王振華

（中石化中原油田分公司科技處 河南濮陽 457001）

水氣交替微觀驅(qū)油特征研究

王振華

（中石化中原油田分公司科技處 河南濮陽 457001）

針對(duì)水氣交替驅(qū)過程中CO2與水能否接觸、對(duì)剩余油動(dòng)用能力等問題，利用微觀可視模型，研究了不同密度CO2驅(qū)后剩余油分布類型及挖潛對(duì)策，描述了水氣交替微觀封堵特征及對(duì)剩余油動(dòng)用能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超臨界CO2高密度的特征，可擴(kuò)大CO2向油藏中下部的擴(kuò)散運(yùn)移；CO2驅(qū)后剩余油以油膜類、盲端類、等勢點(diǎn)類、未波及區(qū)域?yàn)橹?，其中等勢點(diǎn)及未波及區(qū)域是下步挖潛主要對(duì)象；水氣交替的注水階段與注氣階段呈現(xiàn)出不同的賈敏效應(yīng)，其中注氣階段賈敏效應(yīng)明顯；水氣交替可顯著改善等勢點(diǎn)類剩余油，但未波及區(qū)域動(dòng)用程度不高。

CO2；微觀驅(qū)替；剩余油；機(jī)理；水氣交替

引言

二氧化碳（CO2）驅(qū)是目前廣泛應(yīng)用的三次采油方法，而CO2氣竄已成為限制CO2驅(qū)進(jìn)一步提高采收率的重要因素[1]，其中水氣交替是現(xiàn)場實(shí)施最為經(jīng)濟(jì)且廣泛采用的一種流度控制方法[2]。關(guān)于水氣交替減緩氣竄的研究，主要集中注入?yún)?shù)優(yōu)化[3]，而超臨界CO2具有高密度的特點(diǎn)，在油藏內(nèi)CO2與水是否接觸、如何形成水氣交替賈敏效應(yīng)、對(duì)剩余油動(dòng)用能力研究較少。筆者以高溫高壓微觀驅(qū)替設(shè)備為基礎(chǔ)，研究了不同密度CO2驅(qū)油后的微觀剩余油分布狀態(tài)及挖潛措施，描述了水氣交替微觀封堵機(jī)理及其對(duì)不同類型剩余油的動(dòng)用程度，研究結(jié)果為水氣交替油藏選取及注入?yún)?shù)優(yōu)化提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

高溫高壓微觀驅(qū)替裝置主要由注采系統(tǒng)、可視高壓釜、拍攝系統(tǒng)等組成，實(shí)驗(yàn)設(shè)備耐溫150℃、耐壓15MPa，實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 高溫高壓微觀可視化實(shí)驗(yàn)流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

為便于觀察，實(shí)驗(yàn)選用航空煤油加入油溶性紅色染色劑；水選用地層產(chǎn)出水，礦化度24×104mg/l，氯離子含量16×104mg/l，水型為CaCl2；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槠桨宀ＡЧ饪涛g模型，其孔隙結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層巖石孔隙具有相似性?？紫秴^(qū)域的尺寸為5cm×5cm，孔隙深度為100um，孔隙寬度為10～300um，孔隙體積約為1mL。為模擬密度差異對(duì)CO2波及范圍影響，本文玻璃模型均采用垂向放置。

CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)條件如下。氣態(tài)CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)條件：4MPa，60℃，CO2密度0.17g/cm3，煤油密度0.8g/cm3；低密度CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)條件：8MPa，60℃，CO2密度0.21g/cm3，煤油密度0.8g/cm3；高密度CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)條件：11MPa，60℃，CO2密度0.5g/cm3（與中原油田正開展CO2驅(qū)的濮城沙一下油藏82.5℃、20MPa對(duì)應(yīng)CO2密度0.53g/cm3相近），煤油密度0.8g/cm3。

水氣交替驅(qū)實(shí)驗(yàn)條件：11MPa，60℃。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟：①將微觀模型抽空飽和染色油；②以0.02mL/m英寸速度進(jìn)行CO2驅(qū)油。

水氣交替驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟：①將微觀模型抽空飽和染色油；②以0.02mL/m英寸的速度進(jìn)行水驅(qū)；③以0.02mL/m英寸的速度進(jìn)行CO2驅(qū)；④重復(fù)步驟②、③。

2 CO2驅(qū)后剩余油富集類型及挖潛對(duì)策

2.1 不同密度CO2驅(qū)后宏觀剩余油分布狀態(tài)

超臨界CO2最顯著特征是“密度高、粘度低”，其中高密度對(duì)CO2波及范圍影響較大。考慮CO2高密度特點(diǎn)，采用垂向放置玻璃模型模擬重力差異對(duì)CO2驅(qū)油影響。

圖2 不同密度CO2驅(qū)后縱向波及范圍圖

選取了出口見氣即氣竄時(shí)刻，不同密度CO2驅(qū)后縱向波及范圍，如圖2所示。隨著CO2密度升高，CO2驅(qū)的波及范圍下移，其中圖2-a氣態(tài)CO2驅(qū)波及范圍34%，圖2-b低密度超臨界CO2驅(qū)波及范圍45%，圖2-c高密度超臨界CO2驅(qū)波及范圍49%。因此對(duì)于N2或空氣驅(qū)，注入氣體密度隨溫度壓力變化不大，波及范圍以油藏頂部為主；對(duì)于密度變化大的CO2，應(yīng)考慮油藏溫度壓力條件下對(duì)應(yīng)的CO2密度，同時(shí)結(jié)合油藏厚度及剩余油分布，選取適宜的CO2注入段塞及流度控制時(shí)機(jī)。

2.2 CO2驅(qū)后微觀剩余油分布狀態(tài)

以高密度CO2驅(qū)實(shí)驗(yàn)為例，分析了CO2驅(qū)后微觀剩余油分布特點(diǎn)。圖中黃色箭頭表明氣驅(qū)方向。

（1）盲端區(qū)域

圖3 盲端區(qū)域剩余油分布圖

對(duì)于單流道盲端區(qū)域（圖3-a），由于CO2驅(qū)替壓差較小，CO2難以滲入此區(qū)域，因此單流道盲端區(qū)域剩余油較多。對(duì)于多流道盲端區(qū)域（圖3-b），由于盲端為環(huán)路形，CO2在較低驅(qū)替壓差下可進(jìn)入并能驅(qū)替剩余油，殘余油較少，因此單流道盲端是剩余油富集區(qū)域。對(duì)于單流道盲端剩余油可通過提高驅(qū)替壓差，提高CO2滲入量以降低剩余油。

（2）膜狀類剩余油

如圖3-a中2號(hào)區(qū)域，CO2驅(qū)后存在油膜類剩余油，但此類型剩余油量較少，可通過多次沖刷減少剩余油量。

（3）等勢點(diǎn)類剩余油

圖4 流線兩側(cè)等勢點(diǎn)類剩余油分布圖

對(duì)于流線兩側(cè)，由于壓力相近可定義為等勢點(diǎn)。此類等勢點(diǎn)形成的剩余油量較多，也是下步挖潛對(duì)象。此類區(qū)域可通過流度控制，改變CO2驅(qū)路線，以減少等勢點(diǎn)剩余油。

（4）未波及區(qū)域

由于CO2波及范圍以油藏中上部為主，對(duì)于油藏中下部是主要剩余油富集區(qū)，也是下步挖潛重要對(duì)象。此類區(qū)域可通過流度控制，以擴(kuò)大CO2向中下部油藏?cái)U(kuò)散。

3 水氣交替微觀封竄特征

3.1 水氣交替驅(qū)微觀封竄機(jī)理

理論上，水氣交替通過孔喉內(nèi)水與氣形成賈敏效應(yīng)以減緩氣相流度。在室內(nèi)或現(xiàn)場水氣交替中，注水階段注入壓力升高緩慢或略有降低，而注氣階段注入壓力升高快。通過微觀可視化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可解釋注入壓力出現(xiàn)上述規(guī)律原因，在注水階段表現(xiàn)為油藏內(nèi)水多氣少（如圖5-a所示），賈敏效應(yīng)較弱，但注氣階段油藏內(nèi)氣多水少（如圖5-b所示），賈敏效應(yīng)強(qiáng)；但是注水階段和注氣階段均可實(shí)現(xiàn)賈敏效應(yīng)封堵。

圖5 水氣交替驅(qū)不同階段孔喉內(nèi)流體分布圖

3.2 水氣交替驅(qū)后宏觀剩余油分布特征

圖6 水氣交替驅(qū)不同階段宏觀波及范圍圖

由圖6-a和圖6-b可知第一輪次水驅(qū)初期，受重力影響，以波及油藏下部為主；在水驅(qū)末期隨著不斷注水開發(fā)，油藏剩余油降低，油藏底部基本被水驅(qū)過，相對(duì)頂部剩余油較多。

由圖6-c可知第一輪次氣驅(qū)初期，超臨界CO2上浮，驅(qū)替頂部剩余油；在氣驅(qū)末期（圖6-d）超臨界CO2波及范圍以黃線上部為主。

在第二輪注水中，由于油藏內(nèi)參與大量剩余氣，受賈敏效應(yīng)影響，注入水波及范圍得到改善，逐漸向油藏頂部運(yùn)移，如圖6-e所示。微氣泡分布于孔喉內(nèi)，殘余氣與后續(xù)水形成賈敏效應(yīng)，可擴(kuò)大水驅(qū)向頂部擴(kuò)散。第二輪注氣后，CO2波及范圍也得到有效改善，頂部剩余油較少，逐步波及到油藏底部，如圖6-f所示。

3.3 水氣交替驅(qū)后微觀剩余油分布特征

圖7 同一位置水氣交替驅(qū)不同階段剩余油分布圖

（1）膜狀類剩余油

經(jīng)過水氣交替不斷沖刷，油藏孔喉表面的膜狀類剩余油不斷減少，如圖7中1號(hào)區(qū)域，在水驅(qū)后殘余油部分膜狀剩余油，但CO2驅(qū)后基本不含膜狀剩余油，其原因?yàn)镃O2驅(qū)油效率高，同時(shí)水氣交替改變氣驅(qū)流線，提高了氣驅(qū)沖刷次數(shù)。

（2）盲端類剩余油

水氣交替通過賈敏效應(yīng)可擴(kuò)大氣體波及范圍，同時(shí)封堵形成的高壓差可增加CO2對(duì)盲端的滲入量。如圖7中2號(hào)區(qū)域，第二輪水驅(qū)后盲端剩余油基本未動(dòng)用，而再次氣驅(qū)后，剩余油量減少，說明水氣交替可改善盲端類剩余油，但仍有部分剩余油。

（3）等勢點(diǎn)剩余油

等勢點(diǎn)剩余油是挖潛主要對(duì)象。水氣交替通過賈敏效應(yīng)可改變驅(qū)替介質(zhì)流向，動(dòng)用等勢點(diǎn)類剩余油。圖7-a中水驅(qū)沿水平方向?yàn)橹鳎ê谏^），圖7-b中氣驅(qū)呈多流向（黃色箭頭），可有效動(dòng)用等勢點(diǎn)剩余油。

圖8 水氣交替后邊角區(qū)域剩余油狀態(tài)圖

（4）邊角區(qū)域性富集剩余油

邊角區(qū)域是油藏剩余油主要富集區(qū)。但水氣交替對(duì)本類剩余油動(dòng)用程度不高，如圖8所示，其主要有三方面原因，一是CO2密度低，大多集中于油藏中上部，難形成水氣交替；二是賈敏效應(yīng)屬于一種阻力，其減緩了驅(qū)替前緣向下擴(kuò)散；三是油藏中上部CO2沿已形成的通道產(chǎn)出，無法持續(xù)推動(dòng)氣體向邊角區(qū)域擴(kuò)散。因此，為改善邊角區(qū)域性剩余油，需開展泡沫類等強(qiáng)封堵性措施，以擴(kuò)大CO2向邊角區(qū)域擴(kuò)散量。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）超臨界CO2高密度的特征，可擴(kuò)大CO2向油藏中下部的擴(kuò)散運(yùn)移，因此進(jìn)行CO2驅(qū)流度控制評(píng)價(jià)方案中應(yīng)考慮CO2密度對(duì)CO2波及范圍的影響；

（2）CO2驅(qū)后剩余油以油膜類、盲端類、等勢點(diǎn)類、未波及區(qū)域?yàn)橹?，其中等勢點(diǎn)及未波及區(qū)域是剩余油主要富集區(qū)，可通過流度控制轉(zhuǎn)變CO2流向，以進(jìn)一步挖潛；

（3）水氣交替的注水階段與注氣階段呈現(xiàn)出不同的賈敏效應(yīng)，其中注氣階段賈敏效應(yīng)明顯；水氣交替可顯著改善等勢點(diǎn)類剩余油，但未波及區(qū)域動(dòng)用程度不高。

[1] 楊昌華,鄧瑞健,牛保倫,等.濮城油田沙一下油藏CO2泡沫封竄體系研究與應(yīng)用[J].斷塊油氣田,2014,21(1): 118-120.

[2] 劉炳官,朱平. 江蘇油田CO2混相驅(qū)現(xiàn)場試驗(yàn)研究[J].石油學(xué)報(bào), 2002, 23(4): 56- 60.

[3] 白素,宋考平,楊二龍,等.CO2驅(qū)水氣交替注入?yún)?shù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬[J].特種油氣藏,2011,18(1): 105- 108,

[4] 李士倫,郭平,王仲林等著．中低滲透油藏注氣提高采收率理論及應(yīng)用.北京：石油工業(yè)出版社，2007．