李兆敏，孫曉娜，鹿 騰，李賓飛，王 鵬

(中國石油大學(xué)，山東 青島 266580)

引 言

近年來熱化學(xué)復(fù)合體系采油技術(shù)對(duì)開采稠油油藏起到了很好的改善作用，目前在勝利油田7個(gè)超稠油油藏區(qū)塊得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯。該技術(shù)采用高效油溶性復(fù)合降黏劑和CO2輔助水平井蒸汽吞吐，實(shí)現(xiàn)稠油油藏的有效開發(fā)[1－4]。查干凹陷毛8塊油藏平均滲透率為611×10－3μm2，20℃地面脫氣原油密度為0.949 g/cm3，油藏溫度為36℃，原油黏度為9240 mPa·s，原始地層壓力為5.4 MPa，屬于低溫低壓普通稠油油藏。本文基于物理模擬和數(shù)值模擬2個(gè)方面，分析了CO2在毛8塊稠油油藏?zé)峄瘜W(xué)復(fù)合體系采油技術(shù)中的作用，為毛8塊現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。文中CO2溶解度以標(biāo)態(tài)下的體積為計(jì)量單位。

1 溶解特性研究

CO2提高稠油開發(fā)效果的機(jī)理主要是溶解降黏、體積膨脹[5－7]，為了分析 CO2對(duì)毛 8 塊稠油的溶脹、降黏作用，利用PY－Ⅰ型活塞式高壓配樣器和CHY－Ⅱ型落球式黏度計(jì)，采用退泵法測(cè)定了36、60、80、100、120℃條件下，溶解度為10 ～110 m3/m3時(shí)原油的飽和壓力、體積系數(shù)和黏度。

1.1 CO2在稠油中的溶解度

圖1 不同溫度下CO2溶解度與飽和壓力關(guān)系

不同溫度下CO2溶解度與飽和壓力關(guān)系見圖1。結(jié)果顯示:在油藏條件(36℃，5.4 MPa)下，CO2的溶解度約為55 m3/m3;在同一溫度下，CO2溶解度越高，飽和壓力越大;在同一飽和壓力條件下，溫度越高，CO2在原油中的溶解能力越差。這是因?yàn)闇囟仍礁撸珻O2分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，越不利于其在原油中的溶解。CO2在稠油中的溶解可以通過Chung[8]等人提出的CO2溶解度表達(dá)式來計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，計(jì)算誤差在5%以內(nèi)，可以滿足計(jì)算的要求。

1.2 CO2對(duì)稠油的溶脹作用

不同溫度下CO2溶解度與體積系數(shù)關(guān)系曲線見圖2。結(jié)果顯示:稠油溶解CO2后，油氣混合物體積膨脹，在同一溫度條件下，油氣混合物體積系數(shù)與CO2溶解度呈線性增加的關(guān)系，在同一溶解度條件下，溫度越高，油氣混合物體積系數(shù)略有增大。在油藏條件下，油氣混合物的體積系數(shù)約為1.14，增大了14%。體積膨脹后的稠油，可以有效補(bǔ)充地層能量，有利于提高原油采收率。

圖2 不同溫度下CO2溶解度與體積系數(shù)關(guān)系

1.3 CO2對(duì)稠油的降黏作用

降低原油黏度是CO2在熱化學(xué)復(fù)合體系中提高采收率的主要機(jī)理。原油黏度越低，流動(dòng)能力越強(qiáng)，越有利于稠油的開發(fā)。圖3給出了不同溫度下CO2溶解度與降黏率關(guān)系曲線。結(jié)果表明:當(dāng)CO2溶解度由0增加到40 m3/m3時(shí)，原油黏度急劇降低;當(dāng)CO2溶解度達(dá)到40 m3/m3后，對(duì)原油的降黏效果不明顯，在油藏條件下，降黏率達(dá)到95%以上。

圖3 不同溫度下CO2溶解度與降黏率關(guān)系

2 數(shù)值模擬研究

利用CMG的Winprop模塊對(duì)CO2的溶解特性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行流體相態(tài)擬合，得到CO2的臨界壓力、臨界溫度、密度、黏度、氣液平衡常數(shù)、原油隨溫度和壓力變化的物性參數(shù)等。根據(jù)油藏巖石及流體物性參數(shù)，建立概念模型，對(duì)CO2在熱化學(xué)復(fù)合體系中的作用機(jī)理進(jìn)行研究。在數(shù)值模擬過程中，分別注入降黏劑段塞、CO2段塞和蒸汽段塞，降黏劑周期注入量為20 t，CO2周期注入量為180 t，蒸汽周期注入量為1500 t。

數(shù)值模擬結(jié)果表明，熱化學(xué)復(fù)合體系中CO2在降低原油黏度方面作用顯著。CO2注入后，在原油中溶解擴(kuò)散，圖4為注CO21 d后油相中CO2摩爾分?jǐn)?shù)圖?？梢?注入1 d后，部分CO2已經(jīng)擴(kuò)散到了原油中，摩爾分?jǐn)?shù)約為0.120。溶解的CO2可使近井地帶原油黏度進(jìn)一步降低，降黏范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)可使油氣混合物體積膨脹，起到補(bǔ)充地層能量的作用。

圖4 注CO21d后油相中CO2含量縱向圖

在對(duì)CO2降黏機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，研究了不同CO2周期注入量對(duì)采出程度的影響，固定降黏劑和蒸汽的周期注入量，CO2的周期注入量分別為100、120、140、160、180、200 t，數(shù)值模擬結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，隨著CO2注入量的增加，累計(jì)采出程度逐漸增加，因?yàn)樵诮叼┖驼羝⑷肓肯嗤闆r下，CO2注入量越大，越能更好地發(fā)揮降黏和膨脹驅(qū)油作用。當(dāng)CO2周期注入量由100 t增加到180 t，累計(jì)采出程度由14.89%增加到17.96%，增加了3.07個(gè)百分點(diǎn)，之后累計(jì)采出程度增加變緩，CO2周期注入量由180 t增加到220 t，采出程度只增加了0.33個(gè)百分點(diǎn)，因此，優(yōu)選的CO2周期注入量為180 t。

圖5 不同CO2周期注入量采出程度

3 物理模擬實(shí)驗(yàn)

在溶解特性實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了降黏劑+蒸汽驅(qū)、降黏劑+CO2+蒸汽驅(qū)對(duì)比驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，使用的降黏劑是油溶性降黏劑DYR。通過對(duì)比采出程度曲線，研究CO2對(duì)提高熱化學(xué)復(fù)合體系驅(qū)替效率的影響。實(shí)驗(yàn)過程中使用了長度為30 cm、直徑為2.54 cm的填砂管，注入蒸汽溫度為300℃，烘箱溫度為50℃，驅(qū)替條件見表1。

表1 驅(qū)替實(shí)驗(yàn)填砂管情況

圖6 不同注入方式采出程度

圖6為不同注入方式采出程度關(guān)系曲線。從圖6可以看出，CO2在熱化學(xué)復(fù)合體系中對(duì)提高采收率具有重要作用，在蒸汽注入體積為5 PV時(shí)，降黏劑+蒸汽驅(qū)的采出程度為66.4%，降黏劑+CO2+蒸汽驅(qū)的采出程度為77.8%。與前者相比，后者提高了11.4個(gè)百分點(diǎn)。

4 結(jié)論

(1)CO2在毛8塊稠油熱采中的作用機(jī)理主要是降低原油黏度，增加原油的流動(dòng)能力，使原油體積膨脹，補(bǔ)充地層能量。

(2)CO2對(duì)毛8塊稠油降黏溶脹作用顯著，在油藏條件下，溶解度達(dá)到55 m3/m3，油氣混合物體積系數(shù)為1.14，降黏率達(dá)到95%以上。

(3)數(shù)值模擬表明，注入CO2后，近井地帶原油黏度進(jìn)一步降低，證實(shí)了CO2在稠油熱采中作用的主要機(jī)理——降黏作用。對(duì)于毛8塊油藏采用熱化學(xué)復(fù)合體系采油技術(shù)，最優(yōu)的CO2周期注入量為180 t。

(4)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)表明，降黏劑+CO2+蒸汽驅(qū)的采出程度優(yōu)于降黏劑+蒸汽驅(qū)的采出程度，采出程度提高了11.4個(gè)百分點(diǎn)，說明CO2在熱化學(xué)復(fù)合體系中對(duì)提高采出程度作用顯著。

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