長巖心CO2吞吐采油物理模擬實(shí)驗(yàn)研究
——以靖邊油田墩洼油區(qū)延安組儲(chǔ)層為例

康宵瑜，余華貴，江紹靜，黃春霞

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

長巖心CO2吞吐采油物理模擬實(shí)驗(yàn)研究
——以靖邊油田墩洼油區(qū)延安組儲(chǔ)層為例

康宵瑜，余華貴，江紹靜，黃春霞

(陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

針對(duì)靖邊油田墩洼油區(qū)天然能量不足、水資源匱乏、注水困難、產(chǎn)量遞減較快的情況，利用長巖心吞吐實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)長巖心CO2吞吐采油進(jìn)行了室內(nèi)模擬試驗(yàn)。結(jié)果表明，周期CO2注入量越大，采收率越大；隨著吞吐周期的增加，采收率、周期累計(jì)產(chǎn)油量下降，其中采收率的貢獻(xiàn)主要在前2個(gè)周期；靖邊油田墩洼油區(qū)CO2吞吐采油技術(shù)可行，吞吐過程中交替注入CO2、N2則更為經(jīng)濟(jì)、有效。

靖邊油田；墩洼油區(qū)；CO2吞吐實(shí)驗(yàn)；提高采收率

靖邊油田構(gòu)造位置處在陜北斜坡的中部，油區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育侏羅系延安組砂體，在侏羅系延安組形成了以延9段為鉆探開發(fā)目的層的油藏[1]。目前靖邊油田墩洼油區(qū)已進(jìn)入注水開發(fā)階段，在注水開發(fā)過程中，常常存在水源不足、注不進(jìn)、產(chǎn)量遞減較快等問題，必須尋求其他可行的補(bǔ)充地層能量的新技術(shù)。CO2吞吐采油技術(shù)是水驅(qū)或未投產(chǎn)低滲透油藏的一種有效開發(fā)方式[2-5]。隨著陜北能源化工基地建設(shè)，未來該地區(qū)CO2氣源豐富，為大面積開展液態(tài)CO2驅(qū)油提供了氣源保障。

1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與流程

1.1 長巖心的制備

將靖邊油田墩洼油區(qū)延安組Y9油藏天然巖心進(jìn)行鉆取、切割、洗油、孔滲測試等前期處理，挑選21塊巖心，根據(jù)其長度和空氣滲透率，拼接成直徑為2.54cm、長度為98.4 cm的長巖心組。將巖心依次裝入內(nèi)徑為3 cm的熱縮管內(nèi)，使它在受熱情況下收縮成型，隨后將它置于直徑為2.55 cm、長度為100 cm的銅管內(nèi)，最后裝入巖心夾持器，用高壓氮?dú)鈱?duì)其密封，所制備的長巖心滲透率調(diào)和平均值為117.0×10-3μm2。

1.2 流體的配制

地層原油由靖邊油田墩洼油區(qū)延安組延9儲(chǔ)層的分離器氣和油罐油按原始?xì)庥捅扰渲啤?/p>

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

打開巖心入口閥門，按照設(shè)計(jì)的注氣速度將CO2/N2氣體注入模型。在注氣過程中，觀察驅(qū)替泵壓力、巖心始端壓力、巖心末端壓力、回壓、環(huán)壓等數(shù)據(jù)。在模型壓力升高過程中，為保障模型安全，需保證環(huán)壓始終高于模型壓力1.5～2 MPa。注氣結(jié)束后，關(guān)閉巖心入口、出口閥門，按設(shè)定的時(shí)間燜井(浸泡)，讓氣體與原油、巖心充分接觸、反應(yīng)。燜井(浸泡)結(jié)束后，打開生產(chǎn)井閥門，調(diào)節(jié)好回壓，緩慢開啟生產(chǎn)井閥門，降低回壓。當(dāng)衰竭至指定壓力時(shí)，關(guān)閉巖心兩端閥門，等待下一輪注氣。依次循環(huán)不同的周期數(shù)，研究各因素對(duì)吞吐效果的影響。具體實(shí)驗(yàn)條件見表1。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 周期CO2注入量的影響

CO2注入量為0.1 PV時(shí)，采收率為13.17%，CO2注入量為0.2 PV、0.3 PV時(shí)，采收率分別為24.16%、31.26%(見圖1)，隨著注入量的增加，采收率大大提高。這是由于隨注入量和近井帶地層注入壓力增加，CO2更容易與原油融合，使得CO2的萃取、原油的膨脹作用增強(qiáng)，更利于提高原油采收率[6-7]。而周期 CO2最佳注入量需由經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法來確定，從累計(jì)增油量考慮，只要換油率滿足經(jīng)濟(jì)效益要求，對(duì)于低產(chǎn)能的油藏單元應(yīng)盡可能取大一些的周期注入量。

表1 CO2吞吐試驗(yàn)條件

圖1 注入CO2量與采收率、最大壓力關(guān)系

2.2 周期數(shù)的影響

隨著吞吐周期的增加，周期采收率下降(見圖2)。由此可見，采收率的貢獻(xiàn)主要在前2個(gè)周期，第1個(gè)周期對(duì)整個(gè)吞吐效果起著關(guān)鍵的作用。同時(shí)隨著吞吐周期的增加，周期累計(jì)產(chǎn)油量也隨之下降?？梢婋S著吞吐周期的增加，周期累計(jì)產(chǎn)油量降低，特別是第3、4周期的產(chǎn)油量大大低于第1周期。吞吐周期越多，周期累計(jì)產(chǎn)油量越低，經(jīng)濟(jì)效益越差。因此，CO2吞吐時(shí)，必須結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，確定合理的吞吐周期。

圖2 周期數(shù)對(duì)累計(jì)產(chǎn)量與采收率的影響

2.3 燜井時(shí)間的影響

燜井時(shí)間對(duì)吞吐前2個(gè)周期尤其是第1周期的采收率影響較大，對(duì)后續(xù)周期影響較小，見圖3。這是因?yàn)榈?周期近井地帶分布著原油，燜井過程就是CO2向模型內(nèi)部擴(kuò)散的過程，使得原油在CO2的溶解、膨脹作用下向油井方向流動(dòng)。后續(xù)的生產(chǎn)周期，由于近井地帶的含油飽和度迅速下降，注入的CO2很快擴(kuò)散到模型深部，所需要的燜井時(shí)間可以相對(duì)減少。因此，在現(xiàn)場實(shí)施的過程中，第1周期應(yīng)當(dāng)燜井到壓力穩(wěn)定再開井生產(chǎn)，而后的吞吐周期可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，安排適當(dāng)?shù)臓F井時(shí)間。

圖3 燜井時(shí)間對(duì)吞吐效果影響

2.4 壓力衰竭速度的影響

壓力衰竭速度分別為1.5、3.0 MPa/h時(shí)，5個(gè)周期的累積采收率分別為32.10%、32.87%，(見圖4)?？梢妷毫λソ咚俣容^低，采出程度較高。這是因?yàn)?，降低壓力衰竭速度、增大生產(chǎn)壓差后，原油的滲流動(dòng)力增大，使原生產(chǎn)壓差下不能流動(dòng)的原油被采出[8]。

2.5 注氣速度的影響

采收率只有在第3周期時(shí)與注氣速度成正比(見圖5)，其他周期中8 mL/min的注氣速度得到的采收率都高于12 mL/min注氣速度得到的采收率。

圖4 壓力衰竭速度對(duì)采收率的影響

由于 CO2的注入速度影響到 CO2在油層中穿透能力和在原油中的溶解，因此CO2的注入強(qiáng)度也是影響 CO2吞吐效果的又一因素。注氣時(shí)，當(dāng) CO2的注入速度比較低的時(shí)候，CO2與原油的作用比較充分，同時(shí)井周圍的壓力提高很快，因而有利于采出原油；當(dāng) CO2的注入速度繼續(xù)增加的時(shí)候，CO2與原油的作用不充分，并可能將近井地帶原油推到油層深部，因此采收率將隨著 CO2注入速度的增加而減小。但同時(shí)還要綜合考慮生產(chǎn)周期、注入量CO2等對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響。

圖5 注氣速度對(duì)采收率的影響

2.6 N2對(duì)吞吐效果的影響

N2對(duì)CO2吞吐效果影響見表2。第1、2生產(chǎn)周期，Test9的采收率均高于Test8。這是由于前期注入的CO2被后續(xù)注入的N2推向模型深處，CO2的作用半徑加大，深處的原油在CO2的萃取作用下離開束縛水界面向生產(chǎn)井流動(dòng)[12]。同時(shí)總體積的增加，提高了模型的壓力，采收率得到提高。對(duì)于第3周期來說，雖然兩個(gè)實(shí)驗(yàn)注入的氣體量相同，模型壓力近似相等，但是實(shí)驗(yàn)8注入的是0.4 PV的CO2，能夠和油藏內(nèi)部的剩余油充分接觸，采收率高于實(shí)驗(yàn)9注入0.1 PV的CO2后再注入0.3 PV的N2的情形?？紤]到經(jīng)濟(jì)可行性以及最大收益率的問題，實(shí)驗(yàn)8消耗0.4 PV的CO2，而實(shí)驗(yàn)9僅消耗0.1 PV的CO2，顯然實(shí)驗(yàn)9的經(jīng)濟(jì)性要高于實(shí)驗(yàn)8，因此，用N2代替部分CO2是可行的。

表2 N2對(duì)CO2吞吐效果對(duì)比

3 結(jié)論

(1)通過長巖心CO2吞吐采油物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，靖邊油田墩洼油區(qū)延9油藏適合采用CO2吞吐開采。隨著周期注入量的增加，采收率大大提高。同時(shí)吞吐過程中用N2代替部分CO2是可行的，交替注入CO2、N2則更為經(jīng)濟(jì)、有效。

(2)隨著吞吐周期的增加，周期采收率、周期累計(jì)產(chǎn)油量下降。其中采收率的貢獻(xiàn)主要在前兩個(gè)周期，第1周期對(duì)整個(gè)吞吐效果起到關(guān)鍵的作用。

(3)在不同的周期中，燜井時(shí)間、壓力衰竭速度、注氣速度都對(duì)采收率有一定影響，在前2周期中，燜井到壓力穩(wěn)定、較低的壓力衰竭速度、較低注入速度對(duì)提高采收率是有益的，但同時(shí)還要綜合考慮生產(chǎn)周期、周期CO2注入量等對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響。

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編輯：李金華

1673-8217(2015)03-0142-03

2014-11-12

康宵瑜，工程師，碩士，1982年生，2009年畢業(yè)于西安石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)從事油田提高采收率的研究工作。

國家科技支撐項(xiàng)目“陜北煤化工CO2捕集、埋存與提高采收率技術(shù)示范”(2012BAC26B00)資助。

TE357

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