二氧化碳氣水交替驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化研究

嚴 巡，王長權(quán)，張公社

(長江大學 石油工程學院， 湖北 武漢 430000)

二氧化碳氣水交替驅(qū)注入?yún)?shù)優(yōu)化研究

嚴 巡，王長權(quán)，張公社

(長江大學 石油工程學院， 湖北 武漢 430000)

針對CO2氣水交替驅(qū)中注氣量、注氣速度、氣水比3個影響因素，通過數(shù)值模擬方法對某油藏的氣水交替驅(qū)注入?yún)?shù)進行了研究。首先，通過細管模擬模擬計算確定了原油和CO2的最小混相壓力，然后利用單因素變量法通過對比各種方案下的原油采出程度和換油率兩個指標，確定最佳注入?yún)?shù)為總注氣量為0.18 HCPV，最佳注氣速度為30 000 m3/d，氣水比為1∶1。

二氧化碳驅(qū)；最小混相壓力；氣水交替；CO2埋存

油藏注CO2驅(qū)油不僅可以有效提高原油采收率，同時可以實現(xiàn)有效的地質(zhì)埋存，但單純注氣容易導致氣竄和重力分異等現(xiàn)象使得氣驅(qū)效果變差，而氣水交替驅(qū)作為一種較好控制氣體流度的方法被廣泛的采用[1]。氣水交替驅(qū)方式不僅可以有效保持地層壓力和提高波及效率，注入的CO2還與原油易達到混相從而提高驅(qū)油效率，然而受儲層物性和注入?yún)?shù)的影響[2-4]，研究不同物性儲層的注入?yún)?shù)對開展CO2驅(qū)實施與應用具有重要的指導意義。本文以數(shù)值模擬的方法研究考慮CO2在地層水及不同注入方案下井組的采收率和換油率，并在最佳注入方案下計算了CO2的埋存量，為該油藏實施合理的二氧化碳氣水交替驅(qū)方案提供了可靠的依據(jù)與參考。

1 地質(zhì)模型

該油藏中部深度3 610 m，原始地層壓力37.6 MPa，溫度87℃。平均孔隙度11%，滲透率235 mD，為中孔中滲油藏。地面條件下原油相對密度為0.846，地層條件下原油粘度為1.28 MPa·s，原油體積系數(shù)1.23，溶解氣油比為66 m3/m3。本文選取一個井距為600 m的井組進行研究，平面網(wǎng)格數(shù)為21×21個，網(wǎng)格大小為30 m×30 m?？v向上分6個層，每層厚3.5 m。

2 最小混相壓力確定

注氣過程中原油和氣體實現(xiàn)混相能消除油氣兩相之間的界面張力，使毛管數(shù)趨于無限大，則驅(qū)替過程殘余油飽和度降至最低,最小混相壓力的確定是注氣過程設(shè)計的關(guān)鍵步驟[5-6]。通過建立一維的細管模型，研究了CO2和該區(qū)塊原油混相的最小壓力。在設(shè)計的模型中，細管長19.6 m，橫截面是邊長為0.003 86 m的正方形，模型的孔隙度為0.35，滲透率為1 500 mD(氣測)；模擬計算了注入1.2 HCPV不同壓力條件下的原油采出程度。當采收率超過90%時，可以認為CO2與原油混相。利用不同壓力下擬合采出程度得到的兩條直線之間的交點可以確定最小混相壓力為14.02 MPa。

3 注入?yún)?shù)優(yōu)化

3.1 CO2注入量

為了討論CO2注入量對氣水交替驅(qū)的影響，共設(shè)計了總注氣量分別為0.16，0.18，0.21，0.24，0.26 HCPV對總注氣量進行優(yōu)選。在各方案中注入的段塞為10個，氣水比為1∶1。注氣速度為20 000 m3/d(地面條件)，注水速度為80 m3/d(地面條件)，生產(chǎn)井定井底流壓10 MPa生產(chǎn)5年。各方案的結(jié)果如圖1所示。

對比發(fā)現(xiàn)當注氣量為0.18 HCPV時的采出程度最大，當注氣量增加至0.24 HCPV時采出程度顯著降低，這是由于注氣量增加會加劇氣竄，造成氣體沿著高滲層從注入井滲流到生產(chǎn)井造成指進現(xiàn)象，增加了殘余油飽和度。換油率指的是采出單位質(zhì)量的原油需要注入的氣量，隨著注氣量的增加，換油率逐漸減小，綜合采出程度和換油率兩個指標，確定最優(yōu)注入氣量為0.18 HCPV。

圖1 不同注氣量下采出程度與換油率

3.2注氣速度

針對注氣速度對采收率的影響，通過保持氣體段塞的注氣量、段塞數(shù)以及氣水比，設(shè)計注氣速度分別為10 000，12 000，20 000，25 000，30 000 m3/d來研究不同注氣速度下的采出程度和換油率，各方案計算的結(jié)果如圖2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，采出程度隨著注氣速度的增加而增加，換油率也隨著注氣速度增加而增加，但是增加的幅度逐漸變緩慢。通過對比分析換油率和采出程度兩個指標，以及對現(xiàn)場注氣設(shè)備最大注入速度的調(diào)研，推薦合理注氣速度為30 000 m3/d。

圖2 不同注氣速度下采出程度與換油率

3.3氣水比

注入氣體段塞尺寸是影響氣水交替驅(qū)流度改善效果的關(guān)鍵因素，過小的段塞尺寸不利于CO2和原有的溶解接觸，而注入過量的氣體段塞會導致氣體過早突破降低波及面積。為確定合理氣水比，設(shè)計了氣水比分別為1∶1，2∶1，1∶2的方案，不同氣水比方案下的采出程度和換油率如圖3所示。在氣水比為1∶1時的采出程度和換油率最大，因此推薦氣水比1∶1為最佳氣水比。

圖3 不同氣水比下采出程度與換油率

3.4 CO2埋存量

油藏中注入CO2溶解到原油中能降低原油粘度，使原油體積發(fā)生膨脹，雖然有部分溶解在原油中的CO2隨著原油被開采出來，但是溶解在殘余油中的CO2能被永久的封存；此外，CO2在地層水中具有很大的溶解潛力，其溶解規(guī)律遵循亨利定律，即CO2在鹽水中的溶解量與體系CO2分壓有關(guān)，而與體系總壓力無關(guān)：

fCO2=cCO2·HCO2

(1)

式中fCO2——CO2的逸度，即CO2的實際分壓，kPa；

cCO2——CO2氣體在水中的摩爾分數(shù)；

HCO2——CO2的亨利系數(shù)，kPa。

油藏中CO2埋存機理主要包括溶解埋存、束縛埋存、礦化埋存和構(gòu)造埋存。本模型中僅考慮CO2以自由氣形式、溶解方式埋存殘留在地層中，且CO2在地層水中的溶解符合一般亨利定律，由于礦化埋存起效作用時間長，這里不考慮CO2與巖石礦物反應后生成的碳酸鹽巖礦物。通過對該井組進行氣水交替驅(qū)后得到CO2的埋存量為5 730 t，且CO2在地層中主要以超臨界狀態(tài)存在。

4 結(jié) 論

1)通過細管數(shù)值模擬計算確定了該區(qū)塊原油和CO2的最小混相壓力為14.02 MPa，說明對該油藏實施CO2氣水交替驅(qū)是，保持地層壓力高于14.02 MPa，就能實現(xiàn)原油和CO2的混相，極大程度的提高原油采收率。

2)利用單因素變量法，通過數(shù)值模擬對影響氣水交替驅(qū)的3個主要因素進行了分析和研究，最后推薦對該油藏實施CO2氣水交替驅(qū)的最優(yōu)方案為總注氣量為0.18 HCPV，最佳注氣速度為30 000 m3/d，氣水比為1∶1。

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OptimizationofInjectionParametersforCO2GasWaterAlternativeDrive

YAN Xun，WANG Changquan，ZHANG Gongshe

(SchoolofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Hubei,Wuhan430000,China)

According to the three factors of gas injection rate, gas injection rate and gas water ratio in CO2gas water alternate flooding, the injection parameters of gas water alternative drive in a reservoir are studied by numerical simulation method, on the basis of the best injection parameters, First of all, through a tube simulation of minimum miscibility pressure of crude oil and CO2were determined, and then comparing the various schemes of crude oil through the recovery degree and change rate of the two indicators using single factor variable method, lastly, the optimal injection parameters for the total injection volume is 0.18HCPV, the optimum gas injection rate of 30 000 m3/d, gas water ratio is 1∶1. Under the optimal gas water alternative drive scheme.

Carbon dioxide flooding; Minimum miscible pressure; Gas water alternation; CO2sequestration

2017-04-11

嚴巡(1993-)，男，湖北天門人，在讀碩士研究生，研究方向：注氣提高采收率，手機：18064052641，E-mail：wudao465@163.com.

TE357.7

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.026