郭平，黃宇，李向良

（1．西南石油大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都610500；2.中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院，山東 東營257000）

低滲透儲層大多不適合采用水驅(qū)開采方式開發(fā)，因而注氣開采便成為國內(nèi)外廣泛應用的一種提高低滲透油氣藏采收率的技術手段［1-6］。CO2具有無毒、氣源廣泛的特點，相對于干氣、氮氣等其他氣體，注CO2能更有效地提高油氣采收率［7-9］。

國外對CO2驅(qū)的研究應用較多，但大多僅是針對交替注水和CO2段塞技術［10-11］。在直接注CO2驅(qū)油開采過程中，關于低滲油藏地層滲透率和壓力保持水平對CO2驅(qū)油效率影響的研究較少［11-15］。本文通過在不同滲透率及壓力保持水平條件下開展CO2驅(qū)長巖心模擬實驗，研究了CO2驅(qū)油效率、驅(qū)替壓差隨儲層滲透率及壓力保持水平變化的規(guī)律。

1 研究思路

根據(jù)某油田地層流體原始參數(shù)，在室內(nèi)配制原油樣品及地層水，并測試地層流體飽和壓力、體積系數(shù)等基本參數(shù)。在30 MPa 壓力保持水平下，分別在滲透率為5×10-3，10×10-3，30×10-3μm2的長巖心中進行直接注CO2驅(qū)物理模擬實驗。選取滲透率為10×10-3μm2的巖心，分別在30，26，23，20 MPa 壓力保持水平下進行直接注CO2驅(qū)油物理模擬實驗。記錄實驗過程中的產(chǎn)油量、驅(qū)替壓力、見氣時機等參數(shù)，通過分析，探討不同滲透率和壓力保持水平對CO2驅(qū)油效率的影響規(guī)律。

2 長巖心驅(qū)替實驗

2.1 設備與流程

本次實驗設備主要由注入泵系統(tǒng)、長巖心夾持器、油氣分離系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、配樣器、計量系統(tǒng)幾部分組成。實驗流程如圖1所示。

圖1 長巖心實驗流程

2.2 巖心制備

本次實驗選取無破損的露頭巖樣，將其打磨成直徑為2.5 cm 的實驗巖心，經(jīng)清洗、烘干后測試其基本的物性參數(shù)，最后篩選出滲透率分別為5×10-3，10×10-3，30×10-3μm2左右的巖心各15 塊。根據(jù)調(diào)和平均排序法分別對3 組滲透率不同的巖心進行排序［16］，組成長度分別為99.08，99.58，99.63 cm 的長巖心，對應的總孔隙體積分別為88.13，88.33，88.49 mL。

2.3 流體配制

使用某油田井口脫氣油和套管氣，依據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5542—2000，在地層溫度126 ℃、飽和壓力11.61 MPa 條件下，按地層氣油比60.9 m3/m3的標準配制驅(qū)替油樣。地層水為室內(nèi)自行配制，水型為CaCl2型，總礦化度31 266 mg/L。

2.4 實驗步驟

1）按照調(diào)和平均排序法將巖心置于巖心夾持器內(nèi)，溫度升至126 ℃，用石油醚將巖心清洗干凈，并用氮氣吹干。

2）將系統(tǒng)抽真空，并在低壓條件下往巖心中注入地層水直至飽和，記錄注入水總體積；再用脫氣油驅(qū)替地層水，直到不出水為止，記錄驅(qū)替出的水的總體積。

3）將出口連通回壓閥，用脫氣油將系統(tǒng)壓力升至實驗壓力30 MPa，并保持該壓力水平，用配制好的油樣以較慢速度驅(qū)替脫氣油4～5 PV，直到出口端與配制油樣氣油比一致。至此完成實驗原始狀態(tài)的建立。

4）在實驗溫度、壓力條件下，利用99%的高純CO2以0.125 mL/min 速度驅(qū)替油樣，直到出口端不出油為止。在此過程中每驅(qū)替0.1 PV 記錄1 次進出口端壓力、油氣產(chǎn)量，并記錄CO2突破時間點。

5）用滲透率不同的巖心，重復以上實驗步驟，共計3 組；用10×10-3μm2巖心分別在30，26，23，20 MPa 壓力保持水平下進行以上實驗，共計4 組。

3 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 巖心滲透率的影響

3.1.1 驅(qū)替壓差

如圖2所示，滲透率分別為5×10-3，10×10-3，30×10-3μm2的3 組巖心實驗驅(qū)替過程中，氣體分別在驅(qū)替0.8，0.7，0.5 PV 后突破。低滲透巖心的驅(qū)替壓差要高于高滲透巖心，5×10-3μm2巖心中驅(qū)替壓差最高，達到1.54 MPa，遠高于10×10-3μm2和30×10-3μm2巖心。究其原因在于，低滲透巖心的孔隙度低，孔喉細小，使得毛細管力相對較大，因此，CO2的流動阻力和儲層對油的黏滯力大，CO2驅(qū)的啟動壓差更大。在相同的注氣速度之下，滲透率越低，流體流速越慢，驅(qū)替壓差越高。

圖2 不同滲透率條件下驅(qū)替壓差對比

3.1.2 累積驅(qū)油效率

不同滲透率條件下CO2的驅(qū)油效率不同，結(jié)果如圖3所示。由圖可見，隨著滲透率降低，CO2驅(qū)油效率呈上升趨勢。

從流體流動速度分析，低滲透巖心中油氣流動慢，流體的低速流動一方面有利于CO2和原油充分接觸，有充足的時間使CO2溶解到原油中，能更好地改善原油物性，增大其膨脹系數(shù)，降低黏度，使油更易于流動，且為CO2和原油混相提供有利條件，從而提高CO2驅(qū)油效率；另一方面，流體的低速流動也使得CO2更易進入更多的細小孔隙中驅(qū)替地層原油，減小了儲層中的殘余油飽和度，CO2驅(qū)油效率進一步提高。

從驅(qū)替壓差分析，低滲透巖心的驅(qū)替壓差大于高滲透巖心，同等壓力保持水平下，更高的注入壓力能夠在一定程度上提高CO2在原油中的溶解度，更好地改善地層原油的物性，高壓也為CO2和原油混相提供更有利的條件，進一步減小CO2在原油中的指進程度，因此在低滲透率巖心中CO2的驅(qū)油效率更高。

圖3 不同滲透率條件下累積驅(qū)油效率對比

滲透率分別為5×10-3，10×10-3，30×10-3μm2的3組巖心中，CO2突破點的驅(qū)油效率分別為79.37%，70.34%，52.15%，其最終驅(qū)油效率分別為85.13%，80.19%，73.83%，較氣體突破點時的驅(qū)油效率分別提高了5.76%，9.85%，21.68%。這表明，地層流體在高滲透儲層中較低滲透儲層更易流動，在氣體突破后還能依靠CO2溶于原油后的降黏、膨脹及蒸發(fā)萃取作用采出很大一部分原油，并且氣體突破時儲層中的含油飽和度較低滲透儲層更高；因此，驅(qū)替結(jié)束時較氣體突破點時的累積驅(qū)油效率提高幅度高于低滲透儲層。

3.2 壓力保持水平的影響

3.2.1 驅(qū)替壓差

圖4中曲線與縱軸的交點即為啟動壓差，可以看出，CO2驅(qū)的啟動壓差隨壓力保持水平的升高而降低。分析原因是，在低壓條件下，CO2在原油中的溶解度相對較低，油氣之間的性質(zhì)差異較大，多孔介質(zhì)中的毛細管力也相對較大，若使油氣流動，則需要更高的注入壓差來克服毛細管力引起的阻力。

從實驗結(jié)果可以看出，壓力保持水平越高，驅(qū)替壓差越低。原因在于，在高壓條件下，CO2在原油中的溶解度相對較高，在大量CO2溶于原油的同時，原油中萃取的氣體中的輕烴也多，油氣兩相的性質(zhì)更為接近；因此，油氣之間的界面張力更小，驅(qū)替時多孔介質(zhì)中的毛細管力也較小。

圖4 不同壓力保持水平下驅(qū)替壓差對比

3.2.2 累積驅(qū)油效率

不同驅(qū)替壓力下CO2的驅(qū)油效率差別較大（見圖5）。隨著壓力保持水平的不斷提高，CO2氣體突破時機更慢，驅(qū)油效率也更高。呈現(xiàn)這種趨勢的原因在于，壓力增大，原油能夠溶解更多的CO2，原油的飽和壓力和膨脹系數(shù)增大，黏度減小，有利于地層原油流動，也能使更多CO2進入細小孔隙中驅(qū)替出原油；CO2的溶解度提高后，隨著油氣性質(zhì)越來越接近，兩相之間的界面張力越來越小，CO2在原油中的指進程度更低，因此在驅(qū)替過程中滯留在驅(qū)替前緣后面的原油含量將減??；當系統(tǒng)壓力保持水平高于CO2和地層原油的最小混相壓力后，CO2和原油發(fā)生混相，此時原油和CO2將在驅(qū)替前沿形成一個混相帶，油氣兩相之間的界面完全消失，不存在界面張力，混相帶在巖心當中的流動將呈現(xiàn)出均質(zhì)的特點，CO2的驅(qū)替效率大大提高。

圖5 不同壓力保持水平下累積驅(qū)油效率對比

實驗所使用的地層原油和CO2的最小混相壓力為28.2 MPa［17］，當壓力保持水平為30 MPa 時，最終驅(qū)油效率高達80.19%； 在CO2突破以后，依靠萃取作用，CO2還能采出一部分滯留在儲層中的原油，系統(tǒng)壓力越高，CO2的萃取能力也越強：因此，壓力保持水平越高，CO2的驅(qū)油效率也越高。在驅(qū)替壓力較高時，有少量水產(chǎn)出，這是由于CO2易溶于水，CO2溶于水后，會使地層水體積膨脹，且壓力越高時，地層水中溶解的CO2也越多，膨脹作用就越明顯，由此也能依靠其膨脹能量采出一部分原油和水，同時，束縛水飽和度有一定程度的減小，原油的流動阻力進一步減小，CO2的驅(qū)油效果也更好。

4 結(jié)論

1）儲層滲透率越低，CO2驅(qū)所需驅(qū)替壓差越大，進而CO2與原油的接觸越充分，利于兩者混相，因此使得CO2在原油中的指進速度更慢，驅(qū)替效率越高。

2）儲層壓力保持水平越高，CO2驅(qū)所需驅(qū)替壓差越大，CO2在原油中的溶解度越高，CO2突破時機越晚，CO2驅(qū)替效率也越高。在儲層壓力超過CO2和原油最小混相壓力后，能大大提高CO2驅(qū)油效率。

3）在低滲透油藏中，滲透率較低的油藏比滲透率較高的油藏更適合CO2驅(qū)開采；油藏在進行CO2驅(qū)開采過程中，應盡量將地層壓力保持在較高壓力下，以提高注氣驅(qū)油效率。

［1］王娟，郭平，張茂林，等.油藏注烴氣影響因素研究［J］.西南石油大學學報，2007，29（增刊2）：68-71.

［2］曹學良，郭平，楊學峰，等.低滲透油藏注氣提高采收率前景分析［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（3）：100-102.

［3］李士倫，孫雷，郭平，等.再論我國發(fā)展注氣提高采收率技術［J］.天然氣工業(yè)，2006，26（12）：31-34.

［4］王建波，高云叢，王科戰(zhàn).腰英臺特低滲透油藏CO2驅(qū)油井見氣規(guī)律研究［J］.斷塊油氣田，2013，20（1）：118-122.

［5］何應付，高慧梅，周錫生.改善特低滲透油藏注二氧化碳驅(qū)油效果的方法［J］.斷塊油氣田，2011，18（4）：512-515.

［6］鐘張起，史運芳，劉鵬程，等.低滲透油藏CO2驅(qū)注入時機研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（3）：346-349.

［7］李登偉，張烈輝，易建國，等.注N2開發(fā)有水氣藏的敏感性因素研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（3）：343-345，385.

［8］郭平，苑志旺，廖廣志.注氣驅(qū)油技術發(fā)展現(xiàn)狀與啟示［J］.天然氣工業(yè)，2009，29（8）：92-96.

［9］熊健，郭平，杜建芬，等.特低滲透油藏注氣驅(qū)長巖心物理模擬［J］.西安石油大學學報：自然科學版，2011，26（2）：56-59.

［10］田樹寶，何永宏，馮沙沙，等.低滲透油藏氣水交替驅(qū)不同注入?yún)?shù)優(yōu)化［J］.斷塊油氣田，2012，19（5）：612-614.

［11］江懷友，沈平平，盧穎，等.CO2提高世界油氣資源采收率現(xiàn)狀研究［J］.特種油氣藏，2010，17（2）：5-10.

［12］高慧梅，何應付，周錫生.注二氧化碳提高原油采收率技術研究進展［J］.特種油氣藏，2009，16（1）：6-12.

［13］胥洪俊，孫雷，常志強.注CO2提高氣藏采收率［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2006，29（3）：40-41.

［14］Mohamed I M，He J，Nasr-El-Din H A.Permeability change during CO2injection in carbonate aquifers：Experimental study［R］.SPE 140979，2011.

［15］徐輝，吳詩中，周潔.長巖心注二氧化碳驅(qū)油模擬實驗研究［J］.天然氣勘探與開發(fā)，2010，33（2）：57-59.

［16］李士倫，張正卿，冉新權(quán)，等.注氣提高采收率技術［M］.成都：四川科學技術出版社，2001：99-101.

［17］Bo Ren.Laboratory assessment and field pilot of near miscible CO2injection for IOR and storage in a tight oil reservoir of Shengli Oilfield China［R］.SPE 144108，2011.