水驅廢棄油藏CO2驅提高采收率技術研究

國殿斌，房倩，聶法健

（中國石化中原油田分公司勘探開發科學研究院，河南 濮陽 457001）

水驅廢棄油藏CO2驅提高采收率技術研究

國殿斌，房倩，聶法健

（中國石化中原油田分公司勘探開發科學研究院，河南 濮陽 457001）

中原油田經過30多年高速水驅開發，已進入總體遞減階段，但油藏高溫、高地層水礦化度特點限制了化學驅的應用。為改善特高含水開發后期油藏開發效果，中原油田在濮城油田沙一下水驅廢棄油藏開辟了先導試驗區。以CO2驅提高水驅廢棄油藏采收率為目的，研究形成的特高含水期油藏剩余油微差異刻畫技術、CO2驅驅油機理認識、注采參數優化方法，以及配套防腐、防竄工藝技術，已應用于2個試驗井組，采出程度提高了6.5%。預計濮城沙一下整體實施后，原油采收率提高9.9%，年增產原油超過2×104t，為探索水驅廢棄油藏及特高含水油藏提高采收率提供了一項新技術。

CO2氣水交替驅；水驅廢棄油藏；提高采收率；CO2泡沫；防腐

CO2驅提高采收率技術已廣泛應用于各類油藏，但國內外的研究主要集中在低滲透油藏，中、高滲水驅廢棄油藏CO2驅提高采收率技術的研究尚未見報道［1-4］。濮城沙一下油藏經過30多年的水驅高速開發，面臨著剩余油高度分散、挖潛難度大、水驅經濟效益低等問題，為高含水（98%）、高采出（51.2%）的水驅廢棄油藏。同時，油藏高溫、高鹽特性也限制了化學驅、微生物驅等三次采油技術的應用。但油藏地層壓力高、原油黏度低，有利于氣驅提高采收率。本文重點開展了剩余油微差異、CO2驅機理、注采參數優化方法及配套工藝技術等方面研究，研究成果已經應用于濮城沙一下油藏CO2驅先導試驗實踐，取得了特高含水期進一步提高采收率的重大突破，為中原油田今后特高含水期油藏開發提供了前瞻性研究和技術儲備。

1 試驗區概況

濮城沙一下油藏位于濮城長軸背斜構造的東北翼，為巖性-構造油藏，油層埋深2 280～2 437 m，油水界面2 437 m；含油面積14.5 km2，有效厚度5.3 m，孔隙度28.1%，滲透率690×10-3μm2，油藏溫度82.5℃，地層水礦化度24×104mg/L，氯離子質量濃度16×104mg/L，石油地質儲量1 135×104t；共有5個含油小層，2個主力小層沙一下12，13均為全區分布，地質儲量為1 048×104t，占全油藏的92.3%。標定采收率51.3%，可采儲量582×104t。該油藏于1980年4月投入開發，同年5月開始注水，一直保持著較高的采油速度生產，連續10 a采油速度保持在2%以上，最高達到7.86%。1998年采出程度達到50.04%，含水率98.44%，進入注水開發廢棄階段。濮城沙一下油藏在中原油田的一類層中極具代表性。

2 剩余油微差異研究

濮城沙一下油藏剩余油飽和度低，且高度分散，給剩余油進一步挖潛帶來困難［5］。通過對濮城沙一下油藏開展精細化油藏描述，強化了薄夾層、流動單元、微構造及剩余油分布的影響因素研究，結合井間示蹤劑描述、測井、巖心觀察等方法，分析了長期注水開發對儲層非均質性的影響，用數值模擬方法對差異剩余油進行飽和度細分，明確了剩余油微差異分布。如表1所示：從飽和度分級統計來看，剩余油主要分布在30%～40%，此部分剩余油是CO2驅提高采收率的重點。

表1 沙一下5個小層不同飽和度級別的剩余油地質儲量

密閉取心井資料分析結果也表明：經過強水洗后，層內、層間含油飽和度仍有較大差異，且薄夾層對剩余油分布有一定的控制作用，其中物性好、水洗嚴重的部位含油飽和度在30%左右，物性差的部位含油飽和度為40%～50%。

3 水驅廢棄油藏CO2/水交替驅油機理

通過油藏注入CO2流體物性變化、細管試驗和2 m原狀長巖心不同段塞驅替室內試驗研究，不僅確定了濮城沙一下油藏的混相壓力，明確了水驅廢棄階段CO2降黏、萃取、膨脹等驅油機理，而且優選了注入方式，定性地優化了注CO2/水交替驅段塞組合。

3.1 細管試驗

細管試驗表明：82.5℃條件下濮城沙一下油藏CO2驅最小混相壓力約為18.42 MPa，在目前地層條件下（20.2MPa）注入CO2可實現混相驅（見圖1），獲得很高的采收率。

圖1 細管試驗采出程度與注入壓力的關系

3.2 驅替機理

原油中的輕烴可溶于注入水，并隨產出液采出，使得巖心原油組分發生變化。通過長巖心試驗產出物組分前后變化的分析發現（見圖2、圖3）：進行水驅時，輕烴含量逐漸降低，而注入CO2后，輕烴含量恢復到油藏開發初期水平，說明氣水交替驅波及到了水驅波及不到的原油。

圖2 水驅過程中產出物組分與注入孔隙倍數關系

圖3 CO2/水交替注入過程中產出物組分與注入孔隙倍數關系

4 CO2驅注采參數優化方法

綜合運用室內驅替試驗、組分數值模擬方法，針對濮城沙一下水驅廢棄油藏開展了注入方式優選和注入段塞優化研究［6-7］。

4.1 注入方式優選

設計持續注水、水驅廢棄后持續注CO2和水驅廢棄后CO2/水交替驅3種不同的注入方式，通過長巖心驅替試驗開展注入方式優選研究，優選注入方式為CO2/水交替驅。

1）持續注水：注入0.11 HPV水時，原油采收率為58.10%，繼續注水至8.78 HPV時，采收率為63.70%，含水率超過98%后，持續注水采收率提高幅度不大。

2）水驅后持續注CO2：水驅至含水98%后，轉注CO2，累計注入 1.48 HPV的 CO2，原油采收率達88.51%，比注水開采高31.08個百分點，水驅后持續注氣，采收率比持續水驅明顯提高，但注氣量大。

3）水驅后 CO2/水交替注入：開展了段塞為 0.1 HPV（共4個CO2段塞，總注入量為0.4 HPV）的CO2/水交替注入長巖心試驗研究，原油采收率高達93.00%，比注水開采高35.80個百分點。水驅后氣/水交替注入提高采收率幅度最高，且注入CO2量少。

4.2 注入段塞優選

分別進行了段塞為0.10 HPV（4個CO2段塞，總注入量為0.40 HPV），0.02 HPV（7個CO2段塞，總注入量為0.15 HPV）的CO2/水交替注入長巖心試驗研究。

物理模擬試驗研究表明：采用CO2大段塞注入時，見效快，增油效果顯著，含水下降漏斗明顯（見圖4），但氣水交替驅過程中CO2突破快，突破后壓力迅速下降；采用小段塞注入時，見效慢，含水漏斗小（見圖5），可增加驅替阻力，提高注入壓力，擴大波及體積。因此，首段塞應采用大段塞，保證混相效果，后續采用小段塞，控制氣體突破，擴大波及體積。

圖4 段塞為0.10 HPV時采出程度與含水率變化

長巖心驅替試驗相對微觀，僅能得到定性的優化結果，定量優化現場試驗注采參數需要應用數值模擬方法。水驅廢棄油藏CO2驅的滲流特征主要體現為：1）CO2平面上易指進，縱向上存在重力傾覆現象；2）注入CO2后，地層原油組分變化大；3）地層含水飽和度高，CO2在水中的溶解擴散較為顯著。

圖5 段塞為0.02 HPV時采出程度與含水率變化

針對上述特點，通過精細化擬組分劃分、網格尺寸和差分算法優化，并建立CO2在地層流體中的溶解和擴散模型，可更精確地刻畫CO2在流體中的滲流特征。應用數值模擬方法，對濮城沙一下油藏濮1-1井組CO2驅的注采方式、注采參數、燜井時間等開展了優化研究，優化結果如表2所示。

表2 濮1-1井組CO2提高采收率推薦方案開發設計參數

5 CO2驅配套工藝技術

5.1 注采系統防腐蝕

5.1.1 注入井

對注入井而言，注入純CO2并不產生腐蝕，因此，注入井防腐主要是解決油套環空和水氣交替時可能產生的腐蝕。在油套環空中使用N80全新氣密封油管，采用卡頂封保護套管，并在環空注入緩蝕劑，防止油套環空產生腐蝕。另外，在注氣開始時注入部分柴油，以避免水、氣直接接觸產生腐蝕也是行之有效的措施。由現場監測結果看，通過上述措施，注入井無腐蝕現象。

5.1.2 采出井

采出井流體中CO2和水含量大，易發生腐蝕。試驗數據表明，不加緩蝕劑時，CO2腐蝕速率達0.740 mm/ a，為部頒標準0.076 mm/a的近10倍。

經過配方調整，優選出90℃高溫下緩蝕性能優良的3#抗CO2緩蝕劑。該緩蝕劑可有效降低腐蝕速率，但現場應用表明，單獨使用緩蝕劑仍不能完全解決腐蝕問題。對此，優選出綜合性能良好的A21型犧牲陽極。采用尾管下油管陰極保護器+加入CO2專用緩蝕劑復合防腐技術，腐蝕狀況得到較好的控制。

5.2 CO2防氣竄技術

在CO2驅開發過程中，由于注入氣黏度低，氣竄現象普遍存在，而且，長期注水沖刷形成的高滲層加劇了氣竄。為了有效抑制氣竄，擴大CO2驅替的波及體積，在濮1-1井組開展了“深部復合調剖+泡沫體系”進行封竄。調后整體上吸水剖面有所改善，注氣壓力由5.0～5.5 MPa上升到6.5～8.0 MPa。層間，物性差些的沙一下12小層吸水強度得到加強，13小層有所抑制；層內，13小層中物性好的2小層有所抑制，物性差的3小層得到加強。

6 試驗井組設計及實施效果評價

6.1 先導井組試驗設計

濮城沙一下油藏部署了3個井組進行先導試驗。目前，濮1-1井組已完成設計6個CO2段塞，正實施單注沙一下12小層后續調整方案；濮1-59井組已完成第一個注氣段塞，正在進行第一個CO2段塞水注入；濮1-90井組處于準備實施階段。

6.2 濮1-1井組現場實施效果

6.2.1 增油效果

濮1-1井組于2008年6月1日正式注入CO2段塞，截至2012年1月31日，總注水66 067 m3（0.65 PV），總注氣22 784 t（0.29 PV），累計增油5 753 t，采出程度增加6.5%，預計最終提高采收率9.9%，礦場試驗表明增油效果顯著。

6.2.2 混相開發特征

現場觀察到明顯的混相特征：見效后原油顏色由黑色變成褐色；原油密度由0.864 g/cm3下降到0.835 g/cm3；原油地面黏度由見效前的24.66 mPa·s下降到7.99 mPa·s；產出物組分發生明顯變化，除去CO2后的伴生天然氣近似于原始原油溶解氣性質，原油烴組分中間烴含量上升，重烴含量明顯下降。

7 結論

1）濮城沙一下油藏剩余油飽和度低，且普遍分散，主要分布在30%～40%；現場試驗表明，水驅廢棄油藏注CO2驅仍能大幅提高采收率。

2）濮城沙一下油藏最小混相壓力為18.42 MPa，在目前地層條件下注入CO2可實現混相驅；長巖心試驗和現場產出物組分檢測表明，氣水交替驅波及到了水驅波及不到的原油；CO2/水交替驅為最優注入驅替方式；首段塞應采用大段塞，保證混相效果，后續采用小段塞，控制氣體突破，擴大波及體積。

3）研制的“凝膠顆粒+耐溫抗鹽交聯聚合物”調剖體系與CO2泡沫防氣竄體系，能夠對氣體竄逸起到一定的封堵作用；通過研制的抗高溫CO2緩蝕劑和犧牲陽極材料配合應用，產出系統的腐蝕率控制在0.042 mm/a之下。

4）研究成果不僅可以在濮城沙一下油藏規模應用，并可推廣到中原油田3.19×108t的儲量。

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（編輯 趙旭亞）

Study on EOR of injection CO2for waterflooding abandoned reservoir

Guo Dianbin,Fang Qian,Nie Fajian
(Research Institute of Exploration and Development,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China)

After high-speed waterflooding development for more than three decades,Zhongyuan Oilfield has entered into a general descending stage,and the application of chemical drive is limited by high temperature and high formation water salinity in reservoir. In order to improve the development of high water cut reservoir at later development stage,Zhongyuan Oilfield opened up a pilot test area in the waterflooding abandoned reservoir in the lower part of the first member of Shahejie Formation,Pucheng Oilfield.This paper studied the micro-differences description of remaining oil,mechanism of CO2displacement,optimization method of injectionproduction parameter and matched anticorrosion and antichanneling technology at high water cut stage for the purpose of enhancing oil recovery of abandoned reservoir by using CO2displacement.The technologies mentioned above had been implemented in two test well groups,and the degree of reserves recovery increased by 6.5%.The whole project is expected to enhance the oil recovery of 9.9% on the basis of waterflooding abandoned reservoir,and annual increase of crude oil production will reach more than 20,000 tons, which can provide a new technology for enhanced oil recovery in high water cut reservoir and waterflooding abandoned reservoir.

alternative displacement of CO2/water;waterflooding abandoned reservoir;EOR;CO2foam;anticorrosion

TE357.7

：A

1005-8907（2012）02-0187-04

2012-02-01；改回日期：2012-03-03。

國殿斌，男，1975年生，高級工程師，從事油藏地質及油氣田勘探開發方面的研究工作。

國殿斌，房倩，聶法健.水驅廢棄油藏CO2驅提高采收率技術研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（2）：187-190. Guo Dianbin，Fang Qian，Nie Fajian.Study on EOR of injection CO2for waterflooding abandoned reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：87-190.