低滲透油藏二氧化碳混相與近混相驅替規律研究

張謙偉，劉 霜

（東北石油大學，黑龍江 大慶 163318）

低滲透油藏二氧化碳混相與近混相驅替規律研究

張謙偉，劉 霜

（東北石油大學，黑龍江 大慶 163318）

實驗先利用細管實驗法確定出本次試驗條件下二氧化碳的最小混相壓力為 26 MPa，再使用人造低滲透巖心并設定驅替壓力分別為 24 MPa 近混相驅壓力條件和 28 MPa 混相驅替壓力條件進行驅油實驗。結果是二者驅油效率變化基本一致，且混相驅替比近混相驅替最終驅油效率高出 1.8 個百分點，以期為后續研究二氧化碳驅油提供理論和實驗基礎。

二氧化碳；最小混相壓力；近混相驅替；混相驅替

低滲透率、低產能、低豐度的一類油藏被稱為低滲透油藏。我國的低滲透油氣資源在已經探明資源中所占比例很高，大約占全國油氣儲集量的 65%以上［1］具有油氣含量大、類型豐富、區域分布比較廣泛，陸相地帶油氣均有，海相主要含氣的特點。但是在現有的經濟和技術水平下，低滲透油藏仍然難以形成大規模開發，只有少部分地區應用于現場。低滲透油藏儲層由于低滲透率，其具有水敏性的粘土礦物含量大，因而會出現遇水膨脹賭塞孔隙的現象，導致注水時油藏的吸水能力較差，以致無法注進水或者難以見到注水［2］。為此，氣體驅油技術成為低滲透油藏開發的一種有效手段，二氧化碳驅油是當今世界范圍內的最佳選擇，先進的國家比較多的采用以二氧化碳驅替方式提高石油開采率，本文主要介紹二氧化碳驅油在相應的壓力范圍內，確定出二氧化碳在本實驗條件下的最小混相壓力，研究了滿足混相壓力時二氧化碳氣體混相驅油和不滿足混相壓力時近混相驅油的效率對比，以期為二氧化碳應用提供理論依據。

1 細管實驗法裝置流程及 CO2最小混相壓力的確定

1.1 細管實驗法原理及裝置流程

本實驗應用原理主要是在模擬相應的油藏溫度和地層原油條件下，利用最小混相壓力決定能否進行混相驅油的條件，設計了近混相驅和混相驅條件下的效率對比。多孔介質模型在細管實驗裝置中模擬，在改變驅油壓力時可以得到相應壓力和采收率的關系曲線，當曲線出現拐點時，其所對應的壓力即為最小混相壓力［3］。

細管實驗法是最可靠的實驗室測定最小混相壓力的常規方法之一，能夠滿足油層多孔介質中驅替過程的特征，其精確結果具有重復性，是現如今世界范圍內使用最為廣泛確定最小混相壓力的方法之一。其流程主要包括儀器有：注入泵，中間容器，過濾器，壓力表，觀察窗，壓差表，細管，壓力調節器，液體餾分收集器，氣量計，氣相色譜儀組成。如圖1所示。

細管實驗裝置工藝流程見圖 1，將細管盤旋為螺旋狀，其入口端與含有注入氣，地層油的中間容器分別連接，利用高壓驅替泵推動活塞，活塞可以將注入氣注入到細管中進行驅油。觀察窗與油管出口端相互連接，透過觀察窗可以觀察到排出物的狀態及顏色。高壓觀察窗與壓差表以及壓力調節器相連接，便于及時調節細管出口端壓力。儀器的高壓部分設置在恒溫浴中，排出物在氣量計和液量計中計量。

圖1 細管實驗法裝置示意圖Fig.1Tubule experiment device

1.2 細管實驗法測定最小混相壓力

為使最小混相壓力準確性更高，選取某實際地層為模擬對象，進行了5次長細管驅油實驗。本實驗采用長度為 18 m，內徑為 6 mm，孔隙度為 30%，滲透率 10.42×10-3μm2，注入壓力分別為：17、21.5、24.6、27.3、30.8 MPa，實驗結果如圖 2 所示。

圖2 不同注入壓力條件與驅油效率的關系曲線Fig.2 The curve of different injectionpressure condition and oil displacement efficiency

由實驗圖線可以看出：壓力在 25 MPa 左右，采收率圖線出現拐點，那么可以得出此模擬地層的最小混相壓力為 25 MPa。

2 二氧化碳近混相驅油影響因素及實驗效果分析

2.1 壓力因素

在擬三元相圖中隨著壓力的增大兩相區范圍縮小, 對于一定的原油組成，相包絡線越小越容易形成近混相驅。因而，最小混相壓力對于能否混相驅替起到了決定性作用。在近混相驅替過程中，壓力小于最小混相壓力，當其壓力越大，越接近最小混相壓力，則驅油效率越高。

2.2 油藏因素

近混相驅是指驅替壓力數值不高于最小混相壓力并與其數值靠近的驅油過程。與近混相驅相互匹配的油藏概況主要有；傾角偏高、多鹽丘、垂直方向上滲透率高等狀況的油藏；不易達到混相驅且水驅較差的低滲透油藏；開采經濟條件苛刻的輕質原油、埋藏較深油藏；高粘輕質油藏中油水流度比相對較大的這一類；水驅未完全結束或者已接近結束的砂巖油藏。

2.3 原油組分因素

最小混相壓力越小則更加容易形成近混相驅替狀態，越利于驅油效率提高，在原油中輕質組分如甲烷或氮氣以和原油中二氧化碳，硫化氫等中間組分會使輕質組分增加最小混相壓力，中間組分會使最小混相壓力降低。因此，原油組分直接影響提高采收率的作用效果。

2.4 近混相驅油效率與注入PV數實驗效果分析

本實驗采用人造低滲透巖心，其滲透率約是1.5～3.0 mD，二氧化碳純度約是 99.7%，模擬油藏溫度為 110 ℃。由長細管實驗可以確定二氧化碳原油體系最小混相壓力約是 26 MPa，可以得出實驗油的近混相驅替壓力約是 24 MPa。并得到二氧化在 24 MPa 驅替壓力條件下，驅替效率與不同注入pV 數之間的關系曲線［4-6］，如圖 3 所示。

圖3 驅油效率與不同注入PV數之間的關系曲線Fig.3 Relationship between oil displacement efficiency and different injectionpV number

由實驗圖線可以看出：在 24 MPa 驅替壓力下，達到近混相驅替效果，在注入量為 1.4PV 時得到最終采收率約為 90.3%，此前，驅油效率隨著注入pV數的增加而增加。

3 二氧化碳混相驅油機理油藏影響因素及實驗效果分析

3.1 二氧化碳混相驅油機理

在滿足最小混相壓力條件下，CO2可以與油藏達到混相效果，一方面通過降低油水界面張力，且隨著二氧化碳濃度增大，油水界面張力減小，更加利于原油驅替。另一方面，注入氣體段塞調整會使二氧化碳更加容易形成混相，越有利于混相驅油效果。

3.2 降低原油黏度

二氧化碳溶解于原油，會明顯的降低原油的黏度，下降幅度受到壓力、溫度和非碳酸原油的黏度大小等因素影響。原油的黏度越高，那么其降低的幅度越大，因為中質油和重質油受二氧化碳降黏作用較明顯；當溫度升高時，二氧化碳溶解度降低，降黏作用相應減弱；在同一溫度時，壓力升高，二氧化碳溶解度隨之增大，降黏作用隨之提高；然而當壓力偏高且超過飽和壓力時，黏度反而增大。

3.3 降低界面張力減少驅替過程阻力

當油水界面張力降低時殘余油飽和度也隨之減小。二氧化碳具有易溶解于油的性質，且二氧化碳在油中溶解度比其在水中的溶解度高出 3～9 倍。故在二氧化碳驅油過程中，大量的二氧化碳與輕烴物質相互混合，因而使油水界面張力能夠大幅度降低，殘余油飽和度隨之減小，以此提高原油采收率。

3.4 二氧化碳混相驅油油藏影響因素

二氧化碳混相驅油需要滿足達到最小混相壓力的同時還需要考慮以下關于油藏的5個方面因素才可應用于礦場。主要是從油藏溫度、原油組成、油藏埋深、油藏壓力和原油密度進行分析［7］；（1）有效滲透率大于 10 mD，孔隙度不低于 12%，是較為理想的儲層。（2）二氧化碳驅適應在水驅效果較好的儲層，油藏在水驅后采收在 20%到 50%時比較適宜。（3）油藏深度不低于 760 m，滿足地層壓力能夠達到最小混相壓力。（4）油藏滿足原油密度不大于 0.889 g/cm3，黏度不大于 10 mPa·s 時比較適合。

3.5 混相驅油效率與注入PV數實驗效果分析

為滿足控制變量原則，本實驗采用人造低滲透巖心，其滲透率約是 1.5～3.0 mD，二氧化碳純度約是 99.7%，模擬油藏溫度為 110 ℃。由長細管實驗可以確定本實驗最小混相壓力約是 26 MPa，可以得出實驗油的混相驅替壓力約是 28 MPa。并得到二氧化在 28 MPa 驅替壓力條件下，驅替效率與不同注入pV 數之間的關系曲線, 如圖 4 所示。

由實驗圖線可以看出：在 28 MPa 驅替壓力下，達到混相驅替效果，在pV 數小于 1.2 時驅油效率隨著注入pV 數的增加而增加，在注入量為 1.4pV 時得到最終采收率約為 92.1%。

圖4 驅油效率與不同注入PV數之間的關系曲線Fig.4 Relationship between oil displacement efficiency and different injectionpV number

4 結 論

（1）利用細管實驗法測出孔隙度為 30%，長度為 18 m，內徑為 6 mm，滲透率 10.42×10-3μm2長細管模擬地層的最小混相壓力約為 25 MPa。

（2）在控制巖心，地層滲透率，溫度以及二氧化碳純度相同的情況下，模擬二氧化碳在 28 MPa壓力下混相驅與 24 MPa 壓力下近混相驅得到的驅油效率基本一致，且混相驅替比近混相驅替高出 1.8個百分點。

（3）通過本次模擬實驗，進一步驗證了細管實驗法對于實驗室測量最小混相壓力的實用性和準確性，為后續的探究二氧化碳氣體混相驅替提供實驗基礎。

［1］李道品，等. 低滲透油田概念及我國儲量分布狀[J]. 低滲透油氣田，1997（1）.

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Research on Carbon Dioxide Miscible Displacement and Near Miscible Displacement Law in Lowpermeability Reservoirs

ZHANG Qian-wei, LIU Shuang
（Northeastpetroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

Firstly, the tubule experimental method was used to the minimum misciblepressure of CO2under this study condition, determined value was 26 MPa. Secondly, artificial lowpermeability core was used to respectively carry out oil displacement experiments under 24 MPa near miscible displacementpressure condition and 28 MPa miscible displacementpressure condition. The results show that the oil displacement efficiencies change similarly, and the displacement efficiency of miscible displacement is higher than that of near miscible displacement by nearly 1.8%, which canprovide theory and experimental basis for the follow-up study of CO2flooding.

Carbon dioxide; Minimum misciblepressure; Near miscible displacement; Miscible displacement

TE 357

： A

： 1671-0460（2017）02-0274-03

2017-01-09

張謙偉（1993-），男，四川省雅安市人，碩士，研究方向：油氣田開發工程。E-mail：2448950836@qq.com。