毛管力在低滲透油藏CO2驅(qū)替過程中的作用

黃小亮周 翔向祖平張 麗雷登生

（1.重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院，重慶 401331；2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500；3.加拿大里賈納大學(xué)，里賈納 S4S0A2；4.長(zhǎng)慶油田公司，陜西西安 710018）

毛管力在低滲透油藏CO2驅(qū)替過程中的作用

黃小亮1，2周 翔3向祖平1張 麗4雷登生1

（1.重慶科技學(xué)院石油工程學(xué)院，重慶 401331；2.西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院，四川成都 610500；3.加拿大里賈納大學(xué)，里賈納 S4S0A2；4.長(zhǎng)慶油田公司，陜西西安 710018）

引用格式：黃小亮，周翔，向祖平，等.毛管力在低滲透油藏CO2驅(qū)替過程中的作用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：67-69.

針對(duì)目前低滲透油藏CO2驅(qū)替過程中，毛管力作用不確定且常被忽略問題，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬分析相結(jié)合的方法，研究了低滲透油藏中毛管力在CO2驅(qū)油過程中的作用。以CO2在不同驅(qū)油方式下長(zhǎng)巖心室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立了一維CO2驅(qū)油的數(shù)值模擬模型，并通過模擬分析毛管壓力在CO2不同驅(qū)油方式下的作用。研究結(jié)果表明，低滲透油藏中，毛管力在CO2不同驅(qū)油方式下所起的作用并不一致，驅(qū)替過程表現(xiàn)為動(dòng)力，壓力恢復(fù)后的驅(qū)替過程表現(xiàn)為阻力。因此，為促進(jìn)低滲油藏合理有效開發(fā)，有效地認(rèn)清毛管力在CO2驅(qū)油中的作用是必要的。

低滲透油藏；CO2驅(qū)；毛管力；室內(nèi)實(shí)驗(yàn)；數(shù)值模擬

毛管力在不同的儲(chǔ)層性質(zhì)和驅(qū)替方式下，表現(xiàn)出不同的作用［1-7］。通常認(rèn)為毛管力在潤(rùn)濕相驅(qū)替非潤(rùn)濕相時(shí)表現(xiàn)為動(dòng)力，非潤(rùn)濕相驅(qū)替潤(rùn)濕相時(shí)表現(xiàn)為阻力。然而在注CO2開發(fā)低滲油藏中，不是潤(rùn)濕相驅(qū)替非潤(rùn)濕相，也不是非潤(rùn)濕相驅(qū)替潤(rùn)濕相，難以把握毛管力在驅(qū)替中的作用。另外在實(shí)際開發(fā)中，由于低滲油藏滲流時(shí)存在啟動(dòng)壓力梯度，其滲流規(guī)律不同于常規(guī)的中、高滲油藏［8-11］，毛管力將對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。目前注CO2往往采用多種不同的驅(qū)替方式［12-13］，在其開發(fā)過程中，對(duì)毛管力所起的作用研究較少，且常被忽略。筆者以低滲油藏中毛管力在CO2驅(qū)油過程中的作用為研究對(duì)象，通過數(shù)值模擬分析毛管壓力在CO2不同驅(qū)替方式下的作用。

1　驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中毛管力作用分析

1.1室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置（如圖1），共22塊巖心采用布拉法則排序，總長(zhǎng)度973.44 mm，滲透率調(diào)和平均為2.26 mD，平均直徑25.39 mm，巖心孔隙體積49.5 mL，飽和油體積32.1 mL（27.54 g），原油密度0.86 g/cm3，含油飽和度64.85%，束縛水飽和度35.15%。驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，以0.5 mL/min的流量向長(zhǎng)巖心中注入CO2。以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立水平放置一維數(shù)值模擬模型，設(shè)計(jì)110個(gè)網(wǎng)格，采用油氣藏模擬軟件中的組分模型進(jìn)行研究。

圖1　CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2毛管力作用分析

在擬合好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，其他相關(guān)物性條件不變，分別將毛管力升高2倍和降低0.25倍研究其敏感性，對(duì)比結(jié)果見表1。從模擬的各項(xiàng)指標(biāo)來看，毛管壓力越高，累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度越高，表現(xiàn)為驅(qū)油動(dòng)力。

表1　驅(qū)替實(shí)驗(yàn)毛管壓力敏感性分析

毛管力變化對(duì)產(chǎn)量和注入壓力的影響見表1和圖2。可以看出，毛管力降低，生產(chǎn)過程中見油時(shí)間推遲，產(chǎn)油速度峰值由0.29 g/min降低到0.24 g/min，達(dá)到峰值的時(shí)間也由67 min推遲到90 min ；毛管力降低，巖心閥壓由13.28 MPa升高到13.35 MPa，壓力峰值也由13.77 MPa上升到14.27 MPa，相應(yīng)的壓力峰值到達(dá)時(shí)間由81 min推遲到100 min。

分析表明，毛管力降低，CO2進(jìn)入巖心的阻力增大，閥壓增大，壓力峰值增加，損耗的能量增加，導(dǎo)致注入CO2動(dòng)力減小，且與原油接觸面積和溶解程度降低，減小了波及面積，降低了驅(qū)替效率，累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度降低，毛管力在該實(shí)驗(yàn)巖心組合中表現(xiàn)為動(dòng)力。

圖2　毛管壓力變化對(duì)注入壓力的影響

毛管力升高，生產(chǎn)過程中見油較早，達(dá)到峰值的時(shí)間也由67 min提前到55 min，累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度升高；毛管力升高，巖心閥壓雖變化較小，但壓力峰值由13.77 MPa降低到13.62 MPa，相應(yīng)的壓力峰值到達(dá)時(shí)間由81 min提前到71 min。

分析表明，毛管力升高，CO2進(jìn)入巖心的阻力降低，壓力峰值降低，損耗的能量減小，導(dǎo)致注入CO2動(dòng)力增加，與原油接觸面積和溶解程度增加，促使CO2在巖心中驅(qū)替速度加快，驅(qū)替效率增加，從而累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度升高，毛管力在該實(shí)驗(yàn)巖心組合中進(jìn)一步證明表現(xiàn)為動(dòng)力。

2　壓力恢復(fù)及驅(qū)替實(shí)驗(yàn)毛管力作用分析

2.1室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

該實(shí)驗(yàn)與驅(qū)替實(shí)驗(yàn)巖心相同，巖心孔隙體積48.2 mL，飽和油體積31.9 mL（27.37 g），原油密度0.86 g/m3，含油飽和度66.18%，束縛水飽和度33.82%。實(shí)驗(yàn)過程中，壓力恢復(fù)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)前期以一定的注氣速度向巖心注氣，憋壓到20 MPa后以0.5 mL/min的流量向巖心中注入CO2，然后實(shí)施CO2驅(qū)替采油過程。

2.2毛管力作用分析

在擬合好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，其他相關(guān)物性條件不變，分別將毛管力升高5倍和降低0.25倍研究其敏感性，對(duì)比結(jié)果見表2。從累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度來看，毛管壓力越高，累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度越低，表現(xiàn)為阻力。

毛管力變化對(duì)產(chǎn)油速度和注入壓力的影響見圖3、圖4。毛管力降低，對(duì)產(chǎn)油速度和壓力影響較小，累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度有略上升的趨勢(shì)；毛管力升高，產(chǎn)油速度峰值由0.39 g/min降低到0.36 g/min，達(dá)到峰值時(shí)間相同，對(duì)壓力影響較小。

表2　壓力恢復(fù)及驅(qū)替實(shí)驗(yàn)毛管壓力敏感性分析

圖3　毛管壓力變化對(duì)產(chǎn)油速度的影響

圖4　毛管壓力變化對(duì)注入壓力的影響

分析表明：壓力恢復(fù)及驅(qū)替過程，由于前期壓力恢復(fù)階段，注入的CO2已經(jīng)與原油充分接觸溶解，宏觀上總體開發(fā)效果明顯優(yōu)于單一的驅(qū)替。由于驅(qū)油效果較好，導(dǎo)致毛管壓力對(duì)驅(qū)油效果的影響變?yōu)榇我蛩?，但仍存在差別，總體表現(xiàn)為毛管力升高，損耗的能量增加，導(dǎo)致注入CO2動(dòng)力降低，與原油接觸面積和溶解程度降低，減小了波及面積，降低了驅(qū)替效率，累計(jì)產(chǎn)油量和采出程度呈下降趨勢(shì)，結(jié)果進(jìn)一步表明毛管力表現(xiàn)為阻力。

3　結(jié)論

（1）低滲油藏中，毛管力在CO2的驅(qū)替過程表現(xiàn)為動(dòng)力作用，毛管力在CO2的壓力恢復(fù)及驅(qū)替過程表現(xiàn)為阻力作用。

（2）CO2驅(qū)替低滲油藏，壓力升高有限，CO2與油表現(xiàn)為非混相；壓力恢復(fù)及驅(qū)替，壓力升高較大，接近最小混相壓力，達(dá)到近混相狀態(tài)，開發(fā)效果較好。其次，結(jié)合毛管壓力在文中的作用，可近似認(rèn)為：水濕低滲油藏中，CO2驅(qū)替過程為潤(rùn)濕相驅(qū)替非潤(rùn)濕相的過程，壓力恢復(fù)及驅(qū)替過程為非潤(rùn)濕相驅(qū)替潤(rùn)濕相的過程。

（3）毛管力將影響低滲油藏的生產(chǎn)，開發(fā)中不可忽略毛管力的作用。其次，鑒于毛管力在數(shù)值模擬中的局限性［14］，后期研究建議對(duì)毛管力在儲(chǔ)層中微觀機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以論證其作用機(jī)理。

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（修改稿收到日期 2015-08-17）

〔編輯 朱 偉〕

Effect of capillary pressure on CO2displacement in low permeability oil reservoirs

HUANG Xiaoliang1，2，ZHOU Xiang3，XIANG Zuping1，ZHANG Li4，LEI Dengsheng1
（1. Petroleum Engineering College ，Chongqing Uniνersity of Science and Technology，Chongqing 401331，China；2. Petroleum Engineering College ，Southwest Petroleum Uniνersity，Chengdu 610500，China；3. Uniνersity of Regina，Regina S4S0A2，Canada； 4. Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710018，China）

In view of the problem that the effect of capillary pressure is uncertain and is often overlooked during CO2displacement in low permeability reservoirs，the indoor experiment and numerical simulation analysis were combined to study the effect of capillary pressure in CO2displacement in low permeability reservoirs. Based on long core indoor experiment under different CO2displacement manners，a 1D numerical simulation model of CO2flooding was built，and the effect of capillary pressure on the role of different CO2displacement manners was analyzed through simulation. The research results show that，in low permeability reservoirs，the effect of capillary pressure in different CO2displacement manners are not consistent. The displacement process is shown as dynamic power，but the displacement process after pressure buildup is shown as resistance. Therefore，in order to promote the reasonable and effective development of low permeability reservoirs，it is necessary to effectively identify the role of capillary pressure in CO2flooding.

low permeability reservoir； CO2flooding； capillary pressure； indoor experiment； numerical simulation

TE357.4

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0067-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.016

國(guó)家自然科學(xué)基金“裂縫性底水凝析氣藏水侵機(jī)理研究”（編號(hào)：51374269）；重慶市自然科學(xué)基金“頁(yè)巖氣藏體積壓裂水平井非線性滲流理論及流-固耦合綜合模型研究”（編號(hào)：cstc2015jcyjA90014）。

黃小亮，1982年生。2009年畢業(yè)于西南石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣藏工程和數(shù)值模擬教學(xué)與研究工作，講師。電話：13618270563。E-mail：huiti@163.com。