塔河油田碳酸鹽巖縫洞型油藏高壓物性及最小混相驅(qū)壓力實(shí)驗(yàn)研究

李會(huì)會(huì), 李文杰, 周生福

(中國(guó)石化西北油田分公司完井測(cè)試管理中心，新疆 輪臺(tái) 841600)

以塔河油田為代表的碳酸鹽巖縫洞型油藏是以大型溶洞和裂縫為主要儲(chǔ)集空間的特殊類型油藏，傳統(tǒng)的衰竭式開采過后，基巖中將殘留大量的原油[1]；水驅(qū)可以降低部分殘余油量，但油井見水快、含水率上升快，易發(fā)生水竄或暴性水淹現(xiàn)象；如果儲(chǔ)集層為油濕或中性潤(rùn)濕，水驅(qū)將繞過基質(zhì)巖塊而只采出裂縫中的原油[2-5]。注氣是一種有效的提高原油采收率的方法，將其應(yīng)用于裂縫性油藏，不僅可以維持地層壓力，還可以提高驅(qū)油效率[6]。注入地層的混相氣通過重力排驅(qū)、毛管驅(qū)動(dòng)、彌散/擴(kuò)散、壓力驅(qū)動(dòng)等作用，實(shí)現(xiàn)裂縫與基巖之間的交叉流和質(zhì)量傳遞，達(dá)到開采大量殘留在基巖中的原油的目的[7-8]。

在調(diào)研國(guó)內(nèi)外提高采收率方法的基礎(chǔ)上，選擇典型油藏區(qū)塊(S48單元稠油區(qū)和S86單元稀油區(qū))碳酸鹽巖縫洞單元作為研究對(duì)象，利用流體高壓物性測(cè)試及混相壓力驅(qū)測(cè)試實(shí)驗(yàn)論證注氣混相驅(qū)在塔河油田提高采收率的可行性，為塔河油田提高采收率奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)，指導(dǎo)未來塔河油田提高采收率的工作方向。

1 實(shí)驗(yàn)儀器及方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：地層流體配樣儀、美國(guó)Ruska公司2370—601A型相態(tài)分析儀、CHY-Ⅱ型黏度計(jì)、地面分離器、美國(guó)Core lab公司的細(xì)管裝置和加拿大Hycal公司的長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置(150 ℃±l ℃)、注入泵(60 MPa，流量：0.01～25 mL/min)、回壓閥(60 MPa)、回壓泵(工作壓力80 MPa)、氣量計(jì)及氣瓶等。實(shí)驗(yàn)巖心：長(zhǎng)度18 000 mm，內(nèi)徑6 mm，孔隙度35%，滲透率5 μm2。

實(shí)驗(yàn)溫度：S48稠油實(shí)驗(yàn)溫度為其地層溫度124.1 ℃，S86稀油實(shí)驗(yàn)溫度為其地層溫度130.5 ℃。

實(shí)驗(yàn)流體：蒸餾水、根據(jù)地層條件配制的S86稀油單元和S48稠油單元的地層油、CO2及干氣等。

流體高壓物性測(cè)試：依據(jù)中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5542-2009《油氣藏流體物性分析方法》，對(duì)地層油樣以及注氣(CO2、干氣)后的地層油進(jìn)行高壓物性實(shí)驗(yàn)。

氣驅(qū)最小混相壓力測(cè)定：通常利用細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)定氣驅(qū)的最小混相壓力，繪制出采出程度隨回壓值的關(guān)系曲線，氣驅(qū)采出程度達(dá)90%～95%所對(duì)應(yīng)的最小壓力(曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn))為最小混相壓力值。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 流體高壓物性測(cè)試

選取塔河油田S48單元稠油區(qū)、S86單元稀油區(qū)的油氣樣為實(shí)驗(yàn)樣品。參考GB/T 1884-1992《密度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》和SY/T0520-2008《黏度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定了常溫、大氣壓力下脫氣原油的密度和黏度(見表1)。利用氣相色譜儀(美國(guó)瓦里安公司GC-3800)及井流物組成計(jì)算得到地層原油組成(見表2)。

表1 基本參數(shù)

表2 地層原油組成

地層油樣配制：利用表1和表2數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)室使用S48單元和S86單元的地面脫氣原油、C1-C6純烴(純度99.9%)、CO2(純度為99.995%)及N2配制出地層油樣，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要向部分地層油注入不同比例的CO2或干氣。干氣臨界溫度197.118 K(91.7℃)，臨界壓力4.478 MPa，其組成見表3。

表3 干氣組成

依照SY/T5542-2009標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地層油樣以及注氣(CO2、干氣)后的地層油樣分別進(jìn)行單次脫氣、p-v關(guān)系測(cè)定、流體黏度測(cè)定、微分脫氣等高壓物性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定地層油樣的泡點(diǎn)壓力及其在泡點(diǎn)壓力下各物性參數(shù)[9]。

2.2 最小混相驅(qū)替壓力測(cè)定

對(duì)比CO2和干氣對(duì)地層油樣高壓物性的影響，優(yōu)選出利于混相驅(qū)的氣體進(jìn)行細(xì)管實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出S86稀油單元和S48稠油單元地層油氣驅(qū)的最小混相壓力，為油藏后期CO2驅(qū)注入壓力的設(shè)定提供可靠依據(jù)。

細(xì)管實(shí)驗(yàn)流程見圖1。

圖1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程

對(duì)每一組驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，首先應(yīng)將細(xì)管巖心在要求的實(shí)驗(yàn)溫度和壓力下飽和地層油，將回壓調(diào)節(jié)器的回壓調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)所需的壓力值。然后用Ruska注入泵將氣樣以一定速率(0.125 mL/min)進(jìn)行驅(qū)替。在注入1.2 PV(對(duì)應(yīng)壓力下計(jì)量的氣體體積)的氣樣后，結(jié)束驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。記錄不同時(shí)間下自動(dòng)液體收集器和全自動(dòng)氣量計(jì)計(jì)量的累積出油量、氣量及細(xì)管巖心兩端的壓差。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出氣驅(qū)出液氣油比及采出程度隨回壓值的關(guān)系曲線，氣驅(qū)采出程度達(dá)90%～95%所對(duì)應(yīng)的最小壓力(曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn))為最小混相壓力值(實(shí)驗(yàn)過程中涉及到的液體或氣體計(jì)量必須根據(jù)其所處溫度及壓力下的壓縮系數(shù)、溫度系數(shù)和密度進(jìn)行校正后才能帶入計(jì)算)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 流體高壓物性測(cè)試

(1)泡點(diǎn)壓力的測(cè)定：依照SY/T5542-2009標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)注入不同量CO2和干氣的地層油進(jìn)行恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)(p-v關(guān)系測(cè)定)得到不同條件下地層油的泡點(diǎn)壓力，見表4和圖2。

表4 地層油泡點(diǎn)壓力

圖2 注CO2和注干氣對(duì)不同單元地層油泡點(diǎn)壓力的不同影響

從表4和圖2可以看出：S86稀油與S48稠油地層原油注氣后泡點(diǎn)壓力都是隨著注入量的增加而增大，但是相同注入量下注CO2的地層油泡點(diǎn)壓力明顯小于注干氣。另外，在注入氣體相同、注入量相同的條件下,S86稀油單元的泡點(diǎn)壓力明顯小于S48稠油單元的泡點(diǎn)壓力。

(2)泡點(diǎn)壓力下地層油高壓物性測(cè)定：依照SY/T5542-2009標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)地層油進(jìn)行單次脫氣、微分脫氣及黏度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出注入不同量和干氣的地層油在其泡點(diǎn)壓力下高壓物性參數(shù)，分析比較不同體對(duì)S86稀油和S48稠油區(qū)塊地層油高壓物性參數(shù)的不同影響，見圖3。

圖3 注CO2和注干氣對(duì)泡點(diǎn)壓力下地層油高壓物性的不同影響

從圖3可以看出：①S86稀油與S48稠油地層原油注氣后流體物性變化規(guī)律一致，氣油比、體積系數(shù)、密度都是隨著氣體注入量的增加而增大，黏度隨著注入量的增加而減小。②注入同一種氣體條件下，S86稀油和S48稠油的氣油比和體積系數(shù)隨注入量的變化規(guī)律及幅度基本一致；S86稀油的密度隨注入量的變化曲線的斜率高于S48稠油，說明S86稀油密度升高幅度比S48稠油大；S86稀油的黏度隨注入量變化曲線斜率絕對(duì)值低于S48稠油，說明S86稀油降低幅度比S48稠油小，這可能是由于S48稠油本身黏度遠(yuǎn)高于S86稀油，因此其降黏效果大大好于S86稀油。③對(duì)于同一單元地層油，注入CO2和干氣對(duì)地層油氣油比、體積系數(shù)和密度隨注入量的變化規(guī)律及幅度基本一致；注CO2時(shí)地層油黏度隨注入量變化曲線斜率絕對(duì)值略高于注干氣，說明注CO2對(duì)地層油的降黏效果略優(yōu)于注干氣。

綜上所述，注CO2后地層油的泡點(diǎn)壓力遠(yuǎn)低于注干氣，且注CO2對(duì)地層油的降黏效果略優(yōu)于注干氣，由此判斷CO2驅(qū)的最小混相壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于干氣驅(qū)，因此選用CO2作為細(xì)管實(shí)驗(yàn)的驅(qū)替氣體。

3.2 最小混相驅(qū)壓力測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)不同回壓下S48稠油(32.00,46.90，53.30,56.99 MPa)和S86稀油(22.40, 25.10, 28.30, 32.46,45.20 MPa)的地層油樣進(jìn)行CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，通過細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)定其CO2驅(qū)最小混相壓力。

CO2驅(qū)替過程中出液氣油比和采出程度隨注入孔隙體積倍數(shù)的變化如圖4和圖5所示。

由圖4和圖5可知，S48稠油單元和S86稀油單元驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果的共同特點(diǎn)：其回壓值越高，對(duì)應(yīng)的CO2驅(qū)的采出程度越大，且氣體突破前，氣油比基本不變，突破后，氣油比則迅速升高。

不同點(diǎn)：S48稠油單元注CO2驅(qū)突破均相對(duì)較早，分別在注入0.448, 0.527, 0.605, 0.692 PV時(shí)氣體突破，且注入1.2 PV時(shí)采出程度分別為46.74%，56.31%，70.09%和77.94%，均低于80%，表現(xiàn)出非混相驅(qū)替特征。S86稀油單元回壓值為22.40 MPa時(shí)注入氣體突破相對(duì)較早，在注入0.578 8 PV時(shí)突破，注入1.2 PV時(shí)其采出程度為65.83%，表現(xiàn)出非混相驅(qū)替特征；而回壓值增大至25.10，28.30，32.46，45.20 MPa時(shí)，注入氣體突破時(shí)間相對(duì)要晚，分別在注入0.8245，0.884 9，0.894 6，0.922 2 PV時(shí)突破，注入1.2 PV時(shí)采出程度分別達(dá)到93.32%，95.61%，96.54%和97.47%，而且氣體突破后產(chǎn)出油顏色從棕紅色變?yōu)橥该鞯S色直至白色，表現(xiàn)出混相驅(qū)替特征。

圖4 S48稠油單元(上)和S86稀油單元(下)CO2驅(qū)出液氣油比隨注入孔隙體積倍數(shù)的變化

圖5 S48稠油單元(上)和S86稀油單元(下)CO2驅(qū)采出程度隨注入孔隙體積倍數(shù)的變化

S48稠油單元CO2驅(qū)在不同回壓值下，注入氣體驅(qū)替到1.20 PV時(shí)的采出程度與回壓值的關(guān)系如圖6所示。

圖6 S48稠油單元CO2驅(qū)最小混相壓力

由圖6可知，該曲線上不存在較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，未測(cè)出最小混相壓力，回壓值高達(dá)56.99 MPa仍不能混相，驅(qū)油效率僅為77.94%。由于S48稠油單元地層壓力為59.70 MPa，因此，結(jié)合目前地面、地層實(shí)際情況，S48稠油單元注CO2氣驅(qū)替是無法達(dá)到混相條件的，只能實(shí)施注CO2非混相驅(qū)。

S86稀油單元CO2驅(qū)在不同回壓值下，注入氣體驅(qū)替到1.20 PV時(shí)的采出程度與回壓值的關(guān)系如圖7所示。

圖7 S86稀油單元二氧化碳驅(qū)最小混相壓力

由圖7可知，S86稀油注CO2的最小混相壓力為26.30 MPa，對(duì)應(yīng)的采出程度為94.17%，并且其最小混相壓力遠(yuǎn)低于原始地層壓力62.50 MPa，說明此單元進(jìn)行注CO2可以實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)，取得較好的提高采收率效果。

4 結(jié)論

(1)地層原油注氣后泡點(diǎn)壓力都是隨著注入量的增加而增大，但是注入相同量的CO2和干氣，前者的泡點(diǎn)壓力遠(yuǎn)低于后者，且S86稀油的泡點(diǎn)壓力明顯小于S48稠油。

(2)S86稀油與S48稠油地層原油注氣后，其氣油比、體積系數(shù)、密度都是隨著氣體注入量的增加而增大，黏度隨著注入量的增加而減??；注入同一種氣體，兩單元地層油的氣油比和體積系數(shù)隨注入量的變化規(guī)律及幅度基本一致，但S86稀油密度升高幅度比S48稠油大，而黏度降低幅度又比其?。粚?duì)于同一單元地層油，注入CO2和干氣對(duì)地層油氣油比、體積系數(shù)和密度隨注入量的變化規(guī)律基本一致，但注CO2的降黏效果略優(yōu)于注干氣。

(3)S48稠油單元注CO2氣驅(qū)替回壓為56.99 MPa(地層壓力59.70 MPa)時(shí)最高采出程度為77.94%，仍然無法達(dá)到混相條件，該單元后期只能實(shí)施注CO2非混相驅(qū)；S86稀油單元注CO2氣驅(qū)替的最小混相壓力為26.30 MPa，該壓力遠(yuǎn)低于原始地層壓力62.50 MPa，且最高采出程度高達(dá)97.47%，該區(qū)塊后期可以實(shí)現(xiàn)CO2混相驅(qū)。

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