砂巖儲層CO2驅油效果研究

李 博，陳雪峰，王正旭，翟文寶，李明印，劉德智，康 健

（中國石油集團工程技術研究院有限公司，北京102206）

1 研究背景

二氧化碳驅油已經成為現行的高效的常規方法，作為世界三大（熱采、化學劑驅、二氧化碳驅）提高油藏采收率的方法之一，注二氧化碳改善油藏的驅油效果在國內外已經得到了成功的應用。與其他采油方式相比，二氧化碳驅油具有適用范圍大、成本低、無污染、采油率提高顯著等優點。作為一種新型采油技術，二氧化碳驅油可以使石油采收率高10%~30%，目前國內外都在大力發展二氧化碳驅油技術[1-3]。

超臨界二氧化碳技術是20世紀60年代開始興起，初始是利用二氧化碳具有可以萃取輕質原油而對重質組分影響小的性質，大量應用于萃取有機物。正是由于超臨界狀態這種特殊性質，經過多年的發展，開始逐漸應用到石油領域[4]。

二氧化碳在溫度大于31.1℃、壓力大于7.38MPa，二氧化碳會呈現出不同于普通狀態的相，也就是常說的超臨界狀態。

在超臨界狀態下，二氧化碳會呈現一種特殊狀態的形式，既保留了類似液體的性質，同時還具有氣體性能；而密度是氣體幾百倍，接近于水的密度，粘度接近于氣體，擴散系數介于氣體和液體之間，是氣體的1%，但比液體大幾百倍。

二氧化碳是一種有效的驅油劑，尤其對輕質油藏、低滲油藏，效果明顯。超臨界二氧化碳具有氣液兩相性，將超臨界二氧化碳注入到儲層，可以改變原油性質，降低原油粘度、消除界面張力、引起原油膨脹等[5-9]。

2 研究區域地質建模

為驗證二氧化碳驅油效果，建立綏中油田高精度三維地質模型，并在模型粗化的基礎上進行油藏數值模擬研究。

2.1 建立基礎數據庫

本次建模工作準備了大量細致的基礎工作，在已有的資料中詳細地整理了三維建模所需目的層段的數據，本次建模主要以叢式井A系列為主，目的儲層深度為1300~1400m，本次地質建模主要針對目的層段的幾何特性（包括小層頂底垂深及空間分布）、巖性屬性和分布、滲透率、含油飽和度等，圍繞砂巖儲層屬性高精度的確定性分析和基于高精度井間預測技術進行儲層地質建模。為確保了模型的精確度，已經處理了大量數據。基礎數據主要包括：

（1）井位坐標數據（wellhead）：主要包括井名（well）、X坐標（Xcoordinate）、Y坐標（Y coordinate）、測深（md）及補心海拔（kb）；數據加載類型為well heads（*.*）。本次建模區域內有16口井，位4×4分布。

（2）井軌跡（井斜）數據：主要包括測量深度（Md）、井斜傾角（INCL）及井斜方位角（AZIM）；數據加載類型為well path/deviation（ASCII）（*.*）。

（3）測井數據主要包括深度值及曲線值：本次對比所應用的測井數據主要有自然伽馬（GR）、聲波時差（AC）以及電阻率（RT）曲線。數據加載類型為well logs（ASCII）（*.*）。

（4）井分層數據（welltop）：通過目的儲層巖性沉積對研究區域小層頂底的劃分。主要包括井名（well）、層名（surface）、測深（Md）及層類型（wellpoint）；數據加載類型為Petrel well tops（ASCII）（*.*）。

2.2 構造模型和屬性模型

構造模型就是儲層的三維骨架，直接影響確定性地質模型及后期數值模擬的準確性。是三維地質建模基礎，主要是利用井數據和分層數據來完成。構造模型采取將構造圖數字化，通過3D網格的編輯，最終達到控制儲層，精確儲量的目的。見圖1。

圖1 井眼軌跡

本次研究選取的16口井為4×4正方形，這樣選取有利于井間控制和對井間未知區域的確定性分析，更為后續注CO2開發方案和二氧化碳驅油數值模擬提供便利。

儲層屬性模型是在構造模型的基礎上，將滲透率、孔隙度、飽和度等儲層物性參數由數字化轉變為可視化，直觀地反映出地下儲層物性的三維空間展布特征。儲層屬性參數主要包括滲透率、孔隙度、飽和度等。

2.3 模型粗化

為提高計算機性能，3D建模模型精確度，建立更加精細的網格步長，對原有的模型在進行粗化網格設置，由原來的網格精度20m×20m粗化為50m×50m。在粗化過程中，確定流體流動方向，保證網格平行于流動方向，確定網格邊界，為儲量計算更加精確結果，保持網站正交性，減少死網格。

在縱向網格模型粗化時，考慮儲層分布特點及隔夾層分布特征，將原來的網格密度由0.3m粗化為0.6m，縱向網格粗化為9層，滿足數值模擬的精度和計算要求。

2.4 儲量計算

為了優化開采方案，為后續數值模擬做準備，對目的儲層進行儲量計算模擬。根據模擬結果，目的層段標準體積為129×106m3，有效體積114×106m3，空隙體積36×106m3，油藏體積36×106m3，孔隙度為0.315。

3 油藏數值模擬

本次數值模擬主要是對二氧化碳驅油過程中相態參數研究，目前已對所需油藏參數進行了綜合整理。在建立油藏三維地質模型的基礎上，對所建模型進行物性調參，通過對開采方案參數進行設置，設計出最有效的開采方案。最后對油藏累積油產量曲線做出了預測。

二氧化碳驅油屬于注氣開發，油藏開采過程及其復雜，在溫度和壓力的雙重作用下，選擇組分模型可以更好反映油藏開發過程中流體真實特征，并通過參數敏感性分析，從而為油藏開采設定可行方案。

3.1 方案一數值模擬

由于所建模型網格過多，計算時間過長，對所選模型提取了子模型進行數值模擬。在原有的目的層段提取的子模型三維井位圖，模型選取了其中五口井為參考井。

3.1.1 開采方案設置

本次研究，對目的儲層進行敏感性參數分析，設計出四套開采方案，并對儲層累積油儲量、單井累積油產量進行計算。

方案一：五口井全部為生產井，統計累積油產量、單井產量、壓降速度等參數，并計算采收率。

方案二：設計A15井為注CO2井，其余四口為生產井，模擬開發方案，統計累積油產量、單井產量、壓降速度等參數，并計算采收率，與第一套開采方案采收率進行對比。

方案三：設計A15井為注水井，其余四口為生產井，模擬開發方案，統計累積油產量二氧化碳驅進行對比。

3.1.2 方案一相關參數設置

通過相似油藏、查閱有關文獻對有關參數進行設置。油藏參數：巖石壓縮系數2×10-5kPa-1、參考壓力13000kPa、地層表面溫度25℃、溫度系數3℃/100m、地層壓力系數1000kPa/100m；生產井設置：井底流壓3000kPa、產液量100m3/d、時間步長1月、時間步數60、井筒半徑0.1m。

3.1.3 方案一區塊數值模擬結果

（1）原油儲量。通過模型模擬進行計算，區塊油藏總體積1.52308×107m3、孔隙體積為4.83242×106m3、有效孔隙4.32161×107m3、原油儲量4.29817×107m3。

（2）區塊累積油產量。經過5年的油藏模擬開采，到2000年達到5.1×105m3，隨著彈性能的耗盡，累積油產量逐漸趨于穩定，不再增加，如圖2區塊累積油產量。經過計算區塊累計油產量達到11.8%。

圖2 區塊累積油產量

3.2 方案二驅油數模模擬

二氧化碳驅油是一種可行的、高效的、對儲層傷害最小的一種開采方式，經過十幾年的技術發展，驅油效果明顯，尤其在低滲和中滲油藏中，可以大幅度提高原油采收率。為此進行二氧化碳驅油數值模擬。

3.2.1 方案二數值模擬參數設置

基礎參數與方案一不變，方案二參數設置：生產井參數設置：井底流壓3000kPa、產液量100m3/d、時間步長1月、時間步數158、井筒半徑0.1m、開采年限25年；注入井參數設置：臨界深度1400m、注入流體CO2百分數100%、注入井井筒半徑0.1m、井頭溫度25℃、井底溫度60℃、注入壓力16000kPa。

3.2.2 方案二數值模擬結果

如圖3為區塊25年的累積油產量模擬，到2020年達到9.5×105m3。通過計算，注氣驅區塊采收率達到22.10%，區塊增加產量86.2%。

圖3 二氧化碳驅油模型區塊累積油產量

3.3 方案三數值模擬

為驗證二氧化碳驅油效果合理性，對目的儲層進行注水驅油進行對比。注水驅油是最早的驅油手段之一，因為技術簡單方便且價格低廉得到廣泛應用。但是因為水驅的波及系數低，造成的采收率達不到理想驅油效果。

本次研究經過對水驅模型進行模擬，得到圖4注水驅油模型的累積油產量和圖5水驅模型的單井產量。圖4可以看出，水驅模塊對儲層進行了25年產量模擬，在注水驅1995~2005年十年之內，儲層產油速率較快，但是在2005~2010年，產油速率下降非常快，到2010年之后，產量幾乎不再增大，達到8.5×105m3。與二氧化碳驅油相比，產量下降了1×105m3。進一步對圖5單井累計油產量進行分析，以A14井為例經過15年開采達到2.25×105m3，遠遠小于二氧化碳驅油模型中A14井2.75×105m3的產量。

圖4 水驅模型區塊累積油產量圖

圖5 水驅模型單井累積油產量

4 結論

本次研究主要以綏中油田為研究對象，對目的儲層進行三維地質建模及數值模擬，得出以下結論：

（1）二氧化碳是一種良好的驅油劑，當二氧化碳在溫度大于31.1℃、壓力大于7.38MPa，二氧化碳會呈現超臨界狀態。超臨界二氧化碳具有氣液兩相性，即具有液體的密度，又有氣體的擴散系數。將超臨界二氧化碳注入到儲層，可以改變原油性質，降低原油粘度、消除界面張力、引起原油膨脹從而提高原油采收率。

（2）本次研究對綏中36-1油田A區塊17口井進行了三種開采方案設計：第1套方案：五口井全部為生產井，模擬開發方案，統計累積油產量；第2套方案：設計A15井為注CO2井，其余四口為生產井，模擬開發方案，統計累積油產量；第3套方案：設計A15井為注水井，其余四口為生產井，模擬開發方案，統計累積油產量；通過對數值模擬結果分析，得出結論，與水驅相比，二氧化碳驅油可以改變儲層滲流機理，且超臨界二氧化碳具有氣體的性質，擴散系數遠大于水，波及效果越高，從而可以更大地提高原油采收率。