南華201區(qū)塊注CO2最小混相壓力預(yù)測

路盼盼，徐 敏，楊昌華，薛龍龍，王佳俊

西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065

隨著南華201 區(qū)塊油田的不斷開發(fā)，油品中的含水率上升，注氣開發(fā)已成為一種重要手段，CO2驅(qū)成為提高采收率的首選方法［1-2］。CO2驅(qū)從機制上可分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)，研究表明，CO2混相驅(qū)的驅(qū)油效果好，而確定目標(biāo)區(qū)塊是否能夠進行混相驅(qū)的重要指標(biāo)是CO2與原油的最小混相壓力［3］。最小混相壓力的確定有很多實驗方法，比如細管實驗法、氣泡上升儀法、重力穩(wěn)定的驅(qū)替實驗法、界面張力消失法、氣相密度測定法等，其中細管實驗法是目前世界上使用最為普遍和標(biāo)準(zhǔn)的方法［4-5］。

細管模型是一維模型，是在對油層進行最大限度簡化后形成的，作用是給油藏原油和注入氣提供一個環(huán)境，使其在多孔介質(zhì)中連續(xù)接觸，并最大程度地排除流度比、黏性指進、重力分離、巖性的非均質(zhì)等帶來的不利影響［6］。細管模型的孔隙度、滲透率與油藏條件不會完全相同，因此得到的驅(qū)油效率與油藏混相驅(qū)開采的原油驅(qū)油效率也有一定的差異，但得出的最小混相壓力可以較準(zhǔn)確地反映所測定的油氣系統(tǒng)真實情況［7-8］。

本文主要通過細管實驗，研究不同壓力下注入CO2的采收率、氣油比隨注入CO2孔隙體積的變化規(guī)律，以確定南華201區(qū)塊CO2注入的最小混相壓力。

1 實驗裝置與方法

1.1 實驗裝置

本研究所采用的細管模型裝置是從海安石油科技儀器有限公司定制，模型的主要參數(shù)：最高溫度180 ℃，最高壓力40 MPa，尺寸大小10 m×4.00 mm×6.34 mm，填充物為187.5 和125 μm 玻璃微珠各一半，孔隙體積65 cm3，液測滲透率＜20.0 μm2，細管試驗裝置見圖1。

圖1 細管試驗裝置流程

1.2 實驗方法

1.2.1 最小混相壓力預(yù)測

根據(jù)原油成分和油藏溫度，利用模擬軟件Eclipse 對樣品的最小混相壓力進行預(yù)測，再根據(jù)預(yù)測最小混相壓力值，在混相壓力上下各設(shè)置2～3 個適當(dāng)?shù)尿?qū)替壓力點，進行細管混相壓力實驗，得到最小混相壓力。

1.2.2 實驗準(zhǔn)備

在每次細管實驗之前，都必須注入一定的石油醚對細管進行清洗，并用N2吹干。

1.2.3 實驗過程

根據(jù)南華201 區(qū)塊采用數(shù)值模擬得到的最小混相壓力，選取5 個驅(qū)替壓力點進行細管試驗，具體為16.2、18.3、23.1、25.7和28.0 MPa。

待地層體系平衡后進行實驗，注入CO2進行驅(qū)替，氣體注入速度為0.15 mL/min，并且在驅(qū)替過程中，計量產(chǎn)出原油的體積，當(dāng)注入氣體達到1.2倍的孔隙體積后停止注氣，實驗結(jié)束。分析不同驅(qū)替壓力條件下原油的采收率，確定注入CO2最小混相壓力。

2 細管驅(qū)替實驗結(jié)果及分析

2.1 實驗結(jié)果

通過細管實驗得出最小混相壓力試驗的綜合數(shù)據(jù)，對比研究5 次不同混相壓力下注入倍數(shù)與氣油比和采出程度的關(guān)系，得出不同壓力下注入CO2的采收率、氣油比隨注入CO2孔隙體積的變化規(guī)律，結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 CO2注入倍數(shù)與采收率的關(guān)系

圖3 CO2注入倍數(shù)與氣油比的關(guān)系

2.2 結(jié)果與分析

混相驅(qū)油是在地層高壓條件下，油中的輕質(zhì)烴類分子被CO2提取到氣相中，形成富含烴類的氣相和溶解了CO2的原油的液相兩種狀態(tài)。隨著氣體注入倍數(shù)的增加，氣油比在氣體突破后迅速增大，采收率增加明顯。由圖2～3可得，在注入壓力為25.7 MPa 和28.0 MPa 時，表現(xiàn)出混相驅(qū)的特征，是混相驅(qū)。

非混相驅(qū)油即為單純的CO2驅(qū)替產(chǎn)油，其主要采油機制是通過CO2驅(qū)替降低原油的黏度，使原油體積膨脹，界面張力減小，從而達到驅(qū)油增產(chǎn)的目的。與混相驅(qū)相比，隨著氣體注入倍數(shù)的增加，非混相驅(qū)中氣油比在氣體突破后增加幅度不大，在相同壓力的氣體注入量下，采收率較低。由圖2～3 可知：在注入壓力為16.2、18.3和23.1 MPa 時，表現(xiàn)出非混相的特征，是非混相驅(qū)。

2.2.1 混相驅(qū)

在5 次細管驅(qū)替試驗中，第4 次和第5 次注入壓力分別為25.7和28.0 MPa。由圖2和圖3可知：兩次試驗注入氣體的突破時間都相對較晚，都在注入0.95 PV（即0.95 倍孔隙體積的CO2）后突破，采收率大于92%，觀察窗顯示的井流物也表現(xiàn)出混相驅(qū)替特征［9］。

由圖3 可知：在注入氣體未突破時，氣油比不發(fā)生變化，一直是注入初期時的氣油比。當(dāng)注入氣體突破以后，氣油比迅速上升，與非混相驅(qū)相比，其氣油比在第一和第二階段分不出來，基本上保持不變，第三階段則明顯上升。由此可見，注入氣的整個過程是經(jīng)過多次接觸并不斷使注入CO2更加富化的過程。

2.2.2 非混相驅(qū)

在5 次細管驅(qū)替試驗中，第1～3 次驅(qū)替所用注入壓力分別為16.2、18.3和23.1 MPa。由圖2和圖3 可知：在這3 次驅(qū)替試驗中，氣體突破的時間都比較早，分別在注入0.70、0.76 和0.83 PV 時突破，其采收率分別為62.375%、74.746% 和84.177%，觀察窗顯示的井流物也表現(xiàn)為非混相驅(qū)替特征。

由圖3 可知：注入孔隙體積與氣油比大致可以分為3 個不同的變化階段。第一、二階段氣油比變化幅度小，不明顯；第三階段上升幅度較大。這說明，氣油比在氣體突破前基本不變，只有在氣體突破后才有所增加，但隨著油氣混合帶的建立，又出現(xiàn)一個明顯的臺階，在穩(wěn)定一段時間后，氣油比才迅速增大，而且注入壓力越大，相應(yīng)的臺階就越低，越趨近于混相驅(qū)替時的氣油比曲線。由此可見，出現(xiàn)這樣的情況與注入氣體的壓力有密切關(guān)系。

2.2.3 確定最小混相壓力

根據(jù)測得的驅(qū)替壓力與采出油量的關(guān)系，計算得出采收率與驅(qū)替壓力的關(guān)系數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1和圖4。

表1 不同驅(qū)替壓力下原油采出程度

圖4 驅(qū)替壓力與采收率的關(guān)系

由表1 可知：隨著驅(qū)替壓力的增大，原油采收率不斷增加，但增加的幅度有差異。當(dāng)驅(qū)替壓力高于25.7 MPa 時，采收率增加幅度明顯減小；驅(qū)替壓力從25.7 MPa 增至28.0 MPa 時，采收率從93.07%增至94.63%，僅增加1.56%。

由圖4 可知：采收率在壓力為23.7 MPa 處出現(xiàn)拐點，在驅(qū)替壓力低于23.7 MPa 時，采收率隨著驅(qū)替壓力的增大而增大；當(dāng)驅(qū)替壓力高于23.7 MPa 之后，采收率只有很小幅度的增加。根據(jù)細管實驗判斷準(zhǔn)則［6］，可以確定南華201 區(qū)塊注CO2最小混相壓力為23.7 MPa。

3 結(jié)論

1）非混相驅(qū)時，采出程度與注入孔隙體積呈正相關(guān)。當(dāng)注入氣體突破后，采出程度增加幅度不明顯，曲線出現(xiàn)明顯的平臺期。

2）混相驅(qū)時，氣油比在注入氣體突破后迅速上升。由此可見，注入氣的整個過程是經(jīng)過多次接觸并不斷使注入CO2更加富化的過程。

3）與非混相驅(qū)對比，混相驅(qū)的采出程度趨勢相同但增加幅度大，采油效果更好。采出程度變化情況與注入壓力相關(guān)，注入壓力不同，采出程度也不相同。

4）南華201 區(qū)塊注CO2最小混相壓力為23.7 MPa。