龍虎泡油田高臺子油層二氧化碳驅最小混相壓力研究

苗國鋒

(中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院,黑龍江大慶163712)

龍虎泡油田高臺子油層二氧化碳驅最小混相壓力研究

苗國鋒

(中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發研究院,黑龍江大慶163712)

最小混相壓力是確定油藏能否采用混相驅的重要依據,測定最小混相壓力方法最好的是細管實驗法。應用細管實驗法對大慶龍虎泡油田高臺子油層進行了二氧化碳驅最小混相壓力的測定,并利用經驗公式對最小混相壓力進行計算,確定高臺子油層二氧化碳驅最小混相壓力為21.7MPa,由于最小混相壓力高于地層壓力(地層壓力18.18MPa),因此,二氧化碳驅油過程為非混相驅,但可以達到近混相。

龍虎泡油田;高臺子油層;最小混相壓力;室內實驗;細管實驗

龍虎泡高臺子油層油藏埋深為1 783.7m,孔隙度11%～17%,平均13.5%,空氣滲透率(0.08～30)×10-3μm2,平均 0.78×10-3μm2。目前平均注水壓力達到24.9MPa,注水壓力高,大多數注水井處于超破裂壓力注水,采油井的30%因高含水處于關井狀態,油井措施潛力小,產量逐年下降,水驅開發難度大,采出程度低。因此,探索CO2驅的可行性是十分必要的。

最小混相壓力是確定二氧化碳與地層原油能否混相的關鍵指標,測定最小混相壓力的主要方法有四種:細管實驗法、升泡儀法、蒸汽密度法及界面張力消失法,但研究認為細管實驗法能給出具有重復性的精確結果,成為目前國內外公認和通用的確定最小混相壓力的方法[1]。關于最小混相壓力的預測方法很多,本文運用細管實驗法結合篩選的經驗公式對高臺子油層最小混相壓力進行預測。

1 細管實驗法

1.1 實驗設備及流程

1.1.1 實驗設備

本次實驗油樣均取自龍虎泡油田高臺子油層產出井,實驗溫度為74.8℃(油層溫度)。細管實驗設備主要由高壓物性儀、混相儀、計量泵、氣體流量計、氣瓶、中間容器等組成。混相儀中細管模型參數:直徑4mm,長度43m的不銹鋼管,并由200目玻璃單體填充而成。最大工作壓力50MPa,滲透率6.246×10-3μm2,孔隙度37.3%。

1.1.2 實驗流程

(1)地層油的配制:油樣為地面原油加入煤油后和天然氣配制(表1)。注入氣體為純度99.9%的二氧化碳。

表1 配制地層油與實際底層油高壓物性參數對比

(2)最小混相壓力的測定過程[2]:將細管加熱恒溫后抽空。用恒速泵將配制的飽和油樣壓入細管模型中。進泵2PV時停止進泵,記錄注入盤管的原油體積。通過手動泵,將回壓升至預定壓力,但低于注氣壓力2MPa。在恒壓下開泵注入 CO2驅替,并打開細管出口閥門。驅替過程中,定時測定產油量、氣量、注氣量,氣驅至累積注氣量大于1.2PV時,停止驅替。驅替結束后,將甲苯、石油醚直接注入細管,清洗細管,然后,用高壓空氣把管線吹干,按前面的過程進行下一個壓力點下的細管驅替實驗。

1.2 氣體驅油的結果與分析

影響CO2驅最小混相壓力的因素很多,主要有[3]:①原油組成和性質:稠的、高瀝青質、高沸點組分高的最小混相壓力高,原油密度和分子量越大,MMP越高;中間烴C5-C21含量越高,混相壓力越小,原油中 C1含量高,則最小混相壓力上升。②混相壓力隨地層溫度的升高而升高。③注入氣的影響:甲烷和N2、CO2相比都是輕組分,隨注入氣中輕組分含量的增加,萃取能力下降,而如果存在 H2S、液化氣、C2+烴組分時可降低最小混相壓力。④地層巖石滲透性越好,混相壓力越低。

在不同壓力下驅油的采收率與壓力關系曲線中最終采收率為90%時對應的壓力見表2、圖1,確定油樣與CO2的最小混相壓力為21.7MPa。高臺子油層原油與CO2的最小混相壓力高于地層壓力(18.18MPa),CO2驅時只能是非混相驅油,但在地層壓力下可達到近混相。

表2 CO2在不同壓力下驅油的最終采收率

圖1 采收率與壓力關系曲線

在細管實驗中,除根據氣驅采收率確定最小混相壓力外,同時可在透明觀察窗中觀察(圖2),如果注入氣與原油有明顯界面的兩相流體,說明沒有達到混相,如果原油由黑色變成橙紅色、黃色,最后變成透明黃色,說明界面消失,達到混相。

2 經驗公式法[1]

決定二氧化碳與原油混合物相態的因素是原油的組成和性質、二氧化碳的組成和性質以及溫度和壓力。韓培慧等人研究認為[3],Silva方法把混相壓力作為原油分子量分布的函數,能更充分地體現原油各組份對混相壓力的貢獻太小,其它方法僅利用原油的平均分子量而不考慮原油分子量的分布。對Silva方法預測35種原油的最小混相壓力結果與實測最小混相壓力進行了比較,檢驗了Silva方法的精度,對于大多數原油預測偏差不超過10%。因此,Silva方法預測的結果與實際最為接近,可以用來預測原油與二氧化碳的最小混相壓力。

圖2 CO2驅油過程中原油顏色變化1-0.094PV;2-0.183PV;3-0.270PV;4-0.347PV;5-0.490PV;6-0.540PV;7-0.629PV;8-1.2PV

原油中分子大小的分布對最小混相壓力的影響比烴結構變化的影響大得多。Silva方法把最小混相壓力作為原油分子量分布的函數建立關系式,按下式給出 C2～C31各餾分烴(不包括 C1,N2,CO2,H2S等非烴)的歸一化重量分數Wic2+:

Wi為組分i的重量分數,i=31時為C31以上所有組分的重量分數。

CO2與原油混合物達到相平衡時組分i在富CO2相和富油相間分配系數Ki為:

重量組成參數F:

最小混相壓力下的CO2密度ρpmm為:

利用R-K狀態方程:

式中,a=0.427 48R2Tc2.5/Pc;b=0.086 64R Tc/Pc。

已知油層溫度T=347.8K;氣體通用常數R=8.2MPa·cm3/mol;CO2分子質量 M=44;CO2臨界溫度Tc=304.2K;CO2臨界壓力Pc=7.29 MPa。求得a=6.36×106,b=15.56。表3為色譜分析得到龍虎泡油田高臺子油層原油組成,計算得到F=1.044<1.467,代入公式(4)得ρpmm=0.642,將a、b、R、T、M、ρpmm代入公式(5)可求出 CO2與原油的最小混相壓力Pmm=22.62MPa。

表3 原油組成分析

應用了Silva方法對高臺子油層原油進行CO2驅時的最小混相壓力進行了預測(表4)。

表4 實驗室測量結果與Silva方法計算結果對比

從Silva方法預測的最小混相壓力結果與實測結果可以看出,相對誤差為4.24%。兩種方法所得結果比較接近,互相驗證了二氧化碳驅最小混相壓力的準確性。因此,高臺子油層原油與CO2最小混相壓力為21.7MPa。

3 結論及建議

(1)根據龍虎泡油田高臺子油層原油特性配制的油樣,利用細管法測定CO2與原油最小混相壓力為21.7MPa。

(2)利用室內試驗與經驗公式相結合更能夠較為準確地預測原油與CO2最小混相壓力。

(3)高臺子油層原油與 CO2最小混相壓力為21.7MPa,最小混相壓力高于地層壓力(18.18 MPa),CO2驅只能是非混相驅油,但可達到近混相。

(4)在目前形勢下,在二氧化碳驅試驗時可加入部分其它氣體,進一步降低混相壓力。

[1]李士倫,張正卿,冉新權,等.注氣提高石油采收率技術[M].成都:四川科學技術出版社,2001:85-98

[2]楊學鋒,郭平,杜志敏.細管模擬確定混相壓力影響因素評價[J].西南石油學院學報,2004,(6):26-33

[3]韓培慧,姜言里,張景存.大慶油田二氧化碳驅油最小混相壓力預測[J].油田化學,1989,(4):309-316

編輯:彭 剛

TE357.42

A

1673-8217(2010)03-0070-03

2009-09-09;改回日期:2010-01-08

苗國鋒,1981年生,2005年畢業于大慶石油學院石油工程專業,現從事低滲透油田三次采油方法研究。