低滲透油藏周期注CO2驅(qū)油室內(nèi)實驗

王維波，陳龍龍，湯瑞佳，王賀誼，楊紅

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075）

低滲透油藏周期注CO2驅(qū)油室內(nèi)實驗

王維波，陳龍龍，湯瑞佳，王賀誼，楊紅

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075）

針對靖邊油田喬家洼區(qū)塊203井區(qū)的特點，開展室內(nèi)CO2驅(qū)油實驗研究，對周期注氣的驅(qū)油潛力進行評價，并對注氣段塞尺寸和注氣速度進行優(yōu)化。實驗結(jié)果表明：周期注CO2在目標(biāo)井區(qū)具有較大的驅(qū)油潛力，可在連續(xù)氣驅(qū)的基礎(chǔ)上將采收率提高15.29百分點，并且比連續(xù)注氣多注入0.8 PV時才發(fā)生氣竄，延緩氣竄效果明顯；經(jīng)優(yōu)化的最佳注氣段塞尺寸和最佳注氣速度分別為0.05 PV和1.2 mL/min。研究成果為目標(biāo)區(qū)塊開展CO2注氣試驗提供理論支持和技術(shù)參考。

低滲透；周期注氣；CO2驅(qū)；段塞尺寸；注氣速度

0　引言

低滲透油藏開發(fā)難度大，常規(guī)注水開發(fā)效果不理想。CO2對原油有明顯的膨脹降黏、萃取輕質(zhì)組分、混相效應(yīng)、降低界面張力、改善油水流度比等作用。鑒于低滲透等低品位油藏對我國石油勘探開發(fā)的重要性，近年來把注CO2開發(fā)此類油藏作為“措施對策”，并上升到了“接替技術(shù)”的高度來進行研究［1-2］。研究的主要內(nèi)容包括注氣時機［3-4］、注入方式［5-8］、驅(qū)油機理［9-11］等。但是低滲透油藏滲流機理復(fù)雜，注入氣易氣竄［12］，注入方式直接影響了驅(qū)油效率，所以很有必要對注入方式進行深入研究。

CO2驅(qū)注入方式有連續(xù)注入、水氣交替注入及周期注入。D.Malcolm等［13］結(jié)合了連續(xù)注氣、水氣交替和CO2吞吐3種驅(qū)油方法，提出了周期注氣的概念。周期注氣時，注入1個周期的CO2后關(guān)井浸泡，浸泡期間，充分發(fā)揮溶解膨脹降黏的作用，待浸泡結(jié)束后再開井恢復(fù)注入，如此往復(fù)［5］。通過周期注氣，會使局部高滲區(qū)和局部低滲區(qū)之間形成壓力擾動與交互滲流，使地層流體不斷地重新分布，從而啟動低滲區(qū)原油［14］。與其他注氣方式相比，周期注氣具有擴大CO2波及體積、減緩黏性指進的優(yōu)點。

延長油田喬家洼區(qū)塊203井區(qū)平均孔隙度12.8%，平均滲透率1.22×10-3μm2，屬于典型的低孔、低滲油藏。該井區(qū)于2012年開始CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗，為此，室內(nèi)開展不同方式的CO2驅(qū)油實驗，分析周期注CO2驅(qū)油的潛力，并對周期注氣段塞尺寸和注氣速度進行了優(yōu)化，為目標(biāo)區(qū)塊進一步開展CO2注氣試驗提供理論支持和技術(shù)參考。

1　實驗方法

1.1實驗材料

儀器：耐腐蝕巖心夾持器、高壓物性儀、高壓配樣器、高壓計量泵、恒溫箱、油氣分離器、氣體流量計、高壓落球黏度計、活塞容器、氣瓶、電子天平等。

用油：由地面油和天然氣配制，氣油比為60 m3/ m3，黏度為4.87 mPa·s。

巖心：φ25 mm×100 mm的柱狀天然巖心，平均氣測滲透率約為2.50×10-3μm2。

1.2實驗流程

1）篩選滲透率符合實驗要求的巖心，將巖心按照滲透率調(diào)和平均的方式排列［16］。

式中：L為巖心總長度，cm；K為巖心調(diào)和平均滲透率，μm2；Li為第i塊巖心長度，cm；Ki為第i塊巖心的滲透率，μm2。

根據(jù)調(diào)和平均法算出K值，將K值與所有巖心的滲透率比較，取滲透率與K值最接近的巖心放在出口端第1位；然后再算出剩余巖心的K值，將新求出的K值與所有剩下的巖心比較，取滲透率與新的K值最接近的那塊巖心放在出口端第2位；依次類推，為巖心排序。

2）對巖心進行抽真空、飽和水及飽和油處理。飽和油過程至巖心出口端不再出水為止。

3）在44℃油藏溫度條件下，開展周期注氣實驗。首先關(guān)閉巖心出口閥門，將CO2以一定流速注入巖心，然后關(guān)閉注入閥門，開啟出口閥門，模擬油氣開采，開采時間與注入時間相同。

4）按照上述過程重復(fù)進行下一周期實驗，直至巖心出口端沒有油流為止。實驗中記錄注氣過程中每周期的出油量和出氣量，當(dāng)巖心出口端不再出油時結(jié)束實驗。

5）重復(fù)上述步驟開展下一組實驗。

1.3實驗方案

實驗方案見表1。共包括3部分實驗：1）1#，2#，3#方案為周期注CO2潛力評價。同一注氣速度下，比較分析連續(xù)注氣、氣水交替和周期注氣驅(qū)油動態(tài)。2）4#，5#，6#，7#方案為周期注氣段塞尺寸優(yōu)化。同一注氣速度下，對段塞尺寸參數(shù)進行優(yōu)化。3）8#，9#，10#方案為周期注氣速度優(yōu)化。同一段塞尺寸下，對注氣速度參數(shù)進行優(yōu)化。

表1　CO2驅(qū)實驗方案

2　實驗結(jié)果與分析

2.1周期注氣潛力評價

圖1比較了3種CO2驅(qū)油方式，從圖可以看出，氣水交替驅(qū)和周期注氣可分別在連續(xù)氣驅(qū)的基礎(chǔ)上將采收率提高16.30和15.29百分點，兩者分別比連續(xù)注氣多注1.8 PV和0.8 PV以后才發(fā)生氣竄。這說明氣水交替和周期注氣都具有較大提高采收率潛力。

圖1　3種CO2驅(qū)油方式驅(qū)油動態(tài)

氣水交替驅(qū)較連續(xù)氣驅(qū)，可大幅提高采收率，且有效延緩氣竄的發(fā)生，主要是由于：氣水交替驅(qū)過程中，隨著CO2的不斷注入，氣水接觸的相界面不斷增多，驅(qū)替壓力不斷增加，迫使注入的氣體進入到難以波及的低滲區(qū)域，提高了注入氣的宏觀和微觀波及效率。同時，由于注入水對注入氣的抑制作用，注入氣無法形成連續(xù)相，從而延緩了氣竄的發(fā)生。

與連續(xù)氣驅(qū)相比，周期注氣也可以大幅提高采收率，且在一定程度上也延緩了氣竄的發(fā)生，主要原因是：周期性的注采在地層中造成了不穩(wěn)定的壓力場，使得地層油水在巖心孔隙中不斷重新分布；巖心中不同滲透率區(qū)域之間壓力傳導(dǎo)系數(shù)不同，且高滲區(qū)導(dǎo)壓系數(shù)較高，低滲區(qū)較低［16］，低滲區(qū)域壓力傳導(dǎo)較慢，形成的反向壓力差促使低滲區(qū)域的部分原油被排出，從而提高了采收率；一部分氣體向低滲區(qū)域波及，促使驅(qū)替過程中黏性指進現(xiàn)象減弱，發(fā)生氣竄時間延遲。

另外，盡管氣水交替驅(qū)比周期注氣能更為有效地延緩氣竄時間，但在最終采收率相近的情況下，周期注氣的CO2注入量比氣水交替驅(qū)減少約0.8 PV，綜合考慮現(xiàn)場注氣量，選擇周期注氣更為合適。

2.2注氣段塞尺寸

從表2可以看出，隨著注氣段塞尺寸的增大，氣體突破采收率呈先減小后增加的趨勢，而最終采收率始終呈增加趨勢。這主要是由于注氣段塞尺寸的增大提高了注氣壓力，一定程度上改善了注氣階段由于單位周期注氣量小、壓力較低、氣體在原油中的溶解量有限、原油膨脹能較弱等致使單周期采收率低的問題。

表2　不同注氣段塞尺寸下驅(qū)油實驗結(jié)果

從圖2可以看出，隨著注氣段塞尺寸的增大，突破周期變小。由于氣相連續(xù)性增強，突破時間提前，突破采收率降低，但是注氣階段注入壓力升高。

由于巖心中滲透率局部差異造成的導(dǎo)壓性不同，促使注入氣在浸泡階段驅(qū)出更多的油流，突破采收率增大。具體表現(xiàn)為：在注氣階段，注入氣會首先進入巖心中相對高滲部分，該部分壓力迅速升高，由于注入氣進入高滲部分的阻力隨之增加，促使注入氣一部分進入低滲基質(zhì)；在浸泡開采階段，導(dǎo)壓性較強的高滲部分壓力迅速降低，而導(dǎo)壓性較弱的低滲基質(zhì)壓力下降緩慢，隨之形成的反向壓力梯度會驅(qū)出低滲基質(zhì)中的剩余油［15］。

圖2　不同注氣段塞尺寸下驅(qū)油動態(tài)

從圖2還可以看出，隨著注氣段塞尺寸的增大，突破注氣量略有升高，總注氣量呈升高的趨勢（注氣段塞尺寸為0.05 PV的總注氣量略小于0.03 PV的總注氣量）。這說明在注入氣開始突破時，各種注氣段塞尺寸下的突破注氣量較為接近，而要達到表2中所示最終采收率，4種注氣段塞尺寸下總注氣量分別為1.42，1.86，1.70，2.90 PV。結(jié)合周期注氣最終實驗采收率和總注氣量，認(rèn)為當(dāng)注氣段塞尺寸為0.05 PV時最優(yōu)。

2.3注氣速度

從表3可以看出，隨著注氣速度的增大，突破采收率呈逐漸下降的趨勢，最終采收率呈緩慢升高的趨勢。

表3　不同注氣速度下驅(qū)油實驗結(jié)果

結(jié)合圖3可以認(rèn)為：隨著注氣速度的增大，氣體突破周期減小，氣體突破時間提前，突破采收率降低；而隨著注氣速度的增大，注氣壓力增高，在氣體突破后，巖心中一部分原油依然會隨著產(chǎn)出氣被采出，最終采收率升高，然而注氣速度對最終采收率的提高幅度十分有限。

從圖3還可以看出，當(dāng)注氣速度由0.6 mL/min升高至1.8 mL/min時，突破注氣量先下降，后略有上升，突破周期數(shù)和總注氣量下降。在最終采收率差距不大的情況下，注氣速度為1.2 mL/min時的突破周期數(shù)比1.8 mL/min的大，見氣延緩。綜合考慮，選擇注氣速度為1.2 mL/min最為合適。

圖3　不同注氣速度下驅(qū)油動態(tài)

3　結(jié)論

1）周期注氣和氣水交替與連續(xù)注氣相比，都具有較大的提高采收率的潛力，且可以有效延續(xù)氣竄。在最終采收率相近的情況下，周期注氣量少于氣水交替，選擇周期注氣更為經(jīng)濟。

2）周期注氣可在連續(xù)氣驅(qū)的基礎(chǔ)上提高采收率15.29百分點，較連續(xù)氣驅(qū)氣竄時間延緩約0.8 PV。

3）經(jīng)優(yōu)化的周期注氣最佳注氣段塞尺寸和最佳注氣速度分別為0.05 PV和1.2 mL/min。

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（編輯孫薇）

Experimental study of cycle CO2injection for low permeability reservoir

WANG Weibo，CHEN Longlong，TANG Ruijia，WANG Heyi，YANG Hong
（Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.Ltd.，Xi′an 710075，China）

Aiming at 203 well area of Qiaojiawa Block，Jingbian Oilfield，CO2flooding indoor experiments were carried out to evaluate its potential and the injected slug size，and injected velocity wass optimized.The results shows that：the potential of cycle CO2injection is great in the target well area；oil recovery can be improved about 15.29%，and the CO2channeling time is late about 0.8 PV compared with continuous gas CO2flooding；the best injected slug size and velocity are 0.05 PV and 1.2 ml/min.This results provide theory support and technology reference for CO2flooding in the target blocks.

low permeability；cycle gas injection；CO2flooding；slug size；injected gas velocity

國家科技支撐計劃項目“陜北煤化工CO2捕集、埋存與提高采收率技術(shù)示范”（2012BAC26B00）；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目“陜北致密砂巖油藏CO2驅(qū)提高采收率關(guān)鍵技術(shù)研究及先導(dǎo)試驗”（2014KTZB03-02）

TE357.7

A

10.6056/dkyqt201602016

2015-09-17；改回日期：2016-01-19。

王維波，男，1982年生，工程師，2012年碩士畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，主要從事油田提高采收率技術(shù)方面的工作。E-mail：wangweibo163@163.com。

引用格式：王維波，陳龍龍，湯瑞佳，等.低滲透油藏周期注CO2驅(qū)油室內(nèi)實驗［J］.斷塊油氣田，2016，23（2）：206-209. WANG Weibo，CHEN Longlong，TANG Ruijia，et al.Experimental study of cycle CO2injection for low permeability reservoir［J］.Fault-Block Oil &Gas Field，2016，23（2）：206-209.