注CO2吞吐微觀機(jī)理可視化實(shí)驗(yàn)

劉建儀，李牧，劉洋，周浩

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

注CO2吞吐微觀機(jī)理可視化實(shí)驗(yàn)

劉建儀1，2，李牧2，劉洋2，周浩2

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500）

針對高溫高壓下注CO2吞吐微觀動態(tài)過程和微觀作用機(jī)理認(rèn)識不清的問題，自主研發(fā)了一套高溫高壓微觀可視化實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓條件下CO2吞吐微觀動態(tài)過程的實(shí)時觀測。實(shí)驗(yàn)研究表明：注氣過程中，CO2具有順勢而流的現(xiàn)象，與水驅(qū)過程相同，在速度梯度作用下會優(yōu)先進(jìn)入大通道；燜井過程中，速度勢轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛葎?，CO2在濃度梯度作用下擴(kuò)散進(jìn)入小孔道和盲孔，溶解到其中的原油中，使原油進(jìn)入優(yōu)勢大通道；回采過程中，壓力逐漸降低，濃度勢轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?，CO2在壓力梯度的作用下帶動大通道中的原油采出；大通道流動能力越強(qiáng)，CO2波及距離越遠(yuǎn)，接觸的小孔道越多，擴(kuò)散波及到的面積越大，采出的油越多。該研究明確了CO2吞吐的微觀作用機(jī)理，為現(xiàn)場優(yōu)選吞吐時機(jī)、改進(jìn)吞吐措施提供了理論指導(dǎo)。

CO2吞吐；可視化；實(shí)驗(yàn)；微觀機(jī)理

0 引言

近年來，CO2吞吐提高采收率方法正日益受到重視。國內(nèi)外室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用表明，CO2技術(shù)適應(yīng)于多種油藏——高含水低產(chǎn)井間連通性很差的低滲透油藏，以及面積有限的小斷塊油藏。1989年，張家垛油田蘇88井開展了CO2吞吐先導(dǎo)性試驗(yàn)［1-11］，之后各地油田開展了不同規(guī)模和井次的CO2吞吐試驗(yàn)。

盡管國內(nèi)外針對CO2吞吐宏觀機(jī)理已有一定研究，但對高溫高壓下注CO2吞吐微觀機(jī)理，特別是對注CO2吞吐的微觀動態(tài)過程認(rèn)識不清，導(dǎo)致現(xiàn)場措施有效率和投入產(chǎn)出比并不十分理想。針對這一問題，筆者自主研制了一套高溫高壓微觀可視化實(shí)驗(yàn)裝置［3-4］，實(shí)現(xiàn)了高溫高壓條件下CO2吞吐微觀動態(tài)過程的實(shí)時觀測，明確了CO2吞吐微觀機(jī)理，為現(xiàn)場優(yōu)選吞吐時機(jī)、改進(jìn)吞吐措施提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)所用模擬油為地層原油（見表1），微模型選取目標(biāo)油田的地層砂粒通過篩選（16～20目）制作而成；用氣為高純CO2氣體；用水為地層水；溫度為94℃；注入壓力保持15 MPa，恒壓注入。

表1 模擬油組分和組成

2 實(shí)驗(yàn)流程和步驟

微觀實(shí)驗(yàn)是在高溫高壓可視化微觀模型中進(jìn)行的，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）將微模型裝入可視化微觀模型夾持器中，周圍加壓，并選定巖心模型的攝像區(qū)域。

2）在15 MPa下，用模擬油驅(qū)水的方式建立束縛水飽和度后進(jìn)行水驅(qū)油微觀實(shí)驗(yàn)，實(shí)時監(jiān)控和拍攝模擬油面積在多孔介質(zhì)中的顏色隨時間的動態(tài)變化。

3）通過控制閥門開閉，在15 MPa下分別模擬注入CO2的“吞”“燜”和“吐”過程，實(shí)時監(jiān)測模擬油面積動態(tài)變化及多孔介質(zhì)中模擬油的微觀流動過程。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 水驅(qū)油微觀實(shí)驗(yàn)

水驅(qū)油微觀實(shí)驗(yàn)動態(tài)過程見圖2。由圖可以看出，隨著水驅(qū)時間增加，一些較大孔道中的原油被地層水驅(qū)出，透光度逐漸增強(qiáng)。分析認(rèn)為：注入水并不是以活塞方式將整個孔道中的油全部驅(qū)出，而是首先進(jìn)入優(yōu)勢通道（紅色箭頭方向），沿孔隙邊緣滲流，同時將孔隙中的部分油擠出，并在孔隙中心留下一部分殘余油。整個驅(qū)替過程，油是在水的推動力作用下移動的，水的微觀指進(jìn)現(xiàn)象較明顯，水驅(qū)后仍有較大面積剩余油。

圖2 水驅(qū)油過程

3.2 注CO2“吞”過程微觀實(shí)驗(yàn)

注CO2“吞”過程微觀變化如圖3所示?？梢杂^測到，注入的CO2快速進(jìn)入并優(yōu)先占據(jù)巖心大通道，通過大通道進(jìn)一步向遠(yuǎn)處波及，大通道中透光度進(jìn)一步增強(qiáng)。分析認(rèn)為，注氣過程CO2具有順勢而流的現(xiàn)象。CO2在速度勢的驅(qū)動下順勢而流，將沿著水驅(qū)大通道流動。因此，增大CO2波及距離，是保證CO2吞吐有效的關(guān)鍵。

3.3 注CO2“燜”過程微觀實(shí)驗(yàn)

注CO2“燜”過程微觀變化如圖4所示。通過實(shí)驗(yàn)可以觀測到，隨著燜井時間增加，大通道中的CO2逐漸擴(kuò)散進(jìn)入到小孔道，溶解到小孔道原油中，原油增容膨脹進(jìn)入到巖心大通道。分析認(rèn)為：燜井過程大通道中流速變?yōu)?，壓力有稍許上升，大通道中CO2濃度大于小孔道中CO2濃度，速度勢轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛葎?，CO2擴(kuò)散進(jìn)入小孔道；小孔道中原油膨脹進(jìn)入大通道，形成富油區(qū)采出。

圖4 注CO2“燜”微觀過程

3.4 注CO2“吐”過程微觀實(shí)驗(yàn)

注CO2“吐”過程微觀變化如圖5所示。

圖5 注CO2“吐”微觀過程

實(shí)驗(yàn)觀察表明，回采過程中壓力降低，濃度勢轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫荩珻O2帶動大通道中的原油采出，小孔道中的原油繼續(xù)膨脹進(jìn)入大通道。分析表明：CO2解放了小孔道和盲孔中的原油，使其膨脹進(jìn)入大孔道；吞吐回采后透光度較水驅(qū)后高，說明CO2啟動小孔原油的同時，提高了原油的流動性，吞吐后剩余油飽和度較水驅(qū)更低。

4 結(jié)論

1）注CO2吞吐增油機(jī)理以擴(kuò)散、溶解、增容膨脹為主，解放了小孔道和盲孔中原油，是速度勢和濃度勢交替轉(zhuǎn)換的過程。

2）注氣過程中，CO2具有順勢而流的現(xiàn)象，在速度勢的驅(qū)動下優(yōu)先進(jìn)入大通道；燜井過程中，速度勢轉(zhuǎn)變?yōu)闈舛葎?，擴(kuò)散、溶解、增容膨脹置換小孔道油進(jìn)入優(yōu)勢大通道；回采過程中，壓力降低，濃度勢轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?，CO2帶動大通道中的原油采出。

3）大通道流動能力越強(qiáng)，CO2波及面積越大，接觸的小孔道越多，采出的油越多。

［1］ 蔣明，赫恩杰.二連低滲透砂巖油藏開發(fā)中的幾點(diǎn)認(rèn)識［J］.石油學(xué)報(bào)，2000，21（4）：58-64.

［2］ 劉炳官，朱平，雍志強(qiáng).江蘇油田CO2混相驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2002，23（4）：56-60.

［3］ 劉建儀，代建偉，張廣東，等.高溫高壓微觀可視化地層滲流模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法：中國，CN104100257A［P］.2014-10-15.

［4］ 劉建儀，代建偉，張廣東，等.井筒硫沉積可視化實(shí)驗(yàn)裝置及方法：中國，CN104062214A［P］.2014-09-24.

［5］ 杜建芬，陳靜，李秋，等.CO2微觀驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，34（6）：131-135.

［6］ 高樹生，薛蕙，胡志明，等.高溫高壓CO2驅(qū)油微觀機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究［J］.特種油氣藏，2010，17（2）：92-94，125.

［7］ 賈忠偉，楊清彥，蘭玉波，等.水驅(qū)油微觀物理模擬實(shí)驗(yàn)研究［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2002，21（1）：46-49.

［8］ 郭平，苑志旺，易敏，等.低滲低壓油藏真實(shí)巖心薄片微觀水驅(qū)試驗(yàn)研究［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2009，31（4）：100-105.

［9］ NASIR F M，CHONG Y Y.The effect of different carbon dioxide injection modes on oil recovery［J］.Int.J.Eng.Technol.，2009，9（10）：66-72.

［10］ALQURIAISHI A A，SHOKIR E M El M.Experimental investi-gation of miscible COZ flooding［J］.Petrol.Sci.Technol.，2011，29（9）：2005-2016.

［11］郭平，劉建儀，李士倫，等.提高采收率的注氣實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系［J］.新疆石油地質(zhì)，2002，23（5）：408-409.

（編輯 楊會朋）

Visualization experiment on micro mechanism of CO2huff and puff

LIU Jianyi1，2,LI Mu2,LIU Yang2,ZHOU Hao2
(1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500, China;2.School of Oil and Natural Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Chengdu 610500,China)

In order to clarify the microscopic dynamic process and mechanism of CO2under high temperature and high pressure,a set of visualization experiment device was developed,which realized the real-time observation of the dynamic process of CO2under high temperature and high pressure.Microscopic visualization experimental study shows that CO2will be the first to enter the large channel under the driving of the velocity potential in the process of gas injection.In soaking process,CO2diffuses into the hole and dissolves in the crude oil in small hole and blind hole and expands into large pores.In the extraction process,with the reducing pressure,the concentration potential is changed into the pressure potential,and the CO2is driven by the crude oil in the channel.if the flow capacity of the large channel becomes lager,CO2will spread over a larger scale of area and more oil will be produced because of more exposed channel.The study makes clear the microscopic mechanism of CO2,and provides theoretical guidance for the field application of CO2huffand puff.

CO2huff and puff;visualization;experiment;microscopic mechanism

TE311

A

10.6056/dkyqt201702020

2016-08-10；改回日期：2017-01-07。

劉建儀，男，1964年生，教授，主要從事氣田開發(fā)、注氣提高采收率、流體相態(tài)、采油氣工程研究。E-mail：806259403@qq. com。

李牧，男，1991年生，碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)研究工作。E-mail：806259403@qq.com。

劉建儀，李牧，劉洋，等.注CO2吞吐微觀機(jī)理可視化實(shí)驗(yàn)［J］.斷塊油氣田，2017，24（2）：230-232.

LIU Jianyi，LI Mu，LIU Yang，et al.Visualization experiment on micro mechanism of CO2huff and puff［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（2）：230-232.