂離子含量發(fā)現(xiàn)，鈣含量都高于地層水中鈣的含量，鎂離子含量變化不大。所以，二氧化碳驅(qū)替后儲層巖石滲透率大部分升高，只有少部分巖石滲透率由于壓力降低沉淀析出或顆粒運移導(dǎo)致滲透率下降。

二氧化碳驅(qū)；人工巖心；滲透率；結(jié)垢

隨著油田開發(fā)進行到后期，產(chǎn)量下降，產(chǎn)水率逐漸升高，需采取更有效的三次采油技術(shù)提高采收率。二氧化碳驅(qū)作為一種提高采收率技術(shù)在國內(nèi)外部分油田取得了不錯的效果［1－3］。二氧化碳從注入井注入可與地層流體或注入水反應(yīng)生成碳酸，使地層原始pH發(fā)生改變，會溶蝕注入井周圍的碳酸鹽膠結(jié)物或碳酸鹽巖，從而增加滲透率［4］；但隨著二氧化碳向生產(chǎn)井驅(qū)替，壓力逐漸降低，二氧化碳濃度也會有所降低，這樣也許會使之前溶解的沉淀在生產(chǎn)井井底附近析出［5］，從而降低生產(chǎn)井周圍地層滲透率，對油井生產(chǎn)造成不利影響。因此，需要對二氧化碳驅(qū)過程中對地層影響進行研究分析。

1 研究思路

目前國內(nèi)外對二氧化碳驅(qū)替的室內(nèi)研究都是以一塊巖心為基礎(chǔ)，對其進行二氧化碳驅(qū)替，測量其驅(qū)替前后的滲透率再分析是否驅(qū)替過后會發(fā)生沉淀［6－8］。但此方法并不能完整的反應(yīng)從注入井到生產(chǎn)井這一整體的驅(qū)替過程，不能清楚的反映二氧化碳驅(qū)替后儲層結(jié)垢位置。所以本文通過用幾塊巖心組合來模擬從注入井到生產(chǎn)井的地層狀態(tài)，對二氧化碳驅(qū)替前后每塊巖心滲透率進行測量，來研究二氧化碳驅(qū)替前后地層是否結(jié)垢導(dǎo)致滲透率降低，如果出現(xiàn)結(jié)垢，對結(jié)垢位置進行研究。

2 實驗過程

2.1 制作人工巖心

制作碳酸鈣含量占30%的低滲透人工巖心4塊（長度為1 cm～2 cm）。

制作過程：先配置膠溶液，由環(huán)氧樹脂、聚酰胺樹脂和四氯化碳按1∶1∶10的比例配置；將巖心粉（搗碎的天然巖心）、碳酸鈣和高嶺土按一定比例（見表1）混合，將事先配置好的膠溶液加入其中并拌均勻后放入制作巖心的裝置中加壓10 min后取出，放入烘箱以106℃烘烤，80 h后取出即可。

表1 制作人工巖心組分及各成分含量

2.2 巖心流動實驗

（1）將制作好的四塊人工巖心分別抽真空后飽和標準鹽水（由氯化鈉、無水氯化鈣和六水氯化鎂配置，各離子含量見表2）。

表2 標準鹽水中各離子濃度

（2）分別測量每塊巖心的液測滲透率，再將四塊巖心按滲透率由大到小排列，從巖心夾持器入口端放入，測其整體滲透率。

（3）四塊巖心及巖心組合滲透率測完以后，繼續(xù)用標準鹽水驅(qū)替，同時向其注入二氧化碳，調(diào)節(jié)控制高壓驅(qū)替泵的流量及二氧化碳氣瓶壓力，保證水氣交替注入。驅(qū)替9 d，每天從出口端取一瓶樣50 mL，檢測樣品中鈣離子含量。

（4）9 d后將四塊巖心取出，抽真空后再測量液測滲透率及組合滲透率，觀察通入二氧化碳前后巖心滲透率變化情況（見表3和圖1）。

表3 二氧化碳驅(qū)替前后各巖心滲透率大小

圖1 CO2驅(qū)替前后滲透率變化情況

圖2 鈣離子變化曲線圖

2.3 對產(chǎn)出液中鈣、鎂離子含量進行測定

由于地層流體中也含有鈣、鎂離子，制作的人工巖心中也含有碳酸鈣，如果產(chǎn)出液中鈣、鎂離子含量發(fā)生變化，則說明沉淀溶解或有沉淀析出。這里使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀來測量鈣、鎂離子含量，鎂離子含量基本不變，產(chǎn)出液鈣離子變化情況（見表4和圖2）。

表4 產(chǎn)出液鈣離子變化情況

3 結(jié)論

二氧化碳驅(qū)替前后的四塊巖心滲透率都發(fā)生了變化，前兩塊巖心滲透率都明顯升高，第三塊巖心滲透率基本不變，最后一塊巖心滲透率有所降低；產(chǎn)出液鈣離子含量隨二氧化碳驅(qū)替成上升趨勢；由巖心滲透率變化情況和鈣離子濃度變化情況分析可得：二氧化碳驅(qū)替過程中，與碳酸鈣和水反應(yīng)生成了碳酸氫鈣，使入口端兩塊巖心滲透率升高，出口端兩塊巖心滲透率不變及降低的原因有兩種可能發(fā)生的情況：（1）隨著二氧化碳向出口端驅(qū)替，壓力降低，二氧化碳濃度降低使之前生成的碳酸氫鈣又有部分沉淀了出來；（2）生成的碳酸氫鈣并未發(fā)生沉淀，而是由于驅(qū)替過程中導(dǎo)致前兩塊巖心中的固相顆粒發(fā)生運移，在后面兩塊原始滲透率較低的巖心小孔道中停留發(fā)生堵塞，導(dǎo)致滲透率略微降低。

［1］謝尚賢.大慶油田CO2驅(qū)油室內(nèi)實驗研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，1991，10（4）：51-58.

［2］馬濤，湯達禎，蔣平，等.注CO2提高采收率現(xiàn)狀［J］.油田化學(xué)，2007，24（4）：379-382.

［3］鄭浩，馬春華，宋考平，等.注入氣體及注氣壓力對特低滲透油藏驅(qū)油效果影響實驗研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2008，27（2）：110-112.

［4］陳育紅，漆衛(wèi)東，孫雙立.CO2吞吐對儲層結(jié)垢趨勢的影響研究［J］.石油化工腐蝕與防護，2003，20（6）：21-23.

［5］曹明，鄢捷年，汪華成，等.高含CO2氣藏結(jié)垢機理研究及結(jié)垢趨勢預(yù)測［J］.鉆井液與完井液，2008，25（5）：41-43.

［6］Shiraki R，Dunn T L.Experimental study on water-rock interactions during CO2flooding in the tensleep formation，Wyoming，USA［J］.Applied Geochemistry，2000，15（3）：265-279.

［7］Sayegh S G，Krause F F，Girard M，DeBree C.Rock/fluid interactions of carbonated brines in a sandstone reservoir，Pembina Cardium，Alberta，Canada［J］.SPE Formation Eval，1990，5（4）：399-405.

［8］李苗，郭平，易敏，等.CO2和地層水、儲層配伍性實驗研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，31（1）：98-102.

Laboratory study of carbon dioxide flooding impact on resevoir rock permeability

LI Xuhang，LUO Wei
（College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

Carbon dioxide flooding EOR technology has achieved good results in some field，but also but also existing CO2flooding output pipeline scaling phenomenon.By making artificial cores to simulate the the process of carbon dioxide flooding from the injection well to the production wells to study the formation scaling problems during carbon dioxide flooding. It was found that，after carbon dioxide flooding，most of the cores permeability increased，only a small part of the cores permeability declined.After detecting calcium ion and magnesium ion in displacement liquid found that calcium concentrations are higher than the original one and magnesium ion content changed little.So，after carbon dioxide flooding reservoir rock permeability increased most，only a small part of the rock permeability decreased because of the declined pressure or particle migration.

carbon dioxide flooding；artificial core；permeability；scaling

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.08.010

TE357.45

A

1673-5285（2015）08-0038-03

2015－04-09