裂縫性低滲油藏二氧化碳驅(qū)注入方式實驗

鄒積瑞，岳湘安，孔艷軍，張俊彬，張麗娟，趙決順

（中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京 102249）

裂縫性低滲油藏二氧化碳驅(qū)注入方式實驗

鄒積瑞，岳湘安，孔艷軍，張俊彬，張麗娟，趙決順

（中國石油大學（北京）石油工程教育部重點實驗室，北京 102249）

低滲透油藏一般都伴有裂縫發(fā)育，由于裂縫具有較高的導流能力，致使注入的CO2沿裂縫發(fā)生氣竄，嚴重影響CO2驅(qū)效果。針對這一問題，提出了將裂縫作為注氣通道，在裂縫兩側(cè)布井采油的方法。運用巖心驅(qū)替物理模擬實驗，研究了沿裂縫注CO2的速度對波及效率和采收率的影響，以及縫注側(cè)采后關(guān)閉氣竄井和燜井措施對采收率的影響。結(jié)果表明：沿裂縫注CO2能夠有效地消除裂縫氣竄的不利影響，提高采收率17.72百分點；驅(qū)替速度越小，巖心的波及效率和采出程度越高；關(guān)停氣竄井是有效抑制氣竄的措施，燜井后驅(qū)替能夠進一步挖掘剩余油，提高采收率7.52百分點。

低滲；裂縫；二氧化碳；注入速度；氣竄

0 引言

國內(nèi)外研究及礦場試驗均表明，注CO2可大幅度提高原油采收率，是提高低滲透儲層開發(fā)效果的一種很具潛力的增油措施［1-6］。低滲透儲層一般都伴有裂縫發(fā)育［7-9］，裂縫的滲透率遠大于基質(zhì)滲透率，導致注入的CO2沿裂縫發(fā)生氣竄，嚴重影響CO2的驅(qū)油效果。如何有效地抑制氣竄是制約CO2驅(qū)提高采收率的關(guān)鍵，國內(nèi)許多學者對此進行了大量的研究，CO2泡沫封堵裂縫、CO2和水交替注入、周期性的注入CO2等措施均取得了不錯的效果［10-14］。裂縫也同時控制著層系劃分和井網(wǎng)布置，在天然裂縫發(fā)育的低滲透油藏中進行CO2氣驅(qū)時，需要采取合理的井網(wǎng)布置和CO2注入方式，才能減小裂縫對CO2驅(qū)的不利影響。

裂縫作為注氣的竄流通道，有很強的導流能力，可以利用裂縫的高導流能力在裂縫上布置注入井，在裂縫的側(cè)面基質(zhì)布置采出井，采取縫注側(cè)采的注入方式，消除裂縫對注氣不利影響的同時增大注氣的受效面積，提高CO2的波及效率，有效地利用油藏中的裂縫。利用物理模擬手段，進行CO2縫注側(cè)采室內(nèi)實驗，驗證縫注側(cè)采注入方式提高裂縫性低滲油藏采收率技術(shù)的可行性。

1 實驗

1.1 實驗條件

實驗用水為礦化度82 200 mg/L的人工合成鹽水；實驗溫度50℃；實驗用油為原油與煤油按一定比例配置的模擬油，50℃條件下黏度為6.3 mPa·s；實驗設(shè)備為ISCO高精度泵、流量計量儀、高精度壓力傳感器、中間容器、特制巖心夾持器、氣瓶、恒溫箱、數(shù)據(jù)采集裝置、回壓閥；實驗用氣為CO2，模型為儲層模擬人造砂巖巖心，高滲薄層模擬裂縫，低滲厚層模擬基質(zhì)，基本參數(shù)見表1。

1.2 實驗步驟

測量孔隙度，確定原始含油飽和度，并將巖心在50℃的條件下老化，按照實驗方案進行CO2驅(qū)替，驅(qū)替過程中記錄壓力、階段產(chǎn)油量等數(shù)據(jù)。注采方式如圖圖1所示。

圖1 注采方式示意

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 注氣速度對波及效率的影響

注氣速度對平面波及效率的影響結(jié)果見圖2、圖3。定義產(chǎn)油貢獻率為給定時間段某井產(chǎn)油量與所有井的產(chǎn)油量之比。產(chǎn)油貢獻率的大小在一定程度上反映波及效率的大小。產(chǎn)油貢獻率越趨近于中值（50%），CO2驅(qū)的波及效率越高。

圖2 不同注入速度2口井的產(chǎn)油效率

圖3 不同注入速度的巖心剖面

由圖2可見：低速（0.2 mL/min）注入時，1號井和2號井的產(chǎn)油貢獻率值除個別點偏離產(chǎn)油效率中值較大，其余各點均勻地在產(chǎn)油貢獻率中值附近波動，表明2口井的階段產(chǎn)油量相近，驅(qū)替前緣從裂縫向采出井均勻推進，CO2驅(qū)替前緣比較穩(wěn)定；而高速（0.4 mL/ min）注入時，1號井和2號井的產(chǎn)油貢獻率值幾乎全部遠離產(chǎn)油貢獻率中值，說明驅(qū)替速度較大時，驅(qū)替前緣從裂縫向基質(zhì)不均勻推進，導致氣竄過早發(fā)生，影響CO2波及效率。從圖3可見，注入速度為0.2 mL/min的波及效率明顯大于注入速度0.4 mL/min的波及效率。從圖3a可以看出，沿裂縫注入的CO2均勻地向采出井推進，2口井之間只有小面積的死油區(qū)，而注入速度為0.4 mL/min的2口井之間不但有大面積死油區(qū)，而且1號井、2號井所對應(yīng)的區(qū)域波及面積也很?。ㄒ妶D3b）。這表明CO2高速注入導致驅(qū)替前緣的不穩(wěn)定，驅(qū)替前緣先到達1號井，由于流體從1號井流出巖心中形成穩(wěn)定的流體通道，流體只有少部分從2號井產(chǎn)出。由巖心剖面圖和產(chǎn)油貢獻率圖可知，從裂縫注入的CO2速度越小，驅(qū)替前緣越均勻，氣竄越晚發(fā)生，波及效率越高。

2.2 注氣速度對采收率的影響

為了研究縫注側(cè)采注氣速度和注入方式對采收率的影響，選擇物性相同的巖心ZL-1，ZL-2，ZL-3，ZL-4進行氣驅(qū)實驗。巖心物性參數(shù)見表1，采收率影響結(jié)果見表2。

表2 注氣速度和注入方式對采收率影響實驗結(jié)果

由表2可以看出，巖心物性相同的情況下，注氣速度為0.4 mL/min沿裂縫注CO2側(cè)向采油采收率為42.52%，比平行于裂縫注采的采收率（24.80%）高17.72百分點，表明縫注側(cè)采的注入方式進行CO2驅(qū)油是可行的。巖心物性相同的情況下，注氣速度越大，總采收率越低，突破時的采出程度越高。注氣速度越大時，壓力越高，原油中溶解的CO2越多，原油黏度降低得越顯著，增加了流動性；同時，高壓力下CO2與原油之間的界面張力減小，驅(qū)替阻力減小，毛細管數(shù)增加，采出程度更高。所以注入速度0.4 mL/min突破時的采出程度最高。但是過大的流速使氣體過早突破，突破后壓力降低，氣體與油相作用減弱，驅(qū)油效果變差，此時影響采收率的主要因素是波及效率，0.2 mL/min的波及效率明顯高于0.4 mL/min，所以速度較低時，總的采收率較大。也從側(cè)面反映了氣驅(qū)時波及效率是影響采收率的主要因素。

2.3 提高縫注側(cè)采采收率措施

在0.4 mL/min的驅(qū)替條件下，1號井很早發(fā)生氣竄，導致波及效率較低。后續(xù)實驗中，將1號井（氣竄井）關(guān)閉，待2號井氣竄不產(chǎn)油后將其也關(guān)閉，燜井2 h，再將1號井、2號井打開進行驅(qū)替，其采收率和壓力動態(tài)曲線見圖4。

圖4 采收率和壓力動態(tài)曲線

由圖4可以看出，當關(guān)閉1號井后，壓力迅速上升，有效抑制了氣竄，表明關(guān)閉氣竄井后CO2在巖心中的波及體積變大，采收率大幅度地提升了18.50百分點。分析認為，在關(guān)閉1號氣竄井后，鎖死了注入的CO2在氣竄井的產(chǎn)出，注入的CO2勢必在巖心中改變其滲流的方向和途徑，這種流場的變化，有利于擴大注入CO2在巖心中的驅(qū)油波及面積。

燜井過程中壓差下降了2.5 MPa，燜井后沿裂縫驅(qū)替采收率提高了7.52百分點。分析認為：燜井過程中，CO2與原油充分接觸后溶解于原油中，降低了原油的黏度和界面張力。一方面原油黏度降低后改善了流度比，原油地層流動性提高，更易于流向采出井；另一方面界面張力降低，從而增大了毛細管數(shù)，降低了殘余油飽和度。與此同時，在受到注CO2驅(qū)動因素影響下，一些不可動的原油也能夠在CO2溶解膨脹反應(yīng)的作用之下而擠出介質(zhì)孔隙，從而使得原油飽和度降低。

3 結(jié)論

1）沿裂縫注CO2側(cè)向采油是可行的，比平行于裂縫注CO2的采油方式提高采收率17.72百分點。

2）沿裂縫注CO2的速度越小，從裂縫向采出井推進的前緣越均勻，波及效率越高，氣體突破時的采收率越高，總采收率越大。

3）關(guān)停氣竄井是控制氣竄的良好措施。注氣方向有2個以上受效方向時，關(guān)掉其中1口井，對受效困難、剩余油富集的井，可以擴大波及體積，提高其動用程度。燜井可以進一步挖掘縫注側(cè)采后的剩余油。

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（編輯 王淑玉）

Injection experiment of carbon dioxide flooding in low-permeability fissure reservoirs

ZOU Jirui,YUE Xiang′an,KONG Yanjun,ZHANG Junbin,ZHANG Lijuan,ZHAO Jueshun
(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

In low-permeability reservoir,fractures are generally initiated during the injection.Subsequently,the efficiency of CO2injection is significantly affected by the gas channeling along fractures due to the high conductivity of fractures.In this paper,we employ the fractures as the injection gas channel and place the injection wells at the both wings of the fracture to deal with the above problems.The core flooding experiments are conducted to physically simulate the velocity of CO2along the fracture and the impacts on sweep efficiency,ultimate recovery of CO2injection,and ultimate recovery after the shut-in of the gas channeling wells. As a result,CO2injection along fractures can efficiently counter the detrimental impact by gas channeling in fractures,which leads to 17.72%increase in ultimate recovery.The sweep efficiency and ultimate recovery increase with decreasing flooding velocity. Shut-in of gas channeling well can greatly hinder the gas channeling and thereby enhance the recovery of remaining oil,which leads to 7.52%increase in ultimate recovery.

low-permeability;fracture;carbon dioxide;injection speed;gas channeling

國家自然科學基金項目“致密油儲層提高采收率關(guān)鍵理論與方法研究”（51334007）；國家科技重大專項課題“油田開采后期提高采收率新技術(shù)”（2011ZX05009-004）

TE357.1

A

10.6056/dkyqt201606024

2016-04-16；改回日期：2016-09-27。

鄒積瑞，男，1987年生，在讀博士研究生，主要從事提高油氣開采效率方面研究工作。E-mail：531909987@qq.com。

鄒積瑞，岳湘安，孔艷軍，等.裂縫性低滲油藏二氧化碳驅(qū)注入方式實驗［J］.斷塊油氣田，2016，23（6）：800-802，811.

ZOU Jirui，YUE Xiang′an，KONG Yanjun，et al.Injection experiment of carbon dioxide flooding in low-permeability fissure reservoirs［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（6）：800-802，811.