扎爾則油田泥盆系F4頂層油藏注富氣混相驅實驗

婁兆彬，李道軒，吳修利，成偉

（1．中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油大學（北京）地球資源與信息學院，北京 102249；3.中國石化國際石油勘探開發有限公司，北京 100083）

扎爾則油田泥盆系F4頂層油藏注富氣混相驅實驗

婁兆彬1，2，3，李道軒3，吳修利3，成偉3

（1．中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石油大學（北京）地球資源與信息學院，北京 102249；3.中國石化國際石油勘探開發有限公司，北京 100083）

在扎爾則油田F4頂層油藏開展富氣混相驅，具有良好的儲層物性和流體性質條件。長細管實驗研究了注入富氣組成對混相驅效果的影響，確定了目前地層壓力、溫度條件下注入富氣的最小混相組成，并揭示注入富氣組成在影響驅油效率的同時，也影響驅油速度，且在近混相驅范圍內對富氣驅效果的影響更為強烈。長巖心驅替實驗表明：開發初期注富氣效果要好于水驅后注富氣，但水驅后注入最小混相組成流體仍可獲得非常高的驅油效率，高含水油藏注富氣混相驅有望大幅度提高原油采收率；隨著富氣注入量的增加，混相驅最終采收率也增加，但存在增幅減緩的“拐點”，原因是輕烴組分超越原油流動，使有效驅替容積部分損失，氣油比的“臺階”式變化將是經濟確定富氣注入量的重要標志；在富氣注入量較小時，連續注入比氣水交替注入效果好，建議扎爾則油田小型先導試驗采用連續注氣方式。

高含水油藏；富氣混相驅；細管實驗；長巖心驅替實驗；扎爾則油田

扎爾則油田（Zarzaitine）位于阿爾及利亞首都阿爾及爾東南1 500 km、撒哈拉沙漠東部、利比亞邊界附近的伊利茲（Illizi）盆地，平均地面海拔565 m，覆蓋面積100 km2。油田主力含油層系為泥盆系下段F4儲層，其構造形態為一軸向北北西—南南東向，西南部被斷層切割的不對稱背斜構造；儲層砂體平面分布穩定，地層傾角較小，3～4°；縱向上，自下而上劃分為Ⅰ至Ⅴ5個流動單元，Ⅲ單元底部發育一套全區分布的黏土層，其垂向滲透遮擋作用將油田劃分為頂、底2套開發層系；頂層油藏巖石儲集物性較好，平均滲透率317.95×10-3μm2，孔隙度22.02%，油藏埋深1 388 m，原始地層壓力12.45 MPa，地層溫度83.9℃，目前地層壓力11.02 MPa。

油田自1959年投入開發，在歷經天然能量開發、邊水推進、邊部注水和塊內點狀注水等幾個開發過程之后，頂層累計產油83.46×106m3，采出程度54.6%，綜合含水率75.55%，開發評價為嚴重水淹。目前除1口生產井頂、底合采開井外，其他頂層生產井全部關井。為探索頂層高采出、高含水油藏儲量進一步動用的潛力，借助油田豐富的天然氣資源，確定開展富氣混相驅提高采收率的室內實驗研究。

1 流體性質

1．1 注入富氣

注入富氣由天然氣和液化石油氣按比例混合而成，天然氣來自FGL處理廠終端出口，液化石油氣取自ALRAR的液化氣站。色譜分析2種介質：注入天然氣相對分子質量為21.83，組成以甲烷為主，摩爾分數75.38%；液化石油氣相對分子質量為46.16，組成以丙烷和丁烷為主，摩爾分數分別為82.42%和16.16%。

1．2 原油

實驗原油和產出天然氣樣品均來自ZR6井的井口分離器，對地面脫氣原油進行物化分析，在20℃地面條件下，脫氣原油密度為0.816 8 g/cm3，黏度7.16 mPa·s，凝固點-12℃，初餾點71.07℃，蠟質量分數7.71%，非烴類質量分數3.22%，未檢出瀝青質。

結合油田開發初期的原始PVT及目前的地層壓力、溫度和氣油比等資料，以飽和壓力為依據，對實驗地層原油進行復配。混配后地層原油密度為0.718 6 g/ cm3，黏度 0.601 mPa·s，氣油比 56.8 m3/m3，體積系數1.217；飽和壓力為10.12 MPa，與實際油藏飽和壓力10.20 MPa非常接近。混配原油物性參數顯示：扎爾則油田屬于典型的輕質油藏，原油物性較好，具有良好的富氣混相驅油藏流體條件［1-2］。

2 長細管實驗

2．1 實驗參數

細管為填砂不銹鋼鋼管，長度20 m，直徑0.604 cm，填砂介質孔隙體積205.7 cm3，滲透率19.6 μm2，孔隙度36.4%；實驗壓力分別選取注水井平均注入壓力13 MPa和目前地層壓力11 MPa，實驗溫度83.9℃。

2．2 實驗步驟

以甲苯清洗長細管及流程，用N2吹干后，測量氣相滲透率；抽空8 h，飽和甲苯，測細管孔隙體積和孔隙度；以1.2 PV脫氣原油驅替甲苯，靜置6 h后，再以復配地層油驅替脫氣油，直至氣油比等于地層原油氣油比；定摩爾比注液化氣與天然氣的混合物約1.3 PV，速度0.2 cm3/min，記錄泵讀數、壓差、產量等數據；驅替結束后，以甲苯清洗流程，采用分光光度計分析剩余油量，以驗證實驗準確性。

2．3 實驗結果

設計不同的注入混合氣液化氣摩爾比例（以下稱“注入混合氣富化量”），在13 MPa和11 MPa壓力下分別開展實驗，實驗結果見表1。

表1 長細管驅替實驗結果

依據Holm和Tosendal對混相驅油效率94%的界定標準，結合實驗過程中流出物的顏色、相態等產出特征判定：在13 MPa實驗壓力下，當注入混合氣富化量大于或等于34.8%時，細管實驗驅替效率達到95.6%，為混相驅替；在11 MPa實驗壓力下，當注入混合氣富化量大于或等于37.1%時，細管實驗驅替效率達到95.7%，為混相驅替，注入混合氣富化量35.2%對應實驗驅替效率92.3%，屬近混相驅替。

房屋建筑企業，在施工過程中做好成本管理對于企業來說具有重要意義。首先，做好成本管理能夠避免施工中對人力、物力的不合理消耗，很大程度上節約成本。其次，做好成本管理能夠使建筑企業在施工過程中不是盲目的而是有計劃的進行，大大減少了工作失誤，提高了工作效率。除此之外最重要的就是在競爭日益激烈的市場環境下，能夠有效的增強市場競爭力。而目前，許多建筑企業忽視了成本管理的重要性，意識上不去，行動也就隨之緩慢，最終只會導致企業停滯不前，所以，在這個時代背景下，建筑企業為了能有一席之地就要重視成本管理的作用。

2．4 確定最小混相組成

繪制注入混合氣富化量與細管實驗驅油效率的關系曲線（見圖1），確定扎爾則油田在83.9℃油藏溫度條件下的最小混相組成：在13 MPa平均注水壓力下，注入混合氣最小富化量為33%；在11 MPa平均地層壓力下，注入混合氣最小富化量為36.0%，現場可根據實際注入壓力適度調整注入混合氣富化比例。

圖1 細管實驗確定最小混相組成

2．5 混合氣組成對富氣驅的影響

扎爾則油田富氣驅有非常好的驅油效果，在混相驅條件下，驅油效率可達96.0%以上；在非混相驅條件下，也可獲得較高的驅油效率，但不同的混合氣富化度區間，混合氣組成對驅油效率的影響有所不同。觀察實驗壓力為13 MPa的細管實驗結果（見圖2），在混相驅范圍內，混合氣富化量由41.0%提高到59.1%，驅替效率由95.7%增加到96.4%，驅油效率/混合氣富化量增幅比為0.039；在近混相驅范圍內，混合氣富化量由31.6%提高到34.8%，驅替效率由87.2%增加到95.6%，增幅比為 2.625，而在非混相驅范圍，此比例約為0.344，說明在近混相驅范圍內，混合氣組成變化對富氣驅油效率的影響更為強烈。

圖2 不同混合氣組成細管實驗采出關系曲線

混合氣組成在影響富氣驅最終采收率的同時，也影響采油速度。隨注入混合氣富化量的增加，細管實驗采油速度增加，混相驅到達最大采出程度的時間早，而非混相驅速度則較晚（見圖2）。其原因是：注入富氣經過與原油的接觸、混合、傳質后，“中間烴”組分進入原油并與之混合，而以甲烷為主的“輕烴組分”透過原油首先到達細管出口端［3-4］，正是由于“輕烴組分”的透析滲流，使得注入氣損失了部分有效驅替體積，才導致了富氣非混相驅的氣體突破相對滯后，因而，低富化量的富氣非混相驅盡管可以實現較高的洗油效率，但相對混相驅，注入富氣多、實施周期長。

3 長巖心驅替實驗

3．1 實驗參數

實驗天然巖心取自泥盆系F4-Ⅲ，F4-Ⅳ兩個儲層，篩選備好的小巖心柱有26塊，將小巖心柱按滲透率調和平均拼接［5］，拼接后巖心長度為178 cm，平均直徑2.52 cm，巖心孔隙體積209.52 cm3，空氣滲透率67.5× 10-3μm2，孔隙度23.6%，束縛水飽和度為39.2%；實驗控制回壓11 MPa，凈覆壓5 MPa，實驗溫度83.9℃；基于長細管實驗，長巖心驅替過程注入混合氣富化量選擇最小混相組成36%；其他相關參數同細管實驗。

1）將處理、拼接好的長巖心裝入巖心夾持器，加環壓；2）注N2測巖心氣相滲透率；3）抽空并飽和地層水，測巖心孔隙體積和水相滲透率；4）升壓至實驗壓力，恒溫（83.9℃）靜置24 h，注入復配地層油2 PV，建立原始含油飽和度；5）以0.15 cm3/min注入速度按實驗要求注氣或注水，錄取排量、產油（氣）量、驅替壓差等數據；6）實驗后，用溶劑清洗巖心至采出液與溶劑顏色完全一致，用分光光度計測殘余油量，以驗證實驗結果準確性。

為研究注入時機、注入量和注入方式對富氣混相驅效果的影響，共完成長巖心驅替實驗6組，包括“水驅+富氣驅+水驅”實驗4組、“富氣驅+水驅”實驗1組和“水驅+交替注富氣+水驅”實驗1組。

3．3 實驗結果分析

3．3．1 注入時機的影響

為觀察注入時機對混相驅效果的影響，研究高含水油藏富氣混相驅的適用性，設計了不同富氣注入時機的2組實驗：一組實驗在水驅前直接向飽和地層油的長巖心注入富氣，共注富氣0.5 PV，后接水驅；另一組實驗則是先注水，待含水率達98%后，再轉注富氣0.5 PV，后接水驅。實驗結果見圖3。

同樣是注富氣0.5 PV，水驅前注富氣的最終采收率為80.73%，而水驅后再注富氣的最終采收率降至74.05%，兩者相差6.68%，說明油田開發初期注富氣的效果要好于水驅后注富氣；此外，早注富氣也有利于油田采油速度的提高。

但同時也應該看到，長巖心驅替實驗前期水驅的最終采收率僅為44.02%，如果接注富氣0.5 PV后再水驅，最終采收率可在前期水驅基礎之上再提高30.04%，說明在目前地層壓力和溫度條件下，細管實驗優化得到的最小混相組成有非常好的洗油效率，在高含水情況下也可較大幅度地提高采收率。

圖3 注入時機對富氣混相驅效果的影響

3．3．2 富氣注入量的影響

注入液化氣和天然氣的成本是影響混相驅經濟評價指標的主要因素。為研究富氣注入量對混相驅效果的影響，設計了0.2，0.3，0.5，0.9 PV 4種大小不同的富氣段塞，分別開展實驗：實驗先注水驅替飽和地層油的巖心，待含水率達到98%以上后，轉注富氣，富氣段塞后再接水驅至含水率98%以上。實驗結果見表3。

表3 不同富氣注入量的長巖心實驗結果

不同實驗前期水驅的采出程度基本一致，平均值為44.36%；隨著富氣注入量的增加，最終采出程度趨于增加，當富氣注入量增加到0.9 PV時，富氣驅階段氣油比達到7 000 m3/m3，注入氣出現突破，富氣混相驅效果不再隨富氣注入量的增加而增加；分析富氣注入量與提高采收率幅度之間的關系，富氣混相驅提高采收率幅度隨富氣注入量的增加而增加，但當富氣注入量大于0.3 PV時，采收率提高幅度明顯減緩，0.3 PV注入體積是經濟評價富氣注入量的關鍵點。

影響氣驅采收率提高的主要原因，通常是不利的油/氣流度比和由此導致的“氣竄”問題［6-7］。但本實驗除注0.9 PV富氣段塞出現氣體突破外，其他注入量均未出現氣體突破，說明采收率增幅明顯減緩的原因不是“氣竄”問題。據前述細管實驗的研究，富氣驅具有輕烴組分超越原油并首先到達巖心出口端的流動特征，為研究長巖心實驗輕烴組分到達巖心出口端的時間，分析了不同實驗過程的氣油比變化，發現長巖心驅替實驗的氣油比也存在“臺階”式變化，并且所有實驗的氣油比“臺階”式變化都出現在注富氣約0.3 PV時，說明富氣中輕烴組分超越原油流動并首先到達巖心出口端，使得注入富氣損失了部分有效驅替體積，才是造成長巖心驅替實驗采收率提高幅度下降的真正原因。

綜上所述，在礦場應用中，氣油比的增加將是影響富氣混相驅經濟評價的重要因素，氣油比的“臺階”式變化將是確定富氣混相驅注入量的一個重要標志。

3．4．3 注入方式對混相驅效果的影響

注入方式分為連續注氣和氣水交替注入。本實驗氣水交替注入方式設計富氣注入量為0.3 PV，在水驅后分3個段塞注入，每個段塞注0.1 PV，中間間隔0.1 PV注水，實驗與連續注富氣0.3 PV對比結果見圖4。同樣是水驅結束后注0.3 PV富氣，連續注入方式可在水驅基礎之上提高采收率25.01%，而氣水交替注入方式提高采收率幅度為17.27%，兩者相差7.74%。

圖4 注入方式對富氣混相驅效果的影響

由于可改善驅替剖面，氣水交替注入方式的采收率通常高于單一注氣［8-9］。本實驗氣水交替注入效果變差的原因主要是注入水對富氣段塞的“卡斷”作用，這種“卡斷”作用主要體現在2個方面：一是注入水“卡斷”了富氣對原油的連續驅動，使混相驅見效滯后，連續注氣在注氣開始后0.2 PV出現含水率下降，而氣水交替是在注氣開始后0.34 PV才出現含水率下降；二是注入水“卡斷”了富氣與原油的接觸，相對連續注氣，氣水交替注入的含水率下降曲線被“卡斷”成楔狀的2個狹窄部分（見圖4b），整體增油效果明顯變差。

氣水交替注入受富氣注入量、段塞大小和交替輪次等因素控制［10］。實驗表明：當富氣注入量和段塞尺寸設計較小時，富氣混相驅氣水交替注入方式不如連續注入效果好；同時，水氣交替注入會抬高驅替壓差，隨著交替輪次的增加，驅替壓差將進一步增加［10-11］。

4 結論

1）通過細管實驗，確定了扎爾則油田富氣混相驅的最小混相組成。在目前地層壓力11 MPa條件下，注入混合氣最小富化量為36.0%；不同范圍內的混合氣組成對驅油效率的影響有所不同，在近混相驅范圍內，混合氣組成對富氣驅油效率影響更為強烈；富氣非混相驅也可獲得較高的最終采收率，但隨著混合氣富化量的降低，富氣注入總量會增加。

2）長巖心驅替實驗表明，油田開發初期注富氣效果要好于水驅后注富氣，并且采油速度較高。但在目前地層壓力和溫度條件下，細管實驗優化得到的最小混相組成有非常好的洗油效果，水驅后注富氣仍可大幅度提高原油采收率，扎爾則油田高含水油藏富氣混相驅有望獲得好的驅油效果。注水后再注富氣將抬高注入壓力，對地面設備要求較高。

3）隨富氣注入量的增加，混相驅采收率增加，但存在增幅減緩的“拐點”，原因是輕烴組分超越原油流動使有效驅替容積部分損失，氣油比的“臺階”式變化是確定富氣注入量的重要標志。氣水交替注入采收率通常高于連續注氣，但當富氣注入總量和段塞尺寸較小時，連續注入比氣水交替效果好，建議扎爾則油田小型先導試驗采用連續注氣方式。

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（編輯 王淑玉）

Laboratory experiment of enriched-gas miscible flooding in top layer of Devonian F4in Zaraitine Oilfield

Lou Zhaobin1，2，3,Li Daoxuan3,Wu Xiuli3,Cheng Wei3
(1.Research Institute of Petroleum Exploration and Production,SINOPEC,Beijing 100083,China;2.College of Geo-Resources and Information,China University of Petroleum,Beijing 102249,China;3.International Petroleum Exploration and Development Co.Ltd, SINOPEC,Beijing 100083,China)

There are the favorable conditions of reservoir property and fluid property for enriched-gas miscible flooding in top layers of Devonian F4in Zaraitine Oilfield.Experimental displacements with differently-enriched gases had been carried out in a slim tube, by which the minimal miscible composition under the conditions of present reservoir pressure and temperature was determined and the mechanism that the composition of injected enriched-gas affects both flooding efficiency and oil production rate,especially in the process of miscible flooding,was unveiled.Long core tests concluded that the gas injection before water flooding was better than that after water flooding,however,a remarkably high oil recovery was gained ultimately,proving that there still existed a great potential for enriched-gas displacement in high water cut zone.The ultimate recovery with miscible flooding increased as a large amount of enriched gas was injected,but there was a turning point of production rate slowed down because the light hydrocarbon component overstepped the oil flow to lose the volume of effective displacement.Thereby,the properly proposed and injected amount of enriched gas should be determined economically upon the time when the first jump of GOR was found.With small injected amount of enriched gas,the effect of continuous gas injection was better than WAG pattern.Continuous gas injection was recommended for small-scale pilot test in Zarzaitine Oilfield.

High water cut reservoir;enriched-gas miscible flooding;slim tube experiment;long core test;Zarzaitine Oilfield

中國石化國際油氣先導試驗項目“扎爾則油田提高原油采收率技術研究”（I0012002ZY0047）

TE357.45

：A

1005-8907（2012）02-0213-05

2011-09-30；改回日期：2012-01-11。

婁兆彬，男，1968年生，博士，高級工程師，現從事油氣藏工程方面的科研工作。E-mail：zblou@sipc.cn。

婁兆彬，李道軒，吳修利，等.扎爾則油田泥盆系F4頂層油藏注富氣混相驅室內實驗［J］.斷塊油氣田，2012，19（2）：213-217. Lou Zhaobin，Li Daoxuan，Wu Xiuli，et al.Laboratory experiment of enriched-gas miscible flooding in top layer of Devonian F4in Zaraitine Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：213-217.