中深層油藏注CO2吞吐可行性模擬研究

劉建儀， 李 牧， 何靜意， 唐登濟(jì)

(1西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院3中石化西南油氣分公司川東北采氣廠)

近年來(lái)，CO2吞吐提高采收率方法正日益受到重視。2010年，冀東油田首先在稠油油藏采用CO2吞吐控水增油，取得了很好的增油效果[1-5]。2013年冀東油田將CO2吞吐技術(shù)推廣到中深層油藏，其中NBL油田中深層實(shí)施CO2吞吐15井次，措施有效率72.7%，階段投入產(chǎn)出比1 ∶1.28。由于對(duì)中深層油藏實(shí)施CO2吞吐適應(yīng)條件認(rèn)識(shí)不清，致使CO2吞吐措施有效率和投入產(chǎn)出比并不十分理想。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于注氣吞吐的研究主要集中在注入?yún)?shù)的優(yōu)化方面[6-11]，而關(guān)于儲(chǔ)層本身性質(zhì)對(duì)吞吐效果的影響研究甚少，但儲(chǔ)層本身性質(zhì)往往是決定措施是否可行的關(guān)鍵。本文從中深層油藏地質(zhì)特征和流體性質(zhì)出發(fā)，利用數(shù)值模擬軟件建立符合油藏特征的機(jī)理模型，研究影響中深層油藏注CO2吞吐效果的油藏特征參數(shù)，提出了中深層油藏注CO2吞吐的適宜條件。

一、中深層油藏特征

根據(jù)冀東油田淺層和中深層斷塊地質(zhì)資料和流體資料統(tǒng)計(jì)分析(表1)，不難發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于淺層而言，中深層表現(xiàn)出滲透率低、地層壓力高、原油氣油比高、飽和壓力高、黏度低的特點(diǎn)。滲透率低表現(xiàn)為原油流體能力弱；氣油比高、飽和壓力高表現(xiàn)為地層壓力易降至泡點(diǎn)以下，飽和原油溶解CO2能力弱；黏度低表現(xiàn)為自噴期采出原油多，剩余油飽和度低。因此，本文選取滲透率、地層壓力和剩余油飽和度作為影響CO2吞吐效果的關(guān)鍵因素進(jìn)行研究，能夠較為全面地反映中深層油藏實(shí)施CO2吞吐的特點(diǎn)。

表1 淺層和中深層儲(chǔ)層物性和原油性質(zhì)對(duì)比

二、模型描述

根據(jù)中深層油藏特征，建立單井機(jī)理模型研究注CO2吞吐效果的影響因素，單井機(jī)理模型如圖1所示。模擬研究采用Eclipse油藏模擬軟件，選用單重介質(zhì)三維三相(油氣水)組分模型，模擬區(qū)域半徑150 m，厚13 m，面積7.06×104m2。建立網(wǎng)格系統(tǒng)如下：坐標(biāo)系統(tǒng)：徑向坐標(biāo)系統(tǒng)；網(wǎng)格類(lèi)型：徑向塊中心網(wǎng)格系統(tǒng)；網(wǎng)格平均步長(zhǎng)：Δθ=360°，Δr=5 m；縱向上k=7，網(wǎng)格系統(tǒng)規(guī)模：32×1×1。

采用冀東油田中層L90區(qū)塊地層原油作為模擬流體，原油飽和壓力5.59 MPa，黏度4.6 mPa·s，細(xì)管實(shí)驗(yàn)表明，地層條件(94℃)下，CO2與地層原油混相壓力為15 MPa。采用注CO2吞吐屬于三采范疇，注CO2吞吐前后，生產(chǎn)壓差小。因此模型采用定井底流壓生產(chǎn)，井底流壓等于吞吐前的地層壓力，吞吐后采出原油量即視為增油量。

圖1 單井機(jī)理模型

三、敏感因素分析

1. 儲(chǔ)層滲透率

采用控制變量法，設(shè)計(jì)其他因素不變，即孔隙度為20%、剩余油飽和度為0.4、地層壓力為25 MPa，注入量為300 t，注入速度100 t/d，改變地層滲透率(分別為10、20、30、50、100、200、300 mD)，比較不同滲透率條件下的吞吐增油效果。由圖2可以看出，增油量隨著地層滲透率的增加而增加，當(dāng)滲透率增加到50 mD時(shí)，增油量增加幅度減緩。說(shuō)明對(duì)于滲透率低的中深層而言，滲透率對(duì)增油效果的影響較大。

2. 地層壓力

保持孔隙度20%、地層滲透率50 mD、含油飽和度0.4、注入量300 t、注入速度100 t/d，采用L90油樣(泡點(diǎn)壓力5.59 MPa、混相壓力15 MPa)進(jìn)行模擬，比較地層壓力分別為50、40、25、15、12、10、8、5、3 MPa時(shí)不同位置的含油飽和度和增油量，結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2 增油量隨地層滲透率變化

圖3 不同地層壓力下不同位置的含油飽和度

由圖3可以看出，在注氣和燜井過(guò)程中，如果注入氣與原油達(dá)到混相，注入氣和原油就會(huì)在井周?chē)纬苫煜嘤蛪?。油墻逐漸向外推進(jìn)，注入氣消耗形成新的油墻，而不能突破油墻進(jìn)入外圍溶解油中，使其膨脹。在回采過(guò)程中，這些氣體回采，起不到回采增油的作用，只起到了向外推油的作用。因此，當(dāng)?shù)貙訅毫Υ笥诨煜鄩毫?，吞吐增油量隨地層壓力的增加的減小(圖4)，應(yīng)適當(dāng)采取適度非混相吞吐。

圖4 不同地層壓力下的增油量

由圖4可以看出，當(dāng)注CO2吞吐時(shí)地層壓力低于泡點(diǎn)壓力后，吞吐增油量迅速降低。分析認(rèn)為，地層壓力低于泡點(diǎn)壓力后，伴生氣占據(jù)主要通道上方，脫氣油位于通道下方；注入CO2由于重力超覆首先進(jìn)入上部伴生氣，填補(bǔ)伴生氣壓縮讓出的空間，而不能波及到更遠(yuǎn)處；脫氣原油處于飽和狀態(tài)，對(duì)CO2溶解能力降低，膨脹增容能量弱。因此，在原油泡點(diǎn)壓力以下實(shí)施CO2吞吐效果差，有條件可適度采用注水保持地層能量。

整體看來(lái)，中深層油藏要取得CO2吞吐的較好效果，對(duì)地層壓力的要求較為苛刻：地層壓力應(yīng)適度高于泡點(diǎn)壓力，但不高于混相壓力。同時(shí)，CO2從井底向外波及的過(guò)程中，每增加一定波及距離，所需注入CO2量呈平方上升(V=πr2h)，這說(shuō)明對(duì)于中深儲(chǔ)層而言，地層壓力高，CO2壓縮性大，要波及到更遠(yuǎn)的距離，需要注入的CO2量更多。

3. 剩余油飽和度

保持孔隙度20%、地層滲透率50 mD、注入量300 t、注入速度100 t/d，改變剩余油飽和度分別為0.25、0.3、0.4、0.5、0.6，比較不同剩余油飽和度下的吞吐增油效果，結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯?，當(dāng)剩余油飽和度為0.4時(shí)，增油量有較大增加；剩余油飽和度高于0.4后增油量增加幅度減緩。

圖5 不同剩余油飽和度下的增油量

圖6 不同含油飽和度下對(duì)應(yīng)盈虧情況

采用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為剩余油飽和度的界限標(biāo)準(zhǔn)。注CO2吞吐成本及施工平均費(fèi)用按1 500元/t計(jì)算，原油價(jià)格按3 000元/t計(jì)算，不同含油飽和度下對(duì)應(yīng)盈虧情況如圖6所示?？梢钥闯?，中深層實(shí)施CO2吞吐難度較大，要具有經(jīng)濟(jì)效益，剩余油飽和度應(yīng)高于0.4。

四、結(jié)論

(1)相對(duì)于淺層而言，中深層表現(xiàn)出滲透率低、地層壓力高、原油氣油比高、飽和壓力高、黏度低的特點(diǎn)。滲透率、地層壓力和剩余油飽和度是影響CO2吞吐效果的關(guān)鍵因素。

(2)地層滲透率影響原油的滲流能力，增油量隨著地層滲透率的增加而增加，當(dāng)滲透率增加到50 mD時(shí)，隨著滲透率增加，增油量增加幅度減緩。

(3)中深層油藏注CO2吞吐的適宜條件應(yīng)滿足：地層壓力適度高于泡點(diǎn)壓力，但不高于混相壓力；要取得經(jīng)濟(jì)效益，剩余油飽和度應(yīng)不低于40%。

(4)對(duì)于中深儲(chǔ)層而言，地層壓力高，CO2壓縮性大，要波及到更遠(yuǎn)的距離，需要注入更多量的CO2。

[1]高龍,周楊,袁時(shí)雨,等. 冀東油田注CO2吞吐與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 化工管理,2015(30):189.

[2]馬桂芝,陳仁保,王群一,等. 冀東復(fù)雜斷塊油藏CO2吞吐典型井剖析[J]. 石油地質(zhì)與工程,2013(5):107-111，150.

[3]曹亞明,鄭家朋,孫蓉,等. 冀東油田淺層非均質(zhì)油藏CO2驅(qū)數(shù)值模擬與方案設(shè)計(jì)[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào),2014(5):125-127.

[4]任倩倩,楊勇,任斌斌. 單井CO2吞吐技術(shù)在南堡油田的應(yīng)用[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(21):131.

[5]馬奎前,黃琴,張俊,等. 南堡35-2油田CO2吞吐提高采收率研究[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(1):28-32.

[6]鹿騰,李兆敏,劉偉,等. 強(qiáng)水敏稠油油藏CO2吞吐技術(shù)研究[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(1):122-128.

[7]鞠斌山,欒志安,郝永卯,等. CO2吞吐效果的影響因素分析[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002(1):43-45.

[8]楊勝來(lái),郎兆新. 影響CO2吞吐采油效果的若干因素研究[J]. 西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002(1):32-34.

[9]戰(zhàn)菲,宋考平,尚文濤,等. 低滲透油藏單井CO2吞吐參數(shù)優(yōu)選研究[J]. 特種油氣藏,2010(5):70-72.

[10] 劉懷珠,李良川,吳均. 淺層斷塊油藏水平井CO2吞吐增油技術(shù)[J]. 石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào),2014(4):52-56.

[11] 孫雷,龐輝,孫揚(yáng),等. 淺層稠油油藏CO2吞吐控水增油機(jī)理研究[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(6):88-94.