毛管力在低滲透油藏CO2驅替過程中的作用

黃小亮周 翔向祖平張 麗雷登生

（1.重慶科技學院石油工程學院，重慶 401331；2.西南石油大學石油工程學院，四川成都 610500；3.加拿大里賈納大學，里賈納 S4S0A2；4.長慶油田公司，陜西西安 710018）

毛管力在低滲透油藏CO2驅替過程中的作用

黃小亮1，2周 翔3向祖平1張 麗4雷登生1

（1.重慶科技學院石油工程學院，重慶 401331；2.西南石油大學石油工程學院，四川成都 610500；3.加拿大里賈納大學，里賈納 S4S0A2；4.長慶油田公司，陜西西安 710018）

引用格式：黃小亮，周翔，向祖平，等.毛管力在低滲透油藏CO2驅替過程中的作用［J］.石油鉆采工藝，2015，37（6）：67-69.

針對目前低滲透油藏CO2驅替過程中，毛管力作用不確定且常被忽略問題，采用室內實驗與數值模擬分析相結合的方法，研究了低滲透油藏中毛管力在CO2驅油過程中的作用。以CO2在不同驅油方式下長巖心室內實驗為基礎，建立了一維CO2驅油的數值模擬模型，并通過模擬分析毛管壓力在CO2不同驅油方式下的作用。研究結果表明，低滲透油藏中，毛管力在CO2不同驅油方式下所起的作用并不一致，驅替過程表現為動力，壓力恢復后的驅替過程表現為阻力。因此，為促進低滲油藏合理有效開發，有效地認清毛管力在CO2驅油中的作用是必要的。

低滲透油藏；CO2驅；毛管力；室內實驗；數值模擬

毛管力在不同的儲層性質和驅替方式下，表現出不同的作用［1-7］。通常認為毛管力在潤濕相驅替非潤濕相時表現為動力，非潤濕相驅替潤濕相時表現為阻力。然而在注CO2開發低滲油藏中，不是潤濕相驅替非潤濕相，也不是非潤濕相驅替潤濕相，難以把握毛管力在驅替中的作用。另外在實際開發中，由于低滲油藏滲流時存在啟動壓力梯度，其滲流規律不同于常規的中、高滲油藏［8-11］，毛管力將對生產產生影響。目前注CO2往往采用多種不同的驅替方式［12-13］，在其開發過程中，對毛管力所起的作用研究較少，且常被忽略。筆者以低滲油藏中毛管力在CO2驅油過程中的作用為研究對象，通過數值模擬分析毛管壓力在CO2不同驅替方式下的作用。

1　驅替實驗中毛管力作用分析

1.1室內實驗方案設計

實驗采用CO2驅油實驗裝置（如圖1），共22塊巖心采用布拉法則排序，總長度973.44 mm，滲透率調和平均為2.26 mD，平均直徑25.39 mm，巖心孔隙體積49.5 mL，飽和油體積32.1 mL（27.54 g），原油密度0.86 g/cm3，含油飽和度64.85%，束縛水飽和度35.15%。驅替實驗中，以0.5 mL/min的流量向長巖心中注入CO2。以實驗為基礎，建立水平放置一維數值模擬模型，設計110個網格，采用油氣藏模擬軟件中的組分模型進行研究。

圖1　CO2驅油實驗裝置示意圖

1.2毛管力作用分析

在擬合好實驗數據的基礎上，其他相關物性條件不變，分別將毛管力升高2倍和降低0.25倍研究其敏感性，對比結果見表1。從模擬的各項指標來看，毛管壓力越高，累計產油量和采出程度越高，表現為驅油動力。

表1　驅替實驗毛管壓力敏感性分析

毛管力變化對產量和注入壓力的影響見表1和圖2。可以看出，毛管力降低，生產過程中見油時間推遲，產油速度峰值由0.29 g/min降低到0.24 g/min，達到峰值的時間也由67 min推遲到90 min ；毛管力降低，巖心閥壓由13.28 MPa升高到13.35 MPa，壓力峰值也由13.77 MPa上升到14.27 MPa，相應的壓力峰值到達時間由81 min推遲到100 min。

分析表明，毛管力降低，CO2進入巖心的阻力增大，閥壓增大，壓力峰值增加，損耗的能量增加，導致注入CO2動力減小，且與原油接觸面積和溶解程度降低，減小了波及面積，降低了驅替效率，累計產油量和采出程度降低，毛管力在該實驗巖心組合中表現為動力。

圖2　毛管壓力變化對注入壓力的影響

毛管力升高，生產過程中見油較早，達到峰值的時間也由67 min提前到55 min，累計產油量和采出程度升高；毛管力升高，巖心閥壓雖變化較小，但壓力峰值由13.77 MPa降低到13.62 MPa，相應的壓力峰值到達時間由81 min提前到71 min。

分析表明，毛管力升高，CO2進入巖心的阻力降低，壓力峰值降低，損耗的能量減小，導致注入CO2動力增加，與原油接觸面積和溶解程度增加，促使CO2在巖心中驅替速度加快，驅替效率增加，從而累計產油量和采出程度升高，毛管力在該實驗巖心組合中進一步證明表現為動力。

2　壓力恢復及驅替實驗毛管力作用分析

2.1室內實驗方案設計

該實驗與驅替實驗巖心相同，巖心孔隙體積48.2 mL，飽和油體積31.9 mL（27.37 g），原油密度0.86 g/m3，含油飽和度66.18%，束縛水飽和度33.82%。實驗過程中，壓力恢復驅替實驗前期以一定的注氣速度向巖心注氣，憋壓到20 MPa后以0.5 mL/min的流量向巖心中注入CO2，然后實施CO2驅替采油過程。

2.2毛管力作用分析

在擬合好實驗數據的基礎上，其他相關物性條件不變，分別將毛管力升高5倍和降低0.25倍研究其敏感性，對比結果見表2。從累計產油量和采出程度來看，毛管壓力越高，累計產油量和采出程度越低，表現為阻力。

毛管力變化對產油速度和注入壓力的影響見圖3、圖4。毛管力降低，對產油速度和壓力影響較小，累計產油量和采出程度有略上升的趨勢；毛管力升高，產油速度峰值由0.39 g/min降低到0.36 g/min，達到峰值時間相同，對壓力影響較小。

表2　壓力恢復及驅替實驗毛管壓力敏感性分析

圖3　毛管壓力變化對產油速度的影響

圖4　毛管壓力變化對注入壓力的影響

分析表明：壓力恢復及驅替過程，由于前期壓力恢復階段，注入的CO2已經與原油充分接觸溶解，宏觀上總體開發效果明顯優于單一的驅替。由于驅油效果較好，導致毛管壓力對驅油效果的影響變為次要因素，但仍存在差別，總體表現為毛管力升高，損耗的能量增加，導致注入CO2動力降低，與原油接觸面積和溶解程度降低，減小了波及面積，降低了驅替效率，累計產油量和采出程度呈下降趨勢，結果進一步表明毛管力表現為阻力。

3　結論

（1）低滲油藏中，毛管力在CO2的驅替過程表現為動力作用，毛管力在CO2的壓力恢復及驅替過程表現為阻力作用。

（2）CO2驅替低滲油藏，壓力升高有限，CO2與油表現為非混相；壓力恢復及驅替，壓力升高較大，接近最小混相壓力，達到近混相狀態，開發效果較好。其次，結合毛管壓力在文中的作用，可近似認為：水濕低滲油藏中，CO2驅替過程為潤濕相驅替非潤濕相的過程，壓力恢復及驅替過程為非潤濕相驅替潤濕相的過程。

（3）毛管力將影響低滲油藏的生產，開發中不可忽略毛管力的作用。其次，鑒于毛管力在數值模擬中的局限性［14］，后期研究建議對毛管力在儲層中微觀機理進行實驗研究，以論證其作用機理。

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（修改稿收到日期 2015-08-17）

〔編輯 朱 偉〕

Effect of capillary pressure on CO2displacement in low permeability oil reservoirs

HUANG Xiaoliang1，2，ZHOU Xiang3，XIANG Zuping1，ZHANG Li4，LEI Dengsheng1
（1. Petroleum Engineering College ，Chongqing Uniνersity of Science and Technology，Chongqing 401331，China；2. Petroleum Engineering College ，Southwest Petroleum Uniνersity，Chengdu 610500，China；3. Uniνersity of Regina，Regina S4S0A2，Canada； 4. Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710018，China）

In view of the problem that the effect of capillary pressure is uncertain and is often overlooked during CO2displacement in low permeability reservoirs，the indoor experiment and numerical simulation analysis were combined to study the effect of capillary pressure in CO2displacement in low permeability reservoirs. Based on long core indoor experiment under different CO2displacement manners，a 1D numerical simulation model of CO2flooding was built，and the effect of capillary pressure on the role of different CO2displacement manners was analyzed through simulation. The research results show that，in low permeability reservoirs，the effect of capillary pressure in different CO2displacement manners are not consistent. The displacement process is shown as dynamic power，but the displacement process after pressure buildup is shown as resistance. Therefore，in order to promote the reasonable and effective development of low permeability reservoirs，it is necessary to effectively identify the role of capillary pressure in CO2flooding.

low permeability reservoir； CO2flooding； capillary pressure； indoor experiment； numerical simulation

TE357.4

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0067-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.016

國家自然科學基金“裂縫性底水凝析氣藏水侵機理研究”（編號：51374269）；重慶市自然科學基金“頁巖氣藏體積壓裂水平井非線性滲流理論及流-固耦合綜合模型研究”（編號：cstc2015jcyjA90014）。

黃小亮，1982年生。2009年畢業于西南石油大學油氣田開發工程專業，現主要從事油氣藏工程和數值模擬教學與研究工作，講師。電話：13618270563。E-mail：huiti@163.com。