稠油油藏自生CO2吞吐油藏參數(shù)敏感性研究

何吉波，陳　蕾，趙海濤，薛　偉，李志豪，王成強(qiáng)，嚴(yán)巧丹

(中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅 慶陽 745100)

CO2吞吐是提高稠油油藏采收率的有效方法，該技術(shù)已在國外取得了成功應(yīng)用[1]。自生CO2技術(shù)就是向地層注入化學(xué)溶液，使其在油藏條件下反應(yīng)而釋放出CO2氣體，該技術(shù)克服了常規(guī)注CO2過程中，諸如CO2氣源、CO2氣體運(yùn)輸、CO2注入過程中對(duì)設(shè)備的腐蝕等不利因素[2～3]。目前，該技術(shù)已經(jīng)在江蘇油田稠油油藏進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了一定的效果[4]。自生CO2吞吐是一種新型的提高稠油采收率方法，國內(nèi)已經(jīng)有很多學(xué)者就其增油機(jī)理做了大量研究[5～7]，但缺少相關(guān)的油藏適應(yīng)性研究。本文通過數(shù)值模擬方法，利用正交試驗(yàn)對(duì)稠油油藏的含油飽和度、平均地層壓力、儲(chǔ)層滲透率和儲(chǔ)層有效厚度等油藏參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，旨在為稠油油藏自生CO2吞吐的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論支撐。

1　數(shù)值模擬方法

1.1　機(jī)理模型建立

根據(jù)實(shí)際油藏，建立自生CO2吞吐平面徑向機(jī)理模型，油藏頂深1 168 m，平均地層溫度59 ℃，孔隙度20%。地層原油粘度200.3 mPa·s，飽和壓力2.03 MPa，原始?xì)庥捅?.98 m3/m3。模型網(wǎng)格數(shù)98(20×1×7)，x方向網(wǎng)格步長為4～50 m，z方向網(wǎng)格步長根據(jù)實(shí)際油藏厚度建立，總厚度31.4 m，有效厚度22.4 m。巖石骨架體積熱容量2.35×106J/(m3·°C)，巖石熱傳導(dǎo)系數(shù)為6.6×105J/(m·d·°C)，油相熱傳導(dǎo)系數(shù)為8.305×103J/(m·d· °C)，水相熱傳導(dǎo)系數(shù)5.35×105J/(m·d·°C)。

1.2　流體相態(tài)

使用相態(tài)分析軟件winprop，對(duì)流體的等組成膨脹、注氣膨脹、多次脫氣、飽和壓力以及單次閃蒸等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算擬合，得到能夠代表真實(shí)儲(chǔ)層流體的狀態(tài)方程參數(shù)(見表1)。本次模擬通過對(duì)重質(zhì)組分的劈分和重新歸并，將油相組分最終劃分為6個(gè)模擬組分：CO2(2.46%)、N2～CH4(10.70%)、C2～C6(1.05%)、C7～C12(8.20%)、C13～C24(48.50%)和C25～C36(29.50%)。

表1　肖8井不同流速對(duì)應(yīng)的不同產(chǎn)氣量

1.3　反應(yīng)參數(shù)模擬計(jì)算

自生CO2反應(yīng)體系有單液法和雙液法兩種，單液法是通過向地層中注入可分解鹽溶液，該鹽溶液在地層條件下受熱分解生成CO2氣體。雙液法是通過向地層中注入低濃度酸和鹽溶液，在地層條件下兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶性鹽溶液和CO2氣體[8]。本文自生CO2反應(yīng)采用雙液法，選用生氣劑為SY1與SY2，反應(yīng)方程式如下：

(1)

圖1體系平均壓力擬合曲線

自生CO2的反應(yīng)參數(shù)主要有生氣速度、反應(yīng)活化能和反應(yīng)焓，其中生氣速度為生氣反應(yīng)在地層溫度和壓力條件下的反應(yīng)速度，通過對(duì)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)擬合得到。自生CO2反應(yīng)的活化能和反應(yīng)焓通過建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)模型計(jì)算而得到。根據(jù)室內(nèi)生氣評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，建立數(shù)值模型擬合生氣反應(yīng)速度，擬合的主要參數(shù)是體系的壓力變化，擬合曲線如圖1。通過擬合得到的反應(yīng)頻率因子為0.14，通過計(jì)算得到熱力學(xué)參數(shù)，計(jì)算出反應(yīng)活化能為38 150J/mol，反應(yīng)焓為45 140 J/mol。

2　結(jié)果與討論

2.1　油藏敏感參數(shù)模擬計(jì)算

選擇模擬預(yù)測(cè)一年。生氣劑注入量250 t(SY1150 t，SY2100 t)，注入速度300 m3/d，生氣劑摩爾濃度0.8 mol/L，燜井時(shí)間10 d。

在所建基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，以預(yù)測(cè)期內(nèi)的累產(chǎn)油為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究含油飽和度、地層壓力、儲(chǔ)層有效厚度、儲(chǔ)層滲透率等油藏敏感參數(shù)對(duì)自生CO2吞吐效果的影響。

2.1.1含油飽和度

在基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，選擇地層壓力20 MPa，儲(chǔ)層滲透率50×10-3μm2，儲(chǔ)層有效厚度30 m，模擬計(jì)算含油飽和度分別為20%～70%時(shí)的累產(chǎn)油(見圖2)。由圖2可知，隨著含油飽和度的增加，累產(chǎn)油逐漸增加，其中含油飽和度20%～35%屬于弱敏感區(qū)，該范圍內(nèi)隨著含油飽和度的增加，累產(chǎn)油增加緩慢；含油飽和度35%～45%屬于高敏感區(qū)，該范圍內(nèi)隨著含油飽和度的增加，累產(chǎn)油迅速增加；含油飽和度高于45%之后，屬于不敏感區(qū)域，該范圍內(nèi)隨著含油飽和度的增加，累產(chǎn)油幾乎不增加。

圖2累產(chǎn)油與含油飽和度關(guān)系曲線

2.1.2地層壓力

在基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，選擇含油飽和度40%，儲(chǔ)層滲透率50×10-3μm2，儲(chǔ)層有效厚度30 m，模擬計(jì)算地層壓力分別為5～30 MPa時(shí)的累產(chǎn)油。由圖3可知，儲(chǔ)層滲透率與累產(chǎn)油呈近線性關(guān)系，地層壓力越高，累產(chǎn)油越高。

圖3累產(chǎn)油與地層壓力關(guān)系曲線

2.1.3儲(chǔ)層滲透率

在基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，選擇含油飽和度40%，地層壓力20 MPa，儲(chǔ)層有效厚度30 m，模擬計(jì)算儲(chǔ)層滲透率分別為(10～300)×10-3μm2時(shí)的累產(chǎn)油。由圖4可知，儲(chǔ)層滲透率與累產(chǎn)油呈對(duì)數(shù)關(guān)系，儲(chǔ)層滲透率越高，累產(chǎn)油越高。

圖4累產(chǎn)油與儲(chǔ)層滲透率關(guān)系曲線

2.1.4儲(chǔ)層有效厚度

在基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上，選擇含油飽和度40%，地層壓力20 MPa，儲(chǔ)層滲透率50×10-3μm2，模擬計(jì)算儲(chǔ)層有效厚度分別為5～30 m時(shí)的累產(chǎn)油(見圖4)。由圖4可知，儲(chǔ)層有效厚度與累產(chǎn)油呈線性關(guān)系，儲(chǔ)層有效度厚度越高，累產(chǎn)油越高。

圖4累產(chǎn)油與儲(chǔ)層有效厚度關(guān)系曲線

2.2　對(duì)比分析

利用正交試驗(yàn)進(jìn)行油藏參數(shù)敏感性對(duì)比分析，以模擬預(yù)測(cè)一年的累產(chǎn)油為試驗(yàn)指標(biāo)，用A、B、C、D分別代表含油飽和度、地層壓力、儲(chǔ)層滲透率和儲(chǔ)層有效厚度4個(gè)因素，確定5個(gè)水平設(shè)計(jì)正交表，各因素水平見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3和表4。利用極差分析正交試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出不同因素不同水平所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)指標(biāo)和K、平均值K、平均值極差R，平均極差的大小代表不同因素的敏感程度。

由表4可知，極差順序A>D>C>B，說明影響稠油油藏自生CO2吞吐的油藏參數(shù)順序是：含油飽和度>儲(chǔ)層有效厚度>儲(chǔ)層滲透率>地層壓力。

表2　各因素水平

表3　正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表4　極差分析計(jì)算結(jié)果

3　結(jié)論

(1)稠油油藏的含油飽和度、地層壓力、儲(chǔ)層滲透率和儲(chǔ)層有效厚度與自生CO2吞吐效果均呈正相關(guān)，其中影響程度順序?yàn)椋汉惋柡投?儲(chǔ)層有效厚度>儲(chǔ)層滲透率>地層壓力。

(2)含油飽和度對(duì)自生CO2吞吐效果影響主要分為三段，其中含油飽和度20%～35%屬于低敏感區(qū)，35%～45%屬于高敏感區(qū)，超過45%后，屬于不敏感區(qū)。