延長油田南部長8致密油藏注CO2吞吐實驗

朱 爭，李鵬真，何吉波，劉芳娜，田偉偉

(1.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，西安 710065； 2.陜西省特低滲透油氣勘探開發(fā)工程研究中心，西安 710065；3.中國石油塔里木油田勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000；4.中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅 慶城 745100)

0 引言

借鑒北美非常規(guī)油氣開發(fā)成功經(jīng)驗，國內(nèi)提出了“致密油”概念。通過致密油理論的攻關(guān)，國內(nèi)發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地、松遼盆地和準噶爾盆地等致密油資源豐富[1-3]。與低滲油藏相比，致密油儲層孔喉以納米級為主，喉道不均勻分布，儲層滲流能力差，含油飽和度差異明顯[4-5]。截至目前，延長油田南部長8致密油藏探明地質(zhì)儲量6 163.58×104t，開發(fā)潛力大。該類油藏孔滲性差，壓力系數(shù)低，主要采用水平井體積壓裂技術(shù)開發(fā)，但隨開發(fā)進程推進，穩(wěn)產(chǎn)短、降產(chǎn)快、地層能量難以有效補充的開發(fā)矛盾日益凸顯[6-9]。國內(nèi)學者運用數(shù)值模擬與室內(nèi)物理實驗手段開展了大量致密油藏注氣吞吐研究，發(fā)現(xiàn)CO2吞吐可有效補充地層能量，充分發(fā)揮分子擴散置換作用，提高致密油藏采出程度。然而關(guān)于延長油田南部致密油層注氣吞吐機理及影響因素研究的資料相對較少，同時也發(fā)現(xiàn)沒有對注氣速度與壓力衰減速度對注氣吞吐采出程度的影響規(guī)律進行研究[10-13]。該研究選用延長油田南部長8致密儲層巖心，基于長巖心驅(qū)替裝置模擬不同注氣參數(shù)下注氣吞吐實驗，研究注氣速度、燜井時間、壓力衰減速度、吞吐周期及吞吐流體介質(zhì)對注氣吞吐采出程度的影響。

1 實驗概況

1.1 樣品及設備

實驗參考石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5336—2006《巖心分析方法》、SY/T 5345—2007《巖石中兩相流體相對滲透率測定方法》以及SY/T 5358—2010《儲層敏感性流動實驗評價方法》。

實驗采用高溫高壓油氣水相滲曲線測試裝置，如圖1所示。該裝置主要由ISCO驅(qū)替泵、長巖心夾持器、回壓閥、恒溫箱以及計量系統(tǒng)組成，在40 ℃條件下最高工作壓力80 MPa，驅(qū)替速度為0.001～40.000 ml/min。

圖1 實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental process

實驗所用巖心取自延長油田南部長8致密儲層，拼接好的長巖心平均長度為49.16 cm，平均滲透率為0.3×10-3μm2，平均孔隙度為10.38%，注氣吞吐長巖心模型基礎(chǔ)參數(shù)見表1。實驗用油為長8儲層的原油(地面原油密度為0.84 g/cm3，原油黏度為2.75 mPa·s)。實驗用水選用長8儲層的地層水(水型CaCl2型，總礦化度為17 409.5 mg/L，呈弱堿性，平均pH值7.1)。實驗用氣選用純度99.9%的CO2。

表1 注CO2吞吐長巖心模型基礎(chǔ)參數(shù)表Table 1 Basic parameters of long core model with CO2 huff and puff

1.2 實驗過程

1)巖心切割，端面精細研磨，保證斷面垂直，測量長度；巖心洗油，烘干后測試空氣滲透率。

2)使用滲透率調(diào)和平均的方式排列每塊巖心的順序，代替了過去按滲透率大小排列巖心段的方法,使巖心的排列更加合理；巖心拼接后中間用濾紙相接，減小空隙。

3)裝入巖心夾持器中，抽真空飽和地層水，測定整體孔隙度。

4)模型在40 ℃恒溫環(huán)境中放置24 h。

5)將實驗用油注入模型中，計量產(chǎn)出的水量，計算束縛水飽和度。

6)先衰竭生產(chǎn)到5 MPa，將CO2按照設定速度注入模型中，監(jiān)測模型壓力變化，直到模型壓力升至20 MPa時停止注氣，計算總的注氣量。

7)燜井3 h后開始生產(chǎn)，控制產(chǎn)液和產(chǎn)氣速度以保持設定的壓力衰竭速度，壓力衰竭到5 MPa時停止生產(chǎn)，計算采出程度。

8)重復6～7步驟，繼續(xù)吞吐2個周期。長巖心注水實驗設備和步驟與注氣實驗相同。

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 注氣速度影響

選取不同滲透率的巖心，通過文獻調(diào)研、礦場實際及實驗經(jīng)驗[13-15]，確定實驗溫度為 40 ℃，燜井時間為3 h，壓力衰減速度為1 MPa/h，吞吐周期為一次，研究注氣速度為 2 ml/min，3 ml/min，4 ml/min和5 ml/min時，注氣速度對長巖心模型采出程度的影響。注氣速度與注氣吞吐采出程度關(guān)系如圖2所示，可以看出，隨著注氣速度的增加，注氣吞吐的采出程度逐漸下降，但下降幅度較小，其中注氣速度從2 ml/min上升到5 ml/min時，2個巖心模型的采出程度平均下降1.9個百分點。分析認為：注氣速度主要影響到吞吐端的油水飽和度分布，根據(jù)毛管數(shù)理論，注氣速度越高，氣驅(qū)油效率就越高，近吞吐端區(qū)域油水飽和度分布影響越大。反演為生產(chǎn)過程中，近井地帶的含油飽和度就相對較低，注氣吞吐效果變差。

圖2 注氣速度與注氣吞吐采出程度關(guān)系Fig.2 Relationship between gas injection velocity and recovery of CO2 huff and puff

2.2 燜井時間影響

選取不同滲透率的巖心，通過文獻調(diào)研、礦場實際及實驗經(jīng)驗[13-15]，確定實驗溫度為 40 ℃，注氣速度為 2 ml/min，壓力衰減速度為1 MPa/h，吞吐周期為一次，研究燜井時間為 3 h，6 h，9 h和12 h時，燜井時間對長巖心模型采出程度的影響。燜井時間與注氣吞吐采出程度關(guān)系如圖3所示，可以看出，注氣吞吐的采出程度隨燜井時間的增加而不斷增大，其中當燜井時間由3 h增加到6 h時，采出程度平均升高0.74個百分點，當燜井時間由6 h增加到12 h時，采出程度提高幅度僅0.24%，因此合理燜井時間為6 h。分析認為：一定的燜井時間，可促進CO2更加充分地溶解于原油中，最大程度降低原油黏度，增強原油膨脹程度，有效提高注氣吞吐采出程度。當燜井時間超過臨界點后，隨燜井時間繼續(xù)增大，CO2在原油中溶解量已達最大值，實現(xiàn)溶解平衡，分子擴散傳質(zhì)作用不斷變?nèi)?，難以大幅提高注氣吞吐采出程度。

圖3 燜井時間與注氣吞吐采出程度關(guān)系Fig.3 Relationship between soaking time and recovery of CO2 huff and puff

2.3 壓力衰減速度影響

選取不同滲透率的巖心，通過文獻調(diào)研、礦場實際及實驗經(jīng)驗[13-15]，確定實驗溫度為 40 ℃，注氣速度為 2 ml/min，燜井時間為3h，吞吐周期為一次，研究壓力衰減速度為 1 MPa/h，2 MPa/h，3 MPa/h和4 MPa/h時，壓力衰竭速度對長巖心模型采出程度的影響。壓力衰竭速度與注氣吞吐采出程度關(guān)系如圖4所示，可以看出，隨著壓力衰減速度增加，注氣吞吐采出程度不斷下降，當壓力衰減速度由1 MPa/h增加到3 MPa/h時，采出程度平均從16.64%下降至12.74%。當壓力衰減速度大于3 MPa/h后，隨壓力衰減速度的升高，采出程度下降幅度逐漸變緩，即壓力衰減速度由3 MPa/h增加到4 MPa/h時，采出程度平均僅降低0.16個百分點。分析認為：壓力衰竭速度對注氣吞吐效果起到了主導作用，實驗巖心屬于致密儲層巖心，具有比一般低滲透儲層更強的應力敏感性和啟動壓力現(xiàn)象，壓力衰竭速度影響到彈性能釋放的順序，壓力衰竭過快意味著產(chǎn)出端巖心滲透率損失大；同時溶解到原油中的氣體被快速釋放后，溶解氣的降黏作用減弱，同時可能在巖心中產(chǎn)生油、氣和水三相流動，影響吞吐效果。

圖4 壓力衰減速度與注氣吞吐采出程度關(guān)系Fig.4 Relationship between pressure decay rate and recovery of CO2 huff and puff

2.4 吞吐周期影響

選取不同滲透率的巖心，通過文獻調(diào)研、礦場實際及實驗經(jīng)驗[13-15]，確定注氣速度為2 ml/min，燜井時間為3 h，壓力衰減速度為 1 MPa/h時，研究吞吐周期對長巖心模型采出程度的影響。吞吐周期與注氣吞吐采出程度關(guān)系如圖5所示，可以看出，隨著吞吐周期輪次的增加，吞吐累計采出程度逐漸增加，但單周期吞吐采出程度逐漸降低，即首次吞吐的采出程度占累計吞吐采出程度的70%。分析認為：隨吞吐周期輪次增加，近井地帶剩余油含量不斷變少，剩余油中輕質(zhì)組分相對含量不斷降低，重質(zhì)組分相對含量不斷上升，CO2萃取能力相應變?nèi)鮗14]。

圖5 吞吐周期與注氣吞吐采出程度關(guān)系Fig.5 Relationship between huff and puff period and recovery of CO2 huff and puff

2.5 注CO2吞吐與注水吞吐對比

為了分析注CO2吞吐與注水吞吐提高采出程度效率，選取滲透率相近的巖心，開展注氣吞吐與注水吞吐實驗(燜井時間為3 h，壓力衰減速度為1 MPa/h，吞吐周期為一次)時，研究不同吞吐流體介質(zhì)對長巖心模型采出程度的影響。不同燜井時間下注CO2吞吐與注水吞吐提高采出程度對比如圖6所示，可以看出，不同燜井時間下注CO2吞吐采出程度均明顯高于注水吞吐采出程度，約為1.1～1.2倍，注CO2吞吐效果較好。分析認為：注CO2吞吐過程中溶解降黏、原油膨脹、萃取及分子擴散置換作用要強于注水吞吐過程中毛管壓力滲吸置換作用[15]。因此對于延長油田延長組致密儲層衰竭開發(fā)后采取注CO2吞吐更有利于高效補充能量開發(fā)。

圖6 不同燜井時間下注CO2吞吐與注水吞吐提高采出程度對比Fig.6 Comparison of recovery between CO2 injection huff and puff and water injection huff and puff under different soaking time

3 結(jié)論

1)壓力衰減速度是影響注氣吞吐采出程度的主要因素，隨著壓力衰減速度增加，注氣吞吐采出程度不斷下降，當壓力衰減速度由1 MPa/h增加到3 MPa/h時，采出程度平均從16.64%下降至12.74%。當壓力衰減速度大于3 MPa/h后，隨壓力衰減速度的升高，采出程度下降幅度逐漸變緩。合理的壓力衰減速度需考慮穩(wěn)產(chǎn)情況與經(jīng)濟效益，盡量保證較低的壓力衰減速度。

2)注氣吞吐存在合理燜井時間，隨燜井時間的增加采出程度不斷增大，其中當燜井時間由3 h增加到6 h時，采出程度平均升高0.74個百分點，當超過合理燜井時間后，燜井時間繼續(xù)由6 h增加到12 h時，采出程度提高幅度僅0.24%。

3)隨注氣速度的增加，注氣吞吐的采出程度逐漸下降，但總體影響不大；隨吞吐周期輪次的增加，吞吐總采出程度逐漸增加，但單周期采出程度呈大幅降低，即首次吞吐的采出程度占總吞吐采出程度的70%。