張奉東,王震亮

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,西安 710069;2中國石油化工股份有限公司華東分公司,南京 210019)

蘇北盆地草舍油田CO2混相驅(qū)替試驗與效果分析

張奉東1,2,王震亮1

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系,西安 710069;2中國石油化工股份有限公司華東分公司,南京 210019)

蘇北盆地草舍油田泰州組油藏為復(fù)雜小斷塊油藏,水驅(qū)采收率僅32%。該文通過將CO2混相驅(qū)油室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬結(jié)果與礦場試驗相結(jié)合,進(jìn)行了開采效果的理論和實際分析與對比。室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬結(jié)果研究表明,采用CO2混相驅(qū)可以使該油藏采收率達(dá)到47%,比水驅(qū)油的方式提高15%。2005年7月至2009年12月,草舍油田泰州組油藏已累計注入CO2氣5 842×104m3,增產(chǎn)原油3×104t,提高采收率2%,取得了顯著的增產(chǎn)效果。因此,CO2混相驅(qū)油是有效的三次采油方法,對復(fù)雜斷塊油藏開展三次采油具有重要借鑒價值。

CO2混相驅(qū)油;礦場試驗;提高采收率;復(fù)雜小斷塊油藏;泰州組;草舍油田;蘇北盆地

利用CO2驅(qū)油提高油藏的采收率始于20世紀(jì)50年代,美國CO2驅(qū)油提高油氣采收率技術(shù)主要是利用高純度CO2氣藏氣,現(xiàn)已成為美國油田提高采收率的主導(dǎo)技術(shù)之一[1-2]。據(jù)報道,目前該技術(shù)在美國每年使用的CO2量超過3 500×104t。2006年美國油氣雜志的調(diào)查顯示,世界范圍內(nèi)提高石油采收率(EOR)的項目數(shù)為 304個,其中CO2混相/非混相驅(qū)項目94個,占總數(shù)的31%,年增產(chǎn)石油產(chǎn)量超過1 200×104t,占EOR總產(chǎn)量的15%。通過大量的礦場開發(fā)和應(yīng)用,CO2驅(qū)油的機(jī)理已經(jīng)基本明確[3-9],并已形成了以CO2混相驅(qū)/非混相驅(qū)和氣水交替驅(qū)等為主導(dǎo)的CO2驅(qū)油技術(shù)。

蘇北盆地草舍油田泰州組油藏為復(fù)雜小斷塊油藏,已進(jìn)入油田開發(fā)的中后期,注水壓力高、含水高、產(chǎn)量遞減明顯。利用同一盆地豐富的CO2資源,通過CO2驅(qū)油技術(shù),變水驅(qū)為 CO2驅(qū),使油田產(chǎn)液量穩(wěn)中有升、含水率下降、注入壓力降低,可明顯提高草舍油田的采收率。

1 油藏的石油地質(zhì)特征

草舍構(gòu)造位于蘇北盆地溱潼凹陷南部斷階帶中段東端,是在基底隆起背景上由同生斷層活動形成的逆牽引背斜構(gòu)造。草舍構(gòu)造軸向NNW,北東向正斷層將草舍構(gòu)造分割成高、中、低斷階,晚期形成的草東斷層的剪切切割以及隨主干斷裂發(fā)育的眾多次級小斷裂,使草舍構(gòu)造進(jìn)一步復(fù)雜化。草舍油田就是發(fā)育在該構(gòu)造中、南斷塊中、下構(gòu)造層各組段油藏的總稱。

泰州組油藏位于草舍油田南斷塊(圖1)[12],構(gòu)造軸線是北東向,地層呈區(qū)域性西北傾,傾角9°～14°;其南北側(cè)為Ⅰ、Ⅱ號斷層夾持,東南翼受北北東向草東斷層左旋剪切,北東向的f1、f2斷層將斷塊分割成南、中、北斷塊,中斷塊內(nèi)部又被近北西向的小斷層(南 1、南 2、南 3、南 4、南 5、南 6、南 7、南8)分割成9塊,油氣主要分布在中斷塊的南中Ⅰ—南中Ⅵ斷塊。

泰州組油層厚度較大,主要含油斷塊通過斷層側(cè)向連通,儲層具中—低孔、低—中滲特點(diǎn),其孔隙度為15.99%～22.08%,滲透率為(24.33～113.69)×10-3μm2,滲透率的變化大,非均質(zhì)性嚴(yán)重。油藏疊合含油面積0.377 km2,探明石油地質(zhì)儲量142×104t,可采儲量 34.1 ×104t。

2 CO2驅(qū)油試驗的可行性分析

草舍油田泰州組油藏于1981年5月投入開發(fā),1990年9月開始注水后,年產(chǎn)油量由1981年的0.397 6×104t上升至2000年峰值產(chǎn)量2.942 3×104t,是初期產(chǎn)量的7.4倍,隨后產(chǎn)量步入遞減,至2004年產(chǎn)油量已降至2.326×104t,平均年遞減率5%。

圖1 蘇北盆地草舍油田泰州組油藏構(gòu)造展布Fig.1 The distribution of structure in Taizhou Fm reservoir,Caoshe Oilfield of the North Jiangsu Basin

2.1 油藏水驅(qū)油開發(fā)中存在的主要問題

1)開發(fā)層系劃分較粗,層間矛盾嚴(yán)重;2)局部地區(qū)井網(wǎng)不完善,水驅(qū)井網(wǎng)控制儲量為65.3×104t,水驅(qū)井網(wǎng)儲量控制程度僅46%;3)平面上開采不均衡,南中Ⅴ斷塊的稠化帶開發(fā)效果差;南中Ⅰ—南中Ⅳ斷塊處于主河道部位的高滲透條帶,斷塊間連通性好,注水開發(fā)效果較好;4)高滲透條帶上注水后水淹快,平面上波及范圍小,如草6井轉(zhuǎn)注后,草5井在7年后完全水淹;5)注水井井口壓力偏高,注水井井口壓力均在25～26 MPa左右,注水困難,難以達(dá)到合理注采比,需要改變注水方式。

鑒于草舍油田泰州組油藏已步入開發(fā)的中后期,二次采油的效果降低,通過CO2驅(qū)油的室內(nèi)和礦場試驗,進(jìn)行CO2驅(qū)油效果的評價顯得十分必要。

2.2 CO2驅(qū)油室內(nèi)試驗

泰州組油藏壓力總體保持較好,其原始地層壓力為35.9 MPa,2004年地層壓力為32.06 MPa。室內(nèi)實驗表明,最小混相壓力(MMP)[13-14]為29.34 MPa(圖2),地層壓力大于MMP,因此本油藏開展CO2驅(qū)油時,驅(qū)替類型為CO2混相驅(qū),可以獲得較高的采收率。

泰州組油藏的長巖心驅(qū)替試驗表明,完全水驅(qū)采收率是45.60%,完全水驅(qū)后再持續(xù)注CO2驅(qū)的最終采收率是79.68%,而注水0.14 HCPV(烴類孔隙體積)水驅(qū)后再持續(xù)CO2驅(qū)的最終采收率為86.13%,說明本油藏在現(xiàn)有條件下注CO2驅(qū)的采油效果比完全用水驅(qū)時提高近一倍,凈增40.53%。

2.3 CO2驅(qū)油的油藏模擬結(jié)果

圖2 室內(nèi)測試中泰州組原油CO2驅(qū)的最小混相壓力Fig.2 The Minimum Miscible Pressure of CO2displacement from T aizhou Fm crude oil in laboratory experiments

表1 蘇北盆地草舍油田泰州組用[J].石油學(xué)報,2008,油藏在不同含水階段的CO2氣驅(qū)產(chǎn)油效果預(yù)測Table 1 Estimates of desired effects of oil producing from CO2gas drive during different stages of w ater bearing in Taizhou Fm reservoir,Caoshe Oilfield of the North Jiangsu Basin

泰州組油藏的油藏模擬結(jié)果表明,當(dāng)水驅(qū)分別至含水20%,40%,50%,60%,70%,80%時進(jìn)行CO2驅(qū),對比其見效時間、高峰期增油倍數(shù)、提高采收率的幅度等指標(biāo) (表1)可知:1)隨著含水上升,見效時間逐漸延長,含水60%時注氣見效時間最長,可達(dá)4 a,之后,隨著油田進(jìn)入高含水階段,見效時間逐漸縮短,表明含水60%左右注CO2效果維持的時間較長;2)隨著含水上升,高峰期增油減小,含水20%時最大為6.1倍,意味著注氣越早,增油幅度越大;3)累計產(chǎn)油、提高采收率幅度均呈下降趨勢,含水70%以后下降幅度明顯增大,說明注氣越早,越有利于大幅度提高采收率。

據(jù)此,將泰州組油藏從水驅(qū)改變?yōu)樽O2驅(qū),有利于提高原油產(chǎn)量和采收率,CO2氣驅(qū)試驗的時機(jī)已經(jīng)成熟。

2.4 泰州組油藏的CO2驅(qū)油方案

根據(jù)草舍油田泰州組油藏地質(zhì)特點(diǎn)、開發(fā)中存在的問題和潛力及剩余油分布規(guī)律,利用美國CMG公司開發(fā)的CMG SUITE V2004.11油藏數(shù)值模擬軟件,優(yōu)化注氣井網(wǎng),確定了5注11采(5口注CO2氣井、11口采油井)的井網(wǎng)方案。分析認(rèn)為,盡管泰州組油藏斷塊小、斷層多,但斷層的封閉性差,油藏連通性好,油藏的均質(zhì)性較好,石油的充滿程度高,射孔完善程度高,CO2驅(qū)井網(wǎng)控制程度可達(dá)71%,CO2驅(qū)井網(wǎng)控制儲量為100.8×104t,比水驅(qū)增加35.5×104t。

根據(jù)井網(wǎng)的優(yōu)化結(jié)果,確定了最終的注氣方案:1)注氣3 a,累計注氣 6 840×104m3;2)注氣期間油藏壓力保持在 31 MPa左右;3)評價期15 a,至評價期末的2020年底,草舍油田泰州組油藏水驅(qū)累計產(chǎn)油43.01×104t,含水率95.9%,采出程度30.29%;而 CO2驅(qū)累計產(chǎn)油 67.47×104t,含水率74.15%,采出程度47.52%,比水驅(qū)提高采收率可達(dá)17.23%。

3 CO2驅(qū)礦場試驗及效果評價

3.1 注入工藝流程

紅莊CO2氣田至草舍油田約6 km,鋪設(shè)輸送CO2的管線,并在管線中間增設(shè)加壓泵站,均需較大投入?？紤]到蘇北地區(qū)水網(wǎng)發(fā)達(dá),槽船運(yùn)輸具交通方便、運(yùn)輸噸位大、費(fèi)用相對低等優(yōu)點(diǎn),故采用了槽船運(yùn)輸方式。用槽船運(yùn)抵草舍油田后,經(jīng)過增壓泵的增壓,從CO2分配站進(jìn)入注氣井。

故優(yōu)選出的草舍油田泰州組油藏注CO2方案是:紅莊CO2氣田采氣井→CO2凈化廠→CO2槽船→草舍CO2槽罐→CO2增壓泵→CO2分配站→注入井口。

3.2 注入CO2氣的現(xiàn)場實施情況

草舍油田泰州組油藏從2005年7月開始注CO2氣,共向5口注氣井注氣,2005-2009年期間,年注氣量遞增(表2),至2009年12月,已累計注入CO2量5 842×104m3,占方案設(shè)計注氣量的85%。

表2 蘇北盆地草舍油田2005-2009年注入泰州組油藏的CO2量Table 2 The volume of CO2drived into Taizhou Fm reservoir from 2005 to 2009 in Caoshe Oilfield of the North Jiangsu Basin

3.3 采油效果評價

3.3.1 原油產(chǎn)量增加,含水率下降

泰州組油藏2005年7月至2009年12月注CO2期間,日產(chǎn)油從47.76 t上升至60 t,綜合含水從56%下降至44%,增油降水效果顯著。

泰州組油藏注CO2驅(qū)油前開發(fā)階段可劃分為彈性開發(fā)階段(1981年5月至1990年8月)和注水開發(fā)階段(1990年9月至2005年6月)。彈性開發(fā)階段年產(chǎn)油量由1986年的高峰期0.792 9×104t降至1990年的0.412 8×104t,反映油藏天然能量補(bǔ)給嚴(yán)重不足。1990年9月油藏投入注水開發(fā)階段,油藏產(chǎn)油量大幅度上升,2000年油產(chǎn)量達(dá)到峰值為2.942 3×104t(是水驅(qū)前的7倍),其后進(jìn)入遞減期,2004年油產(chǎn)量僅為2.326 0×104t,平均年遞減率5%,表明依靠注水已不能維持油藏穩(wěn)產(chǎn)。2005年7月油藏轉(zhuǎn)為注CO2驅(qū)油后,油藏年產(chǎn)油量由遞減期的最低產(chǎn)量1.477 3×104t(2007年)穩(wěn)定上升至2009年的2.457 3×104t(圖3)。

圖3 蘇北盆地草舍油田泰州組油藏采液曲線Fig.3 The curves of liquid production in Taizhou Fm reservoir,Caoshe Oilfield of the North Jiangsu Basin

泰州組油藏2005年7月轉(zhuǎn)注CO2驅(qū)后,2007年2月起油藏注氣見效,產(chǎn)量開始穩(wěn)中有升。由于2000年油藏已進(jìn)入遞減期,為延緩油產(chǎn)量遞減,2004年7月采取了深抽和壓裂等增產(chǎn)措施,油產(chǎn)量有所上升。因此,CO2驅(qū)后,油藏增產(chǎn)原油由兩部分組成:深抽和壓裂后的增油及CO2驅(qū)的增油。圖4中生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明,截至2009年12月,草舍油田泰州組油藏CO2驅(qū)累積增油量已達(dá)3×104t。其中注CO2見效明顯井為Q K-26井,2009年12月日產(chǎn)油14.2 t,含水10%,較注氣前日增產(chǎn)原油近5 t,含水下降近10個百分點(diǎn)。

圖4 蘇北盆地草舍油田泰州組油藏?zé)o措施產(chǎn)量遞減與CO2驅(qū)增產(chǎn)曲線對比Fig.4 The curves contrast between decline of oil production without any measures and increasing oil production by CO2displacement in Taizhou Fm reservoir,Caoshe Oilfield of the North Jiangsu Basin

3.3.2 CO2驅(qū)油實施與實際開發(fā)指標(biāo)的對比

按照優(yōu)化方案,預(yù)測見效高峰期為2008年,2008年10月達(dá)到最高值,高峰期日產(chǎn)油76.88 t,增油倍比1.61,綜合含水39.58%,下降了16.83%,到評價期未2025年,累積增油21.25×104t,換油率為1.57,采出程度37.02%,比標(biāo)定提高采收率13.02個百分點(diǎn)。

現(xiàn)場于2005年7月開始注入,4年僅完成方案設(shè)計注入量的85%,2009年12月底日產(chǎn)油60 t,綜合含水44%,累積產(chǎn)油40.925 4×104t,采出程度28.82%。本油藏如果不改變注入方式,繼續(xù)注水,最終累積產(chǎn)油42.86×104t,最終采出程度31.93%,可見,注 CO2驅(qū)油的采出程度現(xiàn)已接近水驅(qū)總采出程度。

由于實際注入量未達(dá)到設(shè)計值(評價期延長至2025年),根據(jù)實際增油量及跟蹤數(shù)據(jù)預(yù)測,按目前的CO2注入和開發(fā)趨勢預(yù)測見效高峰期為2009年到2014年,2011年達(dá)到最高值,高峰期日產(chǎn)油71.27 t,增油倍比1.49,綜合含水37.22%,下降了19.19%;到評價期末2025年,CO2總注入量為24.7×104t,累積增油26.29×104t,換油率為1.06,采出程度40.77%,比標(biāo)定采收率提高16.77%。

4 結(jié)論

1)CO2混相驅(qū)油機(jī)理和草舍油田泰州組油藏地質(zhì)條件、地層原油—CO2的最小混相壓力(MMP)測試、細(xì)管驅(qū)替試驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明,草舍油田泰州組油藏CO2驅(qū)油類型為混相驅(qū),比水驅(qū)提高最終采收率15%。

2)草舍油田泰州組油藏通過實施CO2混相驅(qū)油試驗,已累計注入CO2氣5 842×104m3,增產(chǎn)原油達(dá)3×104t,提高采收率2%。表明CO2混相驅(qū)油可以大幅度提高低滲油藏采收率,且注氣越早,采收率越高。

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THE FIELD EXPERIMENT AND RESU LTS ANALYSIS OF CO2MISCIB LE DISPLACEMENT IN CAOSHEOILFIELD OF THE NORTHJIANG SU BASIN

Zhang Fengdong1,2,Wang Zhenliang1

(1.Geology Department,Northwest University,Xi’an S haanxi710069,China;2.Huadong B ranch,S INOPEC,N anjing,J iangsu210019,China)

The Taizhou Fm reservoir in Caoshe Oilfield of the North Jiangsu Basin is a complicated and small fault block reservoir,its oil recovery by water displacement is only 32%.Combinating the laboratory and simulation results on CO2miscible displacement and field experiment,the theorical and pratical analysis and contrast of oilfield development are accomplished.The oil recovery of this reservoir could be enhanced upto 47%according to results of laboratory experiment and numerical simulation,and higer 15%than water drive.From May 2005 to Dec.2009,the field experiment of CO2miscible displacement has been finished in Taizhou Fm reservoir of Caoshe Oilfield,the cumulative amount of CO2gas flooding is upto 5 842×104m3,the production of crude oil is increased 3×104t,the oil recovery is enhanced 2%.CO2miscible displacement is an effective method of enhancing oil recovery,which has important reference value on tertiary oil recovery in complicated and fault block reservoirs.

CO2miscible displacement;field experiment;enhanced oil recovery;complicated and small fault block;Taizhou Fm reservoir;Caoshe Oilfield;North Jiangsu Basin

TE357

A

1001-6112(2010)03-0296-05

2010-02-01;

2010-06-03。

張奉東(1961—),男,博士生,教授級高級工程師,主要從事油田地質(zhì)與開發(fā)工作。E-mail:hdzfd@126.com。

國家“十一五”科技支撐計劃(2007BAB17B01)和國家“863”項目(2009AA063404)資助。

(編輯 徐文明)