高含水油田CO2混相驅室內實驗研究及應用

高 超，楊 憲，馮永泉，姜 剛，楊滿平

(1.山東科瑞石油工程技術研究院，山東東營 257067；2.山東科瑞石油裝備有限公司；3.燕山大學石油工程系)

注二氧化碳提高采收率的方法早在1920年就有文獻記載，可以通過注入二氧化碳氣體的方法來開采地下原油。二氧化碳驅的現場應用最早開始于1958年，在美國Permain盆地油田首先進行了注CO2混相驅替試驗[1-2]。近年來，隨著技術的進步、油價的攀升以及環境保護的需要，注CO2提高采收率的方法越來越受到廣大學者及油田工作者的重視，很多國家開展了現場CO2試驗[3-6]。本文針對油田高含水的情況提出了注二氧化碳提高采收率的方法，采用室內巖心驅替實驗和礦場試驗對二氧化碳驅油效果進行評價。

1 室內實驗研究方法

1.1 實驗樣品

本次實驗所用巖心樣品均取自M斷塊，經過篩選后，取56塊樣品做室內實驗。巖心孔隙度范圍為15.93%～26.12%，空氣滲透率范圍為(4.06～685.43)×10-3μm2。樣品經過洗油、烘干，測定空氣滲透率后，按照空氣滲透率大小劃分為6個級別，主要樣品分布在(100～200)×10-3μm2之間(表1)。

1.2 實驗流體

表1 實驗樣品數據分類

實驗過程中所使用的流體有模擬油、模擬地層水、二氧化碳氣體，模擬油由原油和煤油配置而成。根據實驗要求分別調制相應黏度的模擬油，實驗模擬溫度為70 ℃。

1.3 實驗方法

巖心測試滲透率后，將先飽和水再飽和模擬油的巖心裝入夾持器中，加環壓、調節巖心進口端壓力，待系統壓力平衡后測量巖心出口端流量，連續測量系統穩定狀態下的流量和壓力變化，根據系統穩定時的壓差和流量，計算巖樣的驅油效率等參數。

1.4 實驗流程

實驗流程及儀器，包括恒壓動力源(注氣時為二氧化碳氣瓶、注水時為平流泵)、中間容器、過濾器、六通閥、巖心夾持器、量筒等(圖1)。

圖1 實驗流程

1-恒壓動力源(氣源)；2-中間容器；3-過濾器；4-壓力表；5-六通閥；6-手動加壓泵；7-巖心夾持器；8-量筒(移液管)

2 室內實驗效果分析

2.1 滲透率對驅油效果的影響

巖心驅替實驗表明：滲透率對水驅驅油效率(含水率達到98%時巖心的驅油效率，下同)和二氧化碳驅驅油效率(當含水率達到98%時由水驅轉換為二氧化碳純氣驅后的驅油效率，下同)都呈對數關系，高含水期轉為二氧化碳氣驅的驅油效率都隨著巖心樣品滲透率的增大而增大，且增加幅度都隨著滲透率的增加而逐漸變緩；高含水期水驅轉換為二氧化碳氣驅替剩余油效果好，平均為13.8%，其提高幅度最大為15.3%，最小為12.1%(圖2和圖3)。

圖2 滲透率和驅油效果的關系

圖3 滲透率和二氧化碳驅油效率的關系

2.2 原油黏度對驅油效果的影響

巖心驅替實驗表明：黏度對水驅驅油效率和二氧化碳氣驅驅油效率呈對數關系，都隨著原油黏度的增加而逐漸變小；高含水期轉為二氧化碳氣驅時黏度對驅油效率提高幅度存在最佳的窗口空間，黏度主要分布3.5～15.3 mPa·s。在該空間內表現為驅油效果好，提高幅度大，其中最大的為17.2%，最小為10.1%，平均提高幅度為13.7%(圖4和圖5)。

2.3 轉注時機對驅油效果的影響

巖心驅替實驗表明：巖心高含水驅階段轉換為二氧化碳氣驅存在最佳的轉注時機，最好轉注時機為當含水率等于80.3%，驅油效率平均比其他轉注點高1.1%(圖6)。

圖4 黏度和驅油效果的關系

圖5 黏度和二氧化碳驅油效率的關系

圖6 轉注時機含水率和驅油效果的關系

2.4 水氣體積比對驅油效果的影響

巖心驅替實驗表明：水氣體積比(地下)大小對巖心的驅替效果有很大的影響，隨著水氣體積比的逐漸增大驅替效果逐漸變好，當水氣體積比達到1.05時驅替效果最好，然后開始逐漸變差；當水氣體積比等于2.64時驅替效果與二氧化碳純氣驅效果相當(圖7)。

3 礦場試驗應用分析

3.1 試驗區選取

通過對二氧化碳驅的適用范圍確定，結合油田的地質參數和氣源等問題綜合衡量，選取中國東部M斷塊為試驗區。M斷塊為一斷鼻構造，目的層位于沙河街組，上部為連續性較好、分布較廣的泥巖蓋層，具有較好的封閉性，屬于低滲構造油藏(表2)。該油田于1994年投產，1997年8月開始注水，2008年油田綜合含水率達到96.9%。

圖7 水氣體積比和驅油效果的關系

表2 試驗區參數

3.2 注入參數

根據油田的地質情況、開發特征、動態情況，同時結合室內實驗、數值模擬等結果確定了該試驗區的優選方案。2011年在可行性研究的基礎上開始CO2氣水交替驅(WAG)現場試驗，截止到2013年底，M7井共注入二氧化碳氣體527×104m3(表3)。

表3 試驗區M7井注入參數

3.3 增油效果

隨著二氧化碳的注入及波及范圍的變大，試驗區生產井具有不同的增油效果，初期開始呈現自噴開采。單井日產油量由注氣前的0.38 t提高到8.7 t，含水率由注氣前的96.9%下降到72.9%，階段累積增油4 721.2 t，波及區采出程度提高4.18%。(表4)。

表4 試驗區驅油效果

4 結論

(1)巖心高含水階段轉為二氧化碳驅的驅油效率提高了12.8%～15.3%，平均13.8%。

(2)不同黏度原油樣品，驅替效率平均提高幅度為13.7%，存在最佳黏度空間。

(3)樣品高含水階段水驅轉換二氧化碳驅最好轉注時機為含水率等于80.3%。

(4)二氧化碳氣水交替驅(WAG)水氣體積比為1.05∶1時驅替效果最好。

(5)M斷塊WAG試驗階段累積增產原油4721.2 t，波及區采出程度提高4.18%，提高采收效果明顯，值得推廣。

[1] A K Khatib,R C Earlougher.CO2injection as an immiscible application for enhanced recovery in heavy oil reservoirs[C].SPE9928,1981:1-10.

[2] T B Reid, H J Robinson. Lick creek meak in sand unit immiscible CO2/waterflood project[C].SPE9795,1981:1723-1729.

[3] M A Collins.二氧化碳驅油機理及工程設計[M].北京:石油工業出版社, 1989:1-26.

[4] M D Murray,S M Frailey,A S Lawal.New approach to CO2flood:soak alternating gas[C].SPE70023,2001:1-11.

[5] 畢鳳琴,李芳,梁輝.“CO2-EOR”技術的國內外研究及應用現狀[J].價值工程,2011,30(11):206-207.

[6] 高慧梅,何應付,周錫生.注二氧化碳提高原油采收率技術研究進展[J].特種油氣藏,2009,16(1):6-12.