金南油田地層原油相態(tài)及注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)研究

徐 輝，程秀梅，易明華，陳 佳.

(華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院實(shí)驗(yàn)中心，江蘇揚(yáng)州 225007)

金南油田位于金湖凹陷中部，石港斷裂帶中段，北臨三河次凹，南連龍崗次凹，是典型的復(fù)雜小斷塊油藏，低孔低滲，非均質(zhì)性強(qiáng)，層間差異大。開發(fā)現(xiàn)狀表明金南油田天然能量不足、儲層動用程度低、開發(fā)效果差。

注CO2作為一種有效的提高原油采收率的技術(shù)，對于不同類型的油藏具有廣泛的適應(yīng)性。CO2黏度低、流度高、與儲層配伍性好，不易發(fā)生水敏，并且可使原油體積膨脹、黏度和界面張力下降、萃取原油、容易混相，特別適合低滲透油藏提高采收率[1]。但是儲層非均質(zhì)性和注氣方式等因素會影響CO2的驅(qū)油效果[2]。通過原油相態(tài)實(shí)驗(yàn)可以得到金南儲層油藏的一系列高壓物性參數(shù)，以此確定油藏類型、評價(jià)注CO2技術(shù)的可行性。由于CO2能大量溶解于地層原油，使原油物性參數(shù)發(fā)生很大變化，因此通過注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)研究原油體系相態(tài)的變化是混相注氣方式選擇、注氣機(jī)理研究的重要依據(jù)，也為擬定開發(fā)方案打下基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

采用揚(yáng)州華寶石油儀器公司生產(chǎn)的HB300/70無汞高壓PVT分析儀進(jìn)行高壓物性分析和注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)。該儀器最大工作壓力70 MPa，最大工作溫度為160 ℃。

選取金南JK13井地面分離器原油和套管氣，按原始?xì)庥捅?12.8 m3/t)在地層溫度(84.8 ℃)、地層壓力(22.50 MPa)下復(fù)配地層原油，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《油氣藏流體物性分析方法》(GB/T 26981—2011)，對配制的地層原油樣品進(jìn)行檢查，檢查合格后轉(zhuǎn)入高壓PVT分析儀中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[3]。

1.1 地層原油高壓PVT實(shí)驗(yàn)方法

(1)閃蒸分離實(shí)驗(yàn)：在高壓PVT分析儀中，將地層原油樣品從地層條件(84.8 ℃、22.50 MPa)下單次閃蒸到大氣條件，得到諸如體積系數(shù)、溶解系數(shù)、氣油比、原油收縮率等一系列原油物性參數(shù)。閃蒸油和閃蒸氣進(jìn)行氣相色譜分析，得到油氣組分組成。

(2)恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)：在地層溫度下對地層原油樣品進(jìn)行壓力—體積關(guān)系測試，得到飽和壓力值、壓力與體積系數(shù)、壓縮系數(shù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線。

(3)黏度測試：將地層原油樣品保持單相轉(zhuǎn)入高溫高壓落球式黏度計(jì)中，在地層溫度下測定其在各個壓力點(diǎn)下的黏度。

(4)密度測試：測定單次閃蒸分離出來的脫氣原油密度。換算成地層溫度下各個壓力點(diǎn)下的原油密度。

1.2 注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)方法

(1)將地層原油樣品在高于飽和壓力下保持單相轉(zhuǎn)入實(shí)驗(yàn)儀器中，在地層溫度(84.8 ℃)下穩(wěn)定不少于4 h，進(jìn)泵升壓至地層壓力22.50 MPa，測定此時原油樣品的體積。隨后退泵降壓至飽和壓力值，穩(wěn)定0.5 h后，再次測定原油樣品體積。

(2)計(jì)算使CO2氣體占原油的摩爾百分?jǐn)?shù)為20%左右時所需要的CO2氣量，向地層原油樣品中注入定量CO2氣體。進(jìn)泵升壓，同時充分?jǐn)嚢?，使CO2全部溶解，形成一個新的原油體系。

(3)對于形成的原油新體系，利用PVT分析儀測定樣品的各種高壓物性參數(shù)和關(guān)系曲線。

(4)相同的實(shí)驗(yàn)方法，向原油體系共連續(xù)4次注入定量CO2氣體，使CO2摩爾占比大約為20%、40%、60%、80%。測定每個原油體系的高壓物性參數(shù)和各種關(guān)系曲線。

(5)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理與結(jié)果分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 高壓PVT分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

閃蒸分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在地層條件(84.8 ℃、22.50 MPa)下，金南JK13井地層原油飽和壓力值為2.703 MPa，遠(yuǎn)小于地層原始壓力。溶解氣油比為11.53 m3/m3，屬于低氣油比原油。

恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原油體積系數(shù)為1.070 7，飽和壓力下體積系數(shù)為1.094 7，表明金南油藏地層原油膨脹能量較小。

地層原油的密度為0.844 3 g/cm3，脫氣原油密度為0.889 0 g/cm3，屬于中質(zhì)油[4]。地層壓力下的原油黏度為8.40 mPa·s，飽和壓力下的原油黏度為6.60 mPa·s，屬于中黏油[4]。表1為實(shí)驗(yàn)所得的金南JK13井地層原油高壓物性分析結(jié)果，圖1為油藏流體壓力與黏度之間的關(guān)系曲線。

圖1 油藏流體壓力與黏度關(guān)系(84.8 ℃)Fig.1 Relationship between reservoir fluid pressure and viscosity(84.8 ℃)

表1 金南JK13井地層原油高壓物性分析數(shù)據(jù)Table 1 Analysis data of high pressure physical properties of formation crude oil of well JK13 in Jinnan

2.2 注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)隨著多次注入CO2氣體，原油飽和壓力逐漸升高，注入CO2越多，飽和壓力越高。從圖2的飽和壓力變化曲線可以看出，隨著注入地層油的CO2的摩爾分?jǐn)?shù)逐漸增加，所對應(yīng)的飽和壓力值平穩(wěn)上升，在CO2的摩爾占比從62.6%上升到76.2%時，飽和壓力值才出現(xiàn)加速上揚(yáng)的趨勢，達(dá)到近30 MPa。說明金南油田的地層原油對CO2有較強(qiáng)的溶解能力，不需要提高多大的飽和壓力值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還說明，在注氣采油時提高壓力，就能提高CO2在地層原油中的溶解度，注氣壓力越高，CO2在原油中的溶解能力越強(qiáng)，從而越有利于提高驅(qū)油效率。

圖2 油藏流體飽和壓力與CO2注入量關(guān)系(84.8 ℃)Fig.2 Relationship between saturation pressure of reservoir fluid and CO2 injection(84.8 ℃)

(2)原油體積系數(shù)是指地層原油的體積與其在地面脫氣后體積的比值，圖3是地層原油在35 MPa、84.8 ℃條件下的體積系數(shù)與CO2注入量的變化曲線。從圖中可以看出，原油體積系數(shù)從1.071 2逐步上升至1.663 6。CO2在原油中的摩爾占比在60%以前變化幅度不算太大，當(dāng)占比達(dá)到76%時，原油體積是標(biāo)況下脫氣原油體積的1.66倍。

圖3 地層原油體積系數(shù)與CO2注入量的關(guān)系曲線(84.8 ℃)Fig.3 Relationship between the volume coefficient of formation crude oil and CO2 injection(84.8 ℃)

(3)注CO2能有效提高驅(qū)油效率的一個重要依據(jù)就是注入的CO2溶解到原油中后可以使原油的黏度降低，而減黏的效果與驅(qū)油效果密切相關(guān)[5]。我們將每次溶解了CO2氣體的原油樣品在較高壓力下保持單相轉(zhuǎn)入高壓落球黏度計(jì)中，測定其在飽和壓力和地層壓力條件下的黏度，評價(jià)不同注入量的CO2對原油的減黏效果。原油黏度隨CO2注入量的變化曲線如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)CO2注入量不斷增加時，地層原油黏度由原來的8.40 mPa·s下降到1.54 mPa·s，降低了81.7%。說明注入CO2對金南儲層原油有很好的減黏效果，有利于提高驅(qū)油效率。

圖4 原油黏度與CO2注入量關(guān)系曲線(84.8 ℃)Fig.4 Relationship between crude oil viscosity and CO2 injection(84.8 ℃)

3 結(jié)論

(1)金南JK13井地層原油溶解氣油比為11.53 m3/m3，屬于低氣油比原油；體積系數(shù)為1.070 7，地層原油膨脹能量較?。坏貙釉偷拿芏葹?.844 3 g/cm3，脫氣原油密度為0.889 0 g/cm3，屬于中質(zhì)油；原油黏度為8.40 mPa·s，屬于中黏油。金南儲層油藏屬于典型的黑油油藏[6]。

(2)金南JK13井地層原油對CO2有較強(qiáng)的溶解能力。當(dāng)CO2摩爾占比達(dá)到76%時，原油在35 MPa、84.8 ℃下的體積系數(shù)為1.663 6，反映了CO2對金南油藏有很強(qiáng)的膨脹能力。CO2對金南地層原油有很好的減黏效果，降黏幅度達(dá)到81.7%。