勝利油田特低滲透油藏CO2驅(qū)技術(shù)研究與實(shí)踐

楊 勇

（中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東東營(yíng) 257015）

勝利油田特低滲透油藏資源量豐富，開(kāi)發(fā)潛力巨大。特低滲透油藏具有埋藏深（一般大于3 000 m）、滲透率低（0.3～10 mD）、非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)量豐度低（30×104～60×104t/km2）等特點(diǎn)，有效開(kāi)發(fā)難度大。目前主要以大型壓裂彈性開(kāi)發(fā)為主，但產(chǎn)量遞減速度快，采收率低（8%～10%）；部分區(qū)塊采用注水開(kāi)發(fā)，但受儲(chǔ)層滲透率低影響，注入壓力高且注水作用距離小，開(kāi)發(fā)效果不理想，亟需尋求新的能量補(bǔ)充方式和提高采收率方法。

20 世紀(jì)中葉，美國(guó)大西洋煉油公司（The Atlantic Refining Company）發(fā)現(xiàn)其制氫工藝過(guò)程的副產(chǎn)品CO2可用于改善原油的流動(dòng)性。后續(xù)研究表明［1-2］，CO2驅(qū)油的主要機(jī)理是其與原油接觸后會(huì)發(fā)生相間傳質(zhì)，使原油體積膨脹、黏度降低、油氣界面張力降低、油氣混相等?；诖税l(fā)現(xiàn)，誕生了世界首個(gè)CO2驅(qū)油專利［3］，這是CO2驅(qū)油技術(shù)的開(kāi)端。

1958年，Shell公司率先在美國(guó)二疊系儲(chǔ)層實(shí)施了井組規(guī)模的CO2驅(qū)油試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，向油藏中注CO2可以補(bǔ)充地層能量并提高原油產(chǎn)量［4-6］。Chevron 公司于1972 年在美國(guó)德克薩斯州Kelly-Snyder 油田SACROC 區(qū)塊投產(chǎn)了世界首個(gè)CO2驅(qū)油商業(yè)項(xiàng)目，提高單井產(chǎn)量達(dá)3 倍之多［7］，該項(xiàng)目的成功標(biāo)志著CO2驅(qū)油技術(shù)開(kāi)始走向成熟。

中外大量研究和應(yīng)用結(jié)果表明，CO2驅(qū)是解決特低滲透油藏能量補(bǔ)充難、采收率低的主要技術(shù)，向油層中注入CO2可以大幅度提高原油采收率［8-13］。同時(shí)，油藏是封閉條件良好的地下儲(chǔ)氣庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)CO2長(zhǎng)期地質(zhì)埋存。所以，以CO2為驅(qū)油劑提高原油采收率不僅可以增加原油可采儲(chǔ)量，而且可以實(shí)現(xiàn)CO2的長(zhǎng)期地質(zhì)埋存，既實(shí)現(xiàn)CO2減排的社會(huì)效益，又能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，是CO2埋存與高效利用的最佳途徑之一。CO2驅(qū)提高原油采收率和地質(zhì)埋存技術(shù)在中外已有廣泛研究，在許多油田進(jìn)行了礦場(chǎng)實(shí)施。

CO2驅(qū)提高石油采收率，國(guó)外技術(shù)相對(duì)成熟，已成為主要的提高采收率方法。與國(guó)外油藏相比，勝利油田特低滲透油藏屬于陸相沉積，具有埋藏深、豐度低、非均質(zhì)性強(qiáng)、混相壓力高的特點(diǎn)，油藏條件的差異意味著勝利油田難以照搬國(guó)外成熟的CO2驅(qū)技術(shù)。勝利油田CO2驅(qū)規(guī)?；瘧?yīng)用面臨以下技術(shù)瓶頸：①混相壓力高，不易實(shí)現(xiàn)混相，驅(qū)油效率低；②儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、連續(xù)氣驅(qū)為主，易氣竄。針對(duì)上述問(wèn)題，勝利油田自上世紀(jì)60 年代末期開(kāi)展CO2驅(qū)技術(shù)攻關(guān)，先后經(jīng)歷了室內(nèi)研究（1967—1995 年）、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)（1996—2006 年）和先導(dǎo)試驗(yàn)（2007年—至今）3個(gè)階段，初步形成了CO2驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)、油藏工程設(shè)計(jì)優(yōu)化、注采工藝、地面集輸和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與調(diào)控等技術(shù)系列。在高89-1 塊、樊142-7-X4 井組開(kāi)展了礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得較好開(kāi)發(fā)效果。CO2驅(qū)油技術(shù)開(kāi)辟了勝利油田特低滲透油藏開(kāi)發(fā)新途徑，可為勝利油田特低滲透油藏和國(guó)內(nèi)同類型油藏效益開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 CO2驅(qū)油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

為確定勝利油田低滲透油藏是否適合開(kāi)展CO2驅(qū)提高采收率，需要建立CO2驅(qū)適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)CO2驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，確定了2 個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)的篩選界限。第1個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)是混相能力（地層壓力與最小混相壓力的比值），隨著混相能力增加，驅(qū)油效率提高，對(duì)于混相驅(qū)，要求其混相能力大于等于1。第2個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)是滲透率，通過(guò)CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，建立了啟動(dòng)壓力梯度與儲(chǔ)層滲透率的關(guān)系（圖1），可以看出，隨著滲透率的降低，啟動(dòng)壓力梯度是存在拐點(diǎn)的，將這個(gè)拐點(diǎn)定義為實(shí)施CO2驅(qū)的滲透率下限，在勝利油田實(shí)施CO2驅(qū)的油藏滲透率要大于0.5 mD。

圖1 啟動(dòng)壓力梯度與儲(chǔ)層滲透率的關(guān)系Fig.1 Relationship between threshold pressure gradient and reservoir permeability

結(jié)合中外CO2驅(qū)應(yīng)用實(shí)例，確定了參考參數(shù)的篩選界限。通過(guò)統(tǒng)計(jì)國(guó)外81 個(gè)資料完整且已實(shí)施的注CO2項(xiàng)目，對(duì)影響注氣效果的因素進(jìn)行分析，取項(xiàng)目數(shù)累積比例大于95%時(shí)的參數(shù)值作為篩選界限，確定了CO2驅(qū)的原油黏度小于12 mPa·s，原油密度小于0.876 2 g/cm3，剩余油飽和度大于25%和深度大于2 000 m的篩選界限（表1）。

勝利油田CO2驅(qū)油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與中外其他標(biāo)準(zhǔn)相比，有2 點(diǎn)不同：一方面考慮了儲(chǔ)層CO2驅(qū)的物性下限，當(dāng)儲(chǔ)層滲透率過(guò)低時(shí)（＜0.5 mD），CO2驅(qū)的啟動(dòng)壓力顯著升高，常規(guī)壓差下難以實(shí)現(xiàn)有效驅(qū)替；另一方面是油層深度方面，中外其他標(biāo)準(zhǔn)多定為大于1 000 m，勝利油田的篩選標(biāo)準(zhǔn)定為大于2 000 m，主要考慮勝利油田的低黏度原油大多埋深超過(guò)2 000 m，這些低黏度原油與CO2更容易實(shí)現(xiàn)混相/近混相驅(qū)，同時(shí)考慮埋深越大，油藏壓力越高，能夠提高油藏混相能力。

表1 勝利油田低滲透油藏的CO2驅(qū)油藏篩選標(biāo)準(zhǔn)Table1 Screening criteria for CO2flooding in low permeability reservoirs of Shengli Oilfield

2 CO2驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)技術(shù)

在礦場(chǎng)實(shí)施CO2驅(qū)油之前，需要做一系列的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)［14-16］研究油藏條件下CO2的溶解特性、膨脹降黏特性、混相特性和不同注入方式下驅(qū)油效率等，明晰CO2驅(qū)提高采收率機(jī)理，為CO2驅(qū)油藏?cái)?shù)值模擬和油藏方案優(yōu)化提供基礎(chǔ)資料［17-18］。具體包括CO2與原油的相特征、CO2對(duì)輕質(zhì)組分的抽提作用、最小混相壓力、驅(qū)油效率、瀝青質(zhì)傷害和產(chǎn)出氣回注對(duì)驅(qū)油效果的影響機(jī)制等。

2.1 CO2與地層原油體系相態(tài)特征

選取勝利油田高89-4 井的井口原油和套管氣按該區(qū)塊原始飽和壓力配制成樣品，代表地層原油。利用高溫高壓PVT 分析儀，開(kāi)展CO2與地層原油溶解實(shí)驗(yàn)和膨脹降黏實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，地層原油對(duì)CO2有較強(qiáng)的溶解能力，壓力越高CO2在原油中的溶解度越大（圖2），42 MPa 時(shí)地層原油中的CO2溶解度可達(dá)到450 m3/t。注入CO2后，地層原油體積大幅膨脹、黏度明顯降低，溶解度為130 m3/t 時(shí)，原油的飽和壓力達(dá)到25 MPa，此時(shí)地層原油體積可以膨脹1.26倍，黏度降低幅度為70.45%（圖3）。

2.2 CO2對(duì)原油的抽提作用

利用高溫高壓PVT 分析儀，研究CO2的抽提作用對(duì)平衡油、氣組分變化的影響（圖4）。由于CO2對(duì)輕烴的強(qiáng)烈抽提作用，地層油中輕質(zhì)組分被抽提到氣相中，輕質(zhì)組分含量顯著降低，氣相不斷富化，其組分越來(lái)越接近地層油，最終可達(dá)到動(dòng)態(tài)混相。因此，可通過(guò)增強(qiáng)CO2抽提能力，達(dá)到降低CO2與原油混相壓力的目的。

圖2 CO2溶解度與壓力關(guān)系曲線Fig.2 Effect of pressure on CO2solubility

圖3 CO2溶解度與黏度、膨脹系數(shù)關(guān)系曲線Fig.3 Effect of CO2solubility on viscosity and expansion coefficient

圖4 平衡液相中純烴組分的變化Fig.4 Change of pure hydrocarbon composition in equilibrium liquid phase

2.3 CO2與原油最小混相壓力實(shí)驗(yàn)

CO2與原油最小混相壓力是CO2驅(qū)方案設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，最小混相壓力測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法主要有細(xì)管實(shí)驗(yàn)法、升泡儀法、界面張力消失法和核磁共振成像法［19-20］，勝利油田常用的方法是細(xì)管實(shí)驗(yàn)法和升泡儀法。

通過(guò)長(zhǎng)細(xì)管實(shí)驗(yàn)測(cè)試了勝利油田不同區(qū)塊CO2與原油的最小混相壓力（圖5），最小混相壓力較高，一般在26 MPa 以上。勝利油田油藏條件和原油性質(zhì)客觀決定了CO2與原油最小混相壓力高，國(guó)外CO2驅(qū)區(qū)塊的原油性質(zhì)好，輕質(zhì)組分含量高，黏度、密度低，油藏溫度低，混相壓力一般低于12 MPa；而勝利油田的原油重質(zhì)組分含量相對(duì)較高、油藏溫度高，混相壓力多在30 MPa左右［21］。

圖5 不同區(qū)塊CO2與原油最小混相壓力Fig.5 Minimum miscibility pressure of CO2in crude oil from different blocks

2.4 CO2驅(qū)油效率

勝利油田自主設(shè)計(jì)研制了CO2驅(qū)非均質(zhì)長(zhǎng)巖心物理模擬裝置，最高壓力為70 MPa，最高溫度為180 ℃，夾持器長(zhǎng)度為2 m，可模擬0～90°地層傾角。應(yīng)用高89-1 塊油藏低滲透（4.7 mD）巖心和原油，通過(guò)單管長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)研究不同注入方式下的驅(qū)油效率。結(jié)果表明，水驅(qū)驅(qū)油效率為33.5%，水驅(qū)后轉(zhuǎn)CO2混相驅(qū)的驅(qū)油效率為85.64%，初始CO2混相驅(qū)后轉(zhuǎn)水驅(qū)的驅(qū)油效率為79.58%，CO2和水交替混相驅(qū)后轉(zhuǎn)水驅(qū)的驅(qū)油效率為81.56%，不同注入方式的CO2混相驅(qū)油效率皆可達(dá)到80%，比水驅(qū)提高46.5%。這是因?yàn)樵团cCO2混相以后，降低了界面張力，CO2可以驅(qū)替小孔隙中的原油，從而提高了驅(qū)油效率。應(yīng)用史深100 塊油藏低滲透巖心（高滲管滲透率為19 mD，低滲管滲透率為8 mD）和原油，通過(guò)雙管長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)研究不同注入方式下的采收率。結(jié)果表明：近混相連續(xù)氣驅(qū)最終采收率為53.3%，其中高滲管采收率為69%，低滲管采收率為38%；近混相氣水交替驅(qū)最終采收率為60.8%，其中高滲管采收率為75%，低滲管采收率為43%；混相氣水交替驅(qū)最終采收率為62.9%，其中高滲管采收率為79%，低滲管采收率為49%，氣水交替驅(qū)能夠同時(shí)提高高滲管和低滲管采收率。這是因?yàn)樗cCO2間存在界面張力，氣水交替驅(qū)時(shí)大孔隙中發(fā)生水鎖與氣鎖，使注入流體進(jìn)入小孔隙，驅(qū)替小孔隙中的原油，提高波及體積，最終提高了采收率。因此，氣水交替驅(qū)在抑制氣竄、提高波及體積方面更具優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于致密儲(chǔ)層或水敏儲(chǔ)層，由于注水壓力過(guò)高，氣水交替驅(qū)的應(yīng)用受到一定限制。

2.5 CO2驅(qū)過(guò)程中瀝青質(zhì)傷害實(shí)驗(yàn)

由于CO2的不斷抽提作用，難溶的瀝青、石蠟最終沉淀出來(lái)，這是與CO2高效驅(qū)替效率相伴的主要副作用，可能引起地層損害和井眼堵塞。為評(píng)價(jià)勝利油田高89塊油藏條件下瀝青質(zhì)傷害的影響，采用高89 塊地層原油，開(kāi)展混相與非混相2 種條件下的瀝青質(zhì)沉淀室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明，混相與非混相2 種條件下CO2驅(qū)均有一定的瀝青質(zhì)沉淀，但其絕對(duì)含量很?。ū?）。同時(shí)，長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)也表明，在驅(qū)替過(guò)程中壓力變化比較平緩，說(shuō)明CO2驅(qū)過(guò)程中雖有微量瀝青質(zhì)沉淀析出，但不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成傷害。CO2驅(qū)過(guò)程中瀝青質(zhì)沉淀同時(shí)受到油藏流體性質(zhì)、溫壓系統(tǒng)、開(kāi)采條件等因素控制，對(duì)不同區(qū)塊應(yīng)該分別開(kāi)展評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

表2 流體固相含量測(cè)試結(jié)果Table2 Test results of fluid solid content

2.6 產(chǎn)出氣回注對(duì)CO2驅(qū)油效率的影響

CO2驅(qū)過(guò)程會(huì)伴隨著CO2的產(chǎn)出，不同處理方式的經(jīng)濟(jì)性存在較大的差異，CO2驅(qū)產(chǎn)出氣直接回注是經(jīng)濟(jì)性較好的方式，但需要明確產(chǎn)出氣直接回注對(duì)CO2驅(qū)開(kāi)發(fā)效果的影響。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了產(chǎn)出氣中CO2含量與驅(qū)油效率的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)用油選自高89 塊原油。結(jié)果（圖6）表明，當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量小于72%時(shí)，隨著CO2含量增加，驅(qū)油效率快速增加，當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量大于72%時(shí)，隨著CO2含量增加，驅(qū)油效率緩慢增加。因此，確定CO2驅(qū)產(chǎn)出氣直接回注的含量界限為72%，當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量大于72%時(shí)，可直接回注，對(duì)驅(qū)油效率影響不大。

3 CO2驅(qū)油藏工程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

CO2驅(qū)方案實(shí)施以前，需要開(kāi)展油藏工程優(yōu)化設(shè)計(jì)，編制油藏工程方案，以指導(dǎo)CO2驅(qū)方案有效實(shí)施。勝利油田初步形成一套CO2驅(qū)油藏工程優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。針對(duì)CO2驅(qū)易氣竄、波及體積低的問(wèn)題，一方面從初期井網(wǎng)井距設(shè)計(jì)入手，確保井網(wǎng)井距與儲(chǔ)層分布相適配，實(shí)現(xiàn)均衡驅(qū)替，另一方面優(yōu)化注入方式，提高波及體積；針對(duì)CO2驅(qū)油藏混相難的問(wèn)題，通過(guò)壓力水平、注采參數(shù)優(yōu)化，提高油藏混相能力，最終達(dá)到提高采收率的目標(biāo)。

3.1 CO2驅(qū)井網(wǎng)適配優(yōu)化

勝利油田主要在灘壩砂特低滲透油藏開(kāi)展CO2驅(qū)試驗(yàn)，該類油藏滲透率低（＜5 mD），儲(chǔ)量豐度低（＜50×104t/km2），發(fā)育灘砂和壩砂2種微相，平面上灘砂連片發(fā)育，壩砂呈串珠狀鑲嵌于灘砂中，縱向上含油井段較長(zhǎng)（50～100 m），砂泥巖互層，層多（15～25 個(gè)）且薄（灘砂厚度為0.5～2 m，壩砂厚度為2～3 m）。以灘壩砂油藏為例，在灘壩砂儲(chǔ)層描述的基礎(chǔ)上，將灘壩砂儲(chǔ)層劃分為席狀灘砂、土豆?fàn)顗紊?、點(diǎn)狀壩砂和條帶狀壩砂4 類，同時(shí)考慮五點(diǎn)法、反七點(diǎn)法、反九點(diǎn)法3種井網(wǎng)形式，建立了不同類型灘壩砂儲(chǔ)層與不同井網(wǎng)形式的匹配模式，通過(guò)數(shù)值模擬研究了不同匹配模式下CO2驅(qū)波及系數(shù)、換油率、開(kāi)發(fā)時(shí)間等參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，純?yōu)┥昂蛪巫┎捎筒剡m合采用反七點(diǎn)和反九點(diǎn)井網(wǎng)，合理采注井?dāng)?shù)比為2∶1～3∶1；純壩砂和灘注壩采油藏適合采用五點(diǎn)和反七點(diǎn)井網(wǎng)，合理采注井?dāng)?shù)比為1∶1～2∶1。在實(shí)際油藏工程設(shè)計(jì)中，由于工區(qū)構(gòu)造、斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，難以形成規(guī)則的井網(wǎng)形式，開(kāi)展井網(wǎng)形式設(shè)計(jì)時(shí)往往采用不規(guī)則面積井網(wǎng)，采注井?dāng)?shù)比遵循上述合理采注井?dāng)?shù)比。

3.2 CO2驅(qū)技術(shù)極限井距

確定井網(wǎng)形式后，需進(jìn)一步確定注采井距。新區(qū)投產(chǎn)時(shí)需要打井，確定注采井距時(shí)，需要同時(shí)考慮技術(shù)上的有效動(dòng)用與經(jīng)濟(jì)上的盈虧平衡，即同時(shí)考慮技術(shù)極限井距與經(jīng)濟(jì)極限井距［22］。老區(qū)提高采收率項(xiàng)目基于目前老井，由于井距已定，往往開(kāi)展注采井別優(yōu)化及技術(shù)極限井距適應(yīng)性評(píng)價(jià)。上述經(jīng)濟(jì)極限井距可結(jié)合CO2驅(qū)產(chǎn)量模型通過(guò)一定方法進(jìn)行計(jì)算，這里主要對(duì)CO2驅(qū)技術(shù)極限井距計(jì)算方法進(jìn)行論述。

綜合考慮CO2驅(qū)替方式和非線性滲流特征，建立了CO2驅(qū)極限泄油半徑公式，CO2驅(qū)技術(shù)極限井距等于2倍的極限泄油半徑，即：

式中：rCO2為CO2驅(qū)極限泄油半徑，m；r混相為混相區(qū)域半徑，m；r非混相為非混相區(qū)域半徑，m；α 為泄油半徑長(zhǎng)度/混相帶長(zhǎng)度；pe-pw為生產(chǎn)壓差，MPa；a1，b1為混相帶參數(shù)；a2，b2為非混相帶參數(shù)；kg為空氣滲透率，mD；μo1為混相區(qū)域黏度，mPa·s；μo2為非混相區(qū)域黏度，mPa·s。

結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算得到了CO2混相驅(qū)啟動(dòng)壓力梯度與流度關(guān)系（圖7），結(jié)合（1）式，即可計(jì)算得到CO2驅(qū)技術(shù)極限井距圖版（圖8）。對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層，CO2驅(qū)技術(shù)極限井距（300～600 m）約為水驅(qū)技術(shù)極限井距（100～200 m）的2～3 倍。因此，CO2驅(qū)可采用大井距開(kāi)發(fā)部署。

圖7 CO2驅(qū)啟動(dòng)壓力梯度與流度關(guān)系Fig.7 Relationship between threshold pressure gradient and fluidity of CO2flooding

圖8 CO2驅(qū)技術(shù)極限井距圖版Fig.8 Technical limited well spacing of CO2flooding

3.3 注入方式優(yōu)化

防止氣竄是CO2驅(qū)油藏工程設(shè)計(jì)考慮的重要原則之一，優(yōu)化注入方式能夠有效防止氣竄。在史深100 塊精細(xì)油藏描述的基礎(chǔ)上，建立該塊地質(zhì)模型，進(jìn)而通過(guò)數(shù)值模擬方法，選取彈性開(kāi)發(fā)、水驅(qū)、連續(xù)氣驅(qū)和氣水交替驅(qū)4種注入方式進(jìn)行對(duì)比研究。由不同注入方式的采收率統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖9）可以看出，氣水交替驅(qū)優(yōu)于連續(xù)氣驅(qū)，連續(xù)氣驅(qū)優(yōu)于水驅(qū)和彈性開(kāi)發(fā)。長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)也得到類似的結(jié)論。因此對(duì)于能夠有效注水的低滲透油藏，應(yīng)優(yōu)先選用氣水交替注入方式。當(dāng)儲(chǔ)層滲透率較低，難以實(shí)現(xiàn)有效注水時(shí)，則采用連續(xù)氣驅(qū)的注入方式，可同時(shí)考慮注采耦合，即注采“不見(jiàn)面”，注氣的時(shí)候不采油，采油的時(shí)候不注氣，抑制氣竄的發(fā)生。

圖9 注入方式與采收率關(guān)系Fig.9 Relationship between injection mode and recovery

3.4 壓力保持水平優(yōu)化

針對(duì)具體的油藏，儲(chǔ)層原油與CO2的最小混相壓力是一定的，此時(shí)地層壓力的大小直接決定是否能實(shí)現(xiàn)CO2驅(qū)混相，影響CO2驅(qū)驅(qū)油效率，因此有必要對(duì)地層壓力保持水平進(jìn)行優(yōu)化。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明［23］，隨著壓力保持水平增高，最終采收率提高，氣體突破時(shí)間略有減緩，因此CO2驅(qū)地層壓力應(yīng)保持在較高壓力水平。

根據(jù)灘壩砂特低滲透油藏地質(zhì)特征，建立井組模型，利用油藏?cái)?shù)值模擬方法研究不同壓力保持水平對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響。結(jié)果表明，地層壓力保持水平越高，模型采收率越高，但當(dāng)壓力保持水平大于混相壓力后，模型換油率隨壓力保持水平的升高而降低，因此，如果考慮換油率最高為目標(biāo)，合理壓力保持水平為1～1.1 倍的混相壓力。如果考慮經(jīng)濟(jì)效益最高為目標(biāo)，即考慮油價(jià)（50美元/bbl）與CO2氣價(jià)（300 元/t），合理壓力保持水平為1.2～1.3 倍的混相壓力。對(duì)具體區(qū)塊開(kāi)展油藏工程優(yōu)化時(shí)，可建立地質(zhì)模型開(kāi)展數(shù)值模擬研究，確定合理壓力保持水平。

3.5 注采參數(shù)優(yōu)化

區(qū)塊合理注采速度同樣可通過(guò)數(shù)值模擬［24］研究確定。以勝利油田高89塊為例，隨著注氣速度增加，采收率出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象，最優(yōu)注氣速度為20 t/d（圖10）；隨著采油速度增加，采收率出現(xiàn)先增加后減小的現(xiàn)象，最優(yōu)采油速度為5～10 t/d。

圖10 高89塊注氣速度優(yōu)化結(jié)果Fig.10 Optimization results of gas injection rate in Gao89 Block

4 CO2驅(qū)注采工藝和地面工程技術(shù)

4.1 免壓井安全注氣管柱

為保證CO2注氣安全，設(shè)計(jì)了免壓井安全注氣管柱（圖11）。該管柱借助多功能注氣閥及蝶板單向閥可以實(shí)現(xiàn)注氣過(guò)程中防返吐，作業(yè)過(guò)程中免壓井，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全注氣；此外，能夠?qū)崿F(xiàn)反洗井更換環(huán)空保護(hù)液的功能，當(dāng)油套環(huán)空注入含有緩蝕劑的環(huán)空保護(hù)液時(shí)，液體經(jīng)反洗閥直接進(jìn)入油管，后經(jīng)油管返出井筒，從而達(dá)到保護(hù)油層的目的。

圖11 免壓井安全注氣管柱結(jié)構(gòu)Fig.11 Structure diagram of gas injection string

4.2 多功能采油管柱

考慮CO2驅(qū)生產(chǎn)井可能出現(xiàn)的氣竄和腐蝕等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了CO2驅(qū)多功能采油管柱。設(shè)計(jì)防腐泵及各種防腐井下配套工具，同時(shí)利用掛片器監(jiān)測(cè)不同材料在井下環(huán)境的腐蝕狀況；設(shè)計(jì)利用氣錨降低泵吸入口氣油比，提高泵效；同時(shí)設(shè)計(jì)了井下測(cè)壓裝置。

4.3 油氣水多相條件下腐蝕控制技術(shù)

CO2驅(qū)生產(chǎn)井產(chǎn)出氣中CO2含量增高，溶于地層水會(huì)生成酸性介質(zhì)，導(dǎo)致管線腐蝕穿孔［25］，為有效控制CO2腐蝕，利用自主研發(fā)的多功能環(huán)道式油氣水多相流腐蝕模擬試驗(yàn)裝置，研究了不同材質(zhì)在CO2驅(qū)油氣水多相條件下的腐蝕規(guī)律，優(yōu)選出經(jīng)濟(jì)可靠的碳鋼+防腐涂層和玻璃鋼的防腐方案，設(shè)計(jì)合成了改性咪唑啉復(fù)合型高效緩蝕劑，研發(fā)了雙極性高抗離子滲透防腐涂層，形成一套CO2驅(qū)注、采、輸系統(tǒng)腐蝕控制技術(shù)。

5 CO2驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)

目前，勝利油田在灘壩砂和濁積巖特低滲透油藏5個(gè)區(qū)塊開(kāi)展了CO2驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，其中，高89-1塊和樊142-7-X4 井組是開(kāi)展較早的兩個(gè)區(qū)塊，數(shù)據(jù)資料豐富。

5.1 高89-1塊特低滲透油藏CO2驅(qū)試驗(yàn)

高89-1 塊位于正理莊油田西部，地質(zhì)儲(chǔ)量為170×104t，滲透率為4.7 mD，原油黏度為1.59 mPa·s，混相壓力為28.9 MPa。試驗(yàn)設(shè)計(jì)五點(diǎn)法井網(wǎng)（圖12），注采井距為350 m，油井14 口，注氣井11 口，注氣速度為20 t/d，設(shè)計(jì)注入量為0.33 PV，預(yù)計(jì)采收率由彈性驅(qū)的8.9%提高到26.1%，可提高17.2%。開(kāi)展試驗(yàn)的目的是探索灘壩砂特低滲透油藏CO2驅(qū)補(bǔ)充能量的可行性。

圖12 高89-1塊示范區(qū)井位部署圖Fig.12 Well location diagram of Gao89-1 Block in demonstration area

自2008 年1 月開(kāi)始注CO2，注氣時(shí)地層壓力為24 MPa，截至2019年9月，共有生產(chǎn)井15口，注入井11 口，累積CO2注入量為30.7×104t，區(qū)塊采出程度為15.8%，中心井采出程度為18.6%，已提高采收率9.7%。高89-1 塊CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)可劃分為單井試注階段、試驗(yàn)井組階段、注采完善階段和整體注氣階段。單井試注階段和試驗(yàn)井組階段產(chǎn)量較高，注采完善后，抑制了產(chǎn)量的遞減。14 口油井見(jiàn)效，試驗(yàn)區(qū)累積增油量為6.9×104t（圖13），換油率為0.23。

圖13 高89-1塊生產(chǎn)曲線Fig.13 Production curves of G89-1 Block

5.2 樊142-7-X4井組CO2混相驅(qū)試驗(yàn)

樊142-7-X4井組位于正理莊油田高89-1塊東部，井組含油面積為0.94 km2，試驗(yàn)含油層系為沙四段上亞段1 砂組，地質(zhì)儲(chǔ)量為32.6×104t，空氣滲透率為1.2 mD。樊142-7-X4 井組東北部發(fā)育壩砂，西南部發(fā)育灘砂。井組包含注氣井1 口、油井6 口，注采井距為243～676 m，其中，注氣井未壓裂投注。由于高89-1 塊未達(dá)到混相壓力，屬于近混相驅(qū)，樊142-7-X4 井組的試驗(yàn)?zāi)康臑樵囼?yàn)CO2混相驅(qū)注采能力及開(kāi)發(fā)效果。

2013 年6 月開(kāi)始注氣，注氣前地層壓力為17 MPa，6 口油井關(guān)井恢復(fù)地層壓力，并下入電子壓力計(jì)監(jiān)測(cè)油井地層壓力恢復(fù)狀況，連續(xù)監(jiān)測(cè)1 800 余天。注氣速度為15～30 t/d，截至2016年底，CO2累積注入量為1.9×104t，油井地層壓力恢復(fù)至33.7 MPa（1.07MMP），已實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)（混相壓力為31.65 MPa）。通過(guò)數(shù)值模擬與試井解釋等方法，在擬合地層壓力變化的基礎(chǔ)上，對(duì)CO2驅(qū)混相壓力、組分、相前緣進(jìn)行預(yù)測(cè)，指導(dǎo)了油井工作制度的確定。

2016 年11 月起，對(duì)見(jiàn)效的3 口油井陸續(xù)開(kāi)井，自噴生產(chǎn)，日產(chǎn)油量為5～6 t/d（圖14），遠(yuǎn)大于注氣前產(chǎn)量（泵抽1 t/d）。截至2019 年9 月，井組CO2累積注入量為3.9×104t，累積增油量為0.7×104t，階段累積注入量為1.9×104t，階段換油率為0.37。

6 結(jié)論

圖14 樊141-1井生產(chǎn)曲線Fig.14 Production curves of Well Fan141-1

建立CO2驅(qū)油藏適應(yīng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)CO2驅(qū)油藏適應(yīng)性多因素定量評(píng)價(jià)。形成了系統(tǒng)的CO2驅(qū)室內(nèi)評(píng)價(jià)技術(shù)，開(kāi)展了CO2與地層油的相特性、混相壓力測(cè)試、長(zhǎng)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)、瀝青質(zhì)傷害等室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)了CO2驅(qū)油藏產(chǎn)出氣回注對(duì)驅(qū)油效果的影響機(jī)制，提出油井產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到72%時(shí)可直接回注。建立了考慮混相特征和非線性滲流雙控條件下的技術(shù)極限井距計(jì)算方法，形成了CO2驅(qū)井網(wǎng)適配優(yōu)化、合理壓力水平優(yōu)化和注采參數(shù)優(yōu)化等技術(shù)。配套完善了CO2驅(qū)注采工藝管柱及CO2驅(qū)注、采、輸系統(tǒng)腐蝕控制技術(shù)，為CO2驅(qū)油與封存提供保障。

高89-1 塊和樊142-7-X4 井組CO2驅(qū)取得較好開(kāi)發(fā)效果，驗(yàn)證了CO2驅(qū)提高采收率技術(shù)的可靠性。