低滲油藏CO2 驅(qū)提高采收率階段劃分研究

張 俊，黃 琴，孟憲偉，鄭 舉，李 彪

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

CO2具有良好的注入性和驅(qū)油效果，目前已成為最有效的提高低滲油藏采收率的方法之一[1]。但在低滲油藏CO2驅(qū)油效果評(píng)價(jià)中，前人對(duì)宏觀上易觀察的影響因素進(jìn)行了具體分析，且比較成熟，如注入速度、注入壓力、注入PV 數(shù)、采油速度、不同組分和各種注入方式等[2]。對(duì)于微觀上難于觀察的影響因素也做了定性描述分析，但對(duì)CO2驅(qū)油過程中原油滲流規(guī)律中的階段劃分并不明確[3]。

因此，以長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)替室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以低滲油藏CO2驅(qū)油過程中的驅(qū)油規(guī)律為研究對(duì)象，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬分析相結(jié)合的研究方式進(jìn)行研究。首先通過長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)替室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析CO2的驅(qū)油過程；其次以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，建立一維CO2驅(qū)油的數(shù)值模擬模型，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析和擬合確定其相關(guān)性，進(jìn)而通過數(shù)值模擬分析不同階段巖心中含油飽和度的分布規(guī)律。

1 長(zhǎng)巖心CO2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)分析

1.1 長(zhǎng)巖心CO2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)儀器：巖心夾持器，ISCO 電子泵，回壓閥，壓力傳感器，活塞容器，分離器，氣體流量計(jì)以及數(shù)據(jù)記錄電腦，實(shí)驗(yàn)流程見圖1。實(shí)驗(yàn)巖心：采用低滲油藏長(zhǎng)巖心做CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，巖心總長(zhǎng)度為978.5 mm，滲透率調(diào)和平均值為3.27×10-3μm2，平均直徑為25.4 mm，總孔隙體積為45.02 cm3，巖心按布拉法則排序。實(shí)驗(yàn)流體：地層油（密度為0.86 g/cm3，黏度為12.2 mPa·s），地層水，CO2。實(shí)驗(yàn)方案：長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)替采出過程和驅(qū)替效率實(shí)驗(yàn)研究。

圖1 長(zhǎng)巖心CO2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)流程示意圖

1.2 CO2 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)步驟

（1）首先按巖心排列順序裝好巖心，對(duì)巖心系統(tǒng)抽空，隨后注地層水飽和巖心，在實(shí)驗(yàn)溫度和壓力條件下穩(wěn)定一段時(shí)間，使巖心得到充分飽和后，記下飽和量；

（2）由于地層飽和原油黏度高，水黏度低，地層滲透率低，實(shí)驗(yàn)采用配制好的飽和油樣驅(qū)替巖心中的水，以建立地層原始油水分布；

（3）在地層溫度和壓力條件下，進(jìn)行長(zhǎng)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)；

（4）實(shí)驗(yàn)中記錄好驅(qū)替時(shí)間、泵讀數(shù)、注入壓力、注入速度、環(huán)壓和回壓，監(jiān)測(cè)分離出的油量、氣量和水量；為了測(cè)試低滲儲(chǔ)層的啟動(dòng)壓力，以出口處開始出現(xiàn)第一滴油滴為起點(diǎn)進(jìn)行PV 的記錄；

（5）每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后清洗巖心：先用石油醚和無水酒精清洗巖心，接著用氮?dú)獯担娓蓭r心系統(tǒng)，然后重復(fù)（1）～（2）步驟，形成原始狀態(tài)后，進(jìn)行下一組實(shí)驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

長(zhǎng)巖心CO2驅(qū)替實(shí)驗(yàn)選取的巖心測(cè)試基本參數(shù)見表1。

表1 巖心參數(shù)表

注入端以0.5 mL/min 的速度向長(zhǎng)巖心中注入CO2氣體，生產(chǎn)井在實(shí)驗(yàn)過程中始終保持開井狀態(tài)，采油速度曲線和累計(jì)產(chǎn)油量曲線見圖2、圖3。

圖2 生產(chǎn)時(shí)間和采油速度關(guān)系曲線圖

圖3 生產(chǎn)時(shí)間和累計(jì)產(chǎn)油量關(guān)系曲線圖

從圖2 可以看出，注氣前期采油速度迅速上升，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到55 min 時(shí)，采油速度達(dá)到峰值0.170 g/min。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到200 min 時(shí)，采油速度降低到0.001 g/min以下。

從圖3 可以看出，當(dāng)時(shí)間達(dá)到200 min 后，累計(jì)產(chǎn)油量上升幅度很小。當(dāng)時(shí)間達(dá)到600 min 時(shí)，采油速度基本為零，累計(jì)產(chǎn)油量基本趨于平衡。累計(jì)產(chǎn)油量為10.73 g，采出程度為38.96%。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析

采用CMG 油氣藏模擬軟件中的GEM 模塊進(jìn)行模擬，巖心和流體參數(shù)均以真實(shí)所測(cè)的參數(shù)為基礎(chǔ)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)巖心采用水平放置的一維長(zhǎng)方體模型，模型設(shè)計(jì)時(shí)將每塊巖心平均分成5 個(gè)網(wǎng)格，共計(jì)建立110個(gè)網(wǎng)格的一維模型。其中，設(shè)置兩口井為注入井位于第1 個(gè)網(wǎng)格；生產(chǎn)井位于第110 個(gè)網(wǎng)格。在模型的基礎(chǔ)上對(duì)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歷史擬合，累計(jì)產(chǎn)油量曲線擬合結(jié)果見圖4，壓力曲線擬合結(jié)果見圖5。

圖4 累計(jì)產(chǎn)油量擬合曲線圖

圖5 壓力擬合曲線圖

從圖4、圖5 可以看出，剛開始注入CO2氣體時(shí)，在巖心啟動(dòng)壓力的作用下實(shí)驗(yàn)曲線和擬合曲線均向后推移了0.020 d。而實(shí)驗(yàn)過程中，CO2的突破時(shí)間比模擬的時(shí)間靠前，在0.021 d 達(dá)到突破時(shí)間。注入氣體突破后，巖心壓力以及模型壓力均逐漸下降，說明隨著CO2的突破，巖心和模型中含油量均下降，含油飽和度降低，CO2在巖心以及模型中的流動(dòng)阻力降低，流動(dòng)加快，壓力減小。

實(shí)驗(yàn)和模擬中發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)過程中，注入CO2達(dá)到啟動(dòng)壓力需要的時(shí)間為30 min，然后開始產(chǎn)油，油的產(chǎn)出主要分為三個(gè)階段（圖6）：純油生產(chǎn)階段、CO2與油混合生產(chǎn)階段和CO2攜帶的輕質(zhì)組分原油生產(chǎn)階段。

圖6 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)階段劃分圖

第一階段：當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到t=0.038 19 d 時(shí)，模型中含氣飽和度與含油飽和度的分布見圖7。在該時(shí)刻，CO2已經(jīng)驅(qū)替到第80 個(gè)網(wǎng)格，注入井附近40 個(gè)網(wǎng)格含氣飽和度超過了40.00%，CO2注入巖心的速度較快，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，此刻產(chǎn)油速度達(dá)到峰值。從含油飽和度分布圖上可以看出，CO2注入過程中，油相被壓縮成段塞，在壓差作用下向生產(chǎn)井流動(dòng)。從注入井到生產(chǎn)井方向，含油飽和度分布由1.42%上升到最大值76.88%而后降低到生產(chǎn)井附近的65.27%。

圖7 驅(qū)替過程不同階段的油氣飽和度分布圖

第二階段：當(dāng)模擬進(jìn)行到t=0.069 44 d 時(shí)，模型中含氣飽和度與含油飽和度的分布見圖7。此刻，CO2在生產(chǎn)井附近的飽和度已經(jīng)超過了35.00%。說明模型中可動(dòng)油的含量已經(jīng)很低，生產(chǎn)潛力變小，生產(chǎn)主要靠氣帶油。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)t=0.069 44 d 時(shí)，累計(jì)產(chǎn)油量上升幅度很小；從采油速度可以看出，在該時(shí)刻采油速度降低到0.076 g/min，巖心中幾乎沒有可動(dòng)油存在。

第三階段：當(dāng)模擬進(jìn)行到t=0.250 00 d 時(shí)，模型中含氣飽和度與含油飽和度的分布見圖7。在該時(shí)刻，含氣飽和度在整個(gè)巖心中的分布均超過45.00%，注入井附近更超過了70.00%。從采油速度曲線上可以看出，采油速度幾乎為零，產(chǎn)出的油為CO2攜帶的輕質(zhì)組分原油。

3 結(jié)論

（1）低滲油藏采用CO2驅(qū)替有較好的開發(fā)效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采出程度可達(dá)38.96%。

（2）低滲油藏CO2驅(qū)替過程中，油的產(chǎn)出主要分為三個(gè)階段：純油生產(chǎn)階段、CO2與油混合生產(chǎn)階段和CO2攜帶的輕質(zhì)組分原油生產(chǎn)階段。

（3）低滲油藏CO2驅(qū)替過程中，產(chǎn)油主要在第一階段和第二階段，因此，對(duì)于低滲油藏的合理開發(fā)，建議注重此階段的開發(fā)管理。