張賢松 陳 浩 李保振 梅 苑 楊 光 唐 赫

（1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 北京 100028； 2.中海油研究總院 北京 100028； 3.中國石油大學(xué)（北京） 北京 102249）

低滲油藏非純CO2最佳近混相驅(qū)控制條件探討*

張賢松1，2陳 浩3李保振1，2梅 苑3楊 光1，2唐 赫3

（1.海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室 北京 100028； 2.中海油研究總院 北京 100028； 3.中國石油大學(xué)（北京） 北京 102249）

渤海油田發(fā)現(xiàn)了富含CO2的低滲油藏Q油藏，但受條件限制難以實現(xiàn)CO2混相驅(qū)。通過室內(nèi)細管實驗和Eclipse軟件組分模型數(shù)值模擬研究了CO2驅(qū)油效率和注入壓力關(guān)系，提出最佳近混相驅(qū)概念，即在低于最小混相壓力（MMP）附近存在一個過渡帶，該過渡帶內(nèi)驅(qū)油效率并未隨注入壓力的下降而明顯降低（細管實驗得出該過渡帶驅(qū)油效率達80%～90%）。綜合考慮驅(qū)油效率和界面張力（IFT）隨注入壓力變化情況，得到了渤海油田低滲Q油藏實施非純CO2驅(qū)的最佳近混相區(qū)間為0.80～0.86 MMP，對應(yīng)的CO2純度下限為64%，該油藏實施非純CO2最佳近混相驅(qū)具有較大的潛力空間。本文研究結(jié)果為低滲油田實施近混相驅(qū)可行性和優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)依據(jù)。

低滲油藏；CO2驅(qū)；細管實驗；最佳近混相；壓力區(qū)間；CO2純度

受到油藏、流體條件及氣源純度的影響，國內(nèi)大部分低滲油田難以實現(xiàn)CO2混相驅(qū)［1-3］。國外研究者在室內(nèi)實驗和理論計算的基礎(chǔ)上提出了近混相驅(qū)的概念，認為將油氣界面張力降至0（即混相驅(qū)）并非是決定氣驅(qū)效果的絕對因素［4-5］，界面張力的降低程度及這種降低對流度的影響更應(yīng)關(guān)注［6-8］。研究發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)降低注入壓力的條件下，近混相驅(qū)也能夠接近或達到混相驅(qū)的實施效果，現(xiàn)場應(yīng)用效果良好［9-12］。渤海油田發(fā)現(xiàn)了富含CO2的低滲Q油藏，該油藏地層壓力為31.96 MPa，地層溫度為112.1℃，油層厚度大，巖性復(fù)雜，孔喉半徑小（0.03～0.09 μm），非均質(zhì)性強，物性變化大，注水效果較差；產(chǎn)出氣含有40%～90%的CO2，平均約60%?？紤]到海上油藏產(chǎn)出氣分離成本及難度，有必要探索在較低注入壓力下實施CO2近混相驅(qū)的技術(shù)可行性。但是，要實現(xiàn)近混相驅(qū)最佳效果，需要明確如下問題：①CO2近混相驅(qū)的區(qū)域如何界定；②非純CO2直接回注能否明顯提高采收率；③目標(biāo)油藏實現(xiàn)最佳近混相驅(qū)的CO2純度下限是多少。

在非純CO2近混相驅(qū)方面，加拿大的Weyburn油田及國內(nèi)的中石油、中石化等開展了混入輕烴類雜質(zhì)氣體對CO2驅(qū)最小混相壓力（MMP）及混相程度影響等的相關(guān)研究工作，取得了一定的認識［13-15］。與混相驅(qū)對應(yīng)的MMP為一定值不同，近混相驅(qū)對應(yīng)的近混相壓力為一個區(qū)間范圍。本文以渤海油田Q油藏為研究對象，通過物理模擬結(jié)合數(shù)值模擬，在低于最小混相壓力（MMP）附近劃分出一個近混相區(qū)域，基于驅(qū)油效率和界面張力（IFT）的非純CO2-原油體系綜合界定近混相壓力區(qū)間的方法，確定該油藏條件下不同純度CO2對應(yīng)的MMP和最低近混相壓力（MNMP），獲得該油藏實現(xiàn)最佳近混相驅(qū)的非純CO2含量下限。研究結(jié)果對非純CO2驅(qū)實現(xiàn)最佳近混相驅(qū)可行性和應(yīng)用實踐有指導(dǎo)意義。

1 不同CO2純度下MMP的確定

利用細管實驗法［16］進行了3組實驗，分別對CO2含量為100%、80%和55%下的MMP進行測定。實驗中活油配置所用油樣、氣樣均來自渤海油田Q油藏，油樣組成及主要物性和注入氣組成見表1～3。每組實驗各選擇了6個細管實驗點進行混相段和非混相段的線性擬合，實驗結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，CO2含量為100%、80%和55%下的MMP分別為30.33、34.64和37.56 MPa，純CO2下的MMP低于油藏壓力，可以實現(xiàn)混相驅(qū)，但混入20%和45%的雜質(zhì)氣體后的MMP高于油藏壓力，無法實現(xiàn)混相驅(qū)。

表1 實驗油樣組成Table 1 Composition of oil sample used in experiments%

表2 實驗油樣主要性質(zhì)Table 2 Physical properties of oil sample used in experiments

表3 不同實驗方案下注入氣組成Table 3 Composition of injection gas of different experiments%

圖1 細管實驗結(jié)果Fig.1 Results of slim-tube tests

利用Eclipse軟件的組分模型，通過調(diào)整狀態(tài)方程參數(shù)，對CO2含量為100%、80%和55%下的細管實驗結(jié)果進行了模擬計算，獲得3種CO2含量下MMP分別為31.74、35.07和39.41 MPa，該結(jié)果與細管實驗法獲得的MMP非常接近，誤差分別為4.6%、1.2%和4.9%，因此可以用該組分模型進行其他CO2含量下的模擬計算。

2 近混相驅(qū)壓力區(qū)間的確定

筆者認為，在傳統(tǒng)的混相段和非混相段之間存在一個驅(qū)油效率隨注入壓力緩慢過渡的區(qū)域，因此提出基于驅(qū)油效率和界面張力（IFT）綜合確定近混相驅(qū)壓力區(qū)間的方法，分析不同CO2純度下近混相壓力區(qū)間的變化情況。

2.1 最佳近混相驅(qū)概念的提出

以注入純CO2為例，在低于MMP附近的壓力區(qū)域內(nèi)分別增加3～5個壓力點進行模擬計算，并分別選取不同壓力區(qū)間對注入壓力和驅(qū)油效率的關(guān)系重新進行了擬合，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，注入壓力從MMP逐漸降低時，非混相段驅(qū)油效率先緩慢減小，之后逐漸趨于線性遞減?；谠摤F(xiàn)象，提出了最佳近混相驅(qū)的概念，即注入壓力在接近但低于MMP的較小區(qū)間內(nèi)，驅(qū)油效率并未隨注入壓力的下降而明顯降低，最佳近混相驅(qū)的總體采收率和驅(qū)油效率接近于混相驅(qū)。

圖2 不同壓力區(qū)間注入壓力和驅(qū)油效率關(guān)系（100%CO2）Fig.2 Displacement efficiency changing with injection pressure under different pressure section（pure CO2）

2.2 最佳近混相驅(qū)壓力區(qū)間的確定

為進一步明確最佳近混相壓力區(qū)間，借助Excel中的Linest函數(shù)及VBA程序，將非混相及混相驅(qū)之間過渡區(qū)域的測試點進行單獨擬合，得到驅(qū)油效率和IFT與注入壓力的對應(yīng)關(guān)系，分別見圖3和圖4，其中IFT數(shù)據(jù)采用半對數(shù)坐標(biāo)可獲得明顯的線性關(guān)系。從圖3及圖4可以看出，依據(jù)驅(qū)油效率及IFT與注入壓力的關(guān)系劃分的最佳近混相區(qū)間非常接近，該區(qū)間對應(yīng)的驅(qū)油效率為80%～90%，相應(yīng)的IFT約為0.001～0.050 m N/m。

圖3 混相段及非混相段過渡區(qū)域驅(qū)油效率與壓力關(guān)系（100%CO2）Fig.3 Displacement efficiency and injection pressure of transition zone of miscible and immiscible line segments（pure CO2）

圖4 混相段及非混相段過渡區(qū)域表面張力與壓力關(guān)系（100%CO2）Fig.4 Interfacial tension and injection pressure of transition zone of miscible and immiscible line segments（pure CO2）

綜合考慮驅(qū)油效率和IFT的結(jié)果，表4給出了不同CO2純度下的MMP和MNMP。分析表明，IFT法和驅(qū)油效率法確定的最小近混相壓力區(qū)間非常接近，最佳近混相區(qū)域壓力的下限集中在0.80～0.86 MMP。

表4 驅(qū)油效率法及IFT法確定MMP及MNMPTable 4 Values of MMP and MNMP obtained by displacement efficiency and IFT methods

3 近混相驅(qū)CO2純度下限的確定

根據(jù)表4，得到目標(biāo)油藏不同CO2純度下對應(yīng)的MMP和MNMP關(guān)系曲線，如圖5所示。從圖5可以看出，隨著CO2純度的降低，MMP和MNMP均升高，大致呈線性增加，通過與地層壓力進行對比，可以得出地層條件下目標(biāo)油藏Q5井實施最佳近混相驅(qū)對應(yīng)的CO2純度區(qū)間為64%～100%，區(qū)間窗口較大，說明該目標(biāo)區(qū)塊實施非純CO2最佳近混相驅(qū)的潛力空間比較大。

圖5 不同CO2濃度下的MMP和MNMPFig.5 Values of MMP and MNMP under different CO2 contents

4 結(jié)論

提出了最佳近混相驅(qū)概念，即在傳統(tǒng)的混相段和非混相段之間存在一個驅(qū)油效率隨注入壓力緩慢過渡的區(qū)域，細管實驗表明該區(qū)域驅(qū)油效率達80%～90%?；隍?qū)油效率和界面張力（IFT）的綜合界定方法，確定出渤海油田低滲Q油藏實施非純CO2驅(qū)的最佳近混相區(qū)間為0.80～0.86 MMP，對應(yīng)的CO2純度下限為64%。本文研究結(jié)果可為國內(nèi)低滲油藏實施非純CO2驅(qū)提供借鑒。

［1］ GRIGG R B，GREGORY M D，PURKAPLE J D.The effect of pressure on improved oilflood recovery from Tertiary gas injection［J］.SPE Reservoir Engineering，1997，12（3）：179-188.

［2］ SCHECHTER D S，GRIGG R，GUO B，et al.Wellman unit CO2flood：reservoir pressure reduction and flooding the water/oil［C］.SPE 48948，1998.

［3］ H?IER L，WHITSON C H.Compositional grading-theory and practice［C］.SPE 63085，2000.

［4］ ZICK A A.A combined condensing/vaporizing mechanism in the displacement of oil by enriched gases［C］.SPE 15493，1986.

［5］ THOMAS F B，HOLOWACH N，ZHOU X L，et al.Miscible or near-miscible gas injection，which is better？［C］.SPE/DOE 27811，1994.

［6］ BUI L H，TSAU J S，WILLHITE G P.Laboratory investigations of CO2near miscible application in Arbuckle reservoir［C］.SPE 129710，2010.

［7］ FLOCK D L，NOUAR A.Parametric analysis on the determination of the minimum miscibility pressure in slim tube displacements［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，1984，23（5）：80-88.

［8］ TSAU J S，BUI L H，WILLHITE G P.Swelling/extraction test of a small sample size for phase behavior study［C］.SPE 129728，2010.

［9］ 徐陽.低滲油藏CO2近混相驅(qū)提高采收率機理研究［D］.青島：中國石油大學(xué)，2011.

［10］ NOVOSAD Z.On the aspects of reservoir fluids phase behavior important in design of miscible gas injection processes［C］.IOR 6th European Symposium on Improved Oil Recovery，1991.

［11］ SHYEH-YUNG J G.Mechanisms of miscible oil recovery：effects of pressure on miscible and near-miscible displacements of oil by carbon dioxide［C］.SPE 22651，1991.

［12］ SHYEH-YUNG J J.Effect of injectant composition and pressure on displacement of oil by enriched hydrocarbon gases［J］.SPE Reservoir Engineering，1995，10（2）：109-115.

［13］ 雷霄，鄧傳忠，米洪剛，等.潿洲12-1油田注伴生氣近混相驅(qū)替機理實驗及模擬研究［J］.石油鉆采工藝，2007，29（6）：32-34.LEI Xiao，DENG Chuanzhong，MI Honggang，et al.Experimental and simulation study on the mechanism of associated gas near miscible flooding in Weizhou 12-1 oilfield［J］.Oil Drilling＆Production Technology，2007，29（6）：32-34.

［14］ 王杰，譚保國，呂廣忠.一種通過數(shù)值模擬手段劃分CO2驅(qū)替相帶的新方法：以高89塊油藏為例［J］.科技導(dǎo)報，2013，31（9）：46-49.WANG Jie，TAN Baoguo，LV Guangzhong.Numerical simulation for division of phase zone displacement：with Gao89 as an example［J］.Science＆Technology Review，2013，31（9）：46-49.

［15］ 羅瑞蘭，程林松.深層稠油油藏注CO2開采可行性研究：以遼河油田冷42塊稠油油藏為例［J］.中國海上油氣（地質(zhì)），2003，17（5）：312-316.LUO Ruilan，CHENG Linsong.A feasibility study on exploitation of deep heavy-oil reservoir by CO2injection［J］.China Offshore Oil and Gas（Geology），2003，17（5）：312-316.

［16］ 國家能源局.SY/T 6573—2016最低混相壓力實驗測定方法：細管法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2016.National Energy Administration of the PRC.SY/T 6573—2016 Measurement method of minimum miscibility pressure by slim tube test［S］.Beijing：Petroleum Industry Press，2016.

Discussion on controlling conditions of optimal near-miscible flooding by impure CO2in low permeability reservoir

ZHANG Xiansong1，2CHEN Hao3LI Baozhen1，2MEI Yuan3YANG Guang1，2TANG He3
（1.State Key Laboratory of Offshore Oil Exploitation，Beijing100028，China；2.CNOOC Research Institute，Beijing100028，China；3.China University of Petroleum，Beijing102249，China）

Low permeability Q reservoir with high CO2content has been found in Bohai oilfield，but it is difficult to realize CO2miscible flooding due to reservoir conditions limitation.Based on slim tube test and E-clipse simulation of compositional model，the relationship between displacement efficiency and injection pressure of CO2miscible flooding is studied.The optimal near-miscible displacement concept is proposed，namely，there is a transition zone near the minimum miscibility pressure（MMP）in which the displacement efficiency doesn’t significantly reduce with the decrease of the injection pressure（the displacement efficiency in the transition zone is 80%～90%with the slim tube test）.Comprehensively considering the variation of displacement efficiency and interfacial tension（IFT）with injection pressure，the optimal near-miscible pressure from 0.80 to 0.86 MMP of impure CO2flooding is obtained，and the corresponding lowest CO2content is 64%.The reservoir has great potential with optimal near-miscible flooding with impure CO2gas.The study results provide a technical basis for the feasibility and optimal design of near-miscible phase displacement in low permeability oilfields.

low permeability reservoir；CO2miscible flooding；slim tube test；optimal near-miscible flooding；pressure interval；CO2content

張賢松，陳浩，李保振，等.低滲油藏非純CO2最佳近混相驅(qū)控制條件探討［J］.中國海上油氣，2017，29（6）：75-78.

ZHANG Xiansong，CHEN Hao，LI Baozhen，et al.Discussion on controlling conditions of optimal near-miscible flooding by impure CO2in low permeability reservoir［J］.China Offshore Oil and Gas，2017，29（6）：75-78.

TE348

A

1673-1506（2017）06-0075-04

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.06.009

*海洋石油高效開發(fā)國家重點實驗室開放基金課題“非純條件下二氧化碳驅(qū)最小近混相壓力及分項相態(tài)機理研究（編號：2015-YXKJ-001）”部分研究成果。

張賢松，男，教授級高級工程師，主要從事油田開發(fā)與提高采收率技術(shù)工作。地址：北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號院B座（郵編：100028）。E-mail：zhangxs＠cnooc.com.cn。

2017-05-14改回日期：2017-06-21

（編輯：楊 濱）