芳48非均質(zhì)斷塊油藏二氧化碳驅(qū)油效果研究

趙明國，陳 棲，賈慧敏，楊洪羽

(1.提高油氣采收率教育部重點實驗室 東北石油大學，黑龍江 大慶 163318;2.中油長慶油田分公司，陜西 定邊 718600)

引 言

芳48斷塊位于松遼盆地北部中央坳陷區(qū)三肇凹陷肇州(模范屯)鼻狀構(gòu)造上，芳48斷塊扶余油層頂面深度約為1 742 m，且扶余油層只有扶一組發(fā)育油層。巖性具二元結(jié)構(gòu)，平行層理及小斜層理，平均鉆遇砂巖厚度為7.1 m，有效厚度為6.0 m。區(qū)塊孔隙主要為縮小粒間孔，大部分不連通，孔喉結(jié)構(gòu)復雜，微孔隙十分發(fā)育。巖心孔隙度為9.0%～17.6%，平均為 14.5%，空氣滲透率為0.10×10-3～5.22 ×10-3μm2，平均滲透率為 1.4×10-3μm2，滲透率級差為 279.5，突進系數(shù)為5.7，縱向物性變化較大，平面非均質(zhì)和縱向非均質(zhì)性嚴重[1]。對于該類油藏，中國近年來主要開展CO2驅(qū)，并在一些油田取得較好的效果[2-3]。芳48斷塊扶余油層于2003年初開展了CO2驅(qū)油先導性礦場試驗，并于2007年擴大了試驗區(qū)，取得了一定的效果。但自注CO2開發(fā)以來，存在注氣壓力低、油層吸氣能力強等問題，受油層非均質(zhì)性和人工裂縫的影響，氣竄非常嚴重，位于CO2氣驅(qū)前緣主流方向的油井見氣較早，其他方向受效較差。為此，利用不同非均質(zhì)巖心，進行CO2驅(qū)油物理模擬實驗，研究儲層非均質(zhì)性對CO2驅(qū)油效果的影響。

1 CO2驅(qū)室內(nèi)實驗研究

1.1 實驗條件

實驗用油:地層模擬油，氣油比為18.13 m3/t，體積系數(shù)為1.078，密度為0.815 g/cm，飽和壓力為5.2 MPa，黏度為6.64 mPa·s。實驗用水:模擬水，礦化度為4 845.68 mg/L。CO2:大慶雪龍氣體公司生產(chǎn)，純度為99.99%。實驗溫度為85.9℃。

均質(zhì)巖心:長為28.13 cm，直徑為2.52 cm，滲透率為1.63×10-3μm2，孔隙度為13.19%。非均質(zhì)巖心:由2個不同滲透率天然巖心并聯(lián)而成。其中，高滲巖心長為27.54 cm，直徑為2.5 cm，滲透率為2.813 ×10-3μm2，孔隙度為15.42%;低滲巖心長為26.87 cm，直徑為2.5 cm，滲透率為0.923×10-3μm2，孔隙度為10.02%;2個巖心并聯(lián)后平均滲透率為1.916 1×10-3μm2，平均孔隙度為12.96%。層內(nèi)非均質(zhì):高、低滲巖心平行放置。層間非均質(zhì)為正韻律和反韻律。

1.2 實驗儀器及設備

實驗儀器及設備主要包括:高壓物性儀、高壓配樣器、高壓計量泵、恒溫箱、油氣分離器、氣體流量計、高壓落球黏度計、活塞容器以及CO2驅(qū)替裝置等。

1.3 實驗過程

按地層油高壓物性參數(shù)配制地層模擬油[4];將天然巖心抽提、烘干后測定滲透率，然后將巖心篩選、排列，連接巖心模型;分別將2個巖心模型飽和地層水和模擬油;將2個巖心并聯(lián)后，以0.57 cm3/min的流量進行CO2驅(qū)油實驗，驅(qū)替至沒有油流出為止。在該過程中分別計量2個巖心驅(qū)出油和氣的體積、壓力及注入氣的體積。

2 CO2驅(qū)均質(zhì)與非均質(zhì)巖心的實驗結(jié)果分析

2.1 采收率

均質(zhì)和非均質(zhì)巖心的CO2驅(qū)油效果差別較大，CO2驅(qū)均質(zhì)巖心的最終采收率高于非均質(zhì)巖心的最終采收率，均質(zhì)巖心的最終采收率達到65.83%，而非均質(zhì)巖心的最終采收率為45.27%～49.55%。表1為非均質(zhì)巖心CO2驅(qū)采收率貢獻情況。由表1可知，3種不同類型的非均質(zhì)巖心中，反韻律地層最終采收率較低，正韻律地層、層內(nèi)非均質(zhì)的最終采收率相差不大;CO2驅(qū)的效果相對較好。對于正韻律地層，采油速度明顯高于其他2種非均質(zhì)巖心，如注氣量達到0.5倍孔隙體積時，正韻律地層、層內(nèi)非均質(zhì)、反韻律地層的采收率分別為40.75%、32.78%、35.22%。

表1 非均質(zhì)巖心CO2驅(qū)采收率貢獻情況

2.2 生產(chǎn)氣油比

表2為均質(zhì)與非均質(zhì)巖心CO2驅(qū)的參數(shù)對比情況。由表2可知，非均質(zhì)巖心的CO2突破時間比均質(zhì)巖心快，CO2突破時注氣量比均質(zhì)巖心少0.092 1倍孔隙體積以上，氣體突破時采收率比均質(zhì)巖心低13.59個百分點以上。從氣體突破到氣油比為2 000 m3/m3時所需的注氣量明顯低于均質(zhì)巖心，說明非均質(zhì)巖心氣油比上升速度高于均質(zhì)巖心。

表2 均質(zhì)與非均質(zhì)巖心CO2驅(qū)實驗參數(shù)

由3種非均質(zhì)巖心氣體突破時間看，反韻律地層略快，比層內(nèi)非均質(zhì)少0.094 5倍孔隙體積，僅比正韻律少0.006倍孔隙體積;層內(nèi)非均質(zhì)地層氣體突破時采收率比正韻律地層高4.34個百分點，比反韻律地層高7.03個百分點。

層內(nèi)非均質(zhì)、正韻律地層、反韻律地層從CO2突破到氣油比為2 000 m3/m3時所需的注氣量分別為0.085 4、0.082 3、0.097 0 倍孔隙體積。

可見，3種非均質(zhì)巖心氣油比上升速度相差很小。

2.3 注入壓力

圖1為CO2驅(qū)壓力曲線。由圖1可知，隨著注氣量的增加，注入壓力增加，在CO2突破后，壓力降低。CO2突破前，正韻律、反韻律地層注入壓力最高，平均分別為23.37、23.23 MPa，其次為層內(nèi)非均質(zhì)地層，均質(zhì)地層的壓力最低，平均壓力為22.82 MPa。

圖1 CO2驅(qū)壓力曲線

2.4 相對吸氣量

圖2 CO2驅(qū)高滲層相對吸氣能力曲線

圖2為非均質(zhì)巖心CO2驅(qū)時高滲層的相對吸氣量?？梢?，開始注氣時，由于低滲透層阻力大，CO2進入低滲層啟動慢，注入的CO2全部進入高滲層，注入一段時間后，由于注入壓力增加，少量的CO2開始進入低滲層，高滲層的吸氣量減少。此時進入高滲層的CO2接近突破(表2)，高滲層的吸氣量隨之迅速增加。層內(nèi)非均質(zhì)、正韻律地層、反韻律地層的高滲層平均相對吸氣量分別為99.59%、99.68%、99.82%，高滲層的平均吸氣量占99.59%以上，但3種非均質(zhì)的高滲層平均相對吸氣量相差很小。對于非均質(zhì)巖心，注入的CO2基本都進入高滲層，低滲層幾乎沒有啟動。

均質(zhì)巖心和3種非均質(zhì)巖心CO2驅(qū)采收率、CO2突破時間、氣油比上升速度、壓力、相對吸氣量等對比表明:均質(zhì)巖心CO2驅(qū)效果明顯好于非均質(zhì)巖心。主要是均質(zhì)巖心吸氣面積大，波及體積大。而非均質(zhì)巖心中低滲層滲流阻力大，注入氣體的滲流面積和波及體積小，導致氣體流速快，氣體突破時間早，氣油比上升速度快，注入壓力高，采收率低[5-7]。由于該實驗3種非均質(zhì)巖心高、低滲層相互不發(fā)生竄流，且注入壓力高，CO2以液體形式進入巖心，因此，重力分異作用幾乎無影響，使3種非均質(zhì)巖心驅(qū)油效果相差很小。比較而言，非均質(zhì)地層CO2驅(qū)過程中，正韻律地層、層內(nèi)非均質(zhì)的最終采收率較高，氣體突破慢，注入壓力較低，高滲層吸氣量較少，CO2驅(qū)比反韻律地層效果好。

以上分析可見，芳48斷塊不論何種非均質(zhì)類型巖心，CO2驅(qū)時都存在采出程度低、CO2突破快、低滲層吸氣能力差及動用能力低的問題，儲層非均質(zhì)性是導致該塊CO2開發(fā)效果不理想的主要原因。

目前中國實施CO2驅(qū)油技術(shù)的主要油藏是砂巖特低滲透油藏，由于滲透率太低，只能采用連續(xù)氣驅(qū)，油藏容易產(chǎn)生注氣突破[8]。國外普遍注氣采用水氣交替驅(qū)，國內(nèi)油田為防止氣竄普遍采用氣水交替、CO2泡沫、聚合物凝膠等技術(shù)[2，9]。目前中國開展CO2驅(qū)比較成功的油田中，勝利樊124斷塊、長慶油田、吉林新立油田228區(qū)塊、富民14斷塊、大慶薩南過渡帶、葡北油田等均采用氣水交替注入[2，10-12]。中原油田、富民油田48井等采用CO2吞吐[2，8]，而大慶樹96-碳16井、腰英臺油田CO2驅(qū)采用 CO2泡沫封竄[11，13]，吉林油田、長慶油田坪北P12井區(qū)進行單井吞吐和泡沫壓裂措施[8，14]。因此，鑒于芳48 斷塊滲透率低、氣水交替注入能力低，建議結(jié)合壓裂進行單井CO2吞吐。

3 結(jié)論

(1)在相同實驗條件下，CO2驅(qū)非均質(zhì)巖心的最終采收率比均質(zhì)巖心低16.28個百分點以上，非均質(zhì)巖心高滲層對最終采收率的貢獻率高于97.90%以上。非均質(zhì)巖心中，反韻律地層最終采收率較低外，正韻律地層、層內(nèi)非均質(zhì)地層的最終采收率相差不大。

(2)非均質(zhì)巖心CO2突破時注氣量比均質(zhì)巖心少0.092 1倍孔隙體積以上，氣油比上升速度高于均質(zhì)巖心。氣體突破時采收率比均質(zhì)巖心少13.59個百分點以上。3種類型非均質(zhì)巖心，反韻律地層氣體突破比較早，其次為正韻律地層，氣油比上升速度相差很小。

(3)CO2突破前，正韻律、反韻律地層注入壓力最高，其次為層內(nèi)非均質(zhì)地層，均質(zhì)地層的壓力比非均質(zhì)地層平均低1.13 MPa，表明非均質(zhì)巖心注入的CO2滲流面積和波及體積小。

(4)非均質(zhì)巖心中高滲層平均吸氣量占99.59%以上。3種非均質(zhì)的高滲層平均相對吸氣量相差很小，低滲層基本沒有動用。

(5)儲層非均質(zhì)性是造成芳48斷塊CO2開發(fā)效果不理想的主要原因，而非均質(zhì)類型對CO2驅(qū)油效果影響不明顯。根據(jù)芳48斷塊地質(zhì)特征，借鑒國內(nèi)類似油田開發(fā)經(jīng)驗，建議結(jié)合壓裂進行單井CO2吞吐。

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