CO2在原油及高礦化度地層水體系中的溶解試驗(yàn)

趙瑞明，張曉宇，王 娜，王 丹，崔茂蕾

1中石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 烏魯木齊

2中石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京

1.前言

塔河油田某區(qū)油藏為強(qiáng)邊底水油藏，油藏溫度為115℃，壓力49.5 MPa，地層水礦化度215 g/L，具有底水強(qiáng)度大，油藏溫度、壓力高，地層水礦化度高的特點(diǎn)。在開(kāi)展油藏注CO2驅(qū)油過(guò)程中，需充分考慮底水的影響，掌握CO2在原油-地層水體系中的溶解分配情況[1][2][3]。筆者利用自行研制的高溫、高壓CO2溶解度測(cè)定裝置，開(kāi)展了高溫、高壓條件下CO2在原油和高礦化度地層水兩相中的分配情況，為后續(xù)注CO2提高采收率工作提供了技術(shù)支撐。

2.試驗(yàn)裝置及樣品

2.1.試驗(yàn)裝置

該試驗(yàn)裝置主要承擔(dān)流體復(fù)配、氣液分離計(jì)量和溫度壓力控制等操作，包括的主要試驗(yàn)設(shè)備有高溫、高活塞攪拌容器，高壓驅(qū)替泵，氣液分離(干燥)裝置，氣量計(jì)，回壓閥和電子天平等[4][5]。試驗(yàn)流程圖如圖1所示。試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)組裝完成后，進(jìn)行氣量和液量標(biāo)定，通過(guò)重復(fù)測(cè)試，計(jì)量誤差控制在5%以內(nèi)，滿足試驗(yàn)要求。

Figure 1.The schematic diagram of experimental device圖1.試驗(yàn)裝置示意圖

2.2.試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)所用的CO2純度為99.99%。試驗(yàn)所用的水樣是從井礦場(chǎng)取得的同油藏地層水，使用前過(guò)濾機(jī)械雜質(zhì)。試驗(yàn)所用水樣的離子分析結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)所用原油為復(fù)配原油，原油和天然氣均取自同油藏。復(fù)配原油與原油藏對(duì)比結(jié)果如表2所示。復(fù)配原油滿足試驗(yàn)要求。

Table 1.The analysis of formation water used in experiments表1.試驗(yàn)用地層水分析表

Table 2.The analysis of compound crude oil表2.復(fù)配原油分析表

3.試驗(yàn)方法

3.1.復(fù)配原油的氣油比

利用設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置測(cè)定試驗(yàn)溫度條件下的氣油比。

3.2.地層水的CO2溶解度

利用設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置配制試驗(yàn)溫度、壓力下的含過(guò)飽和CO2的水溶液，溫度、壓力穩(wěn)定后，由底部排出飽和CO2的地層水，計(jì)量注入量、產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量。試驗(yàn)步驟如下：

1)將一定量的地層水樣轉(zhuǎn)入高溫、高壓活塞攪拌容器中，用增壓CO2并轉(zhuǎn)入活塞攪拌容器中，并將溫度升至試驗(yàn)所需的溫度。

2)攪拌溶解，調(diào)整活塞容器壓力至試驗(yàn)溫度壓力條件，且保證地層水溶解CO2達(dá)到飽和。

3)利用回壓閥控制試驗(yàn)壓力，用驅(qū)替泵將配樣器中的飽和地層水排出，經(jīng)過(guò)氣液分離裝置，分別計(jì)量排出水的體積與相應(yīng)氣體體積，每10 min記錄一次。

3.3.等比例復(fù)配原油和地層水CO2溶解度試驗(yàn)

1)復(fù)配后原油飽和過(guò)量CO2，進(jìn)行氣液比測(cè)定。

2)再注入與剩余液體等體積的地層水，充分接觸，測(cè)定該階段地層水中CO2溶解量，進(jìn)而得到地層水從等體積(等體積是指脫氣原油體積與加入地層水體積相同)飽和CO2復(fù)配原油中獲取CO2的量。

3)計(jì)算公式為：

式中：KCO2為CO2在飽和CO2原油加入等體積地層水(脫氣原油體積)體系中的分配系數(shù)，1；CCO2-oil-CH4為飽和CO2復(fù)配原油的氣液比，mL/mL；Coil-CH4為復(fù)配原油氣液比，mL/mL；CCO2-water為飽和CO2原油加入等體積地層水(脫氣原油體積)充分溶解交換后的CO2溶解度，mL/mL。

4.試驗(yàn)結(jié)果與分析

依托自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行115℃、49.5 MPa條件下的地層水和原油CO2溶解度試驗(yàn)。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，每組試驗(yàn)均進(jìn)行2～3次重復(fù)性測(cè)量。

4.1.地層水溶解度

試驗(yàn)過(guò)程中，待氣液比穩(wěn)定后開(kāi)始計(jì)量，間隔計(jì)量時(shí)間為10 min，該階段累計(jì)產(chǎn)液120.5 mL，累計(jì)產(chǎn)氣3449 mL，平均氣液比28.6 mL/mL，即在115℃、49.5 MPa條件下21.3 g/L礦化度地層水CO2溶解度折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況下為28.6 m3/m3。累計(jì)產(chǎn)液量-氣液比分布曲線如圖2所示。

Figure 2.The distribution curve of cumulative liquid production-gas-liquid ratio圖2.累計(jì)產(chǎn)液量-氣液比分布曲線

4.2.等比例復(fù)配原油和地層水CO2溶解度試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程包含原油復(fù)配及檢測(cè)、CO2溶解及檢測(cè)、地層水-飽和CO2復(fù)配原油體系中CO2溶解分配及地層水CO2溶解度檢測(cè)共3個(gè)部分。

1)復(fù)配原油樣品氣油比測(cè)試。在110℃、50 MPa條件下配制原油樣品，攪拌至穩(wěn)定后測(cè)得的溶解氣油比在120～130 m3/m3之間，平均為125 m3/m3。

2)測(cè)定飽和CO2復(fù)配油中的氣油比?；旌弦后w經(jīng)過(guò)攪拌至穩(wěn)定后進(jìn)行汽油比測(cè)定，間隔5 min記錄一次產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量，平均氣油比(CO2+ 天然氣)為275 mL/mL (圖3)，因此CO2在復(fù)配原油中的溶解量為150 mL/mL。

3)測(cè)定CO2在復(fù)配油-地層水體系中的溶解度。按照油水比為1:1，將地層水注入到飽和CO2的復(fù)配原油(此處原油體積為脫氣原油體積)中，攪拌至穩(wěn)定后測(cè)得CO2在水中的溶解率平均在14.8 mL/mL。原油和地層水體系下地層水中CO2溶解率見(jiàn)表3。

Figure 3.The relationship curve of gas-oil ratio of compound crude oil with saturated CO2圖3.飽和CO2的復(fù)配原油氣油比關(guān)系曲線

Table 3.The CO2 solubility in crude oil and formation water system表3.原油和地層水體系下地層水中CO2溶解率

5.結(jié)論

1)通過(guò)自行研制的高溫高壓二氧化碳測(cè)定裝置可以較好地完成CO2在地層水溶解度試驗(yàn)和CO2在油水復(fù)配體系中的溶解度試驗(yàn)。

2)115℃、49.5 MPa條件下的地層水溶解CO2氣體量折算成室溫條件為28.6 m3/m3。

3)115℃、49.5 MPa條件下，復(fù)配原油溶解CO2能力為150 m3/m3(V(脫氣原油)：V(CO2))，隨著地層水的注入，飽和CO2的原油中有10.1%體積的CO2將從油相進(jìn)入水相。換言之，在油水體積比為1:1的條件下，注入的CO2在油水中的分配系數(shù)為10.1。