致密儲(chǔ)層CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

唐萬(wàn)舉,鄧學(xué)峰,盧瑜林,王萍,斯容,周志峰

(1.中國(guó)石化華北油氣分公司,河南 鄭州 450006;2.中國(guó)石化華北油氣分公司石油工程技術(shù)研究院,河南 鄭州 450006;3.中國(guó)石化中原油田分公司濮東采油廠,河南 濮陽(yáng) 457001)

HH油田位于鄂爾多斯盆地南緣,其主要開發(fā)層位長(zhǎng)8油層致密且裂縫發(fā)育[1],平均孔隙度為13%,平均滲透率為0.410 0X10-3μm2;區(qū)內(nèi)發(fā)育北西向、北東向2組大斷裂,并伴生大量裂縫[2].室內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí),該油田致密儲(chǔ)層主流喉道半徑以小于1 μm為主,CO2,N2等能量補(bǔ)充介質(zhì)的注入性和驅(qū)油效率遠(yuǎn)優(yōu)于水和活性水,且在地層原始?jí)毫ο?地層原油與CO2能形成混相[2].但由于該油田長(zhǎng)8致密儲(chǔ)層裂縫發(fā)育,必然會(huì)導(dǎo)致注入的CO2沿裂縫快速竄流,影響CO2驅(qū)油效果.目前,國(guó)內(nèi)外CO2驅(qū)的研究和應(yīng)用主要針對(duì)低滲透油藏[3-7]和高含水油藏[8-12],對(duì)于致密裂縫性砂巖儲(chǔ)層,CO2驅(qū)油研究還處于探索階段[13-16].本文采用巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)基質(zhì)巖心與裂縫巖心并存時(shí)CO2的驅(qū)油規(guī)律,研究致密裂縫性儲(chǔ)層CO2的竄流規(guī)律,為現(xiàn)場(chǎng)開展CO2驅(qū)封堵氣竄試驗(yàn)提供依據(jù).

1 CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)

1.1 流速壓差測(cè)定

采用劈縫法進(jìn)行天然巖心造縫,并在裂縫面上填充不同厚度的墊片模擬不同縫寬.測(cè)試裂縫巖心和基質(zhì)巖心在相同驅(qū)替流速下的驅(qū)替壓差,對(duì)比裂縫巖心和基質(zhì)巖心的滲流能力.實(shí)驗(yàn)步驟為:基質(zhì)巖心及含裂縫巖心分別抽空飽和水,稱重確定孔隙度;將基質(zhì)巖心和裂縫巖心飽和油,并老化24 h;巖心分別以不同的速度油驅(qū),記錄每一流速下巖心兩端壓力穩(wěn)定后的壓差;換用不同滲透率和裂縫寬度的巖心,重復(fù)上述步驟.巖心數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2.

表1 基質(zhì)巖心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2 含不同寬度裂縫巖心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示.實(shí)驗(yàn)溫度65℃,圍壓比平均注入壓力高7.00 MPa,實(shí)驗(yàn)用水為模擬地層水,礦化度43 429 mg/L,實(shí)驗(yàn)用油為模擬油(脫氣原油與柴油按照體積比1∶1配油,65℃下黏度為3.3 mPa.s),巖心出口壓力為大氣壓.

圖1 測(cè)定流速壓差曲線實(shí)驗(yàn)流程

1.2 CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián),研究不同裂縫巖心與不同滲透率基質(zhì)巖心組合下巖心的驅(qū)替壓差、流速變化關(guān)系,分析評(píng)價(jià)竄流特點(diǎn).

將基質(zhì)巖心和裂縫巖心飽和水,以一定的驅(qū)替速度進(jìn)行水驅(qū),驅(qū)替壓力穩(wěn)定后分別計(jì)算水驅(qū)滲透率.然后將巖心分別飽和油,記錄基質(zhì)巖心和裂縫巖心的出水量,造束縛水.將裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián),用CO2以穩(wěn)定流量驅(qū)油,合注分采,分別記錄裂縫巖心與基質(zhì)巖心的出油量及壓力變化規(guī)律.實(shí)驗(yàn)條件同前,實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2.

圖2 裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián)CO2同注分采實(shí)驗(yàn)流程

1.3 CO2/泡沫驅(qū)油實(shí)驗(yàn)

將裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián),首先向巖心中注入CO2,注入量達(dá)到0.02 PV后,繼續(xù)注入0.02 PV的泡沫,交替注入CO2和泡沫,注入的CO2和泡沫段塞長(zhǎng)度均為0.02 PV,直至巖心出口端不再有原油產(chǎn)出,記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程壓力、累計(jì)注入量、產(chǎn)油量和產(chǎn)氣量.實(shí)驗(yàn)條件同前,基質(zhì)巖心為基質(zhì)1和基質(zhì)2,裂縫巖心為裂縫1和裂縫2,實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖2.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 流速壓差

通過(guò)測(cè)定不同滲透率基質(zhì)巖心和含不同寬度裂縫巖心的流速壓差,可以得到巖心兩端驅(qū)替壓差大小與流體在巖心中流速大小的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3.由圖可以看出:基質(zhì)巖心滲透率越低,相同流速下驅(qū)替壓差越大,基質(zhì)中原油流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)阻力越大;裂縫越寬,相同驅(qū)替壓差下流速越快,裂縫中原油流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)阻力越小;相同驅(qū)替壓力梯度條件下,裂縫巖心中原油的滲流速度為基質(zhì)巖心中的104倍以上,隨著裂縫寬度的增加,裂縫中原油滲流速度快速增加,基質(zhì)與裂縫中原油滲流速度差距加大.

圖3 流速與驅(qū)替壓差的關(guān)系

2.2 CO2只注不采

通過(guò)巖心并聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn),在CO2只注不采的情況下,對(duì)不同裂縫大小的巖心與不同滲透率的基質(zhì)巖心并聯(lián)時(shí)的壓差變化及壓力傳遞情況進(jìn)行評(píng)價(jià),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3(表中HCPV為驅(qū)替倍數(shù)).由表3可以看出:裂縫巖心出口端壓力上升較快,達(dá)到最大壓差后,驅(qū)替壓差迅速下降形成優(yōu)勢(shì)竄流通道,之后基質(zhì)出口壓力也開始增大,最終裂縫先竄通,表明裂縫中壓力傳導(dǎo)快,驅(qū)替壓差低,且隨裂縫寬度增加驅(qū)替壓力明顯降低;基質(zhì)巖心入口端壓力傳遞速度較慢,導(dǎo)致出口端壓力上升慢,且基質(zhì)巖心的最大驅(qū)替壓差要高于裂縫巖心,裂縫寬度越大、基質(zhì)巖心滲透率越低,基質(zhì)巖心與裂縫巖心的最大驅(qū)替壓差的差值也就越大.

2.3 CO2同步注采

通過(guò)巖心并聯(lián)驅(qū)替實(shí)驗(yàn),在CO2同步注采的情況下,對(duì)不同裂縫大小巖心與不同滲透率基質(zhì)巖心并聯(lián)時(shí)壓差變化及驅(qū)油效率進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)表4.由表4可以看出:裂縫中原油基本全部被采出,氣竄之后裂縫成為主要?dú)饬魍ǖ?驅(qū)替壓差迅速減小,基質(zhì)采收率低;裂縫中CO2驅(qū)油見(jiàn)效快,驅(qū)替壓差低,裂縫寬度越大,最大驅(qū)替壓差越小,基質(zhì)采收率越低;當(dāng)裂縫寬度一定時(shí),隨基質(zhì)滲透率降低,裂縫采收率不變,基質(zhì)采收率降低,最大驅(qū)替壓差略有增大;當(dāng)基質(zhì)滲透率一定時(shí),隨裂縫寬度增加,基質(zhì)巖心CO2驅(qū)受效時(shí)驅(qū)替壓差、驅(qū)替倍數(shù)與最大驅(qū)替壓差、最大驅(qū)替倍數(shù)越接近,表明基質(zhì)受效時(shí)裂縫將要發(fā)生氣竄;當(dāng)裂縫寬度增加到0.2 mm時(shí),水測(cè)滲透率為0.043 5X10-3μm2的基質(zhì)巖心基本不產(chǎn)油,CO2只驅(qū)替裂縫中原油.

表3 裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián)時(shí)CO2只注不采實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 CO2/泡沫驅(qū)

通過(guò)巖心并聯(lián)實(shí)驗(yàn),注入CO2/泡沫段塞,同步注采,記錄裂縫巖心、基質(zhì)巖心的流速壓差關(guān)系,分析評(píng)價(jià)竄流特點(diǎn)和泡沫的封堵性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5.與前期同等條件下CO2驅(qū)結(jié)果相比可以看出:裂縫與基質(zhì)巖心并聯(lián)時(shí),CO2驅(qū)與CO2/泡沫驅(qū)的驅(qū)替規(guī)律一致,裂縫中原油基本全部被采出,氣竄之后裂縫成為主要的氣流通道,驅(qū)替壓差迅速減小,基質(zhì)的采收率低;相比于純CO2驅(qū)替,注入CO2/泡沫段塞,可以使裂縫和基質(zhì)兩端的壓差增大,基質(zhì)采收率稍有提高,但隨裂縫寬度增加、基質(zhì)滲透率降低,泡沫提高采收率能力降低;相同裂縫寬度巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián),采用CO2與泡沫交替注入時(shí),裂縫出油的驅(qū)替壓差相比純CO2驅(qū)時(shí)增加0.01～0.02 MPa,表明泡沫在裂縫中產(chǎn)生了封堵作用;最大壓差對(duì)比結(jié)果顯示,隨著裂縫寬度增加,最大壓差值快速降低,表明隨裂縫寬度增加泡沫的封竄能力也快速降低,泡沫驅(qū)提高基質(zhì)采收率的幅度也大幅降低,顯示泡沫封堵較大裂縫能力較差.

表4 裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián)時(shí)CO2注采同步實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 裂縫巖心與基質(zhì)巖心并聯(lián)時(shí)CO2/泡沫段塞驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

相同驅(qū)替壓差下,裂縫巖心中原油滲流速度為基質(zhì)巖心中的104倍,即裂縫中原油滲流速度遠(yuǎn)大于基質(zhì);裂縫巖心原油注氣受效快、驅(qū)替壓力低、采收率高,基質(zhì)巖心驅(qū)替壓差高、采收率低,裂縫巖心是氣竄的主要通道,表明裂縫存在會(huì)極大影響CO2波及體積;CO2泡沫能夠封堵裂縫,但提高基質(zhì)采收率能力有限,且隨裂縫寬度增加封堵裂縫能力下降快,需配套其他封竄措施提高注CO2波及體積和基質(zhì)采收率.