吉林特低滲透油藏CO2驅(qū)油開發(fā)效果探討

章 星， 寇 根，王子強(qiáng)， 張 浩， 張國山

(1中國石油大學(xué)克拉瑪依校區(qū) 2新疆油田實(shí)驗(yàn)檢測(cè)院礫巖油藏實(shí)驗(yàn)室)

隨著油氣勘探開發(fā)程度的不斷加深，越來越多的油田進(jìn)入了開發(fā)的中、后期，高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)難度加大，非常規(guī)油氣資源和復(fù)雜油氣藏的開發(fā)動(dòng)用將成為石油工業(yè)增儲(chǔ)上產(chǎn)的必經(jīng)之路[1-2]。我國低滲透油氣藏主要分布在東部的松遼、渤海灣等盆地，中部的鄂爾多斯、四川盆地，西部的準(zhǔn)噶爾、塔里木等盆地。其中特低滲透油藏和超低滲透油藏占低滲透儲(chǔ)量的一半以上，使得特低滲透儲(chǔ)層將是我國石油工業(yè)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要資源基礎(chǔ)[3-4]。

特低滲透油藏儲(chǔ)層物性較差，注入水?dāng)U散較慢，注水時(shí)間長(zhǎng)，注水井周圍儲(chǔ)層滲透率降低，憋壓嚴(yán)重，導(dǎo)致注水壓力升高，注水成本增大，形成所謂的“注不進(jìn)，采不出”現(xiàn)象，難以形成有效驅(qū)替[5-7]。由于氣體具有低黏度，易膨脹，降低原油界面張力的特性，故注氣開發(fā)比注水開發(fā)的注入壓力低，地層壓力保持水平高，可以作為改善油田開發(fā)效果的有效方法[8-11]。但對(duì)于特低滲透油藏來說，如何有效的利用氣驅(qū)改善其開發(fā)效果，保證高效合理的開發(fā)，還需進(jìn)一步研究。

大量的室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬和礦場(chǎng)實(shí)踐表明CO2是一種有效的驅(qū)油劑，國內(nèi)外許多低滲、特低滲油藏都開辟了CO2生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)以此來改善開發(fā)效果[12-14]。同時(shí)值得強(qiáng)調(diào)的是CO2EOR技術(shù)不僅能夠有效的提高石油采收率，而且能夠顯著地減少溫室氣體的排放。吉林油田特低滲透油藏目前已開辟CO2生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)，而特低滲透油藏實(shí)施CO2混相驅(qū)的開發(fā)效果受混相條件，滲流機(jī)理，注氣方案等因素的影響[15-16]。因此，探索和發(fā)展與試驗(yàn)區(qū)相適應(yīng)的注CO2驅(qū)油提高剩余油采收率的機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)對(duì)吉林油田未來開發(fā)政策的制定與實(shí)施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、實(shí)驗(yàn)介紹

1. 目的意義

在特低滲透油藏開發(fā)過程中，由于其本身具有的復(fù)雜性，需要采用有效的CO2驅(qū)油方法，選擇合適的注入時(shí)機(jī)。通過室內(nèi)特低滲透長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)油物理模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同注入條件下的CO2驅(qū)油效果，分析采出程度、氣油比、含水率和總壓力梯度等指標(biāo)與注入體積之間的變化曲線及規(guī)律，優(yōu)選出最佳注入時(shí)機(jī)，提高注入CO2的利用率，達(dá)到最大的驅(qū)油效率，為油藏開發(fā)何時(shí)轉(zhuǎn)注CO2以及注入量的選擇提供理論依據(jù)。

2. 設(shè)備與巖心

美國Core Lab公司生產(chǎn)的CFS-200多功能巖心驅(qū)替系統(tǒng)，最高驅(qū)替壓力和最高圍壓均為70 MPa，最高實(shí)驗(yàn)溫度150 ℃，配備有長(zhǎng)巖心夾持器。該系統(tǒng)可以進(jìn)行地層壓力和地層溫度條件下的各種驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)油氣水的自動(dòng)分離和計(jì)量。

根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5336-2006巖心分析方法》，對(duì)巖心進(jìn)行洗油處理，并進(jìn)行巖心基礎(chǔ)物性參數(shù)(直徑、長(zhǎng)度)測(cè)量，并采用氣測(cè)法測(cè)定巖心的孔隙度和滲透率，見表1。實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)巖心由10塊短巖心排列組成，其總長(zhǎng)度為74.452 cm，串聯(lián)滲透率為6.10 mD，平均孔隙度為15.62%。

表1 實(shí)驗(yàn)巖心數(shù)據(jù)

3. 流體參數(shù)

實(shí)驗(yàn)壓力采用地層壓力(24.5 MPa)，實(shí)驗(yàn)溫度采用地層溫度(98 ℃)，實(shí)驗(yàn)所用油樣(脫氣油+溶解氣，室內(nèi)配制)、水樣是以某生產(chǎn)井實(shí)際流體數(shù)據(jù)為主配制而成。實(shí)驗(yàn)室配制含氣油所采用脫氣油來自于吉林油田H59區(qū)塊的某一聯(lián)合站，溶解氣和產(chǎn)出氣是根據(jù)實(shí)際油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)由北京華元?dú)怏w化工有限公司生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)中的驅(qū)替氣體純度達(dá)99.9%的CO2。

4. 步驟與方案

7個(gè)步驟：①清洗巖心，烘干，稱取干重；②測(cè)量巖心直徑和長(zhǎng)度；③采用氮?dú)鉁y(cè)定巖心孔隙度和滲透率；④排列巖心，將巖心裝入夾持器內(nèi)；⑤巖心抽真空并飽和地層水；⑥飽和地層油，造束縛水，穩(wěn)定巖心兩端壓力；⑦進(jìn)行不同方案的驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

12個(gè)方案：①不同注氣方式(同步注氣、超前注氣)CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)；②不同注氣時(shí)機(jī)實(shí)驗(yàn)，“大流量”水驅(qū)油(0.1 cm3/min)至產(chǎn)出液含水率分別為30%、50%、75%和90%時(shí)轉(zhuǎn)用CO2驅(qū)油(0.2 cm3/min)，“小流量”水驅(qū)油(0.05 cm3/min)至產(chǎn)出液含水率分別為50%和75%時(shí)轉(zhuǎn)CO2驅(qū)油(0.05 cm3/min)；③不同注氣段塞實(shí)驗(yàn)，氣水比為1 ∶1、1 ∶2和2 ∶1的CO2與水交替注入實(shí)驗(yàn)，氣和水的基本段塞大小為0.1 PV，流體的總注入量為1.2 PV；④水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。

二、結(jié)果與分析

1. 注氣方式

超前注氣定義為：在采油井投產(chǎn)之前，注入井提前注入CO2對(duì)地層進(jìn)行提壓處理，使地層壓力高于原始地層壓力，建立有效的驅(qū)替系統(tǒng)。技術(shù)關(guān)鍵：室內(nèi)的超前注氣長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)是以0.2 cm3/min的速度注入CO2，關(guān)閉長(zhǎng)巖心出口端閥門，使得整個(gè)長(zhǎng)巖心驅(qū)替系統(tǒng)開始提升壓力(相當(dāng)于燜井)。直至系統(tǒng)壓力高于原始地層壓力2 MPa，打開長(zhǎng)巖心出口端閥門開始產(chǎn)油，并繼續(xù)注入CO2驅(qū)油。

對(duì)于不同注氣方式CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，采出程度、氣油比、總壓力梯度與注入體積之間的規(guī)律十分明顯。超前注氣的采出程度與注入體積曲線要明顯區(qū)別于同步注氣的曲線，如圖1所示。尤其當(dāng)注入體積達(dá)到1.20 PV時(shí)，超前注氣的最終采收率49.91%，同步注氣45.22%，提高采收率4.69%。超前注氣的CO2驅(qū)油速度明顯快于同步注氣，驅(qū)油效果優(yōu)于同步注氣。超前注氣的CO2氣體突破(0.16 PV)早于同步注氣的CO2氣體突破(0.18 PV)。

圖1 不同注氣方式條件下的驅(qū)油曲線

超前注氣的有利機(jī)理：①增加油藏壓力，提高混相程度；②增加油、氣接觸時(shí)間，有利于充分?jǐn)U散、溶解、混相；③在出口(油井)關(guān)閉下注氣，無明顯滲流，降低注入流體指進(jìn)的趨勢(shì)；④降低油藏衰竭開采中因?yàn)樵臀镄宰儾钏斐傻膬?chǔ)層傷害。

2. 注氣時(shí)機(jī)

大流量實(shí)驗(yàn)研究表明：①產(chǎn)出液含水率越低，在轉(zhuǎn)CO2驅(qū)油后，CO2突破得越早，見圖2；并且在突破過程中，CO2驅(qū)油的產(chǎn)油量越大，對(duì)最終采收率的貢獻(xiàn)就越大；②隨著產(chǎn)出液含水率的增大，其采收率呈遞減趨勢(shì)并且逐漸變緩，符合負(fù)對(duì)數(shù)變化。也就是說，產(chǎn)出液含水率越高，在轉(zhuǎn)CO2驅(qū)油后其最終驅(qū)油效果越不明顯，提高最終采收率的空間越?。虎郛a(chǎn)出液含水率越大時(shí)，轉(zhuǎn)CO2驅(qū)油后其含水率變化越滯后，CO2突破越晚，氣油比變化越晚，其最終采收率越小，并且其總壓力梯度-注入體積曲線呈M型變化，即轉(zhuǎn)注CO2后總壓力梯度略有上升。

CO2比一般烴類氣體更加容易溶于注入水，并且CO2在地層油中的溶解度大于其在注入水中的溶解度，使得CO2可以從注入水溶液中轉(zhuǎn)溶于地層油中，即，在CO2驅(qū)替過程中CO2穿越注入水從而驅(qū)替地層油。由于CO2在地層油中的溶解度大，在實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)?shù)貙佑团cCO2接觸時(shí)，可以增加地層油體積，降低地層油黏度，減小表面張力以及溶解氣驅(qū)油，使得地層油的最終采收率增大。針對(duì)不同含水率轉(zhuǎn)CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，其中水驅(qū)油采收率為36.52%～38.15%，占最終采收率的67.57%～81.02%；CO2驅(qū)油可有效提高采收率8.94%～22.65%，占最終采收率的18.98%～32.43%。

圖2 不同注氣時(shí)機(jī)條件下的驅(qū)油曲線

特低滲透油藏具有滲透率低、孔喉小、儲(chǔ)層物性差、毛管壓力高、膠結(jié)物含量高等特點(diǎn)，其中巖心孔隙度的大小影響了流體的吸附量及其滲流過程中阻力的大小。若孔隙度越小，巖石比表面積越大，CO2在多孔介質(zhì)表面的吸附量越多?？紫抖仍叫。黧w有效滲透率越小，流動(dòng)過程中受到的阻力越大。因此，孔隙度越小時(shí)，出口端CO2突破越晚，原油物性改變的越晚。

在驅(qū)替過程中，小流量驅(qū)替實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪o予CO2與地層油更多的接觸時(shí)間，使地層油能體積膨脹的范圍更大，進(jìn)一步地降低地層油黏度和增加地層油的流度，使得在CO2突破過程中能夠緩慢地驅(qū)替出更多的地層油，從而使得最終采收率有明顯的增加。圖3中，相對(duì)于大流量水驅(qū)油轉(zhuǎn)CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，在采用小流量驅(qū)替的實(shí)驗(yàn)過程中，注入水突破過程可以增加采收率5.87%～5.91%，CO2突破過程可以增加采收率2.39%～2.47%，不同產(chǎn)出液含水率實(shí)驗(yàn)可以增加采收率8.30%～8.34%，所以采用低速注入流體可達(dá)到提高最終采收率的目的。

圖3 不同流量實(shí)驗(yàn)條件下的驅(qū)油曲線

3. 注氣段塞

在特低滲透長(zhǎng)巖心實(shí)驗(yàn)中，氣、水的交替注入，一方面可以減緩CO2的指進(jìn)形成，另一方面可以擴(kuò)大CO2的波及效率。但是注入水對(duì)CO2、原油形成混相流體體系具有十分不利的影響，實(shí)驗(yàn)調(diào)整注入CO2的段塞大小可以形成局部混相，可以更多地萃取剩余油中的輕質(zhì)組分，使得驅(qū)替效率達(dá)到最高。氣水界面的流動(dòng)對(duì)原油的攜帶也起到了一個(gè)重要的作用，可以提高原油在巖心中的流動(dòng)能力，達(dá)到增加最終采收率的目的。

氣水比為2 ∶1、1 ∶1、1 ∶2，氣和水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的最終采收率分別為60.45%、58.50%、54.24%、45.22%和39.56%，見圖4。對(duì)比不同氣水比驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，按照驅(qū)替過程中CO2所占總注入流體的體積比例進(jìn)行排列?？梢娮罱K采收率與CO2所占體積比例呈正相關(guān)關(guān)系，即在不同氣水比實(shí)驗(yàn)過程中的CO2注入體積越大，其最終采收率越高，這是因?yàn)闅?、水的交替注入可以有效地抑制因?yàn)榈貙臃蔷|(zhì)性造成的CO2竄流現(xiàn)象，提高CO2波及效率、改善油層動(dòng)用程度，進(jìn)而達(dá)到提高原油采收率的目的。

圖4 不同注氣段塞條件下的驅(qū)油曲線

水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)、氣水比為1 ∶1和1 ∶2實(shí)驗(yàn)、氣水比為2 ∶1實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)出液見水時(shí)的流體注入體積分別為0.2、0.3和0.4 PV，CO2段塞的增大會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)出液的見水時(shí)間。對(duì)比不同氣水比驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，其驅(qū)油過程中CO2的突破時(shí)間較為一致，即見氣時(shí)的注入體積約為0.2 PV。水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)和CO2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的總壓力梯度變化趨勢(shì)較為一致，氣水比為1 ∶1、1 ∶2驅(qū)油實(shí)驗(yàn)與氣水比為2 ∶1驅(qū)油實(shí)驗(yàn)的總壓力梯度變化趨勢(shì)差別較大。

三、結(jié)論

總結(jié)分析12個(gè)特低滲透長(zhǎng)巖心驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都具有自己獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)方案和操作方式，所以實(shí)驗(yàn)中采出程度、含水率、氣油比、總壓力梯度與注入體積之間的變化關(guān)系都是不同的。

提出特低滲透油藏開發(fā)方式：①超前注氣(低速注入或者間歇注氣，即實(shí)施早期、低速注入CO2，預(yù)防形成優(yōu)勢(shì)通道)；②早期氣水交替(氣水比采用2 ∶1，提高注入CO2的利用率)；③后期水驅(qū)(達(dá)到最大驅(qū)油效率和經(jīng)濟(jì)效益)的組合式驅(qū)油策略；④采用多種注采方案，進(jìn)行分區(qū)(井組)試驗(yàn)。

建議考慮室內(nèi)實(shí)驗(yàn)一維滲流與井網(wǎng)條件下三維流動(dòng)方式的不同，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)一步優(yōu)化注采方案、工作制度及注采參數(shù)；在不同的井區(qū)，開展不同方案的試驗(yàn)，以實(shí)際開發(fā)效果作比較，確認(rèn)方案的有效性。