海上油田多輪次自生CO2泡沫調(diào)剖效果評價研究

馮軒 鄭玉飛 覃慶波 鞠野 李翔

中海油田服務(wù)股份有限公司

海上油田多層系共同開發(fā)、儲層厚度大，儲層縱向非均質(zhì)所導(dǎo)致的油水矛盾嚴重，大量剩余油未動用[1-2]。注氣技術(shù)經(jīng)過發(fā)展，在各類油藏成功應(yīng)用，增油效果明顯[3-4]。其中，CO2可實現(xiàn)超臨界狀態(tài)、與烴類混相，因此研究廣泛[5-7]。自生CO2技術(shù)向地層注入反應(yīng)液，在地層內(nèi)生成CO2，不依賴氣源、施工更靈活，藥劑運輸簡便，減少CO2與設(shè)備的接觸，以降低設(shè)備腐蝕，集污染層解堵和高滲層封堵于一體，增產(chǎn)機理更多元，可有效動用剩余油，提高油田采收率[8-10]。

根據(jù)產(chǎn)氣原理的區(qū)別，自生CO2體系主要分為單液法和雙液法，雙液法產(chǎn)氣效率更高、應(yīng)用更成熟[11]。該技術(shù)不僅能使原油膨脹和降黏，還具有萃取輕烴、熱解堵、封堵高滲層、氣驅(qū)、表面活性劑驅(qū)等作用[12-13]，在國內(nèi)外進行了較多的現(xiàn)場應(yīng)用[14-16]。但該技術(shù)多輪次應(yīng)用時，常出現(xiàn)增油效果逐輪次減弱的情況，而針對多輪次自生CO2調(diào)剖及儲層縱向非均質(zhì)性影響的研究較少，因此有必要分析其效果遞減規(guī)律和縱向非均質(zhì)性的影響[17-19]。

根據(jù)渤海油田的儲層特征，使用大尺寸可視化平板物理模型和數(shù)值模擬模型，模擬多輪次自生CO2調(diào)剖的過程，分析了縱向非均質(zhì)儲層中多輪次自生CO2的調(diào)剖規(guī)律和剩余油分布規(guī)律，通過延長體系的反應(yīng)時間以增加體系的作用距離，是改善多輪次調(diào)剖效果的有效方法。

1 物理模擬驅(qū)替試驗

自生CO2泡沫體系由生氣劑和釋氣劑組成，根據(jù)路易斯酸堿理論，活性酸與碳酸鹽接觸生成碳酸，最終分解產(chǎn)生CO2；交替注入實現(xiàn)地層內(nèi)反應(yīng)生成CO2泡沫，以封堵高滲層、解堵污染層，利用大尺寸可視化平板模型模擬4輪次自生CO2泡沫調(diào)剖及后續(xù)水驅(qū)的過程，獲得剩余油分布情況，分析調(diào)剖效果變差的原因。緩釋劑的反應(yīng)活性低于釋氣劑，因此緩釋劑代替釋氣劑后與生氣劑的反應(yīng)速度低于釋氣劑，利用生氣性能試驗和巖心驅(qū)替試驗，對比體系的反應(yīng)時間對多輪次調(diào)剖的影響。

1.1 試驗方法與步驟

1.1.1試驗材料

主要儀器：多功能驅(qū)替裝置、大尺寸可視化平板模型、人工壓制巖心、電子天平、滴定管等。

化學(xué)試劑：生氣劑、釋氣劑、緩釋劑和起泡劑均為工業(yè)品，由中海油服化學(xué)公司提供；石英砂；L油田注入水(離子組成見表1)；L油田原油，60 ℃時黏度為212.4 mPa·s；染色白油；蒸餾水等。

表1 L油田注入水的離子組成 mg/L

1.1.2大尺寸可視化平板模型驅(qū)替步驟

裝置流程如圖1所示，驅(qū)替步驟為：①模型下部充填0.212～0.425 mm的石英砂，上部充填0.106～0.212 mm的石英砂，之間用尼龍紗布網(wǎng)隔開；②在60 ℃下飽和L油田注入水，然后飽和染色白油，計算孔隙體積、孔隙度、飽和油體積和原始含油飽和度，具體參數(shù)見表2；③水驅(qū)至產(chǎn)出液的含水率達到80%；④注入自生CO2泡沫調(diào)剖體系150 mL，段塞組合見表3，然后水驅(qū)至產(chǎn)出液的含水率達到98%；⑤重復(fù)步驟④3次。記錄模型的油水分布形態(tài)、驅(qū)替壓力、產(chǎn)油和產(chǎn)水情況，計算各階段的含水率及采收率。自生CO2泡沫調(diào)剖體系的組成(質(zhì)量分數(shù)，下同)為：10%生氣劑+10%釋氣劑(含1.5%起泡劑)。

表2 大尺寸可視化平板模型參數(shù)

表3 段塞組合 mL

1.1.3生氣性能評價步驟

用注入水配制10%的生氣劑、釋氣劑和緩釋劑溶液，將釋氣劑或緩釋劑溶液加入酸式滴定管，生氣劑溶液置于反應(yīng)容器。緩慢滴加釋氣劑或緩釋劑至反應(yīng)容器內(nèi)，收集反應(yīng)氣體，以氣體體積不再增加的時間為反應(yīng)時間。

1.1.4巖心驅(qū)替步驟

巖心驅(qū)替步驟為：①稱量巖心質(zhì)量，然后抽真空，飽和L油田注入水，計算孔隙體積和孔隙度；②在60 ℃下飽和L油田原油，計算飽和油體積和原始含油飽和度；③水驅(qū)至產(chǎn)出液的含水率達到80%；④交替注入常規(guī)體系或優(yōu)化體系0.3 PV，然后水驅(qū)至產(chǎn)出液的含水率達到98%；⑤重復(fù)步驟④3次，記錄產(chǎn)出情況。常規(guī)體系組成為：10%生氣劑+10%釋氣劑(含1.5%起泡劑)。優(yōu)化體系組成為：10%生氣劑+10%緩釋劑(含1.5%起泡劑)。

1.2 試驗結(jié)果

1.2.1多輪次調(diào)剖結(jié)果

大尺寸可視化平板模型以俯視的視角記錄驅(qū)替過程中低滲層的剩余油分布情況，結(jié)果如圖2～圖4所示(左上角為注入端，右下角為采出端)，采收率結(jié)果見表4，注入壓力曲線如圖5所示，含水率及采收率曲線如圖6所示。

表4 各階段的采收率 %

從圖2可看出，圖2(a)和圖2(b)的變化微小，說明縱向非均質(zhì)模型內(nèi)，水驅(qū)時注入水在下部的高滲層流動，僅能波及高滲層，無法啟動上部的低滲層。

在圖3(a)中，入口端附近(區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ)的顏色明顯變淺，其他區(qū)域也略變淺，說明第一輪調(diào)剖時，高滲層被封堵，后續(xù)水驅(qū)階段水流轉(zhuǎn)入低滲層，低滲層的油被大量驅(qū)替出來。在圖3(b)中，距入口端更遠的位置(區(qū)域Ⅲ和區(qū)域Ⅳ)顏色進一步變淺，說明第二輪調(diào)剖時，高滲層被進一步封堵，后續(xù)水驅(qū)階段水流更多的轉(zhuǎn)入低滲層，低滲層的波及面積擴大。在圖3(c)中，僅入口端附近顏色繼續(xù)變淺，遠離入口端的區(qū)域顏色變化較小，說明入口端附近的油基本被驅(qū)替干凈，而調(diào)剖未繼續(xù)擴大波及面積。在圖3(d)中，顏色變化微小。

圖4表明：低滲層的剩余油較多，無明顯的水洗區(qū)域；高滲層的入口端和出口端剩余油很少，剩余油集中在兩翼，入口端附近的顏色變藍，說明調(diào)剖體系集中作用于此位置。

從圖5可看出，注入調(diào)剖體系時壓力明顯升高，后續(xù)水驅(qū)時壓力波動，說明體系在入口端附近產(chǎn)生泡沫，注入壓力增大，之后泡沫運移，封堵和消泡過程交替，因此，注入壓力出現(xiàn)波動。

從圖6可看出，水驅(qū)時含水率呈上升趨勢，結(jié)合表4可知，此時采收率達34.94%。第1輪調(diào)剖體系注入及后續(xù)水驅(qū)時，含水率出現(xiàn)較大波動，增油效果明顯，提高采收率達11.46%；之后隨調(diào)剖輪次的增加，含水率波動減小，增油效果逐漸減弱，直至第4輪時失效。

綜上所述：注入自生CO2泡沫調(diào)剖體系后，下部的高滲層被封堵，水流轉(zhuǎn)入上部的低滲層，低滲層入口端的油被動用；但是該體系的作用距離較近，隨著調(diào)剖輪次的增加，體系反復(fù)作用于入口端，未能有效動用深部的剩余油。

1.2.2體系優(yōu)化結(jié)果

為了改善該體系的多輪次調(diào)剖效果，嘗試延長體系的反應(yīng)時間，以增加作用距離。用注入水配制生氣劑、釋氣劑和緩釋劑溶液，60 ℃下的生氣性能評價結(jié)果見表5。

表5 生氣性能評價結(jié)果

由表5可知，優(yōu)化體系的生氣量略低于常規(guī)體系，而反應(yīng)時間大幅延長。

使用氣測滲透率分別為1 000×10-3μm2和4 000×10-3μm2的雙層非均質(zhì)巖心，評價常規(guī)體系和優(yōu)化體系的4輪次調(diào)剖性能，巖心參數(shù)見表6，驅(qū)替結(jié)果如圖7和圖8所示。

表6 巖心參數(shù)

從圖7和圖8可知，優(yōu)化體系的前兩輪次調(diào)剖效果與常規(guī)體系相似，但是后兩輪次調(diào)剖，含水率仍明顯下降，采收率大幅增加，采收率累計增加26.49%，明顯高于常規(guī)體系的22.83%。因此，優(yōu)化體系的調(diào)剖作用距離更遠，對儲層縱向非均質(zhì)的適應(yīng)性更好，多輪次深部調(diào)剖效果更優(yōu)。

2 數(shù)值模擬試驗

大尺寸可視化平板模型的驅(qū)替試驗結(jié)果僅反映低滲層的剩余油分布情況，為研究高滲層的剩余油分布，結(jié)合可視化模型的驅(qū)替試驗條件，利用數(shù)模軟件CMG建立數(shù)值模型，進一步分析調(diào)剖體系的作用位置。

2.1 數(shù)值模擬方法與步驟

如圖9所示，建立20×20×4的網(wǎng)格，在平面(1，1)網(wǎng)格節(jié)點處設(shè)置注入井，在平面(20，20)網(wǎng)格節(jié)點處設(shè)置生產(chǎn)井，4個小層均射開，上部2個小層為低滲層，下部2個小層為高滲層，結(jié)合可視化模型參數(shù)、設(shè)置數(shù)值模型的初始參數(shù)見表7。

表7 模型初始參數(shù)

通過物理模擬試驗發(fā)現(xiàn)，生氣劑與釋氣劑反應(yīng)迅速，自生CO2泡沫調(diào)剖體系在生氣劑和釋氣劑反應(yīng)生成泡沫后發(fā)揮調(diào)剖效果，因此數(shù)值模擬使用CMG中的泡沫驅(qū)模塊，疊加的賈敏效應(yīng)使泡沫在較高的壓力梯度下流動，將小孔喉中的油驅(qū)出。

2.2 試驗結(jié)果

數(shù)值模擬4輪次自生CO2泡沫調(diào)剖，各階段采收率和物理模擬結(jié)果的對比見表8。

表8 數(shù)值模擬結(jié)果與物理模擬結(jié)果對比 %

由表8可知，數(shù)值模擬結(jié)果與物理模擬結(jié)果基本一致，可以體現(xiàn)多輪次自生CO2泡沫調(diào)剖的過程，各階段的平面含油飽和度情況如圖10和圖11所示。

從圖10可看出：水驅(qū)時主要驅(qū)替高滲層內(nèi)的原油，高滲層的含油飽和度下降；低滲層的原油較少被驅(qū)替出來，含油飽和度變化微小。這與可視化模型驅(qū)替結(jié)果一致。

圖11所示為4輪次調(diào)劑的含油飽和度對比圖。從圖11(a)可看出，低滲層入口端的含油飽和度下降，這與可視化模型驅(qū)替結(jié)果一致，但是高滲層中間區(qū)域的含油飽和度也下降，說明第1輪調(diào)剖時，注入水離開調(diào)剖范圍后，又進入高滲層驅(qū)替原油。從圖11(b)可看出，高滲層靠近入口端的區(qū)域含油飽和度稍有下降，低滲層遠離入口端的區(qū)域含油飽和度稍有下降，這比可視化模型驅(qū)替結(jié)果更直觀，說明第2輪調(diào)剖擴大了作用范圍，但注入水繞過調(diào)剖體系后仍很快又進入高滲層。從圖11(c)可看出，低滲層和高滲層的含油飽和度變化更小，且發(fā)生變化的區(qū)域基本都是第2輪調(diào)剖時變化的區(qū)域，說明第3輪調(diào)剖未明顯擴大作用范圍，且入口端附近的油早已被驅(qū)替干凈，因此采收率增幅較小。從圖11(d)可看出，低滲層和高滲層的含油飽和度變化微小，說明第4輪調(diào)剖也未擴大作用范圍。

綜上所述，數(shù)值模擬的結(jié)果與物理模擬的結(jié)果一致，自生CO2泡沫體系僅能較短距離改變注入水的流向，其反復(fù)作用于高滲層入口端，未能進入模型更深的位置，未能啟動深部的剩余油，是調(diào)剖效果逐輪次變差的原因。

3 結(jié)論與建議

(1)針對海上油田儲層縱向非均質(zhì)的特征，利用可視化物理模型分析了多輪次自生CO2泡沫調(diào)剖的規(guī)律。結(jié)果表明：縱向非均質(zhì)儲層內(nèi)，水驅(qū)未啟動上部的低滲層，僅波及下部的高滲層；自生CO2泡沫體系可封堵高滲層、啟動低滲層，但隨著調(diào)剖輪次的增加，體系效果減弱；高滲層的剩余油最終集中于兩翼，低滲層的剩余油分布均勻。

(2)結(jié)合物理模型條件，利用數(shù)值模型研究了高滲層的剩余油變化和調(diào)剖體系的作用位置。結(jié)果表明，數(shù)值模擬結(jié)果與物理模擬結(jié)果一致，調(diào)剖效果隨著輪次的增加而減弱，是因為該體系改變注入水流向的作用距離有限，多輪次調(diào)剖時未能隨著輪次的增加而進入更深位置。

(3)為了延長反應(yīng)時間，以緩釋劑代替釋氣劑組成優(yōu)化體系，多輪次調(diào)剖的效果更好，表明其作用距離更遠。建議繼續(xù)優(yōu)化該體系，延長反應(yīng)時間、增加作用距離，提升多輪次應(yīng)用的效果。