張謙偉，劉 霜

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

低滲透油藏二氧化碳混相與近混相驅(qū)替規(guī)律研究

張謙偉，劉 霜

（東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318）

實(shí)驗(yàn)先利用細(xì)管實(shí)驗(yàn)法確定出本次試驗(yàn)條件下二氧化碳的最小混相壓力為 26 MPa，再使用人造低滲透巖心并設(shè)定驅(qū)替壓力分別為 24 MPa 近混相驅(qū)壓力條件和 28 MPa 混相驅(qū)替壓力條件進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。結(jié)果是二者驅(qū)油效率變化基本一致，且混相驅(qū)替比近混相驅(qū)替最終驅(qū)油效率高出 1.8 個(gè)百分點(diǎn)，以期為后續(xù)研究二氧化碳驅(qū)油提供理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

二氧化碳；最小混相壓力；近混相驅(qū)替；混相驅(qū)替

低滲透率、低產(chǎn)能、低豐度的一類油藏被稱為低滲透油藏。我國(guó)的低滲透油氣資源在已經(jīng)探明資源中所占比例很高，大約占全國(guó)油氣儲(chǔ)集量的 65%以上［1］具有油氣含量大、類型豐富、區(qū)域分布比較廣泛，陸相地帶油氣均有，海相主要含氣的特點(diǎn)。但是在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平下，低滲透油藏仍然難以形成大規(guī)模開(kāi)發(fā)，只有少部分地區(qū)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。低滲透油藏儲(chǔ)層由于低滲透率，其具有水敏性的粘土礦物含量大，因而會(huì)出現(xiàn)遇水膨脹賭塞孔隙的現(xiàn)象，導(dǎo)致注水時(shí)油藏的吸水能力較差，以致無(wú)法注進(jìn)水或者難以見(jiàn)到注水［2］。為此，氣體驅(qū)油技術(shù)成為低滲透油藏開(kāi)發(fā)的一種有效手段，二氧化碳驅(qū)油是當(dāng)今世界范圍內(nèi)的最佳選擇，先進(jìn)的國(guó)家比較多的采用以二氧化碳驅(qū)替方式提高石油開(kāi)采率，本文主要介紹二氧化碳驅(qū)油在相應(yīng)的壓力范圍內(nèi)，確定出二氧化碳在本實(shí)驗(yàn)條件下的最小混相壓力，研究了滿足混相壓力時(shí)二氧化碳?xì)怏w混相驅(qū)油和不滿足混相壓力時(shí)近混相驅(qū)油的效率對(duì)比，以期為二氧化碳應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)法裝置流程及 CO2最小混相壓力的確定

1.1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)法原理及裝置流程

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用原理主要是在模擬相應(yīng)的油藏溫度和地層原油條件下，利用最小混相壓力決定能否進(jìn)行混相驅(qū)油的條件，設(shè)計(jì)了近混相驅(qū)和混相驅(qū)條件下的效率對(duì)比。多孔介質(zhì)模型在細(xì)管實(shí)驗(yàn)裝置中模擬，在改變驅(qū)油壓力時(shí)可以得到相應(yīng)壓力和采收率的關(guān)系曲線，當(dāng)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的壓力即為最小混相壓力［3］。

細(xì)管實(shí)驗(yàn)法是最可靠的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定最小混相壓力的常規(guī)方法之一，能夠滿足油層多孔介質(zhì)中驅(qū)替過(guò)程的特征，其精確結(jié)果具有重復(fù)性，是現(xiàn)如今世界范圍內(nèi)使用最為廣泛確定最小混相壓力的方法之一。其流程主要包括儀器有：注入泵，中間容器，過(guò)濾器，壓力表，觀察窗，壓差表，細(xì)管，壓力調(diào)節(jié)器，液體餾分收集器，氣量計(jì)，氣相色譜儀組成。如圖1所示。

細(xì)管實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程見(jiàn)圖 1，將細(xì)管盤旋為螺旋狀，其入口端與含有注入氣，地層油的中間容器分別連接，利用高壓驅(qū)替泵推動(dòng)活塞，活塞可以將注入氣注入到細(xì)管中進(jìn)行驅(qū)油。觀察窗與油管出口端相互連接，透過(guò)觀察窗可以觀察到排出物的狀態(tài)及顏色。高壓觀察窗與壓差表以及壓力調(diào)節(jié)器相連接，便于及時(shí)調(diào)節(jié)細(xì)管出口端壓力。儀器的高壓部分設(shè)置在恒溫浴中，排出物在氣量計(jì)和液量計(jì)中計(jì)量。

圖1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)法裝置示意圖Fig.1Tubule experiment device

1.2 細(xì)管實(shí)驗(yàn)法測(cè)定最小混相壓力

為使最小混相壓力準(zhǔn)確性更高，選取某實(shí)際地層為模擬對(duì)象，進(jìn)行了5次長(zhǎng)細(xì)管驅(qū)油實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)采用長(zhǎng)度為 18 m，內(nèi)徑為 6 mm，孔隙度為 30%，滲透率 10.42×10-3μm2，注入壓力分別為：17、21.5、24.6、27.3、30.8 MPa，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 不同注入壓力條件與驅(qū)油效率的關(guān)系曲線Fig.2 The curve of different injectionpressure condition and oil displacement efficiency

由實(shí)驗(yàn)圖線可以看出：壓力在 25 MPa 左右，采收率圖線出現(xiàn)拐點(diǎn)，那么可以得出此模擬地層的最小混相壓力為 25 MPa。

2 二氧化碳近混相驅(qū)油影響因素及實(shí)驗(yàn)效果分析

2.1 壓力因素

在擬三元相圖中隨著壓力的增大兩相區(qū)范圍縮小, 對(duì)于一定的原油組成，相包絡(luò)線越小越容易形成近混相驅(qū)。因而，最小混相壓力對(duì)于能否混相驅(qū)替起到了決定性作用。在近混相驅(qū)替過(guò)程中，壓力小于最小混相壓力，當(dāng)其壓力越大，越接近最小混相壓力，則驅(qū)油效率越高。

2.2 油藏因素

近混相驅(qū)是指驅(qū)替壓力數(shù)值不高于最小混相壓力并與其數(shù)值靠近的驅(qū)油過(guò)程。與近混相驅(qū)相互匹配的油藏概況主要有；傾角偏高、多鹽丘、垂直方向上滲透率高等狀況的油藏；不易達(dá)到混相驅(qū)且水驅(qū)較差的低滲透油藏；開(kāi)采經(jīng)濟(jì)條件苛刻的輕質(zhì)原油、埋藏較深油藏；高粘輕質(zhì)油藏中油水流度比相對(duì)較大的這一類；水驅(qū)未完全結(jié)束或者已接近結(jié)束的砂巖油藏。

2.3 原油組分因素

最小混相壓力越小則更加容易形成近混相驅(qū)替狀態(tài)，越利于驅(qū)油效率提高，在原油中輕質(zhì)組分如甲烷或氮?dú)庖院驮椭卸趸?，硫化氫等中間組分會(huì)使輕質(zhì)組分增加最小混相壓力，中間組分會(huì)使最小混相壓力降低。因此，原油組分直接影響提高采收率的作用效果。

2.4 近混相驅(qū)油效率與注入PV數(shù)實(shí)驗(yàn)效果分析

本實(shí)驗(yàn)采用人造低滲透巖心，其滲透率約是1.5～3.0 mD，二氧化碳純度約是 99.7%，模擬油藏溫度為 110 ℃。由長(zhǎng)細(xì)管實(shí)驗(yàn)可以確定二氧化碳原油體系最小混相壓力約是 26 MPa，可以得出實(shí)驗(yàn)油的近混相驅(qū)替壓力約是 24 MPa。并得到二氧化在 24 MPa 驅(qū)替壓力條件下，驅(qū)替效率與不同注入pV 數(shù)之間的關(guān)系曲線［4-6］，如圖 3 所示。

圖3 驅(qū)油效率與不同注入PV數(shù)之間的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between oil displacement efficiency and different injectionpV number

由實(shí)驗(yàn)圖線可以看出：在 24 MPa 驅(qū)替壓力下，達(dá)到近混相驅(qū)替效果，在注入量為 1.4PV 時(shí)得到最終采收率約為 90.3%，此前，驅(qū)油效率隨著注入pV數(shù)的增加而增加。

3 二氧化碳混相驅(qū)油機(jī)理油藏影響因素及實(shí)驗(yàn)效果分析

3.1 二氧化碳混相驅(qū)油機(jī)理

在滿足最小混相壓力條件下，CO2可以與油藏達(dá)到混相效果，一方面通過(guò)降低油水界面張力，且隨著二氧化碳濃度增大，油水界面張力減小，更加利于原油驅(qū)替。另一方面，注入氣體段塞調(diào)整會(huì)使二氧化碳更加容易形成混相，越有利于混相驅(qū)油效果。

3.2 降低原油黏度

二氧化碳溶解于原油，會(huì)明顯的降低原油的黏度，下降幅度受到壓力、溫度和非碳酸原油的黏度大小等因素影響。原油的黏度越高，那么其降低的幅度越大，因?yàn)橹匈|(zhì)油和重質(zhì)油受二氧化碳降黏作用較明顯；當(dāng)溫度升高時(shí)，二氧化碳溶解度降低，降黏作用相應(yīng)減弱；在同一溫度時(shí)，壓力升高，二氧化碳溶解度隨之增大，降黏作用隨之提高；然而當(dāng)壓力偏高且超過(guò)飽和壓力時(shí)，黏度反而增大。

3.3 降低界面張力減少驅(qū)替過(guò)程阻力

當(dāng)油水界面張力降低時(shí)殘余油飽和度也隨之減小。二氧化碳具有易溶解于油的性質(zhì)，且二氧化碳在油中溶解度比其在水中的溶解度高出 3～9 倍。故在二氧化碳驅(qū)油過(guò)程中，大量的二氧化碳與輕烴物質(zhì)相互混合，因而使油水界面張力能夠大幅度降低，殘余油飽和度隨之減小，以此提高原油采收率。

3.4 二氧化碳混相驅(qū)油油藏影響因素

二氧化碳混相驅(qū)油需要滿足達(dá)到最小混相壓力的同時(shí)還需要考慮以下關(guān)于油藏的5個(gè)方面因素才可應(yīng)用于礦場(chǎng)。主要是從油藏溫度、原油組成、油藏埋深、油藏壓力和原油密度進(jìn)行分析［7］；（1）有效滲透率大于 10 mD，孔隙度不低于 12%，是較為理想的儲(chǔ)層。（2）二氧化碳驅(qū)適應(yīng)在水驅(qū)效果較好的儲(chǔ)層，油藏在水驅(qū)后采收在 20%到 50%時(shí)比較適宜。（3）油藏深度不低于 760 m，滿足地層壓力能夠達(dá)到最小混相壓力。（4）油藏滿足原油密度不大于 0.889 g/cm3，黏度不大于 10 mPa·s 時(shí)比較適合。

3.5 混相驅(qū)油效率與注入PV數(shù)實(shí)驗(yàn)效果分析

為滿足控制變量原則，本實(shí)驗(yàn)采用人造低滲透巖心，其滲透率約是 1.5～3.0 mD，二氧化碳純度約是 99.7%，模擬油藏溫度為 110 ℃。由長(zhǎng)細(xì)管實(shí)驗(yàn)可以確定本實(shí)驗(yàn)最小混相壓力約是 26 MPa，可以得出實(shí)驗(yàn)油的混相驅(qū)替壓力約是 28 MPa。并得到二氧化在 28 MPa 驅(qū)替壓力條件下，驅(qū)替效率與不同注入pV 數(shù)之間的關(guān)系曲線, 如圖 4 所示。

由實(shí)驗(yàn)圖線可以看出：在 28 MPa 驅(qū)替壓力下，達(dá)到混相驅(qū)替效果，在pV 數(shù)小于 1.2 時(shí)驅(qū)油效率隨著注入pV 數(shù)的增加而增加，在注入量為 1.4pV 時(shí)得到最終采收率約為 92.1%。

圖4 驅(qū)油效率與不同注入PV數(shù)之間的關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between oil displacement efficiency and different injectionpV number

4 結(jié) 論

（1）利用細(xì)管實(shí)驗(yàn)法測(cè)出孔隙度為 30%，長(zhǎng)度為 18 m，內(nèi)徑為 6 mm，滲透率 10.42×10-3μm2長(zhǎng)細(xì)管模擬地層的最小混相壓力約為 25 MPa。

（2）在控制巖心，地層滲透率，溫度以及二氧化碳純度相同的情況下，模擬二氧化碳在 28 MPa壓力下混相驅(qū)與 24 MPa 壓力下近混相驅(qū)得到的驅(qū)油效率基本一致，且混相驅(qū)替比近混相驅(qū)替高出 1.8個(gè)百分點(diǎn)。

（3）通過(guò)本次模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了細(xì)管實(shí)驗(yàn)法對(duì)于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量最小混相壓力的實(shí)用性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的探究二氧化碳?xì)怏w混相驅(qū)替提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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Research on Carbon Dioxide Miscible Displacement and Near Miscible Displacement Law in Lowpermeability Reservoirs

ZHANG Qian-wei, LIU Shuang
（Northeastpetroleum University, Heilongjiang Daqing 163318，China）

Firstly, the tubule experimental method was used to the minimum misciblepressure of CO2under this study condition, determined value was 26 MPa. Secondly, artificial lowpermeability core was used to respectively carry out oil displacement experiments under 24 MPa near miscible displacementpressure condition and 28 MPa miscible displacementpressure condition. The results show that the oil displacement efficiencies change similarly, and the displacement efficiency of miscible displacement is higher than that of near miscible displacement by nearly 1.8%, which canprovide theory and experimental basis for the follow-up study of CO2flooding.

Carbon dioxide; Minimum misciblepressure; Near miscible displacement; Miscible displacement

TE 357

： A

： 1671-0460（2017）02-0274-03

2017-01-09

張謙偉（1993-），男，四川省雅安市人，碩士，研究方向：油氣田開(kāi)發(fā)工程。E-mail：2448950836@qq.com。