淺層油藏稠油熱水/CO2驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究

黃海贊 木合塔爾 王宗旭 宏 盧小波 楊 柳 路 遙

淺層油藏稠油熱水/CO2驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)?zāi)M研究

黃海贊1木合塔爾2王宗旭1宏2盧小波1楊 柳2路 遙1

1.中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所 2.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院

新疆油田九6區(qū)齊古組淺層稠油油藏已進(jìn)入蒸汽開采中后期,油藏開采經(jīng)歷了蒸汽吞吐、加密調(diào)整、蒸汽驅(qū)過程,采出程度為37%?，F(xiàn)階段單一蒸汽驅(qū)效果明顯下降,地層虧空嚴(yán)重,蒸汽熱利用效率低,吸汽不均,波及程度差異大,油水流度比大,采收率低。熱水復(fù)合CO2驅(qū)油充分利用熱水熱效應(yīng)和發(fā)揮CO2溶解降黏等作用,是提高原油采收率的有效方法。因此,針對九6區(qū)稠油開展不同混合方式熱水/CO2驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn),分別研究了純熱水驅(qū)、熱水與CO2混注、熱水與CO2段塞的驅(qū)油效率。結(jié)果表明,純熱水驅(qū)累積驅(qū)油效率為49.19%,熱水/CO2混注累積驅(qū)油效率最大為71.25%,段塞驅(qū)累積驅(qū)油效率高達(dá)85.96%。同時(shí),分析了驅(qū)出原油及巖心殘余油組分變化。

CO2混合注入 段塞注入 驅(qū)油效率

目前,國內(nèi)稠油開采以注蒸汽為主,采出程度已達(dá)20%以上。蒸汽吞吐反復(fù)加熱近井地帶巖石骨架,熱效率極大降低,造成采收率明顯下降[1]。CO2輔助蒸汽吞吐是提高驅(qū)油效率的有效方法[2-3],具有增壓、溶解降黏作用,有效地改善吞吐開發(fā)效果,可使蒸汽吞吐采收率提高5%～10%[1]。但是,經(jīng)多輪次吞吐后,開發(fā)效益變差,地層虧空問題突出。新疆油田九6區(qū)齊古組淺層稠油油藏開采經(jīng)歷了蒸汽吞吐、加密調(diào)整、蒸汽驅(qū)過程,采出程度為37%?，F(xiàn)階段單一蒸汽驅(qū)的效果明顯下降,地層虧空嚴(yán)重,蒸汽熱利用效率低,波及程度差異大,油水流度比大,采收率低。CO2輔助蒸汽驅(qū)連續(xù)注入有助于地層能量的及時(shí)補(bǔ)充與恢復(fù),改善波及體積,提高驅(qū)油效率[4-5]。CO2驅(qū)油主要為混相驅(qū)和非混相驅(qū),新疆淺層稠油油藏埋藏深度約200 m,原始地層壓力2.38 MPa,原始地層溫度20℃,因此該油藏注入CO2為非混相作用。CO2注入方法主要有連續(xù)注入、吞吐、水氣交替注入、CO2泡沫驅(qū)等[6-10]。針對尚未注入CO2的九6區(qū)塊油藏,在油藏條件下進(jìn)行驅(qū)油模擬實(shí)驗(yàn)研究。由于油藏淺、溫度低,注入蒸汽在油藏壓力下實(shí)為熱水。因此,以熱水復(fù)合CO2的方式進(jìn)行驅(qū)油效率測試,分別研究不同體積比下熱水/CO2混注驅(qū)油和段塞驅(qū)油的驅(qū)油效率,并分析CO2與稠油作用后其組分的變化,為該油藏現(xiàn)場即將進(jìn)行的CO2開采提供實(shí)驗(yàn)測試依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

材料:新疆九6區(qū)淺層油藏稠油原油樣品,黏度1 150 mPa·s(60℃),密度0.925 6 g/cm3(60℃);CO2氣體(純度＞99.0%(φ)),150℃熱水。

儀器:高溫高壓驅(qū)替裝置、平流泵、巖心填砂管、活塞容器、壓力表、CO2檢測器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)油藏條件,石英砂填充巖心管孔隙度為30%,巖心原油飽和度70%,設(shè)定回壓2 MPa。雖然該油藏注入高溫蒸汽,但根據(jù)水的飽和蒸汽壓(200℃,1.55 MPa;150℃,0.476 MPa;100℃,0.101 MPa),在油藏壓力下將很快液化為水相狀態(tài),現(xiàn)場調(diào)查確認(rèn)蒸汽注入后油藏溫度一般為80～100℃。因此,驅(qū)替實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定為90℃,進(jìn)行熱水驅(qū),熱水復(fù)合CO2混注、段塞方式注入驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。每注入0.1 PV接收一次流出油水混合物,直至驅(qū)出油中含水率大于98%時(shí),停止實(shí)驗(yàn),分離油水混合物,計(jì)算驅(qū)油效率,取油樣進(jìn)行組分分析。熱水/CO2混注時(shí)總注入速度0.3 m L/min,熱水與常溫CO2氣體不同注入速度比(液氣體積比,下同)依次為1∶1(熱水、CO2均為0.15 m L/min)、1∶2(熱 水 0.1 m L/min,CO20.2 m L/min)、1∶3、1∶4;段塞驅(qū)時(shí)熱水、CO2注入速度均為0.3 m L/min,按不同段塞大小比1∶1(0.5 PV熱水+0.5 PV CO2)依次到1∶4(0.5 PV熱水+2.0 PV CO2)進(jìn)行。

驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程示意圖見圖1。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱水驅(qū)與熱水/CO2混合驅(qū)油對比

為了證實(shí)CO2對該油藏稠油的作用效果,首先與純熱水驅(qū)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)(見圖2)。由圖2可知,純熱水驅(qū)時(shí)累積驅(qū)油效率為49.19%,而熱水/CO2混驅(qū)累積驅(qū)油效率達(dá)55.61%,增加了6.42%,說明注入CO2對該稠油具有提高驅(qū)油效率的作用。這表明CO2具有溶解原油、膨脹降黏等作用,CO2溶于水使水碳酸化,降低油水流度比,提高波及效率,同時(shí)可有效提高熱利用效率。

2.2 混合注入驅(qū)油效率

不同體積注入比的熱水/CO2混合注入驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

由圖3可知,熱水/CO2體積注入比從1∶1變化至1∶3時(shí),累積驅(qū)油效率依次為:66.40%、68.17%、71.32%,比單純熱水驅(qū)分別提高了17.21%、18.98%、22.13%。注入比為1∶3時(shí),累積驅(qū)油效率達(dá)到最大值。注入比為1∶4時(shí),累積驅(qū)油效率明顯下降,僅為39.87%,此時(shí)CO2含量過大,氣體易從巖心孔隙中滲透流出,未與原油充分發(fā)生作用就已經(jīng)突破,導(dǎo)致驅(qū)油效率較低。

2.3 段塞注入驅(qū)油效率

從單純熱水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見圖4)可知:在0.5 PV時(shí)驅(qū)出原油量達(dá)到最大值,為利用熱水最大驅(qū)油效率;同時(shí)又有足夠熱量傳遞至巖心,促使原油加熱降黏,易于流動(dòng)。因此,熱水段塞大小確定為0.5 PV。不同體積比的熱水/CO2段塞驅(qū)油實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

由圖5可以看出:不同段塞驅(qū)累積驅(qū)油效率均高于熱水驅(qū),熱水/CO2體積比從1∶1變化至1∶4時(shí),CO2段塞體積不斷增大,累積驅(qū)油效率依次為:66.64%、68.93%、85.94%、78.40%,比熱水驅(qū)分別提高了17.45%、19.74%、36.75%、29.21%;在1∶3時(shí),累積驅(qū)油效率達(dá)最大值,之后再增大氣水比,累積驅(qū)油效率不再增加反而減小。這是因?yàn)镃O2含量過大,CO2容易穿過水的段塞,與原油作用的CO2量減少,波及效率降低,最終導(dǎo)致驅(qū)油效率下降。

通過比較兩種驅(qū)油方式發(fā)現(xiàn),相同比例時(shí),段塞累積驅(qū)油效率均高于混驅(qū),熱水/CO2體積比為1∶3時(shí),混驅(qū)和段塞驅(qū)均達(dá)到最佳驅(qū)油效果,累積驅(qū)油效率分別為71.32%和85.94%。混驅(qū)驅(qū)油效果相對較弱,一方面是由于CO2與熱水同時(shí)注入巖心,兩者混合使得CO2氣體周圍被熱水包圍,不能完全接觸巖心內(nèi)原油,濃度相對較低,若要充分與原油發(fā)生作用,需先從水層中脫離出來;另一方面,由于水的注入,自然地在油層表面形成屏蔽層,阻礙和延緩CO2氣體進(jìn)入油層,與原油作用能力下降。段塞驅(qū)油則是交替注入熱水和CO2氣體,CO2可以更充分地與原油發(fā)生作用,接觸更多的殘余油在溶解膨脹作用下流出巖心孔隙,在后續(xù)熱水段塞驅(qū)替作用下驅(qū)出更多的原油,從而進(jìn)一步提高驅(qū)油效率。

2.4 數(shù)值模擬相關(guān)研究

因九6區(qū)塊尚未進(jìn)行CO2驅(qū)油數(shù)模研究及現(xiàn)場實(shí)施,已開展的相關(guān)研究顯示,王歡等[11]基于分流法數(shù)模研究,以新疆油田10個(gè)典型區(qū)塊為研究對象,進(jìn)行水驅(qū)后轉(zhuǎn)CO2非混相驅(qū)評價(jià),證實(shí)CO2明顯提高了采收率,最終提高原油采收率的平均值為7.58%。對于接近九6區(qū)油藏條件的九7區(qū),蒲麗萍等[12]進(jìn)行了數(shù)模研究,九7區(qū)齊古組稠油淺層油藏孔隙度平均30.5%,平均含油飽和度71%,原油平均密度0.944 9 g/cm3,50℃平均黏度6 465 mPa·s。對6種注入氣體吞吐方式進(jìn)行了代表性的5口井資料對比數(shù)模分析:只注常溫CO2、只注蒸汽、先注CO2后注蒸汽、先注蒸汽后注CO2、先注蒸汽后注CO2再注蒸汽、蒸汽和CO2同時(shí)注入,結(jié)果顯示,與其他蒸汽加CO2組合相比,先注蒸汽再注CO2方式的效果最好(比純蒸汽增油172 t,比蒸汽和CO2同時(shí)注入增油112 t)。

本實(shí)驗(yàn)是蒸汽(熱水)與CO2交替段塞驅(qū)替方式,蒸汽的熱效應(yīng)與CO2在驅(qū)替過程多次接觸原油,充分發(fā)揮其溶解、膨脹、降黏作用,從而更有利于驅(qū)油效率的提高。將為下一步該油藏實(shí)施CO2復(fù)合蒸汽開采的數(shù)模及現(xiàn)場實(shí)施提供有效的實(shí)驗(yàn)摸擬數(shù)據(jù)。

2.5 驅(qū)出原油及巖心殘余油組分分析

在驅(qū)替過程中,CO2和熱水同時(shí)與原油發(fā)生降黏、膨脹、乳化作用等,尤其是CO2與原油的萃取分離作用會對原油性質(zhì)變化產(chǎn)生影響[13]。因此,對驅(qū)替流出原油和巖心內(nèi)殘余油進(jìn)行組分分析,結(jié)果見表1。

表1 驅(qū)出原油及巖心殘余油4組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Mass fraction of saturates,aromatics,resins and asphaltene in the produced oil and the residual oil collected from the core w/%

從表1可知,與實(shí)驗(yàn)前原油樣品相比,熱水/CO2混注與段塞驅(qū)出油中輕質(zhì)組分(飽和烴和芳烴)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大,重質(zhì)組分(膠質(zhì)和瀝青質(zhì))含量相對減小。巖心殘余油中瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加,且高于驅(qū)出原油及原始油樣,膠質(zhì)含量減少。由于CO2萃取原油中輕質(zhì)組分作用,使得驅(qū)替過程中輕質(zhì)組分容易流出,混驅(qū)時(shí)增加了2.98%～6.77%,段塞驅(qū)增加了5.36%～5.84%。輕質(zhì)組分被驅(qū)出后,導(dǎo)致巖心殘余油重質(zhì)組分含量相對上升。

3 結(jié)論

根據(jù)九6區(qū)油藏條件,淺層低溫、油藏壓力高于水的飽和蒸汽壓,注入高溫蒸汽后,液化為熱水狀態(tài),通過熱水/CO2不同混合方式驅(qū)替模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí),熱水復(fù)合CO2驅(qū)油明顯提高了驅(qū)油效率,結(jié)合相關(guān)數(shù)模分析,為下一步現(xiàn)場實(shí)施提供了物模實(shí)驗(yàn)參考依據(jù)。

(1)注入CO2能夠有效地提高淺層稠油驅(qū)油效率,熱水/CO2段塞驅(qū)優(yōu)于混驅(qū)。實(shí)驗(yàn)表明,注入水氣體積比1∶3為最佳比例。與單純熱水驅(qū)油相比,最佳混驅(qū)時(shí)累積驅(qū)油效率達(dá)71.32%,增加幅度為17.21%;最佳段塞驅(qū)累積驅(qū)油效率為85.94%,增加幅度達(dá)36.75%。

(2)蒸汽(熱水)與CO2段塞驅(qū)替方式使蒸汽的熱效應(yīng)與CO2在驅(qū)替過程中多次與原油接觸,充分發(fā)揮了其溶解、膨脹、降黏作用,更有利于驅(qū)油效率的提高。相關(guān)的蒸汽/CO2數(shù)模研究結(jié)果也已證實(shí),蒸汽后再注CO2效果高于蒸汽與CO2同時(shí)注入效果。

(3)實(shí)驗(yàn)驅(qū)出原油與巖心殘余油組分變化分析表明,CO2對稠油具有明顯的萃取分離作用,輕重組分明顯分離,巖心內(nèi)瀝青質(zhì)沉積導(dǎo)致含量增加。

[1]王國棟.二氧化碳輔助蒸汽吞吐技術(shù)礦場試驗(yàn)[J].中外能源,2015,20(7):68-71.

[2]沈德煌,張義堂,張霞,等.稠油油藏蒸汽吞吐后轉(zhuǎn)注CO2吞吐開采研究[J].石油學(xué)報(bào),2005,26(1):83-86.

[3]PU W F,WEI B,JIN F Y,et al.Experimental investigation of CO2huff-n-puff process for enhancing oil recovery in tight reservoirs[J].Chemical Engineering Research and Design,2016,111:269-276.

[4]楊紅,吳志偉,余華貴,等.低滲油藏水驅(qū)后CO2潛力評價(jià)及注采方式優(yōu)選[J].石油與天然氣化工,2015,44(3):89-93.

[5]SEYYEDSAR M S,FARZANEH S A,SOHRABI M.Experimental investigation of tertiary CO2injection for enhanced heavy oil recovery[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2016,34,1205-1214.

[6]楊勝來,李新民,郎兆新,等.稠油注CO2的方式及其驅(qū)油效果的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2001,25(2):62-64.

[7]劉仁靜,劉慧卿,李秀生,等.延長油田特低滲透淺層油藏注CO2提高采收率技術(shù)研究[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,25(4):62-65.

[8]HAN LY,GU Y G.Optimization of miscible CO2wateralternating-gas injection in the bakken formation[J].Energy&Fuels,2014,28(11):6811-6819.

[9]劉祖鵬,李賓飛,趙方劍.低滲透油藏CO2泡沫驅(qū)室內(nèi)評價(jià)及數(shù)值模擬研究[J].石油與天然氣化工,2015,44(1):70-74.

[10]DARAEI H N,KHODAPANAH E,SAHRAEI E.Experimental investigation of steam-CO2-foam flooding:combination of CO2-foam flooding and steam injection as an effective enhanced oil recovery(EOR)method in heavy oil reservoirs[J].Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering,2015,10(3):377-386.

[11]王歡,廖新維,趙曉亮,等.新疆油田CO2驅(qū)提高原油采收率與地質(zhì)埋存潛力評價(jià)[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,31(2):74-79.

[12]蒲麗萍,張國紅,駱向杰.淺層超稠油注蒸汽加注CO2單井吞吐試驗(yàn)數(shù)模研究[J].新疆石油科技,2008,18(2):20-22.

[13]CAO M,GU Y G.Physicochemical characterization of produced oils and gases in immiscible and miscible CO2flooding processes[J].Energy&Fuels,2013,27(1):440-453.

Experimental simulation study on displacement efficiency of heavy oil in shallow reservoir by hot water and carbon dioxide

Huang Haizan1,Mu Hetaer2,Wang Zongxu1,Dong Hong2,Lu Xiaobo1,Yang Liu2,Lu Yao1
1.Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS,Beijing,China;2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,CNPC,Keramay,Xinjiang,China

The shallow heavy oil reservoirs of Qigu group in the Nine-six District of Xinjiang Oilfield have entered the late stage of steam mining.The exploitation of this heavy oil reservoir has experienced steam stimulation,encryption adjustment and steam flooding.The oil recovery factor was 37%.At present,the effect of single steam flooding has obviously decreased,along with serious formation deficit,low steam heat utilization efficiency,uneven gas inhaling,variant sweeping ability,large oil-water mobility ratio,and low oil recovery.Hot water combined CO2flooding is an effective way to enhance oil recovery by making full use of hot water heating effect and huge CO2dissolve in crude oil leading to viscosity reduction.In this paper,series of simulated flooding experiment of Nine-six district heavy oil by hot water and CO2in different injection ways including hot water flooding,hot water and CO2simultaneous injection,hot water and CO2slug injection were researched.The results show that the cumulative displacement efficiency(ED)of hot water flooding is 49.19%,the maximum cumulative ED of hot water and CO2simultaneous injection is 71.25%,and the maximum cumulative ED by hot water and CO2slug injection is 85.96%.The change of fourcomponent of the produced oil and the residual oil in the core was analyzed.

carbon dioxide,simultaneous injection,slug injection,displacement efficiency

國家重大專項(xiàng)“稠油/超稠油開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”(2016ZX05012)。

黃海贊(1987-),男,中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所碩士研究生,應(yīng)用化學(xué)專業(yè) ,主要研究方向?yàn)樘岣叱碛筒墒章始夹g(shù)。E-mail:haizanhuang@yeah.net

路遙(1960-),男,博士,副研究員,主要從事油藏化學(xué)理論與應(yīng)用技術(shù)研究。E-mail:luyaolh@126.com

TE357.7

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2017.06.011

2017-04-01;編輯:馮學(xué)軍