高含水油田CO2混相驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究及應(yīng)用

高 超，楊 憲，馮永泉，姜 剛，楊滿平

(1.山東科瑞石油工程技術(shù)研究院，山東東營(yíng) 257067；2.山東科瑞石油裝備有限公司；3.燕山大學(xué)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(xiàn)記載，可以通過(guò)注入二氧化碳?xì)怏w的方法來(lái)開采地下原油。二氧化碳驅(qū)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最早開始于1958年，在美國(guó)Permain盆地油田首先進(jìn)行了注CO2混相驅(qū)替試驗(yàn)[1-2]。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步、油價(jià)的攀升以及環(huán)境保護(hù)的需要，注CO2提高采收率的方法越來(lái)越受到廣大學(xué)者及油田工作者的重視，很多國(guó)家開展了現(xiàn)場(chǎng)CO2試驗(yàn)[3-6]。本文針對(duì)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(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)和礦場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)二氧化碳驅(qū)油效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

本次實(shí)驗(yàn)所用巖心樣品均取自M斷塊，經(jīng)過(guò)篩選后，取56塊樣品做室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。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(jīng)過(guò)洗油、烘干，測(cè)定空氣滲透率后，按照空氣滲透率大小劃分為6個(gè)級(jí)別，主要樣品分布在(100～200)×10-3μm2之間(表1)。

1.2 實(shí)驗(yàn)流體

表1 實(shí)驗(yàn)樣品數(shù)據(jù)分類

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所使用的流體有模擬油、模擬地層水、二氧化碳?xì)怏w，模擬油由原油和煤油配置而成。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求分別調(diào)制相應(yīng)黏度的模擬油，實(shí)驗(yàn)?zāi)M溫度為70 ℃。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

巖心測(cè)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(huán)壓、調(diào)節(jié)巖心進(jìn)口端壓力，待系統(tǒng)壓力平衡后測(cè)量巖心出口端流量，連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下的流量和壓力變化，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的壓差和流量，計(jì)算巖樣的驅(qū)油效率等參數(shù)。

1.4 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程及儀器，包括恒壓動(dòng)力源(注氣時(shí)為二氧化碳?xì)馄俊⒆⑺畷r(shí)為平流泵)、中間容器、過(guò)濾器、六通閥、巖心夾持器、量筒等(圖1)。

圖1 實(shí)驗(yàn)流程

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

2 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)效果分析

2.1 滲透率對(duì)驅(qū)油效果的影響

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明：滲透率對(duì)水驅(qū)驅(qū)油效率(含水率達(dá)到98%時(shí)巖心的驅(qū)油效率，下同)和二氧化碳驅(qū)驅(qū)油效率(當(dāng)含水率達(dá)到98%時(shí)由水驅(qū)轉(zhuǎn)換為二氧化碳純氣驅(qū)后的驅(qū)油效率，下同)都呈對(duì)數(shù)關(guān)系，高含水期轉(zhuǎn)為二氧化碳?xì)怛?qū)的驅(qū)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(qū)轉(zhuǎn)換為二氧化碳?xì)怛?qū)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(qū)油效果的關(guān)系

圖3 滲透率和二氧化碳驅(qū)油效率的關(guān)系

2.2 原油黏度對(duì)驅(qū)油效果的影響

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明：黏度對(duì)水驅(qū)驅(qū)油效率和二氧化碳?xì)怛?qū)驅(qū)油效率呈對(duì)數(shù)關(guān)系，都隨著原油黏度的增加而逐漸變小；高含水期轉(zhuǎn)為二氧化碳?xì)怛?qū)時(shí)黏度對(duì)驅(qū)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(nèi)表現(xiàn)為驅(qū)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(zhuǎn)注時(shí)機(jī)對(duì)驅(qū)油效果的影響

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明：巖心高含水驅(qū)階段轉(zhuǎn)換為二氧化碳?xì)怛?qū)存在最佳的轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)，最好轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)為當(dāng)含水率等于80.3%，驅(qū)油效率平均比其他轉(zhuǎn)注點(diǎn)高1.1%(圖6)。

圖4 黏度和驅(qū)油效果的關(guān)系

圖5 黏度和二氧化碳驅(qū)油效率的關(guān)系

圖6 轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)含水率和驅(qū)油效果的關(guān)系

2.4 水氣體積比對(duì)驅(qū)油效果的影響

巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明：水氣體積比(地下)大小對(duì)巖心的驅(qū)替效果有很大的影響，隨著水氣體積比的逐漸增大驅(qū)替效果逐漸變好，當(dāng)水氣體積比達(dá)到1.05時(shí)驅(qū)替效果最好，然后開始逐漸變差；當(dāng)水氣體積比等于2.64時(shí)驅(qū)替效果與二氧化碳純氣驅(qū)效果相當(dāng)(圖7)。

3 礦場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用分析

3.1 試驗(yàn)區(qū)選取

通過(guò)對(duì)二氧化碳驅(qū)的適用范圍確定，結(jié)合油田的地質(zhì)參數(shù)和氣源等問(wèn)題綜合衡量，選取中國(guó)東部M斷塊為試驗(yàn)區(qū)。M斷塊為一斷鼻構(gòu)造，目的層位于沙河街組，上部為連續(xù)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(gòu)造油藏(表2)。該油田于1994年投產(chǎn)，1997年8月開始注水，2008年油田綜合含水率達(dá)到96.9%。

圖7 水氣體積比和驅(qū)油效果的關(guān)系

表2 試驗(yàn)區(qū)參數(shù)

3.2 注入?yún)?shù)

根據(jù)油田的地質(zhì)情況、開發(fā)特征、動(dòng)態(tài)情況，同時(shí)結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬等結(jié)果確定了該試驗(yàn)區(qū)的優(yōu)選方案。2011年在可行性研究的基礎(chǔ)上開始CO2氣水交替驅(qū)(WAG)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，截止到2013年底，M7井共注入二氧化碳?xì)怏w527×104m3(表3)。

表3 試驗(yàn)區(qū)M7井注入?yún)?shù)

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(yàn)區(qū)生產(chǎn)井具有不同的增油效果，初期開始呈現(xiàn)自噴開采。單井日產(chǎn)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(qū)采出程度提高4.18%。(表4)。

表4 試驗(yàn)區(qū)驅(qū)油效果

4 結(jié)論

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

(2)不同黏度原油樣品，驅(qū)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(qū)轉(zhuǎn)換二氧化碳驅(qū)最好轉(zhuǎn)注時(shí)機(jī)為含水率等于80.3%。

(4)二氧化碳?xì)馑惶骝?qū)(WAG)水氣體積比為1.05∶1時(shí)驅(qū)替效果最好。

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

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