奧洋洋，方艷梅，龔建濤，劉高紅，鄧南濤

（1. 陜西延長石油（集團(tuán)）研究院，陜西 西安 710075； 2. 長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；3. 陜西省延長油田股份有限公司，陜西 咸陽 711300）

非均質(zhì)巖心模型中水-CO2交替驅(qū)油特征研究

奧洋洋1，方艷梅2，龔建濤3，劉高紅3，鄧南濤1

（1. 陜西延長石油（集團(tuán)）研究院，陜西 西安 710075； 2. 長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；3. 陜西省延長油田股份有限公司，陜西 咸陽 711300）

針對非均質(zhì)油藏中水-CO2交替注入中各個段塞所發(fā)揮的作用無法確定等問題，在非均質(zhì)巖心模中設(shè)計了水-CO2交替驅(qū)油和不同注氣方式后水-CO2交替驅(qū)油四組對比實驗進(jìn)行研究。結(jié)果表明，水-CO2交替、續(xù)注氣、間歇注采和周期注氣提高采收率幅度分別為78%、41.9%、32.2%、42.3%，然后在后三種注氣方式基礎(chǔ)上進(jìn)行水-CO2交替驅(qū)油，分別再提高采收率9.5%、43.7%和16.6%。在非均質(zhì)巖心模型中，水-CO2交替驅(qū)能夠在其他開發(fā)方式基礎(chǔ)上增大壓力梯度、擴(kuò)大波及體積并提高采收率；CO2段塞是驅(qū)替殘余原油的主要段塞，水段塞主要起增加CO2段塞滲流阻力的作用。

非均質(zhì)巖心；水-CO2交替驅(qū)；驅(qū)油特征；壓力梯度；波及體積

已有研究表明水氣交替注入能夠較好地抑制氣驅(qū)油過程中的氣竄問題[1-5]。均質(zhì)長巖心模型中水氣交替注入段塞尺寸、水氣比以及氣體種類對氣驅(qū)油效率的影響研究相對較多[6-11]。非均質(zhì)模型中水氣交替注入也有部分研究，但相對較少，且在水氣交替實際應(yīng)用中仍存在注入壓力過高、注入段塞擴(kuò)大波及體積規(guī)律不明確、水段塞和氣體段塞在水氣交替驅(qū)油中各自發(fā)揮的作用無法確定等問題。

針對上述問題，利用非均質(zhì)巖心模型，在固定水氣段塞尺寸和水氣比條件下，進(jìn)行了CO2氣體水氣交替、連續(xù)注氣-水氣交替、間歇注采-水氣交替、周期注氣-水氣交替驅(qū)油實驗；對比實驗結(jié)果，考察了水氣交替與其他三種注氣方式提高采收率特征的差異，研究了水氣交替注入過程中注入壓力特征，分析了水氣交替中水、氣段塞擴(kuò)大波及體積能力隨注入周期的變化，明確了水氣交替注入中水、氣段塞各自的作用。

1 實驗方法

1.1 實驗材料及條件

實驗用氣為純度99.99%的CO2氣體；用油為國內(nèi)某油田原油，組成如表1所示（粘度4.2 mPa·s）；實驗用三層非均質(zhì)模型尺寸為30 cm×4.5 cm×4.5 cm（三層厚度均為1.5 cm），液測滲透率分別為840、152、27（1×10-3μm2）。

1.2 實驗方案

實驗中驅(qū)替速度設(shè)定為0.6 mL·min-1，回壓為15 MPa（非混相），溫度108 ℃。水氣交替注入過程中固定水氣段塞比1:1，段塞大小0.1 PV。具體實驗方案如表1所示。

表1 驅(qū)替實驗方案Table 1 Flooding experiments plan

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 水氣交替驅(qū)采收率特征

驅(qū)油實驗采收率數(shù)據(jù)如表2所示。作為一次驅(qū)油方式水氣交替、連續(xù)注氣、間歇注采和周期注氣采收率分別為78%、41.9%、32.2%、42.3%；而在2～4組實驗中，水氣交替分別可在原驅(qū)替方式基礎(chǔ)上提高原油采收率9.5%、43.7%和16.6%；可見，非均質(zhì)條件下水氣交替提高原油采收率的幅度遠(yuǎn)大于其他幾種注氣方式，且其可在其他幾種注氣方式基礎(chǔ)上大幅提高原油采收率。從水氣交替注入的時機(jī)看，直接水氣交替驅(qū)總采收率最高，且用氣量最少。

表2 采收率數(shù)據(jù)Table 2 The data of oil recovery efficiency

圖1 各組驅(qū)油實驗采收率和驅(qū)替壓力梯度動態(tài)Fig.1 Oil recovery efficiency and pressure gradient of experiments

2.2 水氣交替驅(qū)壓力特征

圖1(b～d)中連續(xù)注氣、間歇注采和周期注氣后期，驅(qū)替壓力梯度保持平穩(wěn)，對應(yīng)原油采收率基本趨于穩(wěn)定；后續(xù)水氣交替驅(qū)時，驅(qū)替壓力梯度大幅增長，原油采收率在原有基礎(chǔ)上開始逐漸增大；驅(qū)替壓力梯度達(dá)到最大值后逐漸降低，原油采收率增長速度開始減緩；隨驅(qū)替壓力梯度的進(jìn)一步降低，原油采收率逐漸趨于穩(wěn)定。圖1(a)中直接水氣交替驅(qū)后期驅(qū)替壓力梯度與采收率的變化存在相似變化趨勢。

可見，驅(qū)替壓力梯度高于氣驅(qū)壓力梯度，整體上表現(xiàn)為先逐漸增大，達(dá)到最大值后逐漸減小的趨勢；并且在驅(qū)替壓力梯度增大過程中，采收率增長速度較大，而在驅(qū)替壓力梯度減小過程中，采收率增長速度相對較?。或?qū)替壓力梯度變化能夠顯著影響采收率的增長速度。

2.3 水氣交替驅(qū)波及體積特征

以連續(xù)注氣-水氣交替驅(qū)油實驗為例，考察了隨水氣交替注入周期的增大，水、氣段塞波及體積的變化，如圖2所示。其中，連續(xù)注氣波及體積為該階段驅(qū)出油量與孔隙體積的比值來表征，后續(xù)水氣交替波及體積用各段塞采出完畢時對應(yīng)注入PV數(shù)與注入完畢時對應(yīng)注入PV數(shù)的差值來表征。

圖2 連續(xù)注氣后水氣交替波及體積隨注入周期的變化Fig.2 Changes of the swept volume in the WAG process after the continuous gas injection flooding

由圖2可見，連續(xù)注氣后水氣交替驅(qū)過程中，各水氣交替周期內(nèi)，水、氣段塞的波及體積在0.5 PV以上，最大可達(dá)0.59 PV，而連續(xù)注氣階段氣體波及體積僅為0.42 PV；表明，水氣交替注入波及體積大于初始連續(xù)注氣波及體積，并且隨著水氣交替注入周期的增加，水、氣段塞的波及體積先增大后減小。

2.4 水氣交替驅(qū)采出動態(tài)特征

由圖3可見，連續(xù)注氣后水氣交替與間歇注采后水氣交替驅(qū)中，出氣速度增加，對應(yīng)出油速度也逐漸增大，出氣速度減小，出油速度隨之逐漸減小，出油速度和出氣速度的變化規(guī)律一致；而當(dāng)出水速度增大時，出油速度減小，出水速度減小時，出油速度增大，出油速度與出水速度變化規(guī)律明顯相反。表明，非均質(zhì)模型中氣驅(qū)后水氣交替驅(qū)時，氣體段塞驅(qū)替殘余原油的能力高于水段塞，是驅(qū)替殘余油的主要段塞，而水段塞主要起增大氣體段塞滲流阻力的作用。

綜上，驅(qū)替壓力梯度增大導(dǎo)致氣體段塞波及體積的擴(kuò)大是非均質(zhì)油藏中水氣交替注入提高原油采收率的主要機(jī)理。

3 結(jié) 論

（1）水氣交替驅(qū)采收率遠(yuǎn)高于連續(xù)注氣、間歇注采和周期注氣，并且其可在以上三種注氣方式基礎(chǔ)上提高原油采收率。

（2）非均質(zhì)模型中，直接水氣交替驅(qū)采收率高于氣驅(qū)-水氣交替驅(qū)，且用氣量最少。

（3）氣驅(qū)后水氣交替驅(qū)時，氣體段塞驅(qū)替壓力梯度增加，導(dǎo)致氣體段塞波及體積的擴(kuò)大，這是非均質(zhì)油藏中水氣交替注入提高原油采收率的主要機(jī)理。

圖3 連續(xù)注氣后水氣交替和間歇注采后水氣交替采出動態(tài)Fig.3 Dynamic of the WAG after the continuous gas injection and the intermittent gas injection flooding

［1］ 岳湘安，王尤富，王克亮．提高石油采收率基礎(chǔ)[M]．北京：石油工業(yè)出版社,2007．

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［7］ Feng Qingxian．A visual micro-model study: the mechanism of water alternative gas displacement in porous media[C]．SPE89362，2004，Tulsa，2004，U．S．A．

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［10］ Soh rabi M．Visualization of oil recovery by water alternating gas (WAG injection using high pressure micromodels-oil-wet and mixed-wet systems [C]．SPE 71494，2001．

［11］ Qing-xian Feng， Lian-cheng D ，iGuo-qing Tang，et al. A visual micro-model study: The mechanism of water alternative gas displacement in porous media[C]．SPE 89362，2004．

Research on Characteristics of Water-CO2Alternate Flooding in Heterogeneous Cores

AO Yang-yang1, FANG Yan-mei2, GONG Jian-tao3, LIU Gao-hong3, DENG Nan-tao1
（1. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group), Shaanxi Xi’an 710075, China; 2. School of Earth Science and Resource, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710054, China; 3. Shaanxi Yanchang Oilfield Limited Company, Shaanxi Xianyang 711300, China)

Aimed at the problem that cannot make sure each slug’s function during water-CO2alternate flooding in heterogeneous reservoirs, in heterogeneous core model, four contrast experiments for studying water-CO2alternate flooding and water-CO2alternate flooding after gas injection with different patterns were carried out. The results indicate that the water-CO2alternate flooding, continuous gas injection, intermittent injection-production, cyclic gas injection can increase the recovery by 78%, 41.9%, 32.2%, 42.3%. And the water-CO2alternate flooding after carrying out the last three gas injection patterns can increase the flooding recovery by 9.5%,43.7% and 16.6% again. In heterogeneous core model,water-CO2alternate flooding can increase pressure gradient，expand swept volume and enhance oil recovery;CO2slug is main slug to displace residual oil, water slug play a major role in increasing CO2slug flow resistance.

Heterogeneous core; Water-CO2alternate flooding; Displacement characteristics; Pressure gradient; Swept volume

TE 357

： A

： 1671-0460（2015）11-2517-03

復(fù)雜油氣田地質(zhì)與提高采收率技術(shù)基金項目，項目號：2011ZX05009-004。

2015-06-03

第一作者姓名（1986-），男，陜西省渭南市人，助理工程師，研究生，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）學(xué)校石油與天然氣開發(fā)工程專業(yè)，研究方向：提高采收率。E-mail：aoyang2000@163.com。