非均質(zhì)油藏CO2驅(qū)封竄方法研究

趙明國(guó) 王海棟 張宏生

摘 要：為處理CO2驅(qū)油中不可避免的氣竄問(wèn)題，在模擬非均質(zhì)地層條件下，進(jìn)行了不同封竄措施的室內(nèi)物理模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，通過(guò)采取強(qiáng)、弱凝膠調(diào)剖劑與泡沫體系三種措施與未上措施的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，分析了CO2驅(qū)油過(guò)程中采收率、生產(chǎn)氣油比以及注入能力的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：封竄措施后驅(qū)油效果顯著，弱凝膠封竄效果最優(yōu)，強(qiáng)凝膠封竄效果次之，泡沫體系封竄效果最弱。其中采用強(qiáng)凝膠、弱凝膠、氣液比分別為（1：2、1：1、2：1）的泡沫體系措施封竄后，最終采收率分別比CO2驅(qū)提高13.03、16.13、6.24、4.09和1.83個(gè)百分點(diǎn)；氣體突破時(shí)注入量分別為：1.44、1.42、1.34、1.35、1.25 PV；見(jiàn)氣后的平均注入能力分別是見(jiàn)氣前的：0.29、0.27、0.644、0.788、0.875倍。

關(guān) 鍵 詞：CO2驅(qū)；氣竄與封竄；凝膠調(diào)剖；泡沫體系調(diào)剖

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）08-1714-03

Abstract： In order to deal with the problem of gas channeling in CO2 flooding， simulation of different sealing methods was carried out in simulated formation conditions. Then three kinds of sealing channeling measures including strong gel sealing channeling， weak gel sealing channeling and foam system sealing channeling were used. The experimental results were compared. The change of recovery， gas-oil ratio， and injection capacity were studied. The experimental results show that oil displacement effect is remarkable after sealing， and the weak gel has the best sealing effect among them， the strong gel is second， the foam system is the weakest. Moreover， the ultimate recoveries of strong gel， weak gel ，foam system（1：2，1：1，2：1） are higher than the CO2 oil displacing by 13.03%， 16.13%， 6.24%， 4.09% and 1.83%；The injection quantity of gas breakthrough is as follows：1.44， 1.42， 1.34， 1.35， 1.25 PV； the average injection capacity after gas appearing is 0.29，0.27，0.644，0.788，0.875 times of the average injection capacity before gas appearing.

Key words： CO2 flooding； gas channeling&plugging channeling； gel profile control； foam system profile control

前20世紀(jì)50年代，人們開(kāi)始了對(duì)CO2驅(qū)油技術(shù)的研究與應(yīng)用。70年代，隨著技術(shù)難題的不斷解決（CO2集輸工藝、注入工藝、腐蝕與結(jié)垢等）CO2驅(qū)油技術(shù)才在一些油田開(kāi)始嶄露頭角并逐年增加，目前CO2氣驅(qū)在國(guó)內(nèi)外已成為有效提高采收率方法之一[1-3]。但由于不利的流度比，注氣開(kāi)發(fā)過(guò)程必然面臨著不可避免的氣竄問(wèn)題，一旦氣竄，氣體的波及體積將會(huì)大幅度下降、驅(qū)油效率也隨之明顯降低，這將嚴(yán)重影響注采開(kāi)發(fā)效果[4]，因此對(duì)于注CO2開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，能否有效的預(yù)防和封堵氣竄問(wèn)題直接決定著注氣開(kāi)發(fā)的成功與否。通過(guò)對(duì)資料文獻(xiàn)的調(diào)研，了解到國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此實(shí)際問(wèn)題先后做出大量的研究：張磊（2013）等對(duì)氣竄的規(guī)律研究；楊大慶（2014）等研究了滲透率對(duì)CO2驅(qū)氣竄的影響；劉必心（2014）、劉承杰（2012）分別對(duì)正定胺、改性凝膠體系的封竄性能做出評(píng)價(jià)；于春濤等（2014）CO2泡沫驅(qū)體系篩選與評(píng)價(jià)以及劉向斌等CO2泡沫配方體系的研制與應(yīng)用等[5-9]。本文在模擬非均質(zhì)地層基礎(chǔ)上，分別開(kāi)展強(qiáng)、弱凝膠與泡沫體系對(duì)CO2氣竄問(wèn)題的適應(yīng)性研究。

1 實(shí)驗(yàn)條件

油：模擬地層油。油氣比34 m3·m-3，體積系數(shù)1.105，粘度6.1 mPa·s

水：模擬水，礦化度10 000 mg/L。

強(qiáng)凝膠調(diào)剖劑：2 500 mg/L聚合物+0.2%FQSZ+ 0.02%ZJ+水，成膠時(shí)間8 h。

弱凝膠調(diào)剖劑：0.2%HL+0.15% NJ-4 +水，成膠時(shí)間60 h；

泡沫體系（表1）：0.05%發(fā)泡劑（有效濃度30%）+水+ CO2；

按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SY/T6465-2000）測(cè)定泡沫體系的起泡能力和半衰期，結(jié)果見(jiàn)表1。

實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃。所用的巖樣為人造非均質(zhì)巖心，見(jiàn)圖1。巖心尺寸為4.5 cm×4.5 cm×30 cm，分為上、中、下三層，滲透率分別為10×10-3、120×10-3、50×10-3 μm2。平均滲透率為80×10-3 μm2，平均孔隙度為19.56%。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程

實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括注入系統(tǒng)（活塞容器、計(jì)量泵、高壓恒壓恒速泵）和采出系統(tǒng)（回壓調(diào)節(jié)器、油氣分離器、氣體質(zhì)量流量計(jì)）以及恒溫箱、巖心夾持器、壓力表、壓力傳感器等（見(jiàn)圖2）。

3 實(shí)驗(yàn)方法

將6組實(shí)驗(yàn)巖心抽空后飽和地層水；將飽和水的巖心注入油，進(jìn)行油驅(qū)水，直至巖心出口端沒(méi)有水流出為止，平均束縛水飽和度為40.82%；將注氣壓力調(diào)整到驅(qū)替壓力22 MPa及巖心出口回壓20 MPa后，將氣體注入巖心中進(jìn)行氣驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，當(dāng)出口端出現(xiàn)CO2后，分別進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：（1）第1組繼續(xù)注入CO2，直至沒(méi)有油為止；（2）第2、3組分別注入0.1 PV強(qiáng)凝膠、弱凝膠調(diào)剖劑，再注入0.1 PV CO2，將注入端關(guān)閉，成膠后再進(jìn)行CO2驅(qū)到?jīng)]有油為止。（3）第4～6組注入0.1 PV泡沫體系（氣液分別為 1：2 ；1：1；2：1），然后進(jìn)行CO2驅(qū)到?jīng)]有油為止。

4 封竄措施效果

4.1 采收率

6組實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行CO2驅(qū)，見(jiàn)氣時(shí)累積采收率分別為：40.31%、40.18%、41.20%、40.48%、41.10%和41.04%，見(jiàn)氣時(shí)的累積采收率基本相同。見(jiàn)氣后，CO2驅(qū)、注入調(diào)剖劑、泡沫體系的采收率增加量相差非常大，注入調(diào)剖劑的累積采收率明顯高于僅CO2驅(qū)。CO2驅(qū)與注入強(qiáng)凝膠、弱凝膠、氣液為1：2 ；1：1 ；2：1泡沫體系的最終采收率分別為59.69%、73.23%、77.30%、66.82%、64.74%和62.27%。

同時(shí)由圖3可見(jiàn)，與見(jiàn)氣前采收率相比，注入強(qiáng)凝膠、弱凝膠、氣液為1：2 ；1：1； 2：1泡沫體系的累積采收率分別比CO2驅(qū)提高13.03、16.13、6.24、4.09和1.83個(gè)百分點(diǎn)。所以，采用凝膠封竄措施的開(kāi)采方式取得的效果更優(yōu)，其中弱凝膠比強(qiáng)凝膠封竄采收率提高3.1個(gè)百分點(diǎn)。泡沫體系封竄效果較差，采收率提高量比弱凝膠低9.89百分點(diǎn)以上；這是因?yàn)槟z體系會(huì)使高滲透層、大孔道完全或部分堵塞[10]，從而繼續(xù)注入CO2驅(qū)替時(shí)，驅(qū)替流體會(huì)繞過(guò)已堵塞孔道流經(jīng)未波及孔道進(jìn)而增加波及體積，但其中強(qiáng)凝膠由于其自身性能（成膠強(qiáng)度、韌度大）不隨驅(qū)替流體向前推進(jìn)，隨后CO2會(huì)繞過(guò)強(qiáng)凝膠堵塞段而繼續(xù)流經(jīng)后續(xù)高滲帶，而當(dāng)壓力梯度高于某一臨界值時(shí)，弱凝膠會(huì)發(fā)生變形繼續(xù)擠入窄小孔道，從而能夠進(jìn)入試樣深部達(dá)到深部調(diào)剖，進(jìn)一步阻擋CO2突破迫使其不斷變流改向，流經(jīng)未波及到的孔隙通道，進(jìn)一步提高波及體積[11]，因此弱凝膠封竄好于強(qiáng)凝膠封竄。而泡沫體系驅(qū)效果最差，這是因?yàn)榕菽亢苌?，泡沫所起到控制?qū)替液粘度的作用微乎其微，甚至在地下未形成泡沫，而之所以泡沫體系有一定的封竄能力是因?yàn)樽⑷氲囊后w起到了一定的調(diào)剖作用。

4.2 生產(chǎn)氣油比

6組實(shí)驗(yàn)CO2驅(qū)見(jiàn)氣時(shí)注氣量分別為0.313 1、0.317 5、0.325 5、0.311 0、0.3116和0.304 6 PV，此時(shí)生產(chǎn)氣油比平均為832 m3·m-3。CO2驅(qū)與注入強(qiáng)凝膠調(diào)剖劑、弱凝膠調(diào)剖劑以及氣液比分別為（1：2 ；1：1；2：1）的泡沫體系，氣體突破時(shí)的注入量分別為：0.86、1.44、1.42、1.34、1.35、1.25 PV。可見(jiàn)，采用封竄措施的開(kāi)采方式，可以抑制CO2的快速突破，緩解氣油比的上升速度。注泡沫體系中，氣液比為1：1、2：1泡沫劑緩解氣油比上升程度基本相當(dāng)（圖4），比氣液比1：2泡沫劑降低氣油比幅度小，但較CO2驅(qū)降低氣油比大。這是由于以下兩種原因：（1）隨著泡沫體系中氣量的大幅度增多，使泡沫體系中氣與液未完全混相，即有部分氣呈連續(xù)相而快速突破。（2）雖然混相但氣液兩相的滑脫效應(yīng)較強(qiáng)，也易造成氣體單相指進(jìn)突破[12]。

4.3 注入能力

由圖5可知繼續(xù)CO2驅(qū)注入能力迅速增加，注凝膠體系注入能力急劇下降；CO2驅(qū)及注入0.1PV強(qiáng)、弱凝膠調(diào)剖劑見(jiàn)氣后的平均注入能力分別為見(jiàn)氣前的3.54、0.29、0.27倍，因此，注入凝膠體系調(diào)剖劑后可以抑制CO2的快速突破，起到了封竄的作用。而注入泡沫體系的注入能力同樣快速下降，但不如凝膠體系下降幅度大。計(jì)算后得注入泡沫體系（氣液比為1：2、1：1、2：1）見(jiàn)氣后的平均注入能力分別為見(jiàn)氣前的 0.644、0.788、0.875倍。因此，注入泡沫劑后降低了CO2的注入能力，同樣起到了一定封竄的作用。同時(shí)從圖5觀察到氣液比越小，注入能力降低幅度越大，這是因?yàn)榕菽械囊后w產(chǎn)生了液阻效應(yīng)，類(lèi)似于水氣交替驅(qū)，流動(dòng)阻力增加，注入能力下降。

5 結(jié) 論

（1）強(qiáng)、弱凝膠剖劑、泡沫體系（氣液比分別為1：2、1：1、2：1）封堵后最終采收率分別比CO2驅(qū)提高13.03、16.13、6.24、4.09和1.83個(gè)百分點(diǎn)。即凝膠體系封竄效果顯著，泡沫體系封竄效果不如凝膠體系但會(huì)起到一定作用。

（2）泡沫體系氣液比越小，采收率提高及注入能力降低幅度越大。

（3）CO2驅(qū)從見(jiàn)氣到氣竄，其間采收率提高約16個(gè)百分點(diǎn)，但氣竄后繼續(xù)CO2驅(qū)，采收率增加有限。

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