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        一種實用的CO2溶解氣驅(qū)巖心洗油方法

        2013-11-01 01:28:36韓學(xué)輝王洪亮王雪亮張娟娟
        石油實驗地質(zhì) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:洗油氣驅(qū)級別

        韓學(xué)輝,楊 龍,王洪亮,王雪亮,房 濤,張娟娟

        (1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島 266580;2.中國石油天然氣股份有限公司新疆油田公司實驗檢測研究院,新疆克拉瑪依 834000;3.中國石油天然氣股份有限公司西部鉆探工程有限公司測井公司,新疆克拉瑪依 834000)

        巖心洗油是巖心實驗的主要制備技術(shù)之一。依據(jù)洗油原理,可將洗油方法分為溶劑抽提法、熱解除油法、驅(qū)替洗油方法三大類[1]。溶劑抽提法是一種常用方法,通過洗油溶劑淋濾、浸泡方式洗油,但該方法存在洗油時間長(通常在2~3周或更長)、洗油效率低和對低孔低滲巖心洗油效果差的缺點[2-5]。熱解除油法是通過高溫?zé)峤夥绞较从?,速度?2~3 h),但存在粘土成分變性、原油結(jié)焦等缺點[6-7],在生產(chǎn)上應(yīng)用較少。驅(qū)替洗油方法是將洗油溶劑在高壓下驅(qū)替進入巖心孔隙后洗油,主要有直接將洗油溶劑注入巖心的加壓溶劑洗油法[8-9]、Stewart[10]提出的 CO2溶解氣驅(qū)洗油方法以及Conley等[11]提出的離心清洗法等。驅(qū)替洗油法洗油方式直接,洗油效率較溶劑抽提法高,是未來巖心洗油方法發(fā)展的主要方向。

        本文在Stewart設(shè)計的CO2溶解氣驅(qū)方法的基礎(chǔ)上,增加了洗油室抽真空、CO2預(yù)清洗、溶劑回收3個操作步驟,自行研制了DGO-1型CO2溶解氣驅(qū)洗油裝置,重新設(shè)計了洗油流程。通過實驗觀測循環(huán)次數(shù)對不同孔隙度、滲透率巖心的熒光級別的影響,考察了新方法的洗油效果,為今后推廣應(yīng)用CO2溶解氣驅(qū)洗油提供了實驗研究基礎(chǔ)。

        1 方法原理

        該方法的洗油原理是CO2溶解氣驅(qū)。即:利用CO2氣體易溶于洗油溶劑、可降低油水界面張力和原油粘度的特點,用溶有CO2氣體的有機溶劑(溶劑汽油、酒精—苯等)作為洗油溶劑,通過反復(fù)向巖心加壓注入洗油溶劑、再卸壓排出,將原油攜帶出巖心完成洗油。圖1給出了Stewart設(shè)計的CO2溶解氣驅(qū)洗油流程圖。盡管Stewart說明了該方法的優(yōu)點,但是該流程存在以下弊端:(1)對于孔隙度、滲透率差或者原油粘度大的巖心,溶解了CO2的洗油溶劑難以進入待洗油巖心,洗油效率受到限制;(2)未對洗油溶劑的排放做有效控制,存在環(huán)境污染以及中毒和火災(zāi)等操作安全問題。因此,有必要對該方法做一些改進,以更好地提高洗油效率。

        我們在Stewart設(shè)計的CO2溶解氣驅(qū)洗油方法的基礎(chǔ)上,增加了3個操作步驟:(1)洗油室抽真空。即:建立洗油室的負壓,為CO2氣體、溶解了CO2的洗油溶劑進入巖心創(chuàng)造良好條件;(2)CO2預(yù)清洗。即:允許CO2單獨進入巖心,卸壓膨脹后帶出原油,為后續(xù)CO2溶解氣驅(qū)創(chuàng)造有利條件;(3)溶劑回收。即:通過溶劑回收實現(xiàn)溶劑的循環(huán)利用,經(jīng)濟環(huán)保。圖2給出了新方法的流程圖。該流程可通過控制卸壓速率來減少對疏松巖心的破壞,較加壓溶劑洗油法和離心清洗法的適用范圍更廣。

        圖1 Stewart設(shè)計CO2溶解氣驅(qū)方法洗油流程Fig.1 Flow diagram of CO2dissolved gas drive(Stewart)

        圖2 CO2溶解氣驅(qū)新方法洗油流程Fig.2 Flow diagram of CO2dissolved gas drive(new method)

        2 洗油裝置

        基于改進的CO2溶解氣驅(qū)洗油方法,我們開發(fā)了DGO-1型 CO2溶解氣驅(qū)洗油裝置(圖3)。該實驗儀器主要由CO2氣瓶、溶劑罐、真空泵、巖心室(附帶電加熱裝置)、增壓泵、溶劑回收機等6部分組成。其中:CO2氣瓶是氣源,溶劑罐用于儲存洗油溶劑,真空泵用于巖心室的抽真空,電加熱套可選擇性地用于稠油油藏巖心的加熱降粘,增壓泵用于將CO2溶于洗油溶劑和將洗油溶劑加壓后送入巖心室,溶劑回收機用于洗油溶劑的回收。

        3 洗油效果分析

        為了檢驗新方法的洗油效果,選取了孔隙度、滲透率具有一定分布的 6 組(9#,12#,14#,D#,H#,K#)平行人工巖心[12-13](表1),實驗觀測了熒光級別、孔隙度、滲透率隨循環(huán)次數(shù)的變化,分析了新方法的洗油效果。

        3.1 實驗步驟

        (1)用礦化度為10 000 mg/L的NaCl溶液抽真空加壓飽和巖心,用密度為0.89 g/cm3、粘度為6.28 mPa·s的模擬油(3份東辛油田辛176井原油+2份煤油)驅(qū)替巖樣到束縛水狀態(tài);

        (2)使用QFA-C二維定量熒光分析儀,測量平行樣的熒光級別[14],烘干后測量氣體孔隙度、滲透率;

        圖3 DGO-1型CO2溶解氣驅(qū)洗油裝置Fig.3 Core cleaning device for CO2dissolved gas drive(DGO-1)

        表1 實驗巖心孔隙度、滲透率數(shù)據(jù)Table 1 Porosity and permeability of rock samples

        (3)使用DGO-1型CO2溶解氣驅(qū)洗油裝置,選用溶劑汽油作為洗油溶劑,按圖2流程對巖心進行洗油。

        (4)每循環(huán)(加壓—卸壓)2次后測量巖心熒光級別、孔隙度、滲透率,至熒光級別小于3級后結(jié)束。

        3.2 熒光級別隨循環(huán)次數(shù)的變化

        圖4為熒光級別與CO2溶解氣驅(qū)洗油循環(huán)次數(shù)的關(guān)系??梢姡S著清洗循環(huán)次數(shù)的增加,巖心熒光級別逐漸降低。前4次循環(huán)熒光級別減小較快,后幾次循環(huán)熒光級別減小變慢,約6~10次循環(huán)后,熒光級別降至3級以下,達到SY/T 5336-2006[15]規(guī)定的巖心洗油標(biāo)準。巖心的滲透率越高,達到熒光3級以下所需的循環(huán)次數(shù)就越少。例如:K#巖心,循環(huán)清洗6次以后,熒光級別為2.78;D#巖心,循環(huán)清洗10次后,熒光級別才降至2.95。分析認為:滲透率低的巖心,孔喉尺寸較小,洗油溶劑進入巖心、洗油溶劑和原油流出巖心的孔隙比較困難,洗油需要的循環(huán)次數(shù)多[16]。實驗中,也發(fā)現(xiàn)滲透率低的巖心卸壓時間要多于高滲透率巖心的事實。例如:D#巖心卸壓至大氣壓花費的時間可以達到0.5 h以上。

        圖4 熒光級別隨循環(huán)次數(shù)的變化Fig.4 Cross plot between fluorescence levels and cycle index

        3.3 孔隙度、滲透率隨循環(huán)次數(shù)的變化

        圖5 孔隙度隨循環(huán)次數(shù)的變化Fig.5 Cross plot between porosity and cycle index

        圖6 滲透率隨循環(huán)次數(shù)的變化Fig.6 Cross plot between permeability and cycle index

        圖5、圖6為孔隙度、滲透率隨循環(huán)次數(shù)的變化??梢?,隨著清洗循環(huán)次數(shù)的增加,孔隙度、滲透率逐漸增大,在4~6次循環(huán)后逐漸增至穩(wěn)定值。對于滲透率大于 50×10-3μm2的 9#、14#、K#巖心,孔隙度、滲透率增大較快,經(jīng)6次循環(huán)后,曲線變化基本趨于平緩,相對變化率不大。對于滲透率小于50×10-3μm2的 12#、D#、H#巖心,孔隙體積增長相對較慢,6~8次循環(huán)后趨于穩(wěn)定。實驗中,沒有發(fā)現(xiàn)孔隙度、滲透率變小的情況,說明洗油過程中沒有出現(xiàn)因為有機物難于運移而致喉道堵塞的情況。

        4 結(jié)論與建議

        1)新開發(fā)的CO2溶解氣驅(qū)洗油方法屬于驅(qū)替洗油方法,洗油原理清楚,裝置簡單,易于操作,洗油效率高,且清潔環(huán)保,建議作為一種實用方法在巖石物理實驗室推廣使用。

        2)D#、H#、12#巖心為低孔低滲巖心,8 ~10 次循環(huán)就可以達到熒光3級以下,顯示了新方法的良好洗油效果,建議將新方法用于低孔低滲、致密巖心的洗油,以解決溶劑抽提法洗油效率不高的問題。

        3)該方法洗油時間短(2~3 d),可縮短探井等取心井的孔隙度、滲透率、巖電參數(shù)等的測試周期,建議推廣使用,有助于及早認識儲層性質(zhì)、建立儲層參數(shù)的測井解釋模型以提高測井快速解釋的精度,更好地發(fā)現(xiàn)隱蔽的油層[17]。

        4)建議對膠結(jié)疏松的巖心緩慢卸壓以免造成對巖心的傷害[18-19]。受實驗條件限制,未考察該方法使用的CO2與原油發(fā)生的一些物理、化學(xué)的變化,建議國內(nèi)外同行開展相關(guān)研究,以進一步評價該方法的適用性。

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