非均質巖心模型中水-CO2交替驅油特征研究

奧洋洋，方艷梅，龔建濤，劉高紅，鄧南濤

（1. 陜西延長石油（集團）研究院，陜西 西安 710075； 2. 長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；3. 陜西省延長油田股份有限公司，陜西 咸陽 711300）

非均質巖心模型中水-CO2交替驅油特征研究

奧洋洋1，方艷梅2，龔建濤3，劉高紅3，鄧南濤1

（1. 陜西延長石油（集團）研究院，陜西 西安 710075； 2. 長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；3. 陜西省延長油田股份有限公司，陜西 咸陽 711300）

針對非均質油藏中水-CO2交替注入中各個段塞所發揮的作用無法確定等問題，在非均質巖心模中設計了水-CO2交替驅油和不同注氣方式后水-CO2交替驅油四組對比實驗進行研究。結果表明，水-CO2交替、續注氣、間歇注采和周期注氣提高采收率幅度分別為78%、41.9%、32.2%、42.3%，然后在后三種注氣方式基礎上進行水-CO2交替驅油，分別再提高采收率9.5%、43.7%和16.6%。在非均質巖心模型中，水-CO2交替驅能夠在其他開發方式基礎上增大壓力梯度、擴大波及體積并提高采收率；CO2段塞是驅替殘余原油的主要段塞，水段塞主要起增加CO2段塞滲流阻力的作用。

非均質巖心；水-CO2交替驅；驅油特征；壓力梯度；波及體積

已有研究表明水氣交替注入能夠較好地抑制氣驅油過程中的氣竄問題[1-5]。均質長巖心模型中水氣交替注入段塞尺寸、水氣比以及氣體種類對氣驅油效率的影響研究相對較多[6-11]。非均質模型中水氣交替注入也有部分研究，但相對較少，且在水氣交替實際應用中仍存在注入壓力過高、注入段塞擴大波及體積規律不明確、水段塞和氣體段塞在水氣交替驅油中各自發揮的作用無法確定等問題。

針對上述問題，利用非均質巖心模型，在固定水氣段塞尺寸和水氣比條件下，進行了CO2氣體水氣交替、連續注氣-水氣交替、間歇注采-水氣交替、周期注氣-水氣交替驅油實驗；對比實驗結果，考察了水氣交替與其他三種注氣方式提高采收率特征的差異，研究了水氣交替注入過程中注入壓力特征，分析了水氣交替中水、氣段塞擴大波及體積能力隨注入周期的變化，明確了水氣交替注入中水、氣段塞各自的作用。

1 實驗方法

1.1 實驗材料及條件

實驗用氣為純度99.99%的CO2氣體；用油為國內某油田原油，組成如表1所示（粘度4.2 mPa·s）；實驗用三層非均質模型尺寸為30 cm×4.5 cm×4.5 cm（三層厚度均為1.5 cm），液測滲透率分別為840、152、27（1×10-3μm2）。

1.2 實驗方案

實驗中驅替速度設定為0.6 mL·min-1，回壓為15 MPa（非混相），溫度108 ℃。水氣交替注入過程中固定水氣段塞比1:1，段塞大小0.1 PV。具體實驗方案如表1所示。

表1 驅替實驗方案Table 1 Flooding experiments plan

2 實驗結果與討論

2.1 水氣交替驅采收率特征

驅油實驗采收率數據如表2所示。作為一次驅油方式水氣交替、連續注氣、間歇注采和周期注氣采收率分別為78%、41.9%、32.2%、42.3%；而在2～4組實驗中，水氣交替分別可在原驅替方式基礎上提高原油采收率9.5%、43.7%和16.6%；可見，非均質條件下水氣交替提高原油采收率的幅度遠大于其他幾種注氣方式，且其可在其他幾種注氣方式基礎上大幅提高原油采收率。從水氣交替注入的時機看，直接水氣交替驅總采收率最高，且用氣量最少。

表2 采收率數據Table 2 The data of oil recovery efficiency

圖1 各組驅油實驗采收率和驅替壓力梯度動態Fig.1 Oil recovery efficiency and pressure gradient of experiments

2.2 水氣交替驅壓力特征

圖1(b～d)中連續注氣、間歇注采和周期注氣后期，驅替壓力梯度保持平穩，對應原油采收率基本趨于穩定；后續水氣交替驅時，驅替壓力梯度大幅增長，原油采收率在原有基礎上開始逐漸增大；驅替壓力梯度達到最大值后逐漸降低，原油采收率增長速度開始減緩；隨驅替壓力梯度的進一步降低，原油采收率逐漸趨于穩定。圖1(a)中直接水氣交替驅后期驅替壓力梯度與采收率的變化存在相似變化趨勢。

可見，驅替壓力梯度高于氣驅壓力梯度，整體上表現為先逐漸增大，達到最大值后逐漸減小的趨勢；并且在驅替壓力梯度增大過程中，采收率增長速度較大，而在驅替壓力梯度減小過程中，采收率增長速度相對較小；驅替壓力梯度變化能夠顯著影響采收率的增長速度。

2.3 水氣交替驅波及體積特征

以連續注氣-水氣交替驅油實驗為例，考察了隨水氣交替注入周期的增大，水、氣段塞波及體積的變化，如圖2所示。其中，連續注氣波及體積為該階段驅出油量與孔隙體積的比值來表征，后續水氣交替波及體積用各段塞采出完畢時對應注入PV數與注入完畢時對應注入PV數的差值來表征。

圖2 連續注氣后水氣交替波及體積隨注入周期的變化Fig.2 Changes of the swept volume in the WAG process after the continuous gas injection flooding

由圖2可見，連續注氣后水氣交替驅過程中，各水氣交替周期內，水、氣段塞的波及體積在0.5 PV以上，最大可達0.59 PV，而連續注氣階段氣體波及體積僅為0.42 PV；表明，水氣交替注入波及體積大于初始連續注氣波及體積，并且隨著水氣交替注入周期的增加，水、氣段塞的波及體積先增大后減小。

2.4 水氣交替驅采出動態特征

由圖3可見，連續注氣后水氣交替與間歇注采后水氣交替驅中，出氣速度增加，對應出油速度也逐漸增大，出氣速度減小，出油速度隨之逐漸減小，出油速度和出氣速度的變化規律一致；而當出水速度增大時，出油速度減小，出水速度減小時，出油速度增大，出油速度與出水速度變化規律明顯相反。表明，非均質模型中氣驅后水氣交替驅時，氣體段塞驅替殘余原油的能力高于水段塞，是驅替殘余油的主要段塞，而水段塞主要起增大氣體段塞滲流阻力的作用。

綜上，驅替壓力梯度增大導致氣體段塞波及體積的擴大是非均質油藏中水氣交替注入提高原油采收率的主要機理。

3 結 論

（1）水氣交替驅采收率遠高于連續注氣、間歇注采和周期注氣，并且其可在以上三種注氣方式基礎上提高原油采收率。

（2）非均質模型中，直接水氣交替驅采收率高于氣驅-水氣交替驅，且用氣量最少。

（3）氣驅后水氣交替驅時，氣體段塞驅替壓力梯度增加，導致氣體段塞波及體積的擴大，這是非均質油藏中水氣交替注入提高原油采收率的主要機理。

圖3 連續注氣后水氣交替和間歇注采后水氣交替采出動態Fig.3 Dynamic of the WAG after the continuous gas injection and the intermittent gas injection flooding

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Research on Characteristics of Water-CO2Alternate Flooding in Heterogeneous Cores

AO Yang-yang1, FANG Yan-mei2, GONG Jian-tao3, LIU Gao-hong3, DENG Nan-tao1
（1. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group), Shaanxi Xi’an 710075, China; 2. School of Earth Science and Resource, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710054, China; 3. Shaanxi Yanchang Oilfield Limited Company, Shaanxi Xianyang 711300, China)

Aimed at the problem that cannot make sure each slug’s function during water-CO2alternate flooding in heterogeneous reservoirs, in heterogeneous core model, four contrast experiments for studying water-CO2alternate flooding and water-CO2alternate flooding after gas injection with different patterns were carried out. The results indicate that the water-CO2alternate flooding, continuous gas injection, intermittent injection-production, cyclic gas injection can increase the recovery by 78%, 41.9%, 32.2%, 42.3%. And the water-CO2alternate flooding after carrying out the last three gas injection patterns can increase the flooding recovery by 9.5%,43.7% and 16.6% again. In heterogeneous core model,water-CO2alternate flooding can increase pressure gradient，expand swept volume and enhance oil recovery;CO2slug is main slug to displace residual oil, water slug play a major role in increasing CO2slug flow resistance.

Heterogeneous core; Water-CO2alternate flooding; Displacement characteristics; Pressure gradient; Swept volume

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）11-2517-03

復雜油氣田地質與提高采收率技術基金項目，項目號：2011ZX05009-004。

2015-06-03

第一作者姓名（1986-），男，陜西省渭南市人，助理工程師，研究生，2014年畢業于中國石油大學（北京）學校石油與天然氣開發工程專業，研究方向：提高采收率。E-mail：aoyang2000@163.com。