延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層CO2驅(qū)替特征

黨海龍，肖前華，高瑞民，戚志林，暢 斌

1) 中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249；2)陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司，陜西西安710075； 3) 重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶401331

北美致密油成功勘探開(kāi)發(fā)，使致密油成為全球極其重要的非常規(guī)油氣資源[1-3]，更被石油工業(yè)界譽(yù)為“黑金”，從而致使包括中國(guó)在內(nèi)的10余國(guó)積極開(kāi)展致密油研究[4]．鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7儲(chǔ)層是典型的致密油儲(chǔ)層[5]，但是致密油儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，廣泛分布納米級(jí)孔隙[6-7]，儲(chǔ)層流體賦存特征及動(dòng)用規(guī)律異于常規(guī)儲(chǔ)層，流體可動(dòng)用性差[4]．實(shí)踐表明，致密油開(kāi)發(fā)過(guò)程中壓力衰竭快、 產(chǎn)量遞減迅速、 產(chǎn)能低和注水困難等問(wèn)題突出[7-9]．因此，提高采收率是致密油開(kāi)發(fā)面臨的首要問(wèn)題．張君峰等[10-11]研究表明，CO2驅(qū)油過(guò)程中，可以較好的實(shí)現(xiàn)降黏、膨脹及混相，從而有效補(bǔ)充能量，提高致密油采收率．蒲萬(wàn)芬等[12]選取新疆某致密油藏巖樣進(jìn)行了CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)研究，借助核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技術(shù)表征了驅(qū)替過(guò)程中的驅(qū)替模式及驅(qū)替規(guī)律，具有很好的借鑒意義，但該研究涉及的開(kāi)發(fā)方式比較單一，僅涉及CO2驅(qū)替，對(duì)于水氣交替(water-alternating-gas injection, WAG)、高含水期轉(zhuǎn)氣驅(qū)替效果并未涉及，且?guī)r心長(zhǎng)度太短，因此代表性較差．

本實(shí)驗(yàn)選取鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層真實(shí)巖樣，以實(shí)際原油作為模擬用流體，開(kāi)展長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)替以及高含水期轉(zhuǎn)氣水交替驅(qū)替研究．在評(píng)價(jià)驅(qū)油效果的基礎(chǔ)上，借助NMR等手段對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)層流體可動(dòng)用性進(jìn)行研究，從而剖析了氣驅(qū)改變驅(qū)油效率的內(nèi)在控制因素．研究結(jié)果可為延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層氣驅(qū)替提供理論支撐，同時(shí)可為同類油藏開(kāi)展注氣先導(dǎo)試驗(yàn)提供科學(xué)指導(dǎo)．

1 材料和方法

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)巖樣取自延長(zhǎng)油田定邊油區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層，共選用巖樣11塊，總長(zhǎng)度為51.44 cm，具體參數(shù)見(jiàn)表1．

表1 長(zhǎng)巖心巖樣基礎(chǔ)物性參數(shù)

巖樣平均滲透率計(jì)算方法為

(1)

巖樣的排列順序遵循調(diào)和平均原則[13-14]，通過(guò)此原則確定出的順序如表1．巖心與巖心端面加入濾紙片進(jìn)行連接，以降低末端效應(yīng)．本研究所選用的原油取自實(shí)際儲(chǔ)層．

1.2 方 法

本研究采用HXS-100型高溫高壓長(zhǎng)巖心驅(qū)替系統(tǒng)，該系統(tǒng)溫度為室溫至200 ℃，壓力為常壓至70 MPa，可進(jìn)行水驅(qū)、氣驅(qū)和化學(xué)驅(qū)．目標(biāo)儲(chǔ)層溫度為60 ℃，因此該裝置溫度完全滿足要求．本研究涉及的巖樣平均滲透率極低，內(nèi)部流體難以流動(dòng)，將導(dǎo)致驅(qū)替壓差極大，為防止入口壓力過(guò)大，因此，本研究并未設(shè)置過(guò)大回壓，僅設(shè)置為2 MPa以減小末端效應(yīng)．

CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)步驟如下：① 抽真空飽和標(biāo)準(zhǔn)鹽水；② 飽和油時(shí)溫度保持60 ℃，記錄總的出水量；③ CO2驅(qū)油過(guò)程中適時(shí)記錄累積出液量、累積出水量、累積出油量和累積出氣量等相關(guān)參數(shù)；④ 洗巖心并進(jìn)行氮?dú)獯祾?；?分析數(shù)據(jù)或進(jìn)行下一組驅(qū)替．

由于目標(biāo)油區(qū)當(dāng)前含水率(體積分?jǐn)?shù))已達(dá)到60%，因此，為能及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)，探索了水驅(qū)至含水率為60%時(shí)轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替后的驅(qū)油效果．設(shè)烴類孔隙體積(hydrocarbon pore volume, HCPV)為VHCPV；段塞尺寸設(shè)置為0.02VHCPV；氣水體積比設(shè)置為1∶1．實(shí)驗(yàn)步驟與CO2驅(qū)替類似，主要區(qū)別在于先單獨(dú)水驅(qū)至含水率為60%后轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替．

CO2驅(qū)替及CO2-水交替驅(qū)替流程如圖1．

圖1 CO2驅(qū)及CO2-水交替驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程Fig.1 Experimental procedure of CO2 driving and CO2-WAG

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 驅(qū)油效率

圖2(a)為延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7儲(chǔ)層CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果．分析測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著注入量的增加，采出程度不斷增大，剛開(kāi)始快速增加，隨后緩慢增大，在注入量達(dá)到0.6VHCPV時(shí)漸趨平衡，對(duì)于目標(biāo)儲(chǔ)層，CO2驅(qū)油效率最終可達(dá)到51.53%左右．如圖2(b)，在CO2驅(qū)替過(guò)程中，CO2注入量達(dá)到0.48VHCPV左右時(shí)開(kāi)始見(jiàn)氣；在注入量達(dá)到0.65VHCPV左右時(shí)，氣體突破，氣體一旦占據(jù)優(yōu)勢(shì)通道獲得突破，采出油量幾乎沒(méi)有變化，采出程度穩(wěn)定在51.53%左右．

圖2 CO2驅(qū)油特征Fig.2 Characteristics of CO2 driving

圖3為延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7儲(chǔ)層水驅(qū)至含水率60%時(shí)轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替的驅(qū)油效率變化．當(dāng)累積含水率達(dá)到66.67%時(shí)，水驅(qū)油驅(qū)替效率為37.24%．此時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?.02VHCPV為段塞尺寸的CO2-水交替驅(qū)替，剛開(kāi)始驅(qū)油效率并沒(méi)有顯著升高，說(shuō)明在高含水期轉(zhuǎn)變開(kāi)發(fā)方式之初依然以水驅(qū)替的表現(xiàn)形式為主．儲(chǔ)層含水率較高，轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替后，儲(chǔ)層首先以CO2驅(qū)水，同時(shí)水驅(qū)油的形式滲流，因此，驅(qū)油效率并不會(huì)顯著增加．在圖5可得到驗(yàn)證，在轉(zhuǎn)CO2-水交替之初，含水率并未立即降低，而是繼續(xù)上升，然后趨于平緩，交替驅(qū)替輪次達(dá)到一定程度后含水率才開(kāi)始下降．當(dāng)經(jīng)過(guò)多個(gè)CO2-水交替輪次后(約10個(gè))由于CO2-油的物理化學(xué)作用，以及CO2-水交替同時(shí)存在于流動(dòng)通道中，降低了原油黏度，同時(shí)一定程度緩解水的突進(jìn)，驅(qū)油效率開(kāi)始明顯提高．

圖3 水驅(qū)至含水率60%轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替驅(qū)油效率Fig.3 Oil displacement efficiency for applying CO2-WAG until the water content is 60% by water driving

由圖3可見(jiàn)，累積驅(qū)油效率為61.22%，CO2-水交替驅(qū)替油在水驅(qū)替基礎(chǔ)上驅(qū)油效率提高近23.98%，說(shuō)明高含水期轉(zhuǎn)CO2-水交替能有效提高采出率．

從圖4(a)可見(jiàn)，轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替以后，含水率并未立即下降，而是繼續(xù)上升，此時(shí)儲(chǔ)層中為CO2-水交替驅(qū)替的初始階段，多孔介質(zhì)內(nèi)部主要表現(xiàn)為CO2-水段塞驅(qū)動(dòng)前期的注入水流動(dòng)，因此使含水率保持上升態(tài)勢(shì)．在累積注入量達(dá)到0.84VHCPV后，含水率開(kāi)始下降，并呈現(xiàn)不斷波動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)多孔介質(zhì)內(nèi)部小孔隙原油開(kāi)始參與流動(dòng)，大孔隙內(nèi)部分殘余油在CO2-水段塞的作用下也盡可能多地流向出口．在累積注入量達(dá)到1.54VHCPV后氣體突破，含水率急劇升高，CO2-水段塞突破優(yōu)勢(shì)通道，CO2-水交替驅(qū)替油效應(yīng)減弱，使含水率上升到100%．

從圖4(b)可見(jiàn)，轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替以后，氣油比值并未立即升高，在累積注入量達(dá)到0.84VHCPV后開(kāi)始見(jiàn)氣，此后隨著交替驅(qū)替的進(jìn)行，氣油體積比出現(xiàn)小幅波動(dòng)，在累積注入量達(dá)到1.47VHCPV后氣體突破，氣油體積比急劇升高．

圖4 水驅(qū)至含水率為60%時(shí)轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替， 含水率及氣油體積比變化Fig.4 Water content and oil-gas ratio for CO2-WAG applied until the water content is 60% by water driving

韓永林等[15]的測(cè)試結(jié)果顯示，延長(zhǎng)組長(zhǎng) 7 油層組水驅(qū)油效率為31%～45%，本研究中CO2驅(qū)油效率為51.53%，在含水率達(dá)到60%后轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替，驅(qū)油效率為61.22%，因此，CO2驅(qū)替以及水驅(qū)替后轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替能有效提高驅(qū)油效率，增大采出程度．若將本研究結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)合，還可針對(duì)整個(gè)儲(chǔ)層進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，制定更合理的開(kāi)發(fā)方案．

2.2 影響因素分析

不同開(kāi)發(fā)方式下，儲(chǔ)層流體的可動(dòng)用性是不一樣的，NMR結(jié)合高速離心測(cè)試可研究?jī)?chǔ)層流體微觀賦存規(guī)律以及流體可動(dòng)用性特征[4，16-17]．圖5為綜合應(yīng)用高速離心及NMR手段測(cè)試24個(gè)樣品得到的不同尺度空間流體控制量和可動(dòng)用量，該24樣品均取自延長(zhǎng)油田定邊油區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層，其對(duì)應(yīng)滲透率μ1，μ2，…，μ24依次為3.92×10-6、7.58×10-6、8.43×10-6、1.05×10-5、1.15×10-5、2.55×10-5、3.69×10-5、3.89×10-5、4.00×10-5、4.08×10-5、5.89×10-5、6.43×10-5、0.10×10-3、0.15、0.16、0.16、0.19、0.21、0.59、0.64、1.16、2.85、13.12和23.97 μm2，納米級(jí)喉道(<0.1 μm)所控流體體積隨滲透率的增加呈減小趨勢(shì)，如圖5(a)，體積分?jǐn)?shù)為60%以上的流體控制在納米級(jí)空間里．亞微米級(jí)喉道(0.1～1.0 μm)所控流體體積隨滲透率的增加而漸增．微米級(jí)空間所控流體體積分?jǐn)?shù)非常小，小于10%．

圖5 不同尺度空間流體控制量及可動(dòng)用量Fig.5 Fluid distribution characteristics

可動(dòng)流體體積分?jǐn)?shù)基本隨著滲透率的增加而增加，如圖5(b)，但是納米級(jí)空間可動(dòng)用量很低，僅有7%左右，而其所控流體的體積分?jǐn)?shù)為70%左右．微米級(jí)空間可動(dòng)用流體體積分?jǐn)?shù)為6%左右，但是微米級(jí)空間流體本來(lái)就比較少．因此，要提高儲(chǔ)層采出程度，主要在于如何有效動(dòng)用納米級(jí)空間的流體．納米級(jí)空間，由于流動(dòng)通道細(xì)小，表面力作用強(qiáng)烈，常規(guī)水驅(qū)替由于界面張力作用強(qiáng)，非均質(zhì)性造成水驅(qū)替突進(jìn)，從而使水驅(qū)替效率偏低，甚至難以注入．而CO2驅(qū)替不但可以達(dá)到原位改質(zhì)的效果，還能利用CO2的膨脹性起到微納氣泡攜帶原油的溶解氣驅(qū)替效果，從而有效改善儲(chǔ)層驅(qū)油效率．而在CO2-水交替驅(qū)替的過(guò)程中，不但起到上述氣驅(qū)替效應(yīng)，同時(shí)由于氣水交替存在而造成的賈敏效應(yīng)能有效改善儲(chǔ)層水驅(qū)替突進(jìn)的現(xiàn)象，從而起到納米低速流動(dòng)通道轉(zhuǎn)變?yōu)楸厝涣鲃?dòng)通道，由此驅(qū)替出更多納米級(jí)空間流體，達(dá)到提高驅(qū)油效率的目的．

3 結(jié) 論

1)延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7儲(chǔ)層CO2驅(qū)替驅(qū)油效率可達(dá)50%以上，含水率達(dá)60%以后轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替驅(qū)油效率可達(dá)60%以上，以上兩種開(kāi)發(fā)方式明顯比單純水驅(qū)替驅(qū)油效率高．

2)延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7儲(chǔ)層流體主要賦存于納米級(jí)空間，流體可動(dòng)用性主要來(lái)源于亞微米級(jí)空間，而CO2驅(qū)替以及CO2-水交替驅(qū)替可以起到原位改質(zhì)的效果，從而改善驅(qū)油效率，特別是CO2-水交替驅(qū)替還能使納米級(jí)低速流動(dòng)通道轉(zhuǎn)變?yōu)楸厝涣鲃?dòng)通道，從而有效提升驅(qū)油效率．

3)對(duì)于延長(zhǎng)油田長(zhǎng)7儲(chǔ)層，建議采用CO2驅(qū)替或者水驅(qū)替至一定程度后轉(zhuǎn)CO2-水交替驅(qū)替，從而提高儲(chǔ)層原油采出程度．