國(guó)殿斌，房倩，聶法健

（中國(guó)石化中原油田分公司勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001）

水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)提高采收率技術(shù)研究

國(guó)殿斌，房倩，聶法健

（中國(guó)石化中原油田分公司勘探開(kāi)發(fā)科學(xué)研究院，河南 濮陽(yáng) 457001）

中原油田經(jīng)過(guò)30多年高速水驅(qū)開(kāi)發(fā)，已進(jìn)入總體遞減階段，但油藏高溫、高地層水礦化度特點(diǎn)限制了化學(xué)驅(qū)的應(yīng)用。為改善特高含水開(kāi)發(fā)后期油藏開(kāi)發(fā)效果，中原油田在濮城油田沙一下水驅(qū)廢棄油藏開(kāi)辟了先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)。以CO2驅(qū)提高水驅(qū)廢棄油藏采收率為目的，研究形成的特高含水期油藏剩余油微差異刻畫(huà)技術(shù)、CO2驅(qū)驅(qū)油機(jī)理認(rèn)識(shí)、注采參數(shù)優(yōu)化方法，以及配套防腐、防竄工藝技術(shù)，已應(yīng)用于2個(gè)試驗(yàn)井組，采出程度提高了6.5%。預(yù)計(jì)濮城沙一下整體實(shí)施后，原油采收率提高9.9%，年增產(chǎn)原油超過(guò)2×104t，為探索水驅(qū)廢棄油藏及特高含水油藏提高采收率提供了一項(xiàng)新技術(shù)。

CO2氣水交替驅(qū)；水驅(qū)廢棄油藏；提高采收率；CO2泡沫；防腐

CO2驅(qū)提高采收率技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)油藏，但國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在低滲透油藏，中、高滲水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)提高采收率技術(shù)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道［1-4］。濮城沙一下油藏經(jīng)過(guò)30多年的水驅(qū)高速開(kāi)發(fā)，面臨著剩余油高度分散、挖潛難度大、水驅(qū)經(jīng)濟(jì)效益低等問(wèn)題，為高含水（98%）、高采出（51.2%）的水驅(qū)廢棄油藏。同時(shí)，油藏高溫、高鹽特性也限制了化學(xué)驅(qū)、微生物驅(qū)等三次采油技術(shù)的應(yīng)用。但油藏地層壓力高、原油黏度低，有利于氣驅(qū)提高采收率。本文重點(diǎn)開(kāi)展了剩余油微差異、CO2驅(qū)機(jī)理、注采參數(shù)優(yōu)化方法及配套工藝技術(shù)等方面研究，研究成果已經(jīng)應(yīng)用于濮城沙一下油藏CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)實(shí)踐，取得了特高含水期進(jìn)一步提高采收率的重大突破，為中原油田今后特高含水期油藏開(kāi)發(fā)提供了前瞻性研究和技術(shù)儲(chǔ)備。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

濮城沙一下油藏位于濮城長(zhǎng)軸背斜構(gòu)造的東北翼，為巖性-構(gòu)造油藏，油層埋深2 280～2 437 m，油水界面2 437 m；含油面積14.5 km2，有效厚度5.3 m，孔隙度28.1%，滲透率690×10-3μm2，油藏溫度82.5℃，地層水礦化度24×104mg/L，氯離子質(zhì)量濃度16×104mg/L，石油地質(zhì)儲(chǔ)量1 135×104t；共有5個(gè)含油小層，2個(gè)主力小層沙一下12，13均為全區(qū)分布，地質(zhì)儲(chǔ)量為1 048×104t，占全油藏的92.3%。標(biāo)定采收率51.3%，可采儲(chǔ)量582×104t。該油藏于1980年4月投入開(kāi)發(fā)，同年5月開(kāi)始注水，一直保持著較高的采油速度生產(chǎn)，連續(xù)10 a采油速度保持在2%以上，最高達(dá)到7.86%。1998年采出程度達(dá)到50.04%，含水率98.44%，進(jìn)入注水開(kāi)發(fā)廢棄階段。濮城沙一下油藏在中原油田的一類(lèi)層中極具代表性。

2 剩余油微差異研究

濮城沙一下油藏剩余油飽和度低，且高度分散，給剩余油進(jìn)一步挖潛帶來(lái)困難［5］。通過(guò)對(duì)濮城沙一下油藏開(kāi)展精細(xì)化油藏描述，強(qiáng)化了薄夾層、流動(dòng)單元、微構(gòu)造及剩余油分布的影響因素研究，結(jié)合井間示蹤劑描述、測(cè)井、巖心觀察等方法，分析了長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響，用數(shù)值模擬方法對(duì)差異剩余油進(jìn)行飽和度細(xì)分，明確了剩余油微差異分布。如表1所示：從飽和度分級(jí)統(tǒng)計(jì)來(lái)看，剩余油主要分布在30%～40%，此部分剩余油是CO2驅(qū)提高采收率的重點(diǎn)。

表1 沙一下5個(gè)小層不同飽和度級(jí)別的剩余油地質(zhì)儲(chǔ)量

密閉取心井資料分析結(jié)果也表明：經(jīng)過(guò)強(qiáng)水洗后，層內(nèi)、層間含油飽和度仍有較大差異，且薄夾層對(duì)剩余油分布有一定的控制作用，其中物性好、水洗嚴(yán)重的部位含油飽和度在30%左右，物性差的部位含油飽和度為40%～50%。

3 水驅(qū)廢棄油藏CO2/水交替驅(qū)油機(jī)理

通過(guò)油藏注入CO2流體物性變化、細(xì)管試驗(yàn)和2 m原狀長(zhǎng)巖心不同段塞驅(qū)替室內(nèi)試驗(yàn)研究，不僅確定了濮城沙一下油藏的混相壓力，明確了水驅(qū)廢棄階段CO2降黏、萃取、膨脹等驅(qū)油機(jī)理，而且優(yōu)選了注入方式，定性地優(yōu)化了注CO2/水交替驅(qū)段塞組合。

3.1 細(xì)管試驗(yàn)

細(xì)管試驗(yàn)表明：82.5℃條件下濮城沙一下油藏CO2驅(qū)最小混相壓力約為18.42 MPa，在目前地層條件下（20.2MPa）注入CO2可實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)（見(jiàn)圖1），獲得很高的采收率。

圖1 細(xì)管試驗(yàn)采出程度與注入壓力的關(guān)系

3.2 驅(qū)替機(jī)理

原油中的輕烴可溶于注入水，并隨產(chǎn)出液采出，使得巖心原油組分發(fā)生變化。通過(guò)長(zhǎng)巖心試驗(yàn)產(chǎn)出物組分前后變化的分析發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖2、圖3）：進(jìn)行水驅(qū)時(shí)，輕烴含量逐漸降低，而注入CO2后，輕烴含量恢復(fù)到油藏開(kāi)發(fā)初期水平，說(shuō)明氣水交替驅(qū)波及到了水驅(qū)波及不到的原油。

圖2 水驅(qū)過(guò)程中產(chǎn)出物組分與注入孔隙倍數(shù)關(guān)系

圖3 CO2/水交替注入過(guò)程中產(chǎn)出物組分與注入孔隙倍數(shù)關(guān)系

4 CO2驅(qū)注采參數(shù)優(yōu)化方法

綜合運(yùn)用室內(nèi)驅(qū)替試驗(yàn)、組分?jǐn)?shù)值模擬方法，針對(duì)濮城沙一下水驅(qū)廢棄油藏開(kāi)展了注入方式優(yōu)選和注入段塞優(yōu)化研究［6-7］。

4.1 注入方式優(yōu)選

設(shè)計(jì)持續(xù)注水、水驅(qū)廢棄后持續(xù)注CO2和水驅(qū)廢棄后CO2/水交替驅(qū)3種不同的注入方式，通過(guò)長(zhǎng)巖心驅(qū)替試驗(yàn)開(kāi)展注入方式優(yōu)選研究，優(yōu)選注入方式為CO2/水交替驅(qū)。

1）持續(xù)注水：注入0.11 HPV水時(shí)，原油采收率為58.10%，繼續(xù)注水至8.78 HPV時(shí)，采收率為63.70%，含水率超過(guò)98%后，持續(xù)注水采收率提高幅度不大。

2）水驅(qū)后持續(xù)注CO2：水驅(qū)至含水98%后，轉(zhuǎn)注CO2，累計(jì)注入 1.48 HPV的 CO2，原油采收率達(dá)88.51%，比注水開(kāi)采高31.08個(gè)百分點(diǎn)，水驅(qū)后持續(xù)注氣，采收率比持續(xù)水驅(qū)明顯提高，但注氣量大。

3）水驅(qū)后 CO2/水交替注入：開(kāi)展了段塞為 0.1 HPV（共4個(gè)CO2段塞，總注入量為0.4 HPV）的CO2/水交替注入長(zhǎng)巖心試驗(yàn)研究，原油采收率高達(dá)93.00%，比注水開(kāi)采高35.80個(gè)百分點(diǎn)。水驅(qū)后氣/水交替注入提高采收率幅度最高，且注入CO2量少。

4.2 注入段塞優(yōu)選

分別進(jìn)行了段塞為0.10 HPV（4個(gè)CO2段塞，總注入量為0.40 HPV），0.02 HPV（7個(gè)CO2段塞，總注入量為0.15 HPV）的CO2/水交替注入長(zhǎng)巖心試驗(yàn)研究。

物理模擬試驗(yàn)研究表明：采用CO2大段塞注入時(shí)，見(jiàn)效快，增油效果顯著，含水下降漏斗明顯（見(jiàn)圖4），但氣水交替驅(qū)過(guò)程中CO2突破快，突破后壓力迅速下降；采用小段塞注入時(shí)，見(jiàn)效慢，含水漏斗小（見(jiàn)圖5），可增加驅(qū)替阻力，提高注入壓力，擴(kuò)大波及體積。因此，首段塞應(yīng)采用大段塞，保證混相效果，后續(xù)采用小段塞，控制氣體突破，擴(kuò)大波及體積。

圖4 段塞為0.10 HPV時(shí)采出程度與含水率變化

長(zhǎng)巖心驅(qū)替試驗(yàn)相對(duì)微觀，僅能得到定性的優(yōu)化結(jié)果，定量?jī)?yōu)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)注采參數(shù)需要應(yīng)用數(shù)值模擬方法。水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)的滲流特征主要體現(xiàn)為：1）CO2平面上易指進(jìn)，縱向上存在重力傾覆現(xiàn)象；2）注入CO2后，地層原油組分變化大；3）地層含水飽和度高，CO2在水中的溶解擴(kuò)散較為顯著。

圖5 段塞為0.02 HPV時(shí)采出程度與含水率變化

針對(duì)上述特點(diǎn)，通過(guò)精細(xì)化擬組分劃分、網(wǎng)格尺寸和差分算法優(yōu)化，并建立CO2在地層流體中的溶解和擴(kuò)散模型，可更精確地刻畫(huà)CO2在流體中的滲流特征。應(yīng)用數(shù)值模擬方法，對(duì)濮城沙一下油藏濮1-1井組CO2驅(qū)的注采方式、注采參數(shù)、燜井時(shí)間等開(kāi)展了優(yōu)化研究，優(yōu)化結(jié)果如表2所示。

表2 濮1-1井組CO2提高采收率推薦方案開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)參數(shù)

5 CO2驅(qū)配套工藝技術(shù)

5.1 注采系統(tǒng)防腐蝕

5.1.1 注入井

對(duì)注入井而言，注入純CO2并不產(chǎn)生腐蝕，因此，注入井防腐主要是解決油套環(huán)空和水氣交替時(shí)可能產(chǎn)生的腐蝕。在油套環(huán)空中使用N80全新氣密封油管，采用卡頂封保護(hù)套管，并在環(huán)空注入緩蝕劑，防止油套環(huán)空產(chǎn)生腐蝕。另外，在注氣開(kāi)始時(shí)注入部分柴油，以避免水、氣直接接觸產(chǎn)生腐蝕也是行之有效的措施。由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果看，通過(guò)上述措施，注入井無(wú)腐蝕現(xiàn)象。

5.1.2 采出井

采出井流體中CO2和水含量大，易發(fā)生腐蝕。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不加緩蝕劑時(shí)，CO2腐蝕速率達(dá)0.740 mm/ a，為部頒標(biāo)準(zhǔn)0.076 mm/a的近10倍。

經(jīng)過(guò)配方調(diào)整，優(yōu)選出90℃高溫下緩蝕性能優(yōu)良的3#抗CO2緩蝕劑。該緩蝕劑可有效降低腐蝕速率，但現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，單獨(dú)使用緩蝕劑仍不能完全解決腐蝕問(wèn)題。對(duì)此，優(yōu)選出綜合性能良好的A21型犧牲陽(yáng)極。采用尾管下油管陰極保護(hù)器+加入CO2專(zhuān)用緩蝕劑復(fù)合防腐技術(shù)，腐蝕狀況得到較好的控制。

5.2 CO2防氣竄技術(shù)

在CO2驅(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于注入氣黏度低，氣竄現(xiàn)象普遍存在，而且，長(zhǎng)期注水沖刷形成的高滲層加劇了氣竄。為了有效抑制氣竄，擴(kuò)大CO2驅(qū)替的波及體積，在濮1-1井組開(kāi)展了“深部復(fù)合調(diào)剖+泡沫體系”進(jìn)行封竄。調(diào)后整體上吸水剖面有所改善，注氣壓力由5.0～5.5 MPa上升到6.5～8.0 MPa。層間，物性差些的沙一下12小層吸水強(qiáng)度得到加強(qiáng)，13小層有所抑制；層內(nèi)，13小層中物性好的2小層有所抑制，物性差的3小層得到加強(qiáng)。

6 試驗(yàn)井組設(shè)計(jì)及實(shí)施效果評(píng)價(jià)

6.1 先導(dǎo)井組試驗(yàn)設(shè)計(jì)

濮城沙一下油藏部署了3個(gè)井組進(jìn)行先導(dǎo)試驗(yàn)。目前，濮1-1井組已完成設(shè)計(jì)6個(gè)CO2段塞，正實(shí)施單注沙一下12小層后續(xù)調(diào)整方案；濮1-59井組已完成第一個(gè)注氣段塞，正在進(jìn)行第一個(gè)CO2段塞水注入；濮1-90井組處于準(zhǔn)備實(shí)施階段。

6.2 濮1-1井組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果

6.2.1 增油效果

濮1-1井組于2008年6月1日正式注入CO2段塞，截至2012年1月31日，總注水66 067 m3（0.65 PV），總注氣22 784 t（0.29 PV），累計(jì)增油5 753 t，采出程度增加6.5%，預(yù)計(jì)最終提高采收率9.9%，礦場(chǎng)試驗(yàn)表明增油效果顯著。

6.2.2 混相開(kāi)發(fā)特征

現(xiàn)場(chǎng)觀察到明顯的混相特征：見(jiàn)效后原油顏色由黑色變成褐色；原油密度由0.864 g/cm3下降到0.835 g/cm3；原油地面黏度由見(jiàn)效前的24.66 mPa·s下降到7.99 mPa·s；產(chǎn)出物組分發(fā)生明顯變化，除去CO2后的伴生天然氣近似于原始原油溶解氣性質(zhì)，原油烴組分中間烴含量上升，重?zé)N含量明顯下降。

7 結(jié)論

1）濮城沙一下油藏剩余油飽和度低，且普遍分散，主要分布在30%～40%；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，水驅(qū)廢棄油藏注CO2驅(qū)仍能大幅提高采收率。

2）濮城沙一下油藏最小混相壓力為18.42 MPa，在目前地層條件下注入CO2可實(shí)現(xiàn)混相驅(qū)；長(zhǎng)巖心試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出物組分檢測(cè)表明，氣水交替驅(qū)波及到了水驅(qū)波及不到的原油；CO2/水交替驅(qū)為最優(yōu)注入驅(qū)替方式；首段塞應(yīng)采用大段塞，保證混相效果，后續(xù)采用小段塞，控制氣體突破，擴(kuò)大波及體積。

3）研制的“凝膠顆粒+耐溫抗鹽交聯(lián)聚合物”調(diào)剖體系與CO2泡沫防氣竄體系，能夠?qū)怏w竄逸起到一定的封堵作用；通過(guò)研制的抗高溫CO2緩蝕劑和犧牲陽(yáng)極材料配合應(yīng)用，產(chǎn)出系統(tǒng)的腐蝕率控制在0.042 mm/a之下。

4）研究成果不僅可以在濮城沙一下油藏規(guī)模應(yīng)用，并可推廣到中原油田3.19×108t的儲(chǔ)量。

［1］Prieditis J，Brugman R J.Effects of recent relative permeability data on CO2flood modeling［A］.SPE 26650，1993.

［2］李孟濤，單文文，劉先貴，等.超臨界二氧化碳混相驅(qū)油機(jī)理試驗(yàn)研究［J］.石油學(xué)報(bào)，2006，27（3）：80-83. Li Mengtao，Shan Wenwen，Liu Xiangui，et al.Laboratory study on miscible oil displacement mechanism of supercritical carbon dioxide［J］.Acta Petrolei Sinica，2006，27（3）：80-83.

［3］王友啟，周梅，聶俊.提高采收率技術(shù)的應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢(shì)［J］.斷塊油氣田，2010，17（5）：628-631. Wang Youqi，Zhou Mei，Nie Jun.Application status and development trend of EOR technology［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2010，17（5）：628-631.

［4］于波，宮汝祥，杜利，等.冀東油田高13斷塊烴氣驅(qū)可行性實(shí)驗(yàn)研究［J］.斷塊油氣田，2009，16（5）：53-56. Yu Bo，Gong Ruxiang，Du Li，et al.Experimental study on feasibility of hydrocarbon gas injection in Gao 13 Block of Jidong Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2009，16（5）：53-56.

［5］姜漢橋，谷建偉，陳月明，等．剩余油分布規(guī)律的精細(xì)數(shù)值模擬［J］．石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1999，23（5）：31-34. Jiang Hanqiao，Gu Jianwei，Chen Yueming，et al.Fine simulation for distribution of remaining oil in reservoir［J］.Journal of the University Petroleum，China：Edition of Natural Science，1999，23（5）：31-34.

［6］耿宏章，陳建文，孫仁遠(yuǎn)，等.二氧化碳溶解氣對(duì)原油黏度的影響［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，28（4）：78-80. Geng Hongzhang，Chen Jianwen，Sun Renyuan，etal.Effectof dissolved carbon dioxide on the viscosity of crude oil［J］.Journal of the University Petroleum，China：Edition of Natural Science，2004，28（4）：78-80.

［7］康樂(lè)娟.水氣交替注入采油方法綜述［J］.青海石油，2003，21（4）：90-93. Kang Lejuan.Review on WAG injection method［J］.QinghaiPetroleum，2003，21（4）：90-93.

（編輯 趙旭亞）

Study on EOR of injection CO2for waterflooding abandoned reservoir

Guo Dianbin,Fang Qian,Nie Fajian
(Research Institute of Exploration and Development,Zhongyuan Oilfield Company,SINOPEC,Puyang 457001,China)

After high-speed waterflooding development for more than three decades,Zhongyuan Oilfield has entered into a general descending stage,and the application of chemical drive is limited by high temperature and high formation water salinity in reservoir. In order to improve the development of high water cut reservoir at later development stage,Zhongyuan Oilfield opened up a pilot test area in the waterflooding abandoned reservoir in the lower part of the first member of Shahejie Formation,Pucheng Oilfield.This paper studied the micro-differences description of remaining oil,mechanism of CO2displacement,optimization method of injectionproduction parameter and matched anticorrosion and antichanneling technology at high water cut stage for the purpose of enhancing oil recovery of abandoned reservoir by using CO2displacement.The technologies mentioned above had been implemented in two test well groups,and the degree of reserves recovery increased by 6.5%.The whole project is expected to enhance the oil recovery of 9.9% on the basis of waterflooding abandoned reservoir,and annual increase of crude oil production will reach more than 20,000 tons, which can provide a new technology for enhanced oil recovery in high water cut reservoir and waterflooding abandoned reservoir.

alternative displacement of CO2/water;waterflooding abandoned reservoir;EOR;CO2foam;anticorrosion

TE357.7

：A

1005-8907（2012）02-0187-04

2012-02-01；改回日期：2012-03-03。

國(guó)殿斌，男，1975年生，高級(jí)工程師，從事油藏地質(zhì)及油氣田勘探開(kāi)發(fā)方面的研究工作。

國(guó)殿斌，房倩，聶法健.水驅(qū)廢棄油藏CO2驅(qū)提高采收率技術(shù)研究［J］.斷塊油氣田，2012，19（2）：187-190. Guo Dianbin，F(xiàn)ang Qian，Nie Fajian.Study on EOR of injection CO2for waterflooding abandoned reservoir［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2012，19（2）：87-190.