張志威, 王長權, 靳世磊, 石立紅, 黃建紅

(1. 長江大學 石油工程學院, 武漢 430100；2. 勝利油田東勝集團有限公司, 山東 東營 257000；3. 青海油田公司勘探開發(fā)研究院, 甘肅 敦煌 736202)

0 引言

鄂爾多斯盆地南部HH油田為典型低孔特低滲油藏，伴有裂縫發(fā)育。原油地飽壓差大，一次采油衰竭式開采后，注水開發(fā)面臨基質(zhì)低孔低滲區(qū)域注水壓力高、吸水指數(shù)低、水注不進等困難。實踐可知注氣開發(fā)對此類情況油田能夠取得較好效果[1-2]。CO2驅可以通過使原油體積膨脹、萃取和汽化原油輕烴組分等方式降低原油黏度，改善水油流度比，降低油水界面張力，進而使采收率有一定程度提高[3-7]。而減氧空氣與CO2相比，因其難溶于原油與地層水中，能夠較好地進入地層且有效補充地層壓力，保持合理生產(chǎn)壓差[9]，同時在高含水期后期的油藏，由于氣水密度差異，通過重力分異減氧空氣漸漸向上方運動，進而提高縱向波及系數(shù)，使采收率有一定程度提高，并且減氧空氣具有氣源易獲取、價格低的優(yōu)勢，具有很好的發(fā)展前景[8-9]。故氣源選定CO2和10%減氧空氣進行基質(zhì)單管長巖心驅替實驗，研究不同注入流體與驅替方式對采收率的影響。同時目標地層存在微裂縫發(fā)育區(qū)域，進行注水注氣開發(fā)時都極易發(fā)生“竄流”，致使原油大量殘存在儲層中，難以被注入流體驅替，導致注水、注氣波及效率降低，嚴重影響采收率[10-13]。前人的研究中未對減氧空氣與CO2作為注入氣體提高采收率效果進行具體比較，未對裂縫影響注氣提高采收率效果做詳細研究，該研究在基質(zhì)單管長巖心驅替實驗后優(yōu)選出注入流體的基礎上，進行基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心驅替實驗，研究連續(xù)水驅、連續(xù)氣驅或者氣水交替驅及儲層非均質(zhì)性對不同驅替方式采收率的影響，進而確定微裂縫對采收率的影響，為HH油田注氣開發(fā)提供依據(jù)。

1 實驗

目標地層選自鄂爾多斯盆地南部HH油田，原始地層壓力為18.838～21.060 MPa，地層溫度71.72 ℃，平均孔隙度10.8%，平均滲透率0.4 mD，是典型的低孔特低滲油藏，此次室內(nèi)物理模擬實驗均在壓力19.5 MPa、溫度72 ℃條件下進行。

1.1 實驗材料

實驗水樣：實驗室模擬地層水復配得到，為氯化鈣型，呈弱酸性。

實驗油樣：取自HH油田脫氣原油在地層溫度壓力條件下進行復配得到，氣油比為39.7 m3/m3，飽和壓力為6.5 MPa。

實驗氣樣：CO2為高純度工業(yè)CO2，減氧空氣為工業(yè)O2和N2復配氣體。

巖心樣品：取自HH油田儲層的直徑為2.54 cm、長度為5～7 cm的天然巖心拼接而成。拼接過程按調(diào)和平均法確定巖心排列順序，在每2塊巖心之間用濾紙來降低末端效應，拼接后基質(zhì)長巖心共59.76 cm，調(diào)和滲透率為2.89 mD，孔隙度為13.217%。再選取6塊滲透率符合目標地層條件的巖心進行人工劈縫，劈縫后將直徑0.3 mm銅絲鋪放在其中模擬裂縫，對劈縫后的巖心再進行孔隙度與滲透率測取，采用調(diào)和平均法排列巖心順序，拼接為長59.76 cm的裂縫長巖心，滲透率為164.17 mD，孔隙度為16.381%。

1.2 實驗設備及流程

實驗設備由恒溫空氣浴、雙缸恒速恒壓驅替泵、60 cm長巖心夾持器、活塞式中間容器、回壓閥、氣體流量計等組成，如圖1所示，實驗流程如圖2所示。

圖1 實驗設備Fig.1 Experimental installation

圖2 基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管長巖心驅替實驗流程圖Fig.2 The flow chart of matrix-fracture parallel double-tube long core flooding experiment

1.3 實驗方案及測試步驟

1.3.1 實驗方案

1)注入氣體及驅替方式優(yōu)選實驗

通過基質(zhì)單管長巖心驅替實驗進行注入氣體及3種不同驅替方式的優(yōu)選，確定提高采收率效果更好的注入流體及驅替方式，具體方案見表1。

表1 注入氣體及驅替方式優(yōu)選實驗方案Table 1 The scheme of different gas and displacement modes

2)基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心非均質(zhì)性影響采收率實驗

通過基質(zhì)單管長巖心驅替實驗優(yōu)選出注入氣體，繼而進行基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心驅替實驗，研究基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心的非均質(zhì)性對采收率的影響，具體實驗方案見表2。

表2 基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心非均質(zhì)性影響采收率實驗方案Table 2 The scheme of heterogeneity affecting recovery degree

1.3.2 測試步驟

實驗過程參照SY/T 5336—2006《巖心分析方法》進行。先將巖心按排順依次放入長巖心夾持器中，加圍壓后抽真空，加壓飽和模擬地層水測孔隙體積，油驅水建立束縛水，老化24 h后分別進行水驅、氣驅或氣水交替驅，直至最終含水率達到98%或完全不出油時停止驅替。驅替過程中注入流體每注入0.1 PV，記錄泵位、進出口壓力、產(chǎn)出油量、氣量和水量等數(shù)據(jù)。

2 實驗結果及分析

2.1 注入氣體及驅替方式優(yōu)選實驗結果及分析

通過基質(zhì)單管巖心驅替實驗，對水、CO2、減氧空氣3種不同注入流體，連續(xù)水驅、連續(xù)氣驅(CO2，減氧空氣)、氣水交替驅(CO2/水，減氧空氣/水)3種不同驅替方式進行優(yōu)選，結果表明：

1)3種注入介質(zhì)的采收率中CO2驅最好，其次為水驅和減氧空氣驅，其采收率分別為68.38%，51.44%和44.97%。CO2驅采收率最高，主要原因是CO2與原油接觸后不斷向原油中溶解，不僅可以膨脹原油體積，降低原油黏度，還可以減小油水界面張力，改善油水流度比，從而提高波及效率和采收率。減氧空氣在油藏中主要起非混相的重力分異作用，在一維長巖心中或傾角較小的薄儲層無法發(fā)揮作用，因此采收率低。因此優(yōu)選CO2為注氣開發(fā)的注入氣體。

2)2種注入方式中CO2/水交替驅效果最優(yōu)，其次分別為CO2驅、減氧空氣/水交替驅、水驅，減氧空氣驅效果最差。CO2/水交替驅采收率為76.72%，比CO2驅提高8.34%，比水驅提高25.28%；減氧空氣/水交替驅采收率為52.65%，比減氧空氣驅提高10.48%，比水驅提高1.21%。說明氣/水交替驅效果優(yōu)于單一流體驅替，且CO2/水交替驅優(yōu)于減氧空氣/水交替驅。主要原因是氣/水交替驅可有效控制氣竄，延緩氣體突破，使驅替前緣更為穩(wěn)定，同時增加了氣與原油之間的反應時間，氣體更好地溶于原油中，降低原油黏度和膨脹原油體積效果更好，還可以改善水油流度比[13-16]。因此，優(yōu)選CO2/水交替驅為注氣開發(fā)驅替方案。注入氣體及驅替方式優(yōu)選實驗結果見表3。

表3 注入氣體及驅替方式優(yōu)選實驗結果Table 3 Optimal experimental results of different gas and displacement methods

2.2 基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心非均質(zhì)性影響采收率實驗結果及分析

通過基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心驅替實驗，得到基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心非均質(zhì)性影響水驅、CO2驅、CO2/水交替驅替3種驅替方式采收率的結果。

1)并聯(lián)雙管巖心中基質(zhì)巖心采收率隨注入流體體積變化曲線如圖3所示。水驅曲線最平滑、最為穩(wěn)定，基質(zhì)巖心采收率隨注入水體積增加而增加，增速無明顯降低，但增速明顯小于CO2/水交替驅與CO2驅，基質(zhì)巖心采收率僅為19.38%；CO2驅曲線最不平滑，在0.8 PV前后存在明顯差別，基質(zhì)巖心采收率在CO2注入體積達到0.8 PV前增速大于0.8 PV后，增速居中，基質(zhì)巖心采收率達20.64%；CO2/水交替驅曲線較平穩(wěn)，基質(zhì)巖心采收率隨注入流體體積增加而增加，且增速無明顯降低，增速最大，基質(zhì)巖心采收率達29.07%。3條曲線在流體注入體積達2 PV時(即基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心驅替結束時)，基質(zhì)巖心采收率仍存在隨注入體積增加而增加趨勢，且遠低于單管基質(zhì)巖心的采收率，說明裂縫的存在將嚴重影響采收率，基質(zhì)巖心開發(fā)效果差，仍存在較大開發(fā)潛力，CO2/水交替驅雖仍能較單一介質(zhì)驅替達到較好效果，具有一定的調(diào)驅和防氣竄作用，但由于封堵性差，基質(zhì)采收率并無法大幅度改善。

圖3 基質(zhì)巖心采收率隨注入流體體積變化曲線Fig.3 The variation curve of matrix core recovery rate with injected fluid volume

圖4 基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心采收率隨注入流體體積變化曲線Fig.4 The variation curve of matrix-fracture parallel double-tube core recovery with injected fluid volume

2)基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心采收率隨注入流體體積變化曲線如圖4所示，不同驅替方式下的采收率如圖5所示。CO2驅和水驅分別在注入流體體積達0.4 PV和0.5 PV突破巖心后，采收率幾乎不隨注入流體體積增加而增加；CO2/水交替驅在注入流體體積達到0.7 PV突破巖心后，采收率隨著注入流體體積增加而存在明顯增加。3種驅替方式的注入流體對采收率貢獻主要都在突破前，裂縫巖心的采收率高，基質(zhì)巖心的采收率低，受非均質(zhì)性影響，注入流體主要進入裂縫巖心驅油，并于裂縫中快速突破，致使基質(zhì)巖心波及體積減小，裂縫巖心高含水采油期長，所以注入流體的突破早晚是影響采收率高低的重要指標之一。氣驅相較水驅，CO2更易在裂縫中突破，發(fā)生“竄流”，CO2驅突破時間最早，故CO2驅效果最差，采收率最低僅為38.91%。水驅較CO2驅突破較晚，采收率達41.57%。而CO2/水交替驅則可有效地油水改善流度比，在一定程度上降低基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心非均質(zhì)性影響，有效地延緩氣水突破時間，提高波及效率，從而更好地提高采收率，采收率達49.63%。

圖5 不同驅替方式下的采收率Fig.5 Recovery degree under different displacement modes

3)基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心非均質(zhì)性對采收率影響如圖6所示。對比單管基質(zhì)巖心驅替實驗，非均質(zhì)性導致水驅、CO2驅、CO2/水交替驅的驅替效果均有明顯下降，水驅采收率下降9.87%，CO2驅采收率下降29.47%，CO2/水交替驅采收率下降27.09%?？梢娢⒘芽p的存在較大地影響了CO2驅、CO2/水交替驅對低滲油藏提高采收率的效果。

圖6 基質(zhì)+裂縫并聯(lián)雙管巖心對采收率影響Fig.6 Influence of matrix-fracture parallel double-tube core on recovery

3 結論

1)針對目標油田注水困難、采收率低等問題，注氣是一種有效的解決方式，且CO2相較減氧空氣提高采收率效果更好。

2)CO2/水交替驅注入方式效果最好，可有效防止氣竄，提高CO2-原油的反應時間，提高CO2增溶膨脹、降黏原油的能力，大幅度提高水驅、氣驅采收率。

3)裂縫的存在對注氣提高采收率影響較大，氣體和水更容易在裂縫中發(fā)生竄流導致采收率大幅下降，CO2/水交替驅雖然有一定的改善竄流效果，但效果并不明顯，建議考慮采取注聚段塞、泡沫段塞等方式改善非均質(zhì)性措施后進行CO2/水交替驅開發(fā)。