柳北中低滲透油藏氮氣驅物理模擬實驗研究

陳云峰，馬桂芝，白 冰，黃海龍，龍鴻波

（中國石油冀東油田勘探開發研究院，河北唐山 063000）

國內近幾年發現和未投入開發的油田主要以低滲、特低滲透油藏等難動用儲量為主，開采難度越來越大。低滲透油藏的顯著特點就是儲層滲透率低，自然能量不充足，注氣作為一種提高采收率的方法受到各大油田的普遍關注［1－2］。在常溫常壓下，氮氣為無色無味的氣體，分子量為28.013，密度約為空氣的0.97倍。氮氣的化學性質極不活潑，在常態下表現出很大的惰性，它不易燃、干燥、無爆炸性、無毒、無腐蝕性，使用安全可靠。與其他氣體相比，氮氣具有氣源豐富，無爆炸性，不傷害地層，不結垢，不腐蝕管線，后處理簡單等優點。

柳北Es32＋3油藏埋藏深、儲層滲透率較低（平均為273×10－3μm2）、非均質性強、油質較輕，經歷了二十年的注水開發，油藏層間矛盾突出，部分油藏出現了注不進水的現象，水驅動用程度趨差，水驅油效率低，常規水驅開發采收率低，且由于地層溫度高，實施化學驅難度較大，需進一步研究適合低滲油藏的增產和提高采收率技術，并進行礦場先導試驗，為探索南堡陸地中深層、深層油藏提高采收率技術途徑，選取柳北沙三3油藏開展氮氣驅提高采收率物理模擬先導試驗。

1 實驗原理及實驗過程

1.1 實驗原理

驅替實驗裝置采用海安生產的一維多功能驅替物理模擬實驗裝置，可分為注入系統、模型系統、數據采集與處理系統和輔助保障系統4個部分。實驗裝置主要由注入泵、裝原油和液體的中間容器、巖心夾持器、回壓閥和恒溫系統等組成（圖1）。

巖心夾持器入口端接裝有原油、氮氣和水的中間容器，中間容器與一個液壓泵相連接，通過液壓泵向中間容器中泵入液體，從而驅動水、氮氣和原油注入巖心夾持器。巖心夾持器出口端接回壓閥，回壓閥通過手搖泵加壓而形成回壓，利用回壓使巖心達到地層壓力。從巖心里被驅替出來的油、氣、水通過計量系統得到準確的數據，通過分析這些油氣水數據，可以得到產出程度、含水率等關鍵數據，分析數據得到實驗結論。

1.2 實驗條件

（1）實驗巖心：本次實驗巖心是石油大學模擬柳北非均質儲層特征的人造方巖心，為了研究非均質性對采收率的影響，分別采用了均質方和非均質方巖心各兩塊（具體數據見表1）。選取模擬巖心的空氣滲透率平均值為270×10－3μm2，分為高、中、低三層，滲透率分別為800×10－3μm2、300×10－3μm2、50×10－3μm2，滲透率變異系數0.814。

表1 柳北氮氣驅實驗巖心模型參數

（2）實驗流體：實驗用油為地層原油配制的模擬油，原油取自LB2－15－21井井口，經過了脫水并去除雜質。由于井口原油已脫氣，黏度變大，要用航空煤油與原油按一定比例配制模擬油，要模擬到地下原油黏度（1.73 mPa·s，90℃）。實驗中使用的飽和水為地層采出水（采自LB2－15－15），驅替用水為取自注水站的水井注入水，實驗前過濾去除雜質。

（3）實驗溫度壓力：實驗溫度為地層溫度102℃，實驗壓力為6 MPa，實驗模型為45 mm×45 mm×300 mm方巖心夾持器。

1.3 實驗過程

實驗過程包括抽真空后飽和水、測水相滲透率、飽和油、一次水驅、氣驅、后續水驅、后續氣驅等過程。為了實驗結果更符合地質實際情況，本次實驗做了重復性驗證，每組實驗至少重復2次。由于注入氣體容易發生氣竄，實驗采用了水氣交替注入的方法［3－4］。水驅結束時要求含水達到98%以上；氣驅結束時也要求是氣竄或含水達到98%以上；后續水驅要求直到出口端采出液的含水率連續0.2 PV都達到98%以上時，后續水驅實驗結束；后續氣驅也要求到出口端采出液的含水率連續0.2 PV都達到98%以上時，后續氣驅實驗結束。

2 實驗結果及數據分析

2.1 實驗過程分析

圖2是模擬柳北非均質儲層情況的方巖心A－12的氮氣驅曲線，實驗經過了水驅、氣驅、二次水驅、二次氣驅和三次水驅5個階段（圖2）。

在實驗過程中，注入量、含水、采收率等變化情況如下：

（1）在水驅注入0.1638 PV時，巖心出口端見水，此時采收率為23.79% ；當注人0.7421 PV時，采出流體含水為98.97%，水驅實驗結束，采收率為29.45% ，轉為氮氣驅。

圖2 非均質方巖心A－12氮氣驅曲線

（2）氮氣驅后，當注入0.16 PV高壓氮氣時，出口含水率明顯降低，最低到含水率9.09%，但隨著注入量的增加，由于巖心小，很快發生氣竄，變現為不出液，只出氣，不得不再次轉為水驅，此時采收率增加至34.42%。

（3）再次轉為水驅后，出氣量明顯減少，初期的含水率仍很低，說明經過氣驅，巖心孔隙間的剩余油分布發生了變化，水驅的波及體積增大，剩余油變成了可動油。隨著注入量的增加，含水率升高，提高采收率效果逐漸降低，轉為下一個氣水注入周期。經過一次氣水驅動，采收率達到44.5%。

（4）每次的氣驅及后續水驅作為一個周期，第二次的氣水注入效果明顯不如第一次，含水率降低很少，相應的出油也少，提高采收率低，經過兩次氣水注入周期，最終的采收率達47.71%。2次氣驅后共提高采收率18.26%。

2.2 開采效果預測

從表2可以看出，實驗中柳北Es32＋3油藏水驅采出程度平均為32.6%，氣驅后平均采出程度為52.3%，平均可提高采出程度19.7%，說明若在柳北地區開展氣驅是有效的。但不論水驅還是氣驅，均質巖心采出程度明顯高于非均質巖心，說明儲層非均質性是影響最終采收率的主要因素。

2.3 出氣量分析

實驗中，氣驅后在很短的時間內氣量就很大，很快氣竄，表現為不出液，只出氣。分析其原因，主要是物理模型較小所致，現場實際應用可能時間較長。實驗中觀察得出：如何有效控制氣竄是氮氣驅成功的關鍵。

表2 氮氣驅提高采收率實驗數據

根據氣竄后繼續改為水驅仍能顯著提高采收率這一事實，可以得出，在現場實施過程中，水氣交替驅是氣驅項目推廣的一項行之有效的措施。

2.4 非均質性的影響

本次實驗分別采用了均質巖心和非均質巖心，但平均滲透率相同。通過實驗可以看到，均質巖心的水驅采收率遠大于非均質巖心的水驅采收率，表明非均質性是影響柳北采收率的一項主要影響因素。也間接說明了柳北斷層根部雖然位置高、含油飽和度高，但采出程度不及柳北主體，主要是斷層傾向和物源方向相同，巖性顆粒分選差，邊緣大斷層巖性變化更大，造成斷層根部非均質性更強。

2.5 實驗前后巖心對比

從柳北氣驅實驗前后巖心對比可見，飽和油后實驗前的巖心顏色不同，存在斑塊，說明由于巖石層內及層間非均質性較強，原始含油飽和度不同，物性好的層內，含油飽和度高；驅替實驗后斑塊不明顯，說明物性好層，采出程度高，也說明了非均質性對采收率的影響。

從驅替實驗前后的照片（圖3）對比可見清晰的竄流通道，竄流通道形成于物性相對好的高滲層內，呈現不規則形狀，前段掃油面積較大，剩余油較少，由于竄流的形成，末端剩余油分布較多。

3 結論

（1）柳北Es32＋3油藏實施氮氣驅是可行的，與純水驅相比，氮氣驅平均可以提高采收率19.7%。

（2）氣驅容易形成氣竄，氣竄后適時地轉為水氣交替驅，可以達到有效的擴大波及范圍，繼續驅動出剩余油的效果。

圖3 實驗前后巖心照片

（3）柳北Es32＋3油藏實施氮氣驅結果表明，均質巖心采出程度明顯高于非均質巖心，地層非均質性是影響采收率的重要因素。

［1］李士倫，郭平，戴磊，等.發展注氣提高采收率技術［J］.西南石油學院學報，2000，22（3）：42－45.

［2］李士倫，周守信，杜建芬，等.國內外注氣提高石油采收率技術回顧與展望［J］.油氣地質與采收率，2002，9（2）：4－5.

［3］王進安，岳陸，袁廣鈞，等.氮氣驅室內實驗研究［J］.石油勘探與開發，2004，31（3）：120－121.

［4］李振泉，殷勇，王其偉，等.氣水交替注入提高采收率機理研究進展［J］.西南石油大學學報，2007，29（2）：23－25.