二氧化碳吞吐開采稠油影響因素實(shí)驗(yàn)研究

王佩文，劉春艷，萬小迅，孟憲偉，張　浩

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司蓬勃作業(yè)公司，天津塘沽 300452；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院；3.中海石油(中國)有限公司國際公司)

二氧化碳吞吐開采稠油影響因素實(shí)驗(yàn)研究

王佩文1，劉春艷2，萬小迅3，孟憲偉1，張浩1

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司蓬勃作業(yè)公司，天津塘沽 300452；2.中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海石油研究院；3.中海石油(中國)有限公司國際公司)

摘要：在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用化學(xué)藥劑進(jìn)行反應(yīng)，就地生成二氧化碳，利用國內(nèi)某油田的稠油樣品開展了連續(xù)二氧化碳吞吐+水驅(qū)油、二氧化碳吞吐+水驅(qū)交替實(shí)驗(yàn)，并對不同原油黏度、不同物性及不同含油飽和度的巖心進(jìn)行了驅(qū)油效率的對比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原油黏度較小、物性較差、含油飽和度較高的巖心驅(qū)油效果較好。

關(guān)鍵詞：二氧化碳吞吐；稠油開發(fā)；驅(qū)油效率

1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)某稠油油田A、B兩區(qū)塊的地質(zhì)參數(shù)，按不同的粒徑比混合砂樣，制作填砂管模型，巖心模型的主要性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1　巖心性質(zhì)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)所用原油取自A、B兩區(qū)塊，其主要性質(zhì)參數(shù)見表2，黏溫曲線見圖1。

表2　實(shí)驗(yàn)所用原油性質(zhì)參數(shù)

圖1　A、B兩區(qū)塊原油的黏溫曲線

實(shí)驗(yàn)所用水樣為模擬地層水，密度為1.059 g/mL。

1.2實(shí)驗(yàn)原理[1-7]

1.2.1就地生成二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)機(jī)理

所使用的化學(xué)處理劑由兩種化學(xué)成分及一些添加劑組成，在地層條件下，利用引發(fā)劑反應(yīng)生成CO2經(jīng)計(jì)算，1 m3A劑與B劑反應(yīng)可以生成240 m3標(biāo)態(tài)CO2，并且該反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，放出的熱量可以使油層的溫度進(jìn)一步升高，與CO2協(xié)作更好地發(fā)揮降黏解堵作用。體系中其他的添加劑可以防止氣體突進(jìn)和降低原油表面張力，起到驅(qū)油作用。

從圖2可以看出，處理劑在地層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱，在360 s的時(shí)間里，溫度從293 K上升到332 K，對地層具有熱解堵和熱降黏作用。

圖2　CO2溶解后溫度的變化曲線

從圖3可以看出，在各個(gè)不同的溫度點(diǎn)，CO2溶解均有助于降低原油黏度，尤其在實(shí)驗(yàn)溫度較低的情況下更為明顯。

圖3　CO2溶解后實(shí)驗(yàn)溫度與原油黏度的關(guān)系

1.2.2實(shí)驗(yàn)方法

將巖心模型置于恒溫箱中，根據(jù)稠油油藏驅(qū)油效率測定標(biāo)準(zhǔn)，在模擬儲層溫度(59 ℃)條件下開展二氧化碳吞吐與水驅(qū)相結(jié)合的方式實(shí)驗(yàn)。

(1)二氧化碳吞吐。在每次二氧化碳吞吐之前，在一定壓力下，向巖心模型擠入相同PV數(shù)的自生二氧化碳化學(xué)劑段塞，關(guān)閉巖心兩端閥門，模擬“關(guān)井”89 h，讓化學(xué)劑在巖心中充分反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，之后打開出口閥生產(chǎn)，直至耗盡巖心中所儲存的能量為止。

(2)水驅(qū)。按一定的排量進(jìn)行水驅(qū)，當(dāng)含水率大于90%時(shí)，停止驅(qū)替。

實(shí)驗(yàn)方案見表3。

表3　各巖心驅(qū)油過程實(shí)驗(yàn)方案

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1原油黏度對吞吐效果的影響[8-14]

A1巖心與B1巖心的克氏滲透率、孔隙度和原始含油飽和度等參數(shù)都很接近，二者所采用的開采方式也相同，不同點(diǎn)在于A1巖心所用原油的黏度相對較低(圖1)。

各個(gè)階段的驅(qū)油效率情況見表4。可以看出，A1巖心第1輪二氧化碳吞吐效率高出B1巖心5.66%，A1巖心與B1巖心在第2輪二氧化碳吞吐階段的吞吐效率接近；總體而言，A1巖心的吞吐效果較好，這說明黏度相對較低的稠油吞吐效率相對較高。對二氧化碳吞吐之后的兩輪水驅(qū)驅(qū)油效率之和進(jìn)行對比，A1巖心的驅(qū)油效率高出B1巖心4.77%，這說明黏度相對較低的油藏在二氧化碳吞吐之后進(jìn)行水驅(qū)可以取得相對較高的驅(qū)油效率。

在驅(qū)替稠油過程中，巖心內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象和壓力波動，給實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析帶來了困難。采用驅(qū)油動態(tài)的歷史擬合法進(jìn)行計(jì)算，能夠取得較好的結(jié)果。

表4　各個(gè)階段驅(qū)油效率情況

歷史擬合法的基本思路是先給出一條相對滲透率曲線，利用這條曲線計(jì)算出對應(yīng)于實(shí)驗(yàn)過程中每一累計(jì)時(shí)間的累計(jì)產(chǎn)油量。根據(jù)計(jì)算值與實(shí)際值之差，不斷修改這條曲線，直至目標(biāo)函數(shù)滿足設(shè)定值。

相對滲透率表達(dá)式為：

(1)

(2)

(3)

式中：KRO(SW)——油相相對滲透率，小數(shù)；KRW(SW)—— 水相相對滲透率，小數(shù)；SW——含水飽和度，小數(shù)；SWE——出口端含水飽和度，小數(shù)；εo、εw——給定的小數(shù)，一般取0.001；KROCW(T)——油相相對滲透率端點(diǎn)值，小數(shù)；KRWCO(T)——水相相對滲透率端點(diǎn)值，小數(shù)；SOR(T)——?dú)堄嘤惋柡投?，小?shù)；SWC(T)——束縛水飽和度，小數(shù)；now——油相相對滲透率曲線擬合指數(shù)；nw——水相相對滲透率曲線擬合指數(shù)。

A1、B1巖心擬合后的相對滲透率曲線和含水率曲線如圖4和圖5所示。通過相對滲透率曲線的對比可以看出，A1巖心兩相區(qū)較寬，油相相對滲透率下降較為緩慢，曲線形態(tài)向右偏移，等滲點(diǎn)處含水飽和度較大，殘余油飽和度較低。這些特點(diǎn)有助于減小含水率上升速度，改善油相相對滲透率，使驅(qū)油效果變好。通過含水率曲線可以看出，A1巖心含水率上升較為緩慢。是A區(qū)塊原油的黏度較低所造成。

圖4　A1、B1巖心相對滲透率曲線

圖5　A1、B1巖心含水率曲線

2.2滲透率對二氧化碳吞吐效果的影響[9-12]

利用B2、B3巖心做相同的原油實(shí)驗(yàn)，二者的實(shí)驗(yàn)方案相同。B2巖心與B3巖心的孔隙度和原始含油飽和度接近，二者的克氏滲透率有差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6、圖7和表5。

圖6　B2巖心驅(qū)油效率-累計(jì)PV數(shù)關(guān)系曲線

從前兩階段二氧化碳吞吐結(jié)果來看，B2巖心二氧化碳吞吐效率為21.36%，B3巖心二氧化碳吞吐效率為60.89%。B3巖心前兩輪二氧化碳吞吐效率遠(yuǎn)大于B2巖心相應(yīng)階段的吞吐效率。這說明二氧化碳吞吐對滲透率較低的儲層更為有效。從最終總的驅(qū)油效率上來看，B3巖心高出B2巖心18.50%。

圖7　B3巖心驅(qū)油效率-累計(jì)PV數(shù)關(guān)系曲線

巖心號第1輪CO2吞吐效率/%第2輪CO2吞吐效率/%水驅(qū)驅(qū)油效率/%總的驅(qū)油效率/%水驅(qū)PV數(shù)B211.969.4027.7049.061.36B342.9217.976.6767.561.18

從圖8、圖9可看出，B2巖心油水兩相區(qū)較窄，殘余油飽和度較大，油相相對滲透率下降迅速，等滲點(diǎn)處含水飽和度較低，含水率上升速度較快。這些特點(diǎn)均表明B2巖心的驅(qū)替效果較差。

圖8　B2、B3巖心相對滲透率曲線

圖9　B2、B3巖心含水率曲線

氣體“無孔不入”，所以只要儲層中有一定的連通，氣體就可以進(jìn)入水或其他驅(qū)替液無法進(jìn)入的儲油空間。另外，滲透率較低的儲層，其相應(yīng)的孔隙喉道較小，二氧化碳?xì)怏w在儲層中形成較大的膨脹能勢必會使低滲透儲層的剩余油更多地被驅(qū)出；而高滲透儲層更容易形成氣體突破，使膨脹能很快得以釋放，難以對剩余油進(jìn)行較長時(shí)間、較充分的作用，因此低滲透儲層二氧化碳吞吐的效果較為明顯。

2.3含油飽和度對二氧化碳吞吐效果的影響

B3巖心與B4巖心的孔隙度、滲透率接近，實(shí)驗(yàn)過程相同，而B3巖心的含油飽和度較高，表6為B3、B4巖心在各個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的驅(qū)油效率情況。從中可以看出，在兩輪二氧化碳吞吐階段以及水驅(qū)階段，B3巖心的驅(qū)油效率比B4巖心都略高，所以，在含油飽和度較高時(shí)實(shí)施二氧化碳吞吐效果較好。

表6　B3、B4巖心各階段的驅(qū)油效率和水驅(qū)PV數(shù)

3結(jié)論

(1)二氧化碳?xì)怏w溶于稠油能降低稠油黏度，減小滲流阻力。

(2)黏度較低的稠油二氧化碳吞吐驅(qū)油效率相對較高。

(3)“二氧化碳吞吐+水驅(qū)+二氧化碳吞吐+水驅(qū)”實(shí)驗(yàn)方案的驅(qū)油效率高于“二氧化碳吞吐+二氧化碳吞吐+水驅(qū)”實(shí)驗(yàn)方案。

(4)滲透率相對較低、含油飽和度相對較高的巖心，二氧化碳吞吐驅(qū)油效率相對較高。

(5)就地生成二氧化碳解決了二氧化碳?xì)怏w的運(yùn)輸、儲存、注入利用效率低、對環(huán)境的污染和油氣區(qū)二氧化碳?xì)庠炊倘钡葐栴}。

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編輯：劉洪樹

文章編號：1673-8217(2016)03-0115-04

收稿日期：2015-12-09

作者簡介：王佩文，工程師，1983年生，2007年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣田開發(fā)研究工作。

中圖分類號：TE357.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A