姚振杰，黃春霞，馬永晶，王偉，湯瑞佳

（1.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)煉化公司延安煉油廠，陜西 延安 727406）

延長(zhǎng)油田CO2驅(qū)儲(chǔ)層物性變化規(guī)律

姚振杰1，黃春霞1，馬永晶2，王偉1，湯瑞佳1

（1.陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)煉化公司延安煉油廠，陜西 延安 727406）

CO2驅(qū)油可有效動(dòng)用低滲透、特低滲透油藏，目前延長(zhǎng)油田已經(jīng)開展了CO2驅(qū)礦場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)，并取得了一定的成果。文中根據(jù)延長(zhǎng)油田儲(chǔ)層物性特征，針對(duì)CO2注入儲(chǔ)層引起孔隙度、滲透率及潤(rùn)濕性等物性特征的變化，進(jìn)行了CO2驅(qū)儲(chǔ)層物性變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：延長(zhǎng)油田靖邊CO2試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層礦物中，不同程度的含有斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、濁沸石、方解石及黏土礦物，其中以斜長(zhǎng)石和黏土礦物為主，其次是石英和鉀長(zhǎng)石，還有少量的濁沸石和方解石；在一定的壓力范圍內(nèi)，隨著注入壓力增大儲(chǔ)層孔隙度變化率先升高后降低；隨著CO2與儲(chǔ)層反應(yīng)時(shí)間的增加，儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)值是增大的；隨著注入壓力的不斷增大，儲(chǔ)層滲透率降低；CO2與儲(chǔ)層接觸后儲(chǔ)層的親水性增強(qiáng)，有利于提高原油采收率。

CO2驅(qū)；儲(chǔ)層物性；變化規(guī)律；延長(zhǎng)油田

0 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以CO2為主的溫室氣體不斷排放到大氣中，引發(fā)全球氣候變暖、溫室效應(yīng)等一系列問題，已經(jīng)引起各國(guó)的重視［1-2］。目前，國(guó)內(nèi)外開始運(yùn)用CO2進(jìn)行驅(qū)油，不僅可以埋存CO2，同時(shí)可以提高原油采收率［3-4］。隨著市場(chǎng)對(duì)原油需求量的增加，勘探開發(fā)難度的不斷增加，需要?jiǎng)佑玫蜐B透、特低滲透儲(chǔ)層。CO2具有易溶于原油并使原油體積發(fā)生膨脹增加彈性能，降低原油黏度改善流度比，降低界面張力等特點(diǎn)［5］，可有效動(dòng)用低滲透、特低滲透油藏［6-7］。我國(guó)大慶油田、吉林油田、江蘇油田等進(jìn)行了CO2驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，取得了一定的效果［8-11］。

延長(zhǎng)油田所屬區(qū)塊是我國(guó)典型的特低滲透油藏，目前延長(zhǎng)油田已經(jīng)在喬家洼油區(qū)和油溝油區(qū)開展了CCUS（CO2捕集、輸送、驅(qū)油與封存）項(xiàng)目。注入的CO2氣體溶于地層水會(huì)形成酸，酸會(huì)溶蝕儲(chǔ)層礦物及膠結(jié)物，伴隨著新礦物的沉積，同時(shí)會(huì)發(fā)生微粒的運(yùn)移，使儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、滲透率及潤(rùn)濕性等物性特征發(fā)生變化。本文根據(jù)延長(zhǎng)油田開展的CO2驅(qū)油現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了CO2驅(qū)儲(chǔ)層物性變化規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)條件

1.1 儀器與材料

儀器：恒溫箱，黏度計(jì)，驅(qū)替泵，巖心夾持器，壓力傳感器，X射線衍射儀，真空泵等。

材料：1）實(shí)驗(yàn)用水為延長(zhǎng)油田靖邊采油廠CO2試驗(yàn)區(qū)地層水，使用前經(jīng)0.22 μm微孔過濾，除去雜質(zhì)，礦化度71.34 g/L，pH值為5.5，水型為CaCl2型。2）高純CO2氣體（>99.95%）。3）實(shí)驗(yàn)所用巖心為延長(zhǎng)油田靖邊采油廠CO2試驗(yàn)區(qū)的天然巖心。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1）運(yùn)用X射線衍射儀對(duì)儲(chǔ)層巖石進(jìn)行全巖分析。2）對(duì)比天然巖心薄片在不同注入CO2壓力下孔隙度變化。3）測(cè)定天然巖心在不同反應(yīng)時(shí)間、不同注入CO2壓力下巖心滲透變化。4）研究天然巖心與CO2接觸前后潤(rùn)濕性變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 儲(chǔ)層巖石礦物組成

運(yùn)用X射線衍射儀對(duì)延長(zhǎng)油田靖邊采油廠CO2試驗(yàn)區(qū)的巖心進(jìn)行全巖分析。儲(chǔ)層巖石礦物組成：斜長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為30.1%；石英體積分?jǐn)?shù)為18.7%；鉀長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)為18.2%；濁沸石體積分?jǐn)?shù)為4.4%；方解石體積分?jǐn)?shù)為0.5%；黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為28.1%。

注入的CO2溶于地層水，形成酸，可以與儲(chǔ)層礦物和填隙物發(fā)生反應(yīng)，可能會(huì)形成次生通道，出現(xiàn)新礦物沉積。另外，流體的沖刷作用也可能使微粒發(fā)生運(yùn)移，最終導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度、滲透率及潤(rùn)濕性等發(fā)生變化。

2.2 儲(chǔ)層孔隙度變化

為了研究CO2對(duì)儲(chǔ)層巖石孔隙度的影響，測(cè)定了延長(zhǎng)油田巖心薄片在不同壓力下CO2與儲(chǔ)層巖石反應(yīng)前后孔隙度變化（見圖1）?？紫抖茸兓蕿榉磻?yīng)前后孔隙度差與反應(yīng)前孔隙度的比值。

注入CO2，在有地層水條件下，隨著注入壓力的不斷升高，孔隙度變化率不斷增大。當(dāng)壓力達(dá)到10 MPa的時(shí)候，孔隙度變化率達(dá)到最大值23%；當(dāng)注入壓力大于10 MPa時(shí)，隨著壓力的增加，孔隙度變化率降低。由于CO2溶解于地層水中可以形成酸，隨著反應(yīng)壓力的增加，CO2對(duì)儲(chǔ)層礦物產(chǎn)生溶解作用，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生沉淀，可能會(huì)發(fā)生微粒的運(yùn)移。

圖1 CO2與巖石反應(yīng)前后儲(chǔ)層孔隙度變化

實(shí)驗(yàn)開始，隨著反應(yīng)壓力的增加，孔隙度變化率逐漸增加，CO2對(duì)儲(chǔ)層礦物的溶解起主要作用，會(huì)產(chǎn)生少量的沉淀。另外，壓力較低，微?？赡馨l(fā)生輕微的運(yùn)移或不運(yùn)移。隨著反應(yīng)壓力的繼續(xù)增加，伴隨著CO2對(duì)儲(chǔ)層礦物的溶解，產(chǎn)生的沉淀會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔道，同時(shí)微粒在孔隙喉道中發(fā)生運(yùn)移并發(fā)生堵塞，使得儲(chǔ)層孔隙度變化率有所降低。

2.3 儲(chǔ)層滲透率變化

2.3.1 反應(yīng)時(shí)間

在圍巖壓力為7 MPa，溫度為44℃時(shí)，反應(yīng)時(shí)間對(duì)滲透率的影響見表1。注入CO2前后對(duì)儲(chǔ)層滲透率傷害用滲透率恢復(fù)值表示，滲透率恢復(fù)值是注入CO2后水測(cè)滲透率與注入CO2前水測(cè)滲透率的比值。

表1 不同反應(yīng)時(shí)間條件下巖心物性的變化

表1表明，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，CO2對(duì)儲(chǔ)層滲透率的傷害逐漸減弱。

CO2在有地層水條件下，可以溶解儲(chǔ)層礦物，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沉淀，溶解產(chǎn)生的微粒會(huì)發(fā)生運(yùn)移。隨著反應(yīng)條件的不同，溶解儲(chǔ)層礦物、沉淀的堵塞及微粒運(yùn)移共同作用導(dǎo)致了儲(chǔ)層滲透率發(fā)生變化。反應(yīng)時(shí)間是6 h時(shí)，CO2對(duì)儲(chǔ)層礦物溶解程度還不夠，產(chǎn)生的沉淀和微粒降低了儲(chǔ)層滲透率；隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，CO2對(duì)儲(chǔ)層的溶解起了主要作用，儲(chǔ)層的孔隙喉道增加，沉淀和微粒對(duì)儲(chǔ)層滲透率的傷害減弱?？傊?，隨著反應(yīng)的時(shí)間的不斷增加，CO2對(duì)儲(chǔ)層滲透率的傷害是降低的。

2.3.2 反應(yīng)壓力

圍巖溫度44℃，反應(yīng)時(shí)間為24 h時(shí)，不同反應(yīng)壓力下注入CO2對(duì)巖心物性的影響見表2。由表2可以看出，隨著注入壓力的增加，儲(chǔ)層滲透率恢復(fù)值是降低的。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間相同，注入壓力增加時(shí)，CO2對(duì)儲(chǔ)層的傷害是增強(qiáng)的。CO2對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生溶解作用，溶解產(chǎn)生的沉淀及溶解產(chǎn)生的微粒發(fā)生運(yùn)移。隨著注入壓力的不斷增加，儲(chǔ)層流體的沖刷作用越來(lái)越強(qiáng)，微粒運(yùn)移起了主要作用，運(yùn)移的微粒堵塞了儲(chǔ)層孔道，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低。

表2 不同反應(yīng)壓力條件下巖心物性的變化

2.4 巖石潤(rùn)濕性變化

為研究CO2對(duì)試驗(yàn)區(qū)儲(chǔ)層潤(rùn)濕性的影響，測(cè)定了試驗(yàn)區(qū)巖心薄片與CO2作用前后潤(rùn)濕接觸角的變化（見表3）。4號(hào)巖心的壓力為無(wú)水壓力。

表3 CO2作用前后儲(chǔ)層潤(rùn)濕性的變化

儲(chǔ)層注入CO2后，潤(rùn)濕接觸角降低，儲(chǔ)層的親水性增強(qiáng)。這是因?yàn)镃O2注入儲(chǔ)層后溶解于地層水形成酸，酸與儲(chǔ)層反應(yīng)生成的鹽會(huì)溶解于水中。鹽在水中電離出帶電離子，由于帶電離子具有同性相斥、異性相吸的特性，當(dāng)帶電離子以斥力為主時(shí)，對(duì)儲(chǔ)層巖石表面的薄水膜起到穩(wěn)定作用，儲(chǔ)層表現(xiàn)出強(qiáng)親水性。儲(chǔ)層注入CO2，親水性增強(qiáng)，有利于提高驅(qū)油效果。

3 結(jié)論

1）儲(chǔ)層注入CO2后，壓力低時(shí)，溶蝕起主要作用，壓力高時(shí)，微粒會(huì)發(fā)生運(yùn)移并堵塞孔道。隨著注入壓力的增大，儲(chǔ)層孔隙度變化率先增大后降低。

2）隨著CO2與儲(chǔ)層反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，CO2對(duì)儲(chǔ)層的不斷溶蝕，儲(chǔ)層的滲透率恢復(fù)值是增加的；隨著注入壓力的不斷增加，微粒運(yùn)移起了主要作用，運(yùn)移的微粒堵塞了儲(chǔ)層孔道，使得儲(chǔ)層滲透率降低。

3）CO2注入儲(chǔ)層，同地層水和巖石發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生帶電離子。當(dāng)帶電離子以斥力為主時(shí)，對(duì)巖石表面薄水膜起到穩(wěn)定作用，儲(chǔ)層親水性增強(qiáng)，有利于提高原油采收率。

［1］朱希安，汪毓鐸.國(guó)內(nèi)外CO2運(yùn)移監(jiān)測(cè)技術(shù)和方法研究新進(jìn)展［J］.中國(guó)煤層氣，2011，8（5）：3-7.

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（編輯 楊會(huì)朋）

Physical property variation law of CO2flooding reservoir,Yanchang Oilfield

YAO Zhenjie1,HUANG Chunxia1,MA Yongjing2,WANG Wei1,TANG Ruijia1
(1.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group)Co.Ltd.,Xi′an 710075,China;2.Yan′an Oil Refinery,Yanchang Petroleum(Group)Refining&Petrochemical Company,Yan′an 727406,China)

CO2flooding can develop low permeability and ultra-low permeability reservoirs effectively;now Yanchang Oilfield has carried out CO2flooding field test and has obtained certain achievement.In this paper,according to the characteristics of Yanchang Oilfield and the changes of physical characteristics such as porosity,permeability and wettability(caused by CO2injection),the experiment on the physical property changes were carried out.The experimental results show that CO2test area contains plagioclase, quartz,potash feldspar,laumonite,calcite and clay minerals,and the main minerals are composed of plagioclase and clay mineral content,followed by quartz and potassium feldspar,a small amount of laumonite and calcite;within a certain range of pressure,the reservoir porosity rate increases first,then decreases;with the increase of CO2and reservoir response time,the reservoir permeability recovery value increases;with the increase of injection pressure,the reservoir permeability decreases;the hydrophilic enhancement after water contactwith the reservoir improves the oilrecovery.

CO2flooding;reservoir physical property;variation law;Yanchang Oilfield

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“碳捕集、封存、利用的示范及新一代技術(shù)研發(fā)”（2016YFE0102500）；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目課題“陜北致密砂巖油藏CO2驅(qū)提高采收率關(guān)鍵技術(shù)研究及先導(dǎo)試驗(yàn)”（2014KTZB03-02）

TE341

：A

10.6056/dkyqt201701014

2016-08-10；改回日期：2016-11-07。

姚振杰，男，1985年生，工程師，碩士，2013年畢業(yè)于東北石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田開發(fā)及提高采收率技術(shù)方面的科研工作。E-mail：155239211@qq.com。

姚振杰，黃春霞，馬永晶，等.延長(zhǎng)油田CO2驅(qū)儲(chǔ)層物性變化規(guī)律［J］.斷塊油氣田，2017，24（1）：60-62.

YAO Zhenjie，HUANG Chunxia，MA Yongjing，et al.Physical property variation law of CO2flooding reservoir,Yanchang Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（1）：60-62.