非均質性氣竄對CO2驅油影響量化實驗研究

楊 紅， 余華貴， 江紹靜， 黃春霞， 南宇峰

(1. 延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075； 2. 中國石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100000)

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非均質性氣竄對CO2驅油影響量化實驗研究

楊 紅1， 余華貴1， 江紹靜1， 黃春霞1， 南宇峰2

(1. 延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安 710075； 2. 中國石油北京油氣調(diào)控中心，北京 100000)

針對延長油田喬家洼區(qū)塊203井區(qū)CO2驅過程中，CO2沿儲層高滲條帶方向發(fā)生氣竄的問題，采用均質和非均質人造巖心開展CO2非混相和混相驅油實驗，引入非均質性氣竄系數(shù)和驅油效率降低幅度兩個評價參數(shù)，以量化研究非均質性對CO2氣竄的影響程度，并分析滲透率級差和CO2驅油相態(tài)對非均質性氣竄的影響。結果表明，滲透率級差對非均質性氣竄影響明顯，且非均質性氣竄對巖心滲透率級差存在一定的敏感界限，該界限滲透率級差值為15。當滲透率級差小于15時為敏感區(qū)，非均質性氣竄系數(shù)和驅油效率降低幅度隨滲透率級差的增大迅速增大；滲透率級差大于15時為非敏感區(qū)。指進氣竄和非均質性氣竄的相對強弱以滲透率級差值K(3

非均質性； 氣竄； CO2； 氣竄系數(shù)

隨著我國油氣田勘探開發(fā)的不斷深入，CO2氣驅因其具有改善油水流度比、溶解膨脹、降低油水界面張力等作用備受關注[1-3]。在開展CO2氣驅提高采收率的過程中，由于注入氣與地層原油性質差異[4-6]、儲層滲透率級差和裂縫發(fā)育等因素引起的CO2氣竄是影響其驅油效果的關鍵因素[7-9]，其形式一般分為指進氣竄、非均質性氣竄和裂縫氣竄[10-12]。在以往研究中，針對上述幾類氣竄對CO2驅油的影響中大多以定性為主，量化研究卻較為少見。

延長油田喬家洼區(qū)塊203井區(qū)主力產(chǎn)油層非均質性嚴重，單井滲透率級差為9.6～91.9，平均滲透率級差為32.1。該井區(qū)于2012年9月已開展CO2注入氣試驗，從現(xiàn)場驅油試驗效果來看，一線53口受益井已初步見效，其中6口生產(chǎn)井均不同程度的發(fā)生氣竄，且早期巖心資料顯示發(fā)生氣竄方向為儲層高滲條帶方向，但目前針對氣竄的治理還處于探索研究階段。為此，量化研究了非均質性氣竄對CO2驅油的影響程度，分析了滲透率級差和CO2驅油相態(tài)對非均質性氣竄的影響強弱，這有助于目標井區(qū)調(diào)整注氣方案和采取進一步的氣竄防治措施。

1 實驗部分

1.1 實驗巖心及儀器

實驗巖心：尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm的人造巖心，其中均質巖心滲透率分別為10、30、100、200、1 800 mD，非均質巖心參數(shù)如表1所示。

表1 非均質巖心參數(shù)

實驗儀器：100DX型恒速恒壓泵，美國ISCO；TY-4型巖心夾持器，江蘇海安儀器公司；氣液計量系統(tǒng)，自制；JYB-3151壓力測量系統(tǒng)，北京昆侖海岸傳感器技術有限公司；ZR型高壓中間容器，江蘇海安儀器公司；恒溫箱，江蘇海安儀器公司；YC-4型回壓閥，江蘇海安儀器公司。

1.2 量化非均質性氣竄思路

非均質巖心中，CO2氣竄形式主要包括指進氣竄和非均質性氣竄，其對CO2驅油的影響可認為是上述兩類氣竄對CO2驅油的綜合影響，故非均質巖心中非均質性氣竄對CO2驅油的影響程度等于兩類氣竄對CO2驅油的綜合影響程度去除指進氣竄對CO2驅油的影響程度，而非均質巖心中指進氣竄對CO2驅油的影響程度相當于均質巖心中高滲層和低滲層單獨開采時兩者影響程度的平均值。

氣竄對CO2驅油的影響用氣竄系數(shù)和驅油效率降低幅度進行評價。其中，氣竄系數(shù)是指驅油實驗中采出端含氣率變化曲線與橫軸氣體注入量所圍成的面積與氣體總注入量的比值，氣竄系數(shù)越大，表示氣竄越嚴重。

1.3 實驗方案

主要包括兩部分實驗：① CO2非混相驅油實驗(實驗壓力為15 MPa)，量化非均質性氣竄對CO2驅油的影響和滲透率級差對非均質性氣竄的影響；② CO2混相驅油實驗(實驗壓力為30 MPa)，量化相態(tài)對非均質性氣竄的影響。上述實驗流速均為0.6 mL/min，每部分驅油實驗所用巖心包括均質和非均質巖心兩部分。

2 結果與討論

2.1 量化非均質性氣竄對CO2驅油影響

圖1為均質模型不同滲透率下CO2驅油動態(tài)。從圖1中可以看出，在均質巖心中，指進氣竄對巖心滲透率存在一定的敏感界限，該界限滲透率約為200 mD。在滲透率小于200 mD區(qū)域為敏感區(qū)，指進氣竄系數(shù)隨巖心滲透率增大急劇增大，指進氣竄迅速增強；在滲透率大于200 mD區(qū)域為不敏感區(qū)，指進氣竄系數(shù)隨巖心滲透率增大增加緩慢，指進氣竄變化不明顯。

圖1 均質模型不同滲透率下CO2驅油動態(tài)

Fig.1 CO2flooding dynamic of homogeneous cores at different permeability

CO2驅油過程(不受非均質性氣竄影響)由于受指進氣竄影響，其驅油效率與巖心滲透率也存在相同的敏感界限。當巖心滲透率在敏感區(qū)從10 mD增大至200 mD時，CO2驅油效率由94.4%降至82.1%；當巖心滲透率在不敏感區(qū)從200 mD增至1 800 mD時，CO2驅油效率僅變化2.2%。

表2為非均質模型氣竄系數(shù)與驅油效率變化情況。表2中各模型指進系數(shù)和驅油效率分別為高滲層和低滲層對應值的平均值，各模型非均質氣竄系數(shù)和驅油效率(綜合影響)為通過開展非均質模型CO2驅油實驗獲得，各模型非均質性氣竄系數(shù)和驅油效率降低幅度(非均質性氣竄影響)為上述兩者對應參數(shù)的差值。

表2 非均質模型氣竄系數(shù)與驅油效率

2.2 非均質性氣竄影響因素分析

2.2.1 非均質性影響 圖2為非均質模型不同滲透率級差下CO2驅油動態(tài)。從圖2中可以看出，非均質性氣竄對模型滲透率級差存在一定的敏感界限，該界限滲透率級差為15。在滲透率級差小于15時，為敏感區(qū)，非均質性氣竄系數(shù)隨滲透率級差的增大迅速增大，非均質性氣竄迅速增強；在滲透率級差大于15時，為不敏感區(qū)，非均質性氣竄系數(shù)隨滲透率級差的增大幅度較小，非均質性氣竄變化較弱。

圖2 非均質模型不同滲透率級差下CO2驅油動態(tài)

Fig.2 CO2flooding dynamic in heterogeneous cores at different permeability ratio

在非均質模型CO2驅油過程中，受非均質性氣竄影響的驅油效率降低幅度對滲透率級差也存在相同的敏感性。當模型滲透率級差在敏感區(qū)從0增大到15時，CO2驅油效率降低47.8%；當模型滲透率級差在不敏感區(qū)從15增大至200時，CO2驅油效率降低幅度增加16.2%。

氣竄系數(shù)比為非均質性氣竄系數(shù)與指進氣竄系數(shù)的比值。圖3為不同滲透率級差下氣竄系數(shù)比。從圖3中可以看出，當滲透率級差小于K值(3

圖3 不同滲透率級差下氣竄系數(shù)比

Fig.3 Gas channeling coefficient ratio at different permeability ratio

當滲透率級差介于K和15之間時，非均質性氣竄強于指進氣竄，受非均質性影響的驅油效率降低幅度較大，且由于非均質性氣竄系數(shù)在該滲透率級差范圍內(nèi)較為敏感，可以采取常規(guī)調(diào)剖的方式有效降低產(chǎn)層滲透率級差以較大幅度降低非均質性氣竄對CO2驅油的影響；當滲透率級差大于15時(目標井區(qū)平均滲透率級差遠大于15)，受非均質性影響的驅油效率降低幅度較小，且非均質性氣竄系數(shù)對儲層滲透率級差不敏感，常規(guī)調(diào)剖方式此時調(diào)剖能力有限，應采用強堵劑對高滲層或微裂縫進行強有效的封堵，以大幅度的降低產(chǎn)層滲透率級差，減弱非均質性氣竄對CO2驅油的影響。

2.2.2 相態(tài)影響 圖4中比較了相態(tài)對非均質性氣竄的影響。圖5為不同滲透率級差下非混相和混相驅指進氣竄系數(shù)。從圖4(a)中可以看出，不同滲透率級差下，非混相驅非均質性氣竄系數(shù)較混相驅略高，在滲透率級差為200時，兩種相態(tài)下非均質性氣竄系數(shù)相同，說明CO2相態(tài)對非均質性氣竄的影響很小。從圖4(b)中可以看出，在不同滲透率級差下，非混相驅驅油效率降低幅度較混相驅大。這主要是由于在兩者非均質性氣竄程度相當?shù)那闆r下，混相驅在驅油過程中對原油的萃取主要是由于非混相驅指進氣竄較混相驅嚴重(見圖5)，另外混相驅在驅油過程中對原油的萃取作用更強造成的。

圖4 相態(tài)對非均質性氣竄的影響

Fig.4 Phase impact on heterogeneous gas channeling

圖5 不同滲透率級差下非混相和混相驅指進氣竄系數(shù)

Fig.5 Gas channeling coefficient in the form of fingering at different permeability ratio under different phase

3 結論

(1) 非均質性氣竄對CO2驅油影響明顯。在滲透率級差為3、15、200條件下，非均質性氣竄系數(shù)分別為0.29、0.37、0.52，驅油效率降低幅度分別為32.7%、47.8%、64.0%。

(2) 非均質性氣竄系數(shù)和驅油效率降低幅度對巖心滲透率級差均存在一定的敏感界限，該滲透率級差值約為15。在滲透率級差小于15時，為敏感區(qū)，非均質性氣竄系數(shù)和驅油效率降低幅度隨著滲透率級差的增大均迅速增大；在滲透率級差大于15時，為不敏感區(qū)。CO2驅油相態(tài)對非均質性氣竄影響較小。

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(編輯 宋官龍)

Quantitative Study of the Influence of Heterogeneity Gas Channeling on CO2Flooding

Yang Hong1, Yu Huagui1, Jiang Shaojing1, Huang Chunxia1, Nan Yufeng2

(1.Research Institute of Yanchang Petroleum Group Co. Ltd., Xi'an Shaanxi 710075, China;2.PetroChinaOilandGasControlCenterinBeijing,Beijing100000,China)

For the problem of CO2channeling along the fracture direction in 203 well area of Qiaojiawa block, Yanchang oilfield, CO2flooding experiment under immiscible and miscible condition is carried out with homogeneous and heterogeneous artificial core. Meanwhile, heterogeneous gas channeling coefficient and oil displacement efficiency lower amplitude are introduced to study the influence of heterogeneity gas channeling on CO2flooding quantitatively and analyse the influence of permeability differential and phase behavior on heterogeneity gas channeling. The experiment results show that the influence of permeability differential on heterogeneity gas channeling is obvious and there is a certain sensitive boundary. The sensitive boundary of permeability differential is about 15. It is sensitive when the permeability differential is lower than 15, and heterogeneous gas channeling coefficient and oil displacement efficiency decrease rapidly with the increasing of permeability differential. It is nonsensitive when the permeability differential is greater than 15. The relative strength of fingering gas channeling and heterogeneity gas channeling is bounded to permeability differential ofK(3

Heterogeneity; Gas channeling; CO2; Gas channeling coefficient

1006-396X(2015)05-0055-05

2015-03-04

2015-03-30

國家科技支撐計劃項目“CO2埋存與提高采收率技術”(2012BAC26B03)。

楊紅(1986-)，男，碩士，助理工程師，從事提高采收率方面的研究；E-mail：yh_cup2011@sina.com。

TE357.7

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.05.011