CO2驅(qū)油效率的物理模型實驗研究

張明龍 方樹耿 郭永杰

(1.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院 河北任丘 062552；2.中國石油華北油田分公司合作開發(fā)項目部 河北任丘 062551)

1 引言

CO2驅(qū)油技術(shù)是當(dāng)前常用的一種提高石油開采采收率的采油技術(shù)[1]，其是通過向目標(biāo)的油藏注入一定量的CO2，通過利用CO2溶于原油對原油的粘度、體積等物理性質(zhì)進行改變，最終提高目標(biāo)油藏開發(fā)中的原油的流動性便于出油，提高油井產(chǎn)量[2-4]。

目前已有的CO2驅(qū)油技術(shù)，通?？梢蕴岣咴筒墒章?0%左右，同時，目前也有大量的研究機構(gòu)和學(xué)者開始對CO2驅(qū)油技術(shù)及相關(guān)理論進行了大量的實驗研究，如文獻[5]中就提出了一種通過控制CO2的溶度來實現(xiàn)對超稠原油的油性進行改變，提高其流動性，使其更加易于開采；在文獻[6]和[7]中也提出了相似的技術(shù)，并且通過大量的數(shù)值模擬對不同的基于CO2驅(qū)油的物理模型進行了實驗研究分析，找出了適合高粘度的原油的油田開采的CO2驅(qū)油物理模型；這些研究在一定程度上都有效的驗證了通過CO2可以有效的提高原油的采收率，但是并沒有給出具體的物模實驗分析和綜合性的分析，實用性較低。

針對這一背景，本文通過在理論研究和分析的基礎(chǔ)上，提出了CO2+助劑輔助蒸汽吞吐的驅(qū)油方式，同時在超稠原油采油過程中進行了物理模型實驗研究，并與已有的蒸汽驅(qū)油和蒸汽+CO2驅(qū)油方式進行對比分析，驗證了該驅(qū)油方法的可行性和優(yōu)勢?？梢杂行У奶岣叱碓筒墒章?。

2 CO2+助劑輔助蒸汽吞吐采油物模實驗

2.1 實驗地質(zhì)概況

本文開展的物模實驗的油井位于D油田的S油田區(qū)域，該區(qū)域的油質(zhì)為超稠油質(zhì)，其含油量豐富，但是經(jīng)過長時間的開采，目前該油區(qū)的出油量已經(jīng)明顯減少。

在S油田油區(qū)的整個儲油層的物理性質(zhì)良好，非均質(zhì)性表現(xiàn)較強，并且屬于大孔、高滲油藏類型。油層為親水性油層，隨著底層的溫度的增高整個油層的親水性增強，目前經(jīng)整個油區(qū)已經(jīng)經(jīng)過了多年的蒸汽吞吐生產(chǎn)，油井主要是以高輪次油井為主，并且隨著生產(chǎn)時間的加強，目前井下技術(shù)狀況已經(jīng)逐漸變差。

2.2 模型參數(shù)設(shè)置及實驗條件

在進行CO2+助劑輔助蒸汽吞吐采油物模實驗過程中，采用的物理模型主要是根據(jù)D油

田的S油田區(qū)域的平均滲透率，孔隙度等參數(shù)，利用油層的砂建立的松散砂線性物理模型，其具體的模型參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 物理模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

在實驗過程中，控制實驗的溫度為地層溫度38℃，原始的壓力為原始地層的壓力，為7.38Mpa，同時實驗過程中采用的是恒壓注入方式進行注入，為18MPa，注入的氣體的溫度大小為260℃，注入的蒸汽的干度為75%。

（1）原油

實驗過程中的實驗用原油為D油田S區(qū)原油。

（2）地層水

地層水為D油田S區(qū)的地層水，礦化度為1917.4mg/l。

（3）蒸汽

實驗過程中控制其溫度為260℃，干度為75%。

（4）CO2

實驗過程中所用的CO2其純度為99.7%，壓力為6MPa。

（5）助劑

實驗用助劑為WZ-AS 高溫泡沫助排劑、EOR-CL/LHXIII 磺酸鹽助排劑和混和型助排劑。

2.3 物模實驗裝置及流程設(shè)計

在CO2+助劑輔助蒸汽吞吐采油物模實驗?zāi)Ｐ秃蜅l件的基礎(chǔ)上，為進一步完成物模的實驗內(nèi)容，本文給出了如圖1所示的物模實驗流程設(shè)計，整體流程主要油蒸汽發(fā)生器、注入系統(tǒng)、巖心夾持器系統(tǒng)、原油采出計量系統(tǒng)組成。在實驗過程中，首先設(shè)置蒸汽發(fā)生器的相關(guān)控制參數(shù)，產(chǎn)生滿足實驗需求的蒸汽，然后由注入系統(tǒng)注入蒸汽和CO2，注入系統(tǒng)由注入泵，流體樣品筒、溫度控制空氣浴三個部分組成，流體樣品筒主要是由地層原油儲樣器、地層水儲樣器、注入氣儲樣器等樣品存儲器組成，為實驗過程中提供各種流體；完成注入后，原油出來后通過計量系統(tǒng)進行計量。

圖1 物模實驗裝置

本文實驗過程中對D油田S油區(qū)進行蒸汽吞吐（實驗中編號為A）、蒸汽+CO2吞吐（實驗編號為B）、蒸汽+CO2+助劑吞吐（實驗編號為C）三種實驗，對不同吞吐方式下的驅(qū)油的效率進行對比分析。

3 實驗及結(jié)果分析

為了驗證本文提出的蒸汽+CO2+助劑驅(qū)油方式的優(yōu)越性和可靠性，本文通過三組實驗進行了對比測試和分析，首先對三組實驗中的吞吐方式和注氣量與周期數(shù)的關(guān)系進行了測試，其測試數(shù)據(jù)結(jié)果如下表1所示。

表1 三種不同驅(qū)油方式下不同周期內(nèi)的注氣量物模實驗結(jié)果

為了更加直觀的判斷出三種驅(qū)油方式下的注氣量隨著周期的變化關(guān)系，本文對其數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計得到了如圖2所示的統(tǒng)計結(jié)果，通過該結(jié)果可以容易的對比分析得出，其中B和C實驗方案的蒸汽的注入量在第二個周期內(nèi)明顯小于A組的蒸汽注入量，但是在第二周期以后B和C組的實驗中，其蒸汽的注入量明顯增加，相對于A組其增速明顯加大，并且在第三個周期后B和C組實驗的注氣量明顯高于A，并且保持著一定的增速平穩(wěn)增長，而A組實驗在第三周期后注氣量增速下降，到第五周期后注氣量出現(xiàn)減少趨勢，其結(jié)果表明，雖然CO2、助劑的注入對蒸汽注入的能力有一定的提升，但是CO2和助劑在注入過程中需要占據(jù)一部分的孔隙體積，這樣導(dǎo)致巖芯的可注入的體積下降，進而導(dǎo)致了出現(xiàn)第二周期的過程中注入CO2和助劑的B和C組實驗過程中能夠注入的蒸汽量比單獨的蒸汽吞吐方式下的A組實驗略有下降，但是隨著CO2和助劑的溶入后，整個注氣量在后期還是呈現(xiàn)增加的趨勢，相對于沒有注入CO2和助劑的C組其注氣量得到了明顯的提升。這表明本文提出的蒸汽+CO2+助劑的驅(qū)油方式的注氣量在后續(xù)周期內(nèi)明顯增加，即原油在該種驅(qū)油方式下，其可以溶解更多的CO2，可以更好的改善超稠油的粘性，提高其流動性，使得其開采更加容易。

圖 2 D油田S油區(qū)三種吞吐方式注汽量與周期數(shù)關(guān)系圖

同時根據(jù)實驗中統(tǒng)計的采出計量數(shù)據(jù)，本文統(tǒng)計了A、B、C三組實驗條件下的周期收率隨著周期數(shù)據(jù)如下表2所示。

表2 D油田S油區(qū)三種吞吐方式不同周期內(nèi)采收率物模實驗結(jié)果

在此基礎(chǔ)上，對三種不同方式下的不同周期內(nèi)的原油采收率的進行了統(tǒng)計分析，通過采出數(shù)據(jù)的變化很容易發(fā)現(xiàn)B、C組的驅(qū)油效果明顯要優(yōu)于A組，其中A組在九個實驗周期內(nèi)積累的采收率只有30.23%，而B組實驗中該數(shù)據(jù)可以達到35.7%，A組實驗中該數(shù)據(jù)可以達到38.69%，A組實驗的驅(qū)油效果明顯提升，提升程度高達8.46%，這表明采用CO2+助劑+蒸汽的吞吐方式，對提高驅(qū)油效果非常明顯。

通過從上述實驗結(jié)果來看，A、B、C三種實驗方案中，C組方案的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果最優(yōu)，即本文提出的CO2+助劑+蒸汽方式對提高D油田S油區(qū)的超稠油的采收率具有非常明顯的效果。

4 結(jié)語

D油田S油區(qū)長期以來作為D油田的主產(chǎn)油區(qū)，但是隨著長期的開采該油區(qū)的油質(zhì)和出油量明顯下降，油井開采出來的原油的粘稠度也越來越高，這給S油區(qū)穩(wěn)產(chǎn)穩(wěn)質(zhì)帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。本文通過研究和分析該油區(qū)的原油特點，通過構(gòu)建物模實驗，探討和分析了采用CO2和助劑的方式來實現(xiàn)對超稠油的開采，提高其采油量，物模實驗結(jié)果表明，采用本文提出的CO2+助劑+蒸汽的混合式驅(qū)油方法，可以有效的提高采油量，對進一步開采和充分利用薩爾圖油區(qū)的石油資源，保證該油區(qū)的原油產(chǎn)量的穩(wěn)定和質(zhì)量的可靠具有非常重要的意義。

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