低滲透油藏二氧化碳驅油防竄實驗研究

高樹生，胡志明，侯吉瑞，熊 偉

(1.中國石油大學，北京 102249;2.中油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007)

1 CO2驅油氣竄機理研究

實驗巖樣是非均質性較強的全直徑火山巖巖心，巖心的基本物性參數與實驗結果見表1。表1中的孔、滲數據說明該火山巖樣都屬于低滲透儲層，但孔隙度變化很大，表明巖心的非均質性較強。

表1 火山巖全直徑巖心物性參數

通過巖心氣驅水實驗，結合氣驅前后的核磁共振測試結果，可有效分析氣驅過程中巖心的非均質性對多孔介質大小孔道中氣水分布的影響[1－2]。由表1可知，2號巖心的氣驅水效率明顯偏低，而1號巖心滲透率很低，但其氣驅水效率卻較高，說明氣驅過程中氣水界面推進相對均勻，氣竄發生的比較晚，巖心的非均質性較弱，可見非均質性嚴重導致氣竄產生過早是氣驅采收率低的主要原因。

圖1為2塊巖心氣驅前后對應的T2弛豫時間譜。由圖1可知，1號巖心氣驅前后的T2譜線之間的面積明顯偏大，表明氣驅水效率高，達到53.90%;而2號巖心氣驅前后的T2譜線之間的面積要小得多，表明驅替過程中氣竄嚴重，氣驅水效率低，只有22.71%。這與巖心非均質性觀察結果完全一致，研究結果證明了儲層的非均質性是引起氣竄的關鍵因素。

2 防竄劑的作用機理研究

CO2驅油實驗中使用的驅替液是Ca(OH)2的水溶液，即石灰水[3－4]。石灰水中 Ca(OH)2的濃度達到0.008 g/L時，遇到CO2后會產生沉淀。評價實驗表明，100℃時Ca(OH)2的溶解度為0.08 g/L，大于產生沉淀的臨界濃度，可見儲層條件下CO2氣體遇到石灰水可以快速產生CaCO3沉淀，對非均質的高滲透儲層形成封堵效應，達到防止氣竄、提高CO2氣驅采收率的目的。

圖1 1號及2號巖心氣驅前后對應的T2弛豫時間譜

3 石灰水的防竄效果評價實驗

3.1 單巖心氣竄實驗評價

為了研究低滲儲層層內非均質性對于氣竄的影響[5]，選擇 SY1號低滲透砂巖儲層巖心進行CO2氣驅水防竄評價實驗，巖心物性參數:長度為4.97 cm，直徑為2.49 cm，孔隙度為16.7%，氣測滲透率為0.7010×10－3μm2。實驗過程與結果見表2。

表2 SY1號巖心評價過程及結果

由表2可知，低滲透巖心地層水測滲透率僅為0.032 ×10－3μm2，地層水驅后改為 CO2氣驅，注氣壓力為0.07 MPa，說明CO2氣體在低滲透巖心中的阻力很小;之后改為地層水驅替，穩定壓力與初始水驅相同，說明巖心中注入的CO2全部溶于地層水中被驅替出來;此時開始注入濃度為0.1%的石灰水，注入過程中驅替壓力較水驅略有升高，滲透率略有降低，這是巖心堿敏效應產生的結果，與儲層黏土礦物含量有關，不影響實驗結果;石灰水驅壓力穩定后，注入CO2氣體，巖心的注氣壓力顯著增加，達到0.21 MPa，說明巖心對于CO2氣體的阻力較之注石灰水以前增加了2倍，石灰水與CO2發生反應生成的CaCO3沉淀是導致低滲透巖心氣驅壓力顯著增加的主要原因?？梢娫诘蜐B透儲層中先注入石灰水，可有效防止后續注入的CO2氣體發生氣竄，從而增加氣體波及體積，提高最終驅油效率。

3.2 多巖心并聯氣竄實驗評價

為了研究低滲儲層層間非均質性對于氣竄的影響，選擇2塊級差為3.6的低滲透砂巖巖心模擬層間非均質儲層，進行地層水、石灰水和CO2氣驅防竄評價實驗[6－8]。巖心的物性參數見表3，實驗過程與結果見表4。

表3 并聯實驗巖心基本參數

表4 層間非均質氣竄評價實驗過程與結果

由表3、4可知，氣測滲透率分別為0.39×10－3、1.39 ×10－3μm2，極差為3.6 的2 塊低滲巖心的水測滲透率分別為 0.03 ×10－3、0.44 ×10－3μm2，水測滲透率級差近14倍，說明低滲透儲層氣測滲透率越低，在水驅過程中其滲透率損失程度越大，從而導致低滲儲層非均質性增加，氣竄更加嚴重。因此，低滲透非均質油藏水驅后期改注氣驅時，防止氣竄是提高注氣效率的關鍵。

2塊巖心并聯后形成的非均質儲層水測滲透率變為0.38×10－3μm2，略小于非均質層中高滲層的滲透率，證明非均質儲層的滲透率主要決定于其中的高滲層。水驅結束后改注石灰水驅替，由于堿敏效應，滲透率降低到0.28×10－3μm2，之后開始改注CO2氣驅，由于巖心被石灰水飽和，因此在CO2的注入過程中發生反應生成CaCO3沉淀，導致氣驅壓力不斷上升，直到高于水驅壓力(0.74 MPa)，起到了防止CO2氣竄的作用，同時2塊巖心的出水量均有增加，特別是低滲巖心出水量顯著增加，證明在低滲透非均質油藏中注石灰水后再注CO2氣驅，防竄效果明顯，驅油效率顯著增加。氣驅結束后再進行地層水驅替，發現水驅壓力明顯增加，直到1.56 MPa，之后再改注石灰水，溶解CaCO3沉淀，壓力才開始下降并逐漸穩定在0.72 MPa，滲透率最低值降到了0.11×10－3μm2，與低滲透巖心的級差只有3.6，有效防止了氣竄的發生，同時又大大提高了CO2在低滲透儲層中的驅替能力。

圖2是水氣交替驅替過程中壓力的變化規律。由圖2可知，非均質低滲透儲層在石灰水驅替結束后注入CO2氣體，巖心的滲流阻力顯著增加，防竄措施效果明顯。氣驅結束后注水驅壓力最高可以達到1.56 MPa，遠遠大于CO2氣驅前巖心的水驅壓力(0.59 MPa)，封堵能力提高了3倍多。實驗結果與單巖心封堵防竄評價結果基本一致，說明石灰水可以明顯增加低滲儲層CO2氣驅過程中的吸氣剖面，有效改善氣驅的防竄效果，提高最終驅油效率。

圖2 并聯非均質巖心石灰水+CO2+地層水驅替壓力變化

4 CO2驅油效果評價實驗

為了評價防竄劑在低滲非均質油藏注CO2驅油過程中的防竄效果，選取了滲透率級差為9的2塊低滲透巖心組成非均質儲層，分別進行“地層水+CO2+地層水”和“石灰水+CO2+地層水”2種驅替方式重復對比模擬實驗，研究不同氣水組合過程中的壓力變化及驅油效果，評價石灰水作為防竄劑封堵高滲層的能力。巖心的物性參數見表5，驅替過程中壓力變化見圖3，最終驅油效果見表6。

表5 非均質驅油實驗模型物性參數

圖3 兩巖心并聯組合在不同驅替方式下對應的水驅壓力變化

表6 非均質模型驅油實驗的采出程度

圖3是2個并聯非均質巖心在2種驅替方式下的壓力變化曲線，其中圖3a是地層水驅方式壓力變化曲線，圖3b是石灰水驅方式壓力變化曲線。由圖3可知，在水驅油過程中二者的壓力基本一致，最終都穩定在3.5 MPa左右;但是注CO2驅替結束后再注地層水，二者的驅替壓力存在明顯的差別，前者驅替壓力穩定在2.0 MPa，而后者的驅替壓力則穩定在2.7 MPa以上。該結果表明，“石灰水+CO2+地層水”驅替方式的壓力明顯高于“地層水+CO2+地層水”驅替方式的壓力，證明石灰水在CO2驅油過程中可以起到較好的防竄效果。

由表6可知，在地層水或石灰水驅替模擬油過程中，高滲巖心采出程度較高，分別為20.52%和22.55%，而低滲巖心也有一定的采出程度，分別為5.50%和7.71%，2種驅替方式對應的水驅采出程度分別為26.02%和30.26%，石灰水驅油采出程度比地層水驅高4.24個百分點;水驅結束后分別注CO2定壓驅油，由于非均質性強，氣竄嚴重，2種方式對應的高滲巖心的氣驅采出程度分別為0.48%和0.98%，而低滲巖心的氣驅采出程度均為0，注CO2后石灰水驅比地層水驅采出程度提高了0.5個百分點;CO2驅替結束后再分別注地層水驅替，水驅方式對應的高滲巖心采出程度為0.48%，低滲巖心的采出程度為0，而石灰水驅替方式對應的高滲巖心采出程度為0.71%，低滲巖心的采出程度為0.48%，后一種驅替方式地層水驅采出程度提高了0.71個百分點，且低滲巖心得到了動用，2種驅替方式對應的非均質儲層總計采出程度分別為26.98%和32.43%，石灰水驅最終采出程度提高了5.45個百分點。由此可見，石灰水驅可以有效改善低滲儲層的非均質性，調整儲層的吸氣與吸水剖面，防止氣竄，增加低滲儲層的動用程度，延長有效氣驅時間，從而達到提高CO2驅最終采收率的效果。

5 結論

(1)儲層的非均質性是低滲透油藏發生氣竄的主要原因，儲層滲透率越低，非均質性越強，氣竄越嚴重。

(2)石灰水可用作低滲油藏注CO2驅油開發的防竄劑，可以有效調整非均質儲層吸氣剖面，增加驅替壓力，改善儲層的非均質性。

(3)注水低滲透油藏，先注入一定量的石灰水再注CO2氣體，可以有效防止CO2氣竄的發生，延長有效采油期，大大提高CO2的驅油效率。

[1]梁玲，程林松，等.利用CO2改善韋5稠油油藏開采效果[J].新疆石油地質，2003，22(2):155－159.

[2]沈平平，江懷友，等.CO2注入技術提高采收率研究[J].特種油氣藏，2007，14(3):1－4.

[3]張思富，賈忠盛，等.大慶油田注天然氣非混相驅礦場試驗研究[J].油氣采收率技術，1998，5(4):31－36.

[4]朱志宏，周惠忠.吉林新立油田CO2非混相驅模擬研究[J].清華大學學報:自然科學版，1996，36(11):58－64.

[5]谷麗冰，李治平，歐瑾.利用二氧化碳提高原油采收率研究進展[J].中國礦業，2007，16(10):66－69.

[6]李向良，李振泉，郭平，等.二氧化碳混相驅的長巖心物理模擬[J].石油勘探與開發，2004，31(5):102－104.

[7]黃全華，尹瑯，郭平，等.低滲產水CO2氣藏廢棄地層壓力與采收率的確定[J].大慶石油地質與開發，2011，30(1):107 －110.

[8]杜朝鋒，武平倉，邵創國，等.長慶油田特低滲透油藏二氧化碳驅提高采收率室內評價[J].油氣地質與采收率，2010，17(4):63 －64.