XG油田注CO2氣膨脹實(shí)驗(yàn)研究

馬 慶,侯思偉,呂 蓓,宋勝軍

(1.克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆 克拉瑪依 834000；2.新疆油田公司,新疆 克拉瑪依 834000)

1 引言

向地層原油中注入氣體可有效提高原油采收率，目前常見的注入氣主要包括干氣、N2以及CO2[1,2]。氣體被注入地下后在孔隙中與原油及其他地層流體接觸，一方面使原油粘度降低、流動(dòng)性加強(qiáng)，油氣界面張力降低，另一方面還可使地層原油的體積發(fā)生膨脹，體積在有限的空隙中發(fā)生膨脹間接增加了油藏的可采儲(chǔ)量，同時(shí)也補(bǔ)充了地層能量，對(duì)提高采收率具有積極意義[3～5]。而注CO2氣提高采收率除了具備上述特性外，還兼具綠色、低碳、節(jié)能的特殊屬性，并在一定程度上解決了資源開發(fā)利用引起的環(huán)境污染矛盾[6，7]。

2 試驗(yàn)區(qū)域目標(biāo)井組確定

為了使CO2更加易于溶解于原油以獲得良好增產(chǎn)效果，往往要求油藏具備與CO2混相的條件，如果原油組分中含有大量中間烴組分，且能夠達(dá)到一定的混相壓力，則較容易實(shí)現(xiàn)混相。根據(jù)XG油田石炭系油藏地質(zhì)研究與生產(chǎn)情況，選擇地質(zhì)及生產(chǎn)情況更適宜注氣的94416井組作為此次實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象。該井組油井目前擁有自噴能力，但目前地層壓力較低，生產(chǎn)情況表現(xiàn)為低產(chǎn)、低水。

3 XG油田注氣膨脹實(shí)驗(yàn)

注氣膨脹實(shí)驗(yàn)是針對(duì)地層單相原油流體進(jìn)行的(個(gè)別情況下會(huì)開展凝析氣膨脹實(shí)驗(yàn))，該實(shí)驗(yàn)主要描述地層原油對(duì)外來注入氣體的反應(yīng)[8]。

3.1 實(shí)驗(yàn)用流體準(zhǔn)備

XG油田開發(fā)至今油氣樣組成變化較小，所以本次研究所使用原油樣品按原始地層條件復(fù)配，能夠較充分反映目前油藏情況。注氣膨脹實(shí)驗(yàn)樣品使用94416井脫水原油配制，用以進(jìn)行流體高壓物性實(shí)驗(yàn)、細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)及注CO2氣長巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)測(cè)試。注氣膨脹實(shí)驗(yàn)用流體參數(shù)見表1。

表1 94416井原油組分?jǐn)?shù)據(jù)

3.2 實(shí)驗(yàn)過程

將1份已知量的CO2氣轉(zhuǎn)送至含有恒定量原油的PVT容器中，然后將壓力升高直至所有CO2氣體溶于原油中，隨后逐漸降低容器壓力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有微量氣泡出現(xiàn)時(shí)停止降壓，記錄此狀態(tài)下的飽和壓力與膨脹體積；之后注入比前次實(shí)驗(yàn)更大量的氣體，并記錄新的飽和壓力和膨脹體積，如此持續(xù)進(jìn)行，如圖1類型A所示。

圖1 原油注氣膨脹實(shí)驗(yàn)

隨著注入氣量的不斷增加，壓力須不斷升高至新的峰值才可以使CO2氣體完全溶于原油中。當(dāng)實(shí)驗(yàn)壓力高于目標(biāo)地層破裂壓力時(shí)，該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)僅作為研究參考，無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，此時(shí)PVT容器中為氣液兩相，如圖1類型B所示。

本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)了7組，注入氣比例分別從5 %～35%mol體積，以5%幅度遞增，注入氣采用的純度為99.999%的瓶裝CO2。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與分析

4.1 CO2對(duì)原油泡點(diǎn)壓力的影響

隨著注氣工作的進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)井原油泡點(diǎn)壓力不斷上升(圖2)，并且原油飽和壓力的上升幅度在20%mol體積后加大；當(dāng)注入量達(dá)到0.35倍mol體積時(shí)，原油的泡點(diǎn)壓力突破20 MPa。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：隨著注氣的不斷進(jìn)行，原油組分不斷變化，新流體的飽和壓力不斷上升且尚未達(dá)到臨界點(diǎn)狀態(tài)，這表明該實(shí)驗(yàn)井組注CO2驅(qū)混相壓力高于20 MPa。而94416井地層原始?jí)毫?.2 MPa，當(dāng)前注氣量實(shí)驗(yàn)壓力與地層原始?jí)毫Σ钪颠_(dá)到13.6 MPa。

圖2 注入CO2對(duì)原油飽和壓力的影響

4.2 CO2對(duì)泡點(diǎn)下原油體積系數(shù)的影響

隨著注氣量的增加，原油體積系數(shù)持續(xù)增大(圖3)，說明注入CO2增溶驅(qū)油效果較好。當(dāng)注入35%mol倍體積的CO2時(shí)，體積系數(shù)增幅加大，94416井地層原油在更高的壓力條件下顯示出更好的增溶性。

圖3 注入CO2對(duì)體積系數(shù)的影響

4.3 CO2對(duì)溶解氣油比的影響

隨著注氣量的增加，氣油比不斷增大(圖4)，當(dāng)注入5%mol倍體積的CO2時(shí)，體積系數(shù)增幅加大，當(dāng)注入35%mol倍體積的CO2時(shí)，體積系數(shù)增幅進(jìn)一步加大。

圖4 注CO2氣量與氣油比關(guān)系

4.4 CO2對(duì)原油密度的影響

隨著注氣量的增加，原油密度持續(xù)減小(圖5)，當(dāng)注入5%mol倍體積的CO2時(shí)，原油密度迅速下降，之后降幅逐漸放緩，這是由于注氣早期原油的整體組成變輕且飽和壓力低，后期隨著飽和壓力的不斷增加和溶解氣量的加大，密度降幅逐漸變小。

圖5 飽和壓力下CO2注入量與原油密度關(guān)系

4.5 CO2對(duì)飽和壓力條件下原油體積膨脹系數(shù)影響

隨著注氣量的增加，原油體積膨脹系數(shù)持續(xù)增大(圖6)，當(dāng)注入10%mol倍體積的CO2時(shí)，原油體積膨脹系數(shù)增幅放大，當(dāng)注入35%mol倍體積的CO2時(shí)，原油體積膨脹系數(shù)增幅進(jìn)一步放大。

圖6 飽和壓力下CO2注入量與原油粘度關(guān)系

4.6 CO2注入對(duì)原油相態(tài)的影響

由于94416井原始地層壓力較低，本次實(shí)驗(yàn)飽和壓力達(dá)到20.8 MPa時(shí)實(shí)驗(yàn)停止，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在更高的實(shí)驗(yàn)壓力條件下該井地層原油的膨脹性更好。實(shí)驗(yàn)所得地層原油注CO2后在泡點(diǎn)壓力下的各主要物性特征變化數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 CO2注入對(duì)94416井飽和壓力下流體相態(tài)的影響

5 注氣膨脹實(shí)驗(yàn)擬合

不同類型、不同量的注入氣會(huì)對(duì)目標(biāo)流體相態(tài)產(chǎn)生不同的影響，實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)能大致反應(yīng)其規(guī)律，但受實(shí)驗(yàn)本身限制，須對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合以準(zhǔn)確反映注氣驅(qū)過程流體相態(tài)變化的參數(shù)場(chǎng)，擬合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性能夠提升后期數(shù)值模擬研究的可靠性。本次擬合工作開展了XG油田石炭系地層原油中注不同劑量CO2后流體PVT參數(shù)的變化(圖7)。由擬合結(jié)果圖看出，飽和壓力參數(shù)擬合效果好，滿足后續(xù)的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬工作需要。

圖7 地層油注CO2氣膨脹實(shí)驗(yàn)飽和壓力擬合

6 結(jié)論

(1)XG油田94416井地層原始?jí)毫?.2 MPa，最終實(shí)驗(yàn)壓力為20.8 MPa，壓力差值達(dá)到13.6 MPa，且隨著注入量的增加飽和壓力繼續(xù)上升，未能達(dá)到臨界狀態(tài)，說明在20.8 MPa的實(shí)驗(yàn)壓力下，CO2與地層原油未實(shí)現(xiàn)混相，在當(dāng)前地層條件下顯示出非混相特征。

(2)94416井地層原油在高注入量條件下顯示出更好的增溶膨脹性能。