王維波，師慶三，余華貴，黃春霞，陳龍龍

（1.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

0 引言

二氧化碳（CO2）驅(qū)油技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已成為常見(jiàn)的氣驅(qū)提高原油采收率的開(kāi)采方式之一。在低滲透、特低滲透及非常規(guī)油藏中，由于儲(chǔ)層滲透率低、流動(dòng)形式復(fù)雜[1]、存在賈敏效應(yīng)[2]、強(qiáng)非均質(zhì)性[3]等原因，與簡(jiǎn)單地利用水驅(qū)方式相比，注CO2驅(qū)油適用性較好[4]。

CO2驅(qū)分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)[5]，CO2混相驅(qū)也是目前規(guī)?；瘧?yīng)用的氣驅(qū)技術(shù)[6]。依據(jù)油藏構(gòu)造，CO2注入方式分為水氣交替注入和重力穩(wěn)定注入。取決于儲(chǔ)層性質(zhì)的水氣交替注入方法，又有連續(xù)注入、簡(jiǎn)單注入、錐形注入等方式[7]。按照作用機(jī)理，注入方式還有周期注氣、CO2吞吐等。不同注入方式有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，決定其效果的影響因素也不盡相同[8]。

室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低滲透油藏采用CO2水氣交替驅(qū)能提高驅(qū)油效率[9]。均質(zhì)模型中，氣驅(qū)后水氣交替驅(qū)時(shí)，水段塞為主要驅(qū)油段塞；非均質(zhì)模型中，氣驅(qū)后水氣交替驅(qū)時(shí)，氣體段塞是主要驅(qū)油段塞[10]。而周期注氣綜合了連續(xù)注氣、水氣交替和注氣吞吐的優(yōu)點(diǎn)，能夠增大CO2的波及系數(shù)，緩解層間矛盾[8]。數(shù)值模擬研究表明，超前注氣、周期注氣、注輕烴段塞、水平井注氣4種措施相結(jié)合，可以有效地改善注CO2驅(qū)油的開(kāi)發(fā)效果，提高油藏的采收率[11]。對(duì)于不同注氣方式，例如水氣交替，其驅(qū)油效率、注入特征、注入效果，目前已經(jīng)開(kāi)展了不少室內(nèi)研究[12-15]，并進(jìn)行了礦場(chǎng)實(shí)踐[16]。

注CO2驅(qū)油過(guò)程中客觀存在的氣竄現(xiàn)象，大大降低了驅(qū)油效率。為改善驅(qū)油效果，有必要對(duì)注入方式、注入?yún)?shù)篩選優(yōu)化。對(duì)連續(xù)注氣、水氣交替注入、周期注氣3種方式的主要參數(shù)進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，并比較驅(qū)油效果，據(jù)此對(duì)注入方式方案進(jìn)行優(yōu)選。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 巖心參數(shù)

實(shí)驗(yàn)所用巖心參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖心參數(shù)

1.2 連續(xù)注氣實(shí)驗(yàn)方案

連續(xù)注氣過(guò)程的主要參數(shù)為注氣壓力、速度，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行最優(yōu)化，回壓設(shè)定為10 MPa。具體方案如下：

1）注入壓力實(shí)驗(yàn)。分別在注入壓力為14，18，22，26，28 MPa下，連續(xù)注氣 1.00 PV。

2）注入速度實(shí)驗(yàn)。分別在注入速度為0.3，0.6，1.2，1.8，2.4 cm3/min 下，連續(xù)注氣 1.00 PV。

1.3 水氣交替注入及周期注氣實(shí)驗(yàn)方案

1）水/CO2交替。關(guān)鍵參數(shù)主要是水氣交替比例與段塞大小。

——水氣比例。 分別按2∶1，1∶2，1∶1等3種水氣比例實(shí)驗(yàn)。注入段塞為0.20 PV，注入速度為0.6 cm3/min。

——段塞大小。在水氣比為1∶1的條件下，設(shè)計(jì)了5 種不同的注入段塞，分別為 0.05，0.10，0.20，0.30，0.40 PV。注入速度為0.6 cm3/min。

2）周期注氣。假定關(guān)井時(shí)間和注氣時(shí)間相同，只研究周期注氣段塞大小這一關(guān)鍵參數(shù)。注氣段塞實(shí)驗(yàn)每周期分別注入 0.01，0.03，0.05，0.10 PV 氣體，注入速度為0.6 cm3/min。

2 連續(xù)注氣實(shí)驗(yàn)及分析

2.1 不同注入壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

繪制不同驅(qū)替壓力下各累計(jì)注入孔隙體積倍數(shù)對(duì)應(yīng)的采出程度曲線（見(jiàn)圖1）。

圖1 不同驅(qū)替壓力下的采出程度

從圖1中可以看出：

1）不同驅(qū)替壓力下CO2驅(qū)的采出程度差別較大，注入壓力越高，最終采出程度越高。注入壓力14 MPa時(shí)驅(qū)替的采出程度最低，為39.03%；注入壓力28 MPa時(shí)驅(qū)替的采出程度最高，為67.84%。但26 MPa和28 MPa壓力下驅(qū)替時(shí)，采出程度隨累計(jì)注入孔隙體積倍數(shù)變化曲線基本重合，且最終采出程度差別不大；驅(qū)替壓力達(dá)到26 MPa后繼續(xù)增大注入壓力，采出程度變化不大，表明該壓力范圍已經(jīng)達(dá)到了混相狀態(tài)。在地層條件下，壓力越高，原油中溶解的CO2越多，原油黏度降低得越顯著，從而使流度增加，增加了流動(dòng)性；同時(shí)，高壓力下CO2與原油之間的界面張力減小，并且壓力越高，界面張力降低得越多，混相效應(yīng)越明顯，驅(qū)替阻力減小，毛細(xì)管數(shù)增加，采出程度更高。然而，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施中，注入壓力越高，對(duì)設(shè)備的要求也越高，并受到地層破裂壓力的限制。

2）隨著注入氣體孔隙體積倍數(shù)增加，采出程度曲線逐漸平緩。原因是，氣體突破后形成了竄流通道，壓力有所降低，氣體與油相作用減弱，驅(qū)油效果變差。從采出程度來(lái)看，在氣體突破前，驅(qū)替壓力越大，采出程度越高。

2.2 不同注入速度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行5組實(shí)驗(yàn)，連續(xù)注氣1.00 PV，注入速度分別為 0.3，0.6，1.2，1.8，2.4 cm3/min。 為分析不同注入速度的影響，分別從以下方面進(jìn)行對(duì)比。

2.2.1 采出程度

繪制不同驅(qū)替速度下各累計(jì)注入孔隙體積倍數(shù)對(duì)應(yīng)的采出程度曲線（見(jiàn)圖2）。從圖2可以看出：

1）隨著注入速度的增加，采出程度增加。注入速度為0.3 cm3/min時(shí)，采出程度為53.54%；注入速度為1.2 cm3/min時(shí)，采出程度增加到63.94%。其原因是，在同樣的注氣量下，注入速度越大，注入壓力升高越快，地層油中溶解CO2越多，黏度降低幅度越大，油氣界面張力越低，而且越接近混相驅(qū)，采出程度越高。

2）注入速度為 1.2，1.8，2.4 cm3/min 時(shí)，其采出程度明顯高于0.3，0.6 cm3/min注入速度的采出程度。這是因?yàn)椋@些注入速度所保持的注入壓力接近于混相壓力，近混相效應(yīng)明顯。

圖2 CO2驅(qū)采出程度曲線

2.2.2 換油率

繪制不同驅(qū)替速度下各累計(jì)注入孔隙體積倍數(shù)對(duì)應(yīng)的換油率曲線（見(jiàn)圖3）。

圖3 CO2驅(qū)換油率曲線

從圖3可以看出：初期，在不同注入速度下，換油率差別較大，注氣速度越快，換油率越大，并且換油率隨注入量增加而升高；后期，隨著注入量增加，換油率的差別逐漸減小，如注入速度分別為0.3，1.2，2.4 cm3/min時(shí)，氣體突破前平均換油率分別為0.23，0.25，0.36。其原因在于：注入的CO2會(huì)溶解于原油和地層水中，注入速度小，不利于發(fā)揮補(bǔ)充氣體和改善流度比的作用；隨著CO2注入量增加，注入的CO2暫時(shí)積累，地層內(nèi)壓力增加，從而產(chǎn)生了高壓力效應(yīng)；注入壓力越高，越接近混相壓力，改善流度比和降低界面張力的作用越明顯，采出程度越高，并且采出程度增加的幅度大于CO2注入量的增加幅度。在后期氣體突破后，氣體驅(qū)油效果變差，各驅(qū)油速度下?lián)Q油率會(huì)相應(yīng)地大幅度減小。

3 水氣交替注入實(shí)驗(yàn)及分析

3.1 水氣交替比例篩選

水氣比是指在水氣交替注入過(guò)程中注入的水和氣體在地層條件下的體積比。實(shí)驗(yàn)注入段塞為0.20 PV，注入速度為 0.6 cm3/min，水氣比分別為 2∶1，1∶1，1∶2。

1）采出程度。由圖4可見(jiàn)：隨著水/CO2交替驅(qū)注入量增加，采出程度增加；在同樣注入量下，隨著水氣比增加，采出程度有所下降。這是因?yàn)?，在水氣比增加的同時(shí)，巖心出口也易過(guò)早見(jiàn)水，反而降低了采出程度。

圖4 水/CO2交替驅(qū)采出程度曲線

2）見(jiàn)水/見(jiàn)氣時(shí)間。由于注入速度為恒定值，因此，注入量可以表示注入時(shí)間的長(zhǎng)短。從表2看出：隨著水氣比增加，氣體突破時(shí)間及見(jiàn)氣采出程度存在波動(dòng)，水突破時(shí)間縮短，見(jiàn)水采出程度降低；水氣比為2∶1，1∶1時(shí)，水、氣突破時(shí)間最為接近，但水氣比為1∶1，水、氣突破時(shí)，采出程度都比較高，最終采出程度最高。

綜合考慮，水/CO2交替驅(qū)時(shí)，選擇水氣比1∶1，驅(qū)油效果最好。

表2 不同水氣比交替驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 水氣交替段塞篩選

在水氣比為1∶1的條件下，設(shè)計(jì)了5種不同的注入段塞，分別為 0.05，0.10，0.20，0.30，0.40 PV，注入速度為0.6 cm3/min。

繪制不同段塞的采出程度曲線（見(jiàn)圖5）。從圖中可見(jiàn)：0.05，0.10，0.20 PV段塞注入時(shí)，最終采出程度分別為54.46%，71.03%，71.78%，即較小注入段塞時(shí)，隨著段塞增加，最終采出程度增加；但當(dāng)水氣段塞達(dá)到0.30，0.40 PV后，最終采出程度分別為69.82%，52.48%，即隨著段塞增加，最終采出程度開(kāi)始降低。水氣交替段塞為0.05，0.40 PV的采出程度，明顯低于其他3個(gè)段塞，而段塞0.20 PV的最終采出程度最高。其原因在于：注入段塞過(guò)小，水形成連續(xù)相，不利于發(fā)揮控制流度的作用；段塞過(guò)大，注入氣體容易過(guò)早突破。因此，在利用水氣交替注氣開(kāi)發(fā)中，最佳段塞為0.20 PV。

圖5 不同段塞水/CO2交替驅(qū)采出程度曲線

4 周期注氣實(shí)驗(yàn)及分析

注氣段塞實(shí)驗(yàn)每周期分別注入0.01，0.03，0.05，0.10 PV氣體，注入速度為0.6 cm3/min。不同段塞周期注氣實(shí)驗(yàn)見(jiàn)水/見(jiàn)氣數(shù)據(jù)及采出程度數(shù)據(jù)見(jiàn)表3和圖6。

表3 周期注氣實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3和圖6可以看出：

1）周期注氣最終采出程度隨著注氣段塞的增加而增大。周期注氣段塞為0.01 PV時(shí)，最終采出程度為65.58%，此時(shí)注氣1.42 PV；周期段塞為0.05 PV時(shí)，最終采出程度為70.65%，注氣1.70 PV；周期段塞為0.10 PV時(shí)，最終采出程度為72.05%，注氣2.90 PV。

2）隨著周期注氣段塞的增大，見(jiàn)氣周期數(shù)減小。周期注入0.01 PV時(shí)，見(jiàn)氣周期為第71周期；周期注入為0.10 PV時(shí)，見(jiàn)氣周期為第4周期：這說(shuō)明小周期注入量有利于推遲見(jiàn)氣。周期注氣量少，壓力低，壓力向生產(chǎn)井傳播慢，同時(shí)油中溶解的氣量少，降壓采油階段膨脹能比較小，因此見(jiàn)氣比較晚。

3）見(jiàn)氣時(shí)采出程度隨著段塞增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，周期注入0.03 PV時(shí)的見(jiàn)氣采出程度最高。

圖6 不同周期注氣采出程度曲線

由此可見(jiàn)，周期注氣最終采出程度隨著注氣段塞的增加而增大，但適當(dāng)減小周期段塞有利于推遲見(jiàn)氣，有利于提高見(jiàn)氣采出程度。值得注意的是，雖然周期段塞為0.10 PV時(shí)的最終采出程度比0.05 PV段塞高出5%，但考慮到0.10 PV時(shí)注入氣體孔隙體積倍數(shù)要遠(yuǎn)高于0.05 PV和0.01 PV，在礦場(chǎng)條件下，考慮到儲(chǔ)層非均質(zhì)性、生產(chǎn)制度和生產(chǎn)條件的影響，難以達(dá)到本實(shí)驗(yàn)中的2.90 PV注入氣體量。從見(jiàn)氣采出程度和最終采出程度綜合考慮，選擇周期注入段塞0.03 PV為佳。

5 結(jié)論

1）連續(xù)注氣實(shí)驗(yàn)中，隨著驅(qū)替壓力及注入速度增加，見(jiàn)氣采出程度和最終采出程度逐步增大后趨于穩(wěn)定。最佳注入壓力為26MP，最佳注入速度為2.4cm3/min。

2）水氣交替水氣比實(shí)驗(yàn)中，相同注入量情況下，隨著水氣比增加，最終采出程度及見(jiàn)水/氣時(shí)間先增大后減小。水氣比為1∶1時(shí)，最終采出程度最高，水、氣突破時(shí)間較為接近。

3）水氣交替段塞優(yōu)選實(shí)驗(yàn)中，從最終采出程度看，最佳段塞為0.20 PV。

4）周期注氣實(shí)驗(yàn)表明，周期注氣最終采出程度隨著注氣段塞的增加而增大，并且小周期注入量有利于推遲見(jiàn)氣。從見(jiàn)氣采出程度和最終采出程度綜合考慮，選擇周期注入段塞0.03 PV為佳。

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