低滲透稠油油藏CO2降黏劑復(fù)合驅(qū)優(yōu)選評價及礦場試驗

李曉南，顧 驍，王智林，黃 菊，陳其榮，巢忠堂

（中國石化江蘇油田分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇 揚州 225009）

稠油是石油資源的重要組成部分，我國稠油資源豐富且分布廣泛，目前的探明儲量僅占油藏總資源量的10%左右，具有極大的開發(fā)潛力。由于稠油中較多的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、石蠟及有機(jī)酸等物質(zhì)使原油具有較高的密度和黏度，流動性差而不能使用常規(guī)方法開采，為追求經(jīng)濟(jì)效益及技術(shù)普遍適用性，采用化學(xué)驅(qū)及注氣技術(shù)是現(xiàn)行較為適用的開采方式［1-4］。

目前，前人對于稠油油藏開采方式主要集中在降黏劑驅(qū)及CO2驅(qū)，朱靜等［5］通過分析稠油高黏的本質(zhì)研究了降黏劑的結(jié)構(gòu)對稠油降黏效果的影響；魏超平等［6］應(yīng)用單管填砂驅(qū)油模型、三維填砂驅(qū)油模型和微觀玻璃刻蝕驅(qū)油模型，系統(tǒng)研究了降黏劑驅(qū)提高采收率的機(jī)理；張娟［7］通過開展注CO2膨脹實驗并建立了單井注CO2吞吐數(shù)值模擬模型，對注CO2的工藝參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化；鄧宏偉［8］研究發(fā)現(xiàn)CO2增溶降黏體系可在較大范圍降低稠油的黏度，提高稠油的流動性；王一平等［9］通過超深層稠油直井CO2吞吐開發(fā)過程，說明CO2吞吐的作用半徑會隨吞吐周期的增加而增大。

但對于兩者共同作用的復(fù)合驅(qū)研究卻較少，胡野等［10］通過驅(qū)替實驗及復(fù)合驅(qū)替實驗研究了CO2在普通稠油中的溶解特性并定量表征降黏劑的種類及用量對原油采收率的影響。由此可見，稠油油藏室內(nèi)實驗研究復(fù)合驅(qū)驅(qū)油潛力及參數(shù)優(yōu)化的研究較少，對低滲稠油油藏開展室內(nèi)研究及現(xiàn)場試驗更是鮮見發(fā)表。本文主要針對目前低滲稠油油藏開采過程中存在的問題，采用降黏劑和CO2復(fù)合驅(qū)替的開采方式，通過優(yōu)選實驗對降黏劑的種類進(jìn)行篩選并對性能進(jìn)行評價，通過長巖心驅(qū)替實驗，研究段塞尺寸對二元復(fù)合驅(qū)驅(qū)替效率及驅(qū)替壓力的影響，為現(xiàn)場普通稠油油藏開采方式的選擇提供參考。

1 降黏劑篩選與評價

對于不同的稠油油藏，因儲層特征和稠油的物化性質(zhì)不同，降黏劑發(fā)揮的作用有所不同［11］。因此需對實驗中所使用的試劑進(jìn)行篩選，優(yōu)先評價油水界面張力及乳化降黏等性能，對4 種試劑進(jìn)行了性能評價對比實驗［12］。

1.1 實驗材料

實驗使用的降黏劑基本參數(shù)見表1。

表1 降黏劑基本參數(shù)

1.2 實驗結(jié)果與分析

1.2.1 降黏劑對黏度的影響

黏度是評定油品流動性的指標(biāo)，它表征流體運動時分子間摩擦阻力的大小，是影響驅(qū)替效率的重要因素。降黏率可以直觀反映不同化學(xué)劑組合方式下原油黏度的變化，其計算式為：

式中，n為降黏率，%；μ1和μ2分別為CO2降黏劑加入前、后原油的黏度，mPa·s。

根據(jù)Z13 油藏條件，設(shè)定實驗溫度為91 ℃，降黏劑濃度為0.5%，降黏劑溶液與原油的體積比為1∶1，充分混合后靜置120 min，使用落球黏度計依照國家標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5542-2009《油氣藏流體物性分析方法》測試加入降黏劑前后原油黏度的變化，實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 降黏率隨時間的變化

由圖1 可見，加入4 種降黏劑后，降黏率均隨時間不斷上升，且前期上升迅速，隨著時間的增加，降黏率的升高幅度逐漸變小，在達(dá)到100 min 后趨勢趨于平緩；這是由于開始時大量的降黏劑分子與稠油的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子相互作用，形成更強的氫鍵，從而在改變了稠油超分子結(jié)構(gòu)的同時釋放液態(tài)油，使稠油體系分散度增加；同時還對膠質(zhì)、瀝青質(zhì)聚集體起到溶解、剝離的作用，使稠油體系的膠體特性減弱，從而降低稠油的黏度，后期可反應(yīng)的分子量減少，降黏效果趨于平穩(wěn)。從4 種降黏劑對比來看，KD-45A 降黏效果較好，KD-45B 與KD-45E 的降黏效果相近，KD-45F 的降黏效果相比其他三種降黏劑略低，說明降黏劑KD-45A 能夠與目標(biāo)區(qū)稠油形成比較穩(wěn)定的O/W 乳狀液，具有較好的化學(xué)降黏效果。

1.2.2 降黏劑濃度對降黏率的影響

降黏劑濃度對黏度影響較大，降黏劑濃度過低，會造成稠油乳狀液的穩(wěn)定性不夠，乳狀液很快破乳，分層，從而黏度再次增大，不利于稠油油藏井底的流動和開采；若降黏劑濃度過大，不僅增加成本，還會造成原油破乳困難，增加原油的破乳費用。

將各種降黏劑分別配制成7種不同濃度的稀溶液，分別與原油進(jìn)行體積比為1∶1 的乳化實驗，測試降黏劑濃度變化對稠油乳狀液的黏度影響，實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 降黏率隨濃度的變化

由圖2 可見，隨著降黏劑濃度增加，降黏率增加，當(dāng)降黏劑濃度達(dá)到0.3%時，降黏率達(dá)到92.7%，再增加降黏劑濃度，降黏率趨于穩(wěn)定，說明在達(dá)到有效濃度后，濃度對降黏率的影響不大。這是由于當(dāng)油水混合體系中表面活性劑濃度達(dá)到臨界濃度時，即可形成較穩(wěn)定的O/W 型乳狀液，從各降黏劑效果看KD-45A 降黏效果最好，其次是KD-45B，KD-45F降黏效果最差。

通過幾組數(shù)據(jù)對比，得出降黏劑KD-45A 在降低黏度和油水界面張力方面效果較好，降黏率可達(dá)96%，滿足實驗需求，因此選用降黏劑KD-45A作為實驗使用的降黏劑，降黏劑濃度為0.3%時最佳。

1.2.3 降黏劑濃度對油水界面張力的影響

4 種試劑加入后，油水界面張力隨濃度的變化如圖3 所示，影響趨勢一致，由圖3 可見，油水界面張力變化隨濃度的增加而降低后趨于平穩(wěn)，而當(dāng)濃度升高到0.3%時，降黏劑油水界面張力的變化率下降。這是由于降黏劑的主要成分是表面活性劑，而表面活性劑溶液存在臨界膠束濃度，當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到臨界膠束濃度時，繼續(xù)增加表面活性劑溶液的濃度，油水界面張力不再繼續(xù)明顯降低，而是維持基本穩(wěn)定。從4 種降黏劑效果來看，KD-45A 降低油水界面張力的效果最好，KD-45B 效果其次，KD-45E 和KD-45F 效果相比另外兩種要低一些。

圖3 油水界面張力隨濃度的變化

2 復(fù)合驅(qū)油機(jī)理長巖心實驗

基于Z13斷塊儲層標(biāo)準(zhǔn)巖心柱和組成長巖心模型，選擇不同尺寸的降黏劑段塞［13］。通過長巖心驅(qū)替實驗對前置降黏劑段塞與CO2復(fù)合驅(qū)驅(qū)油效果進(jìn)行研究，明確不同尺寸的降黏劑段塞對驅(qū)油效率及壓力的影響［14-15］。實驗裝置及流程見圖4。

圖4 長巖心驅(qū)替實驗流程

2.1 實驗裝置及材料

實驗裝置為加拿大Hycal 長巖心驅(qū)替裝置，實驗樣品選取現(xiàn)場分離器油樣和氣樣并按照地層條件配制的地層原油，巖心采用現(xiàn)場所取的低滲油藏短巖心，并按調(diào)和平均的排列方式拼成長巖心。7塊巖心總長42.55 cm，平均孔隙度10.52%，平均滲透率為2.02×10-3μm2，總孔隙體積（PV）22.57 mL，其中烴類孔隙體積（HCPV）14.45 mL，巖心排列如表2所示。

表2 Z13長巖心驅(qū)替實驗巖心孔滲參數(shù)

2.2 實驗流程

（1）按計算的巖心排序方式組裝好巖心，上架。計算長巖心長度、總孔隙體積、平均孔隙度、平均滲透率；石油醚清洗巖心，抽空后備用。

（2）在地層溫度91 ℃下用兩臺真空泵在巖心兩端對其抽空，在真空度達(dá)0.01 mmHg后再抽空24 h。

（3）定量飽和束縛水，束縛水飽和度為36%；建立束縛水后在實驗溫度91 ℃下飽和油，并提壓至地層壓力21.8 MPa。

（4）在實驗溫度91 ℃下，用所配制的原始地層原油在速度約10 cm3/h 下驅(qū)替脫氣原油，當(dāng)巖心出口流出物的地層原油氣油比連續(xù)五次不變，且與所配制的地層原油的氣油比一致，認(rèn)為地層原油已被飽和好。

（5）在地層壓力21.8 MPa 下以0.1 mL/min 的速度恒速注入降黏劑，每間隔0.1 PV 詳細(xì)記錄以下數(shù)據(jù)：時間、產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量、巖心末端壓力、巖心始端壓力、環(huán)壓和回壓。

（6）前置降黏劑段塞驅(qū)替完成后，關(guān)閉降黏劑中間容器閥門并打開CO2閥門，在地層壓力21.8 MPa 下，以0.05 mL/min 進(jìn)行CO2驅(qū)替，直至出口不出油后停止驅(qū)替。每注入0.1 PV 詳細(xì)記錄以下數(shù)據(jù)：時間、注入壓力、巖心始端壓力、巖心末端壓力、環(huán)壓、產(chǎn)油量和產(chǎn)氣量，并計算驅(qū)替效率。

2.3 實驗結(jié)果分析

2.3.1 段塞尺寸對驅(qū)替效果的影響

不同驅(qū)替方式下的累積采收率如圖5 所示，隨著注入倍數(shù)的增加，采收率在突破前逐步上升，突破后采收率上升幅度很小，隨著降黏劑體積增加，最終采收率逐步上升，說明降黏劑能有效提升CO2驅(qū)的驅(qū)油效率，降黏劑與CO2的協(xié)同作用相對于單一注入介質(zhì)使油水界面張力降低幅度更大，進(jìn)一步提高微觀驅(qū)油效率，每0.1 PV 的降黏劑大約可以提升2.5%的采收率，但前置0.2 PV 降黏劑與前置0.3 PV 降黏劑的最終采收率幾乎相同，說明超過0.2 PV后降黏劑的作用明顯降低。

圖5 不同驅(qū)替方式下累積采收率對比

不同驅(qū)替方式下的氣油比如圖6 所示，隨著降黏劑體積的增加，最終氣油比逐漸下降，說明加入降黏劑能有效抑制氣竄；未加入降黏劑前，CO2驅(qū)在0.4 PV 突破，加入降黏劑后CO2在0.5 PV 后突破，說明降黏劑可以有效減緩CO2突破時機(jī)，提高采收率；但加入不同體積降黏劑樣品突破時機(jī)差別較小，說明前置降黏劑的體積對減緩?fù)黄茣r機(jī)的程度影響不大。

圖6 不同驅(qū)替方式下氣油比對比

2.3.2 段塞尺寸對壓力的影響

CO2與降黏劑復(fù)合驅(qū)對低滲油藏注入性的影響是實現(xiàn)低滲油藏有效開發(fā)的重要前提，對比CO2驅(qū)、降黏劑驅(qū)以及不同降黏劑段塞尺寸復(fù)合驅(qū)的驅(qū)替壓差變化，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同驅(qū)替方式下壓力對比

隨著注入倍數(shù)的增加，注入壓力在突破前穩(wěn)步上升，突破后逐漸下降趨于平穩(wěn)。加入降黏劑后的注入壓力上升幅度比CO2驅(qū)更大，說明加入的降黏劑與巖心中的油接觸后，體系出現(xiàn)一定程度的乳化，形成的乳狀液使?jié)B流阻力增加，從而加大了驅(qū)替壓差，延緩了氣竄，增大了波及系數(shù)，提高了驅(qū)替效率。而0.2 PV 降黏劑與0.3 PV 降黏劑壓力變化相似，說明巖心能與降黏劑反應(yīng)的油存在臨界值，超過0.2 PV 后，降黏劑提升驅(qū)替壓差的效果區(qū)別較小。降黏劑段塞復(fù)合驅(qū)的突破時機(jī)和單一降黏劑驅(qū)的突破時機(jī)相比相差較小，但降黏劑段塞復(fù)合驅(qū)的注入壓力比純降黏劑驅(qū)低，增強了復(fù)合體系對低滲油藏的注入性。從經(jīng)濟(jì)角度來說，降黏劑段塞能大幅降低成本，綜合評價選擇降黏劑段塞驅(qū)具有較好的驅(qū)油效益及經(jīng)濟(jì)效益。

3 復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場試驗

3.1 試驗區(qū)概況

J 油田稠油油藏存在自然產(chǎn)能低，注水壓力高，注水沿壓裂縫方向竄進(jìn)等問題，造成開發(fā)效果差。J油田曾在W5 斷塊進(jìn)行聚表劑驅(qū)和試驗，取得良好降水增油效果，證明了降黏劑驅(qū)對稠油油藏的良好適應(yīng)性。

此次優(yōu)選Z13 斷塊開展CO2降黏劑復(fù)合驅(qū)研究，進(jìn)一步探索降黏劑與CO2協(xié)同作用下的增油作用。Z13斷塊是被兩條近北東向斷層控制的鼻狀構(gòu)造，地層傾角5°～10°，構(gòu)造高點埋深2 160 m，地質(zhì)儲量142×104t；油藏地層壓力21.8 MPa，地層溫度91 ℃；油藏平均滲透率為16.6×10-3μm，平均孔隙度為16%，屬于中孔低滲儲層。地面原油密度0.907 g/cm3，地面原油黏度258.5 mPa·s，凝固點38 ℃，為普通稠油油藏。

截至目前，Z13 斷塊油井開井12 口，日產(chǎn)液86 t，日產(chǎn)油11.9 t，綜合含水86.3%，累計產(chǎn)油10.53×104t，累計產(chǎn)水18.67×104t，采收率7.42%，累注采比1.04，累計注水32.63×104m3。

3.2 試驗結(jié)果與討論

在Z13-8 井組開展CO2降黏劑復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場試驗，Z13-8 井于2019 年3 月26 日開始注入CO2，累注氣5 730 t，累注降黏劑218 m3。由圖8 可看出，Z13-8 井組注CO2后，對應(yīng)Z13-9 井含水率下降，日產(chǎn)液上升，日產(chǎn)油由0.7 t 上升到2.2 t；在注氣段塞后注入降黏劑，注入壓力繼續(xù)提高，對應(yīng)井增油降水效果進(jìn)一步提升，在停注CO2和降黏劑后，Z13-9 井日產(chǎn)油及日產(chǎn)液仍保持較高的水平，說明降黏劑和CO2復(fù)合驅(qū)一方面能補充地層能量，提高驅(qū)替效果，另一方面能有效降低油水界面張力，改善區(qū)塊的開發(fā)效果。

圖8 Z13-8井組CO2降黏劑注采對應(yīng)曲線

從Z13-8 井組試驗中可以看出，CO2驅(qū)可以有效地降低原油黏度，對低滲稠油油藏的開發(fā)具有一定的提升效果，但對于低滲稠油油藏來說，純CO2驅(qū)的換油率太低，如果加入降黏劑小段塞，不但可以有效提高開發(fā)效果，還可以起到防氣竄的作用，與室內(nèi)實驗結(jié)果相一致，對同類油藏的開發(fā)具有指導(dǎo)作用。

4 結(jié)論

（1）針對Z13斷塊油藏條件，對降黏劑性能進(jìn)行評價，包括黏度、油水界面張力、降黏劑濃度等方面，篩選出合適的降黏劑為KD-45A，其降黏率達(dá)96%。

（2）CO2驅(qū)中添加降黏劑能進(jìn)一步提升氣驅(qū)驅(qū)油效率，每0.1 PV的降黏劑大約可以提升2%的采收率，但超過0.2 PV 后降黏劑的作用明顯降低；降黏劑可以有效減緩CO2突破時機(jī)，從而提高采收率，但前置降黏劑段塞尺寸對減緩?fù)黄茣r機(jī)的影響較小。

（3）CO2降黏劑復(fù)合驅(qū)相比氣驅(qū)可增大滲流阻力，延緩氣竄時機(jī)，而相比降黏劑驅(qū)則可增強其對低滲油藏的注入性，且當(dāng)超過0.2 PV 后降黏劑對驅(qū)替壓差的影響減小。

（3）在Z13 油田成功進(jìn)行CO2降黏劑復(fù)合驅(qū)現(xiàn)場試驗，取得良好降水及增油效果，驗證了CO2降黏劑復(fù)合驅(qū)對低滲稠油油藏提高采收率的良好適應(yīng)性。