二氧化碳驅(qū)油藏有利沉積相組合研究

鐘張起，侯讀杰，李躍紅，劉鵬程，安 麗

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083;2.中石化中原油田分公司，河南 濮陽 457001)

引 言

近年來，隨著世界對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng)，低品位油藏大量投入開發(fā)，成為老區(qū)增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的主要措施之一。低品位油藏儲(chǔ)層厚度薄，含油飽和度低，滲透率低，非均質(zhì)性嚴(yán)重;注水過程中存在啟動(dòng)壓力梯度，能量補(bǔ)充困難[1－2]等問題。低品位油藏開發(fā)中，常規(guī)油藏開采技術(shù)受到許多制約，效益較低。對(duì)水驅(qū)難以開發(fā)的低品位油藏進(jìn)行CO2驅(qū)油，具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過幾十年的實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)應(yīng)用，CO2驅(qū)油技術(shù)日益成熟，各油田進(jìn)行了相關(guān)的先導(dǎo)試驗(yàn)，以進(jìn)一步了解CO2驅(qū)油的機(jī)理和特有規(guī)律，降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高經(jīng)濟(jì)效益[3－7]。

1 復(fù)合油藏與沉積相組合

1.1 復(fù)合油藏

由巖石或流體等因素形成一個(gè)不連續(xù)的界面，將油藏分隔成性質(zhì)不同的2個(gè)或多個(gè)區(qū)域，這類油藏稱為復(fù)合油藏。其中，不連續(xù)的界面主要是由滲透率、流度、飽和度或熱量等因素分布不連續(xù)而形成[8－9]。處于不同沉積微相的油藏，井底附近具有污染的油藏，注聚合物、注氣等油藏均可描述為復(fù)合油藏。前人文獻(xiàn)大多是研究復(fù)合油藏的試井分析方法，如何利用復(fù)合油藏的特點(diǎn)進(jìn)行注采井的布置研究卻較少。

1.2 沉積相組合

沉積相是指沉積環(huán)境以及在該環(huán)境中形成的沉積物特征的綜合，包括沉積亞相和沉積微相。沉積微相是在沉積亞相帶內(nèi)具有獨(dú)自的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、厚度、韻律性以及平面分布規(guī)律的最小沉積組合[10－11]。實(shí)質(zhì)上，由不同沉積微相組合的油藏也是復(fù)合油藏的一種形式。研究區(qū)位于東濮凹陷西斜坡帶，儲(chǔ)層為三角洲沉積砂體。油田開發(fā)實(shí)踐表明，水驅(qū)開發(fā)三角洲沉積油藏時(shí)，結(jié)合沉積相組合進(jìn)行注采井部署，可改善油藏開發(fā)效果。河道側(cè)翼注水、采油，油井見效慢，水淹速度也較慢，通過壓裂引流后開采河道內(nèi)剩余油，可大幅提高原油產(chǎn)量，也是油田開發(fā)后期主要的增產(chǎn)措施之一。

2 CO2驅(qū)油藏開發(fā)特征

中原油田經(jīng)過30 a的開發(fā)，油藏勘探和開發(fā)的難度逐步增加。與水驅(qū)相比，CO2驅(qū)油優(yōu)勢(shì)明顯。因?yàn)镃O2容易注入，儲(chǔ)層能量可以快速得到補(bǔ)給，可大幅度提高原油采收率。氣驅(qū)提高采收率技術(shù)在機(jī)理研究上已比較清楚，在中原油田礦場(chǎng)應(yīng)用上雖然取得一定的效果，但也存在很大風(fēng)險(xiǎn)[12－13]。

2.1 CO2驅(qū)與水驅(qū)油藏的差異

油藏進(jìn)行氣驅(qū)開發(fā)時(shí)，驅(qū)油介質(zhì)是CO2氣體。與水驅(qū)相比，CO2氣體具有的一些特性使得氣驅(qū)油藏開發(fā)規(guī)律與水驅(qū)有較大差異。注水開發(fā)時(shí)，由于水比油的密度大，水驅(qū)油時(shí)，水容易沿儲(chǔ)層下部快速推進(jìn)。注氣開發(fā)時(shí)，由于CO2比油的密度小，氣驅(qū)油過程中，CO2容易沿儲(chǔ)層的上部形成氣竄。氣驅(qū)開發(fā)過程中，影響氣驅(qū)油效率的主要因素包括地層非均質(zhì)性、油氣黏度比、地層沉積韻律、驅(qū)油相態(tài)、縱橫向滲透率比值、開發(fā)方式等。

2.2 CO2驅(qū)氣體突破時(shí)間

CO2在油藏中竄流嚴(yán)重，波及體積小，是氣驅(qū)開發(fā)過程中面臨的重要問題。氣竄產(chǎn)生的根本原因在于注入氣與原油存在流度差，差值越大，氣竄越嚴(yán)重。研究表明，沉積微相分布是控制CO2平面運(yùn)移方向與氣體突破時(shí)間的主要因素之一。注入氣體在河道沉積運(yùn)移速度較快，在河道側(cè)翼較慢。一般來說，油井見效時(shí)間越早，氣體突破時(shí)間越短。

氣體突破時(shí)間與油井見效時(shí)間并非完全正相關(guān)。中原油田某區(qū)塊進(jìn)行的氣驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)中，油井見效自噴1 a后，仍沒有在產(chǎn)出氣中發(fā)現(xiàn)CO2氣體，這與數(shù)值模擬結(jié)果存在很大誤差。CO2氣體突破時(shí)間的延長(zhǎng)可使油藏得以高效開發(fā)，下面將從復(fù)合油藏和沉積相組合型式進(jìn)行分析。

3 數(shù)值模擬

3.1 參數(shù)設(shè)置

CO2驅(qū)數(shù)值模擬采用Eclipse組分模型，輸入?yún)?shù)如表1所示;井組采用一注一采布井方式，注

表1 數(shù)值模擬輸入的儲(chǔ)層參數(shù)

采井距為300 m。根據(jù)中原油田某區(qū)塊原油實(shí)際資料，確定數(shù)值模擬中原油的擬組分(表2)。

表2 模擬原油的擬組分

在數(shù)值模擬方案中，將儲(chǔ)層分為2個(gè)部分，注采井組為Ⅰ區(qū)，代表水下分流河道側(cè)翼沉積，滲透率較低。Ⅱ區(qū)代表水下分流河道沉積，滲透率較高(圖1)。

圖1 數(shù)值模擬中的地質(zhì)模型

3.2 生產(chǎn)指標(biāo)變化

數(shù)值模擬設(shè)置3套模擬方案。方案1中，Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)滲透率為40×10－3μm2;方案2中，Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)滲透率分別為32 ×10－3μm2和50 ×10－3μm2;方案3中，Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)滲透率分別為20×10－3μm2和80×10－3μm2。為合理對(duì)比，3套方案中儲(chǔ)層平均滲透率均為40 ×10－3μm2。

圖2 不同方案采出程度與生產(chǎn)時(shí)間關(guān)系曲線

圖3 不同方案產(chǎn)出CO2與生產(chǎn)時(shí)間關(guān)系曲線

通過數(shù)值模擬研究不同方案采出程度和產(chǎn)出CO2氣體的變化(圖2、3)。由圖可知，在滲透率一定范圍內(nèi)，平均滲透率相同的條件下，隨著滲透率級(jí)差的增加，生產(chǎn)時(shí)間逐漸縮短，而采收率逐漸增加;隨著滲透率級(jí)差的增加，井口CO2氣體突破時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，井口產(chǎn)出CO2氣體的峰值產(chǎn)量逐漸降低。

3.3 流體分布特征

不同方案CO2驅(qū)替時(shí)，研究流體在儲(chǔ)層中分布特征及變化規(guī)律(圖4)。其中，圖4a中Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)滲透率為40×10－3μm2;圖4b中，Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)滲透率分別為10 ×10－3μm2和160 ×10－3μm2。

由圖4可知，與均質(zhì)儲(chǔ)層相比，非均質(zhì)儲(chǔ)層Ⅱ區(qū)的含油飽和度較低，原油開采效果較好。模擬結(jié)果顯示，在水下分流河道側(cè)翼沉積砂體中布井進(jìn)行CO2驅(qū)替，能夠延緩CO2氣體的突破時(shí)間，較好驅(qū)替水下分流河道沉積砂體的原油。

圖4 不同方案驅(qū)替前緣到達(dá)生產(chǎn)井時(shí)含油飽和度分布

3.4 分析討論

利用沉積微相組合進(jìn)行合理注采井網(wǎng)部署，對(duì)油田開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。水驅(qū)開發(fā)后期，合理調(diào)整處于不同沉積微相內(nèi)的注采井，改變驅(qū)替通道，能夠更好地挖潛剩余油。若水驅(qū)開發(fā)效果較差，注水壓力太高不能補(bǔ)充儲(chǔ)層能量時(shí)，應(yīng)考慮CO2驅(qū)開發(fā)。

與水驅(qū)開發(fā)相比，CO2氣體更容易注入，氣驅(qū)開發(fā)低滲透油藏效果更好。然而氣驅(qū)開發(fā)中，存在的最大問題是CO2容易竄流，造成氣體波及體積降低，使油井氣油比過高而停產(chǎn)。數(shù)模結(jié)果表明，在水下分流河道側(cè)翼部署注水井和采油井，通過壓裂引流，開采水下分流河道沉積砂體的原油，可有效減緩氣竄，延長(zhǎng)開發(fā)時(shí)間，提高原油采收率。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)位于東濮凹陷西斜坡帶，儲(chǔ)層為三角洲沉積砂體。三角洲沉積油藏水驅(qū)開發(fā)時(shí)，注采井組分布與沉積相組合關(guān)系對(duì)開發(fā)指標(biāo)有顯著影響。利用沉積微相差異調(diào)整注采井組，是開發(fā)后期挖潛剩余油的一種重要手段。

(2)數(shù)模結(jié)果顯示，在滲透率一定范圍內(nèi)，平均滲透率相同的條件下，隨著滲透率級(jí)差的增加，生產(chǎn)時(shí)間逐漸縮短，采收率和氣體突破時(shí)間逐漸增加，井口產(chǎn)出CO2氣體的峰值產(chǎn)量逐漸降低。

(3)在水下分流河道側(cè)翼部署注水井和采油井，通過壓裂引流，開采水下分流河道沉積砂體的原油，可有效減緩氣竄，延長(zhǎng)開發(fā)時(shí)間，提高原油采收率。

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