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）

針對水氣交替驅過程中CO2與水能否接觸、對剩余油動用能力等問題，利用微觀可視模型，研究了不同密度CO2驅后剩余油分布類型及挖潛對策，描述了水氣交替微觀封堵特征及對剩余油動用能力。實驗結果表明，超臨界CO2高密度的特征，可擴大CO2向油藏中下部的擴散運移；CO2驅后剩余油以油膜類、盲端類、等勢點類、未波及區(qū)域為主，其中等勢點及未波及區(qū)域是下步挖潛主要對象；水氣交替的注水階段與注氣階段呈現出不同的賈敏效應，其中注氣階段賈敏效應明顯；水氣交替可顯著改善等勢點類剩余油，但未波及區(qū)域動用程度不高。

CO2；微觀驅替；剩余油；機理；水氣交替

引言

二氧化碳（CO2）驅是目前廣泛應用的三次采油方法，而CO2氣竄已成為限制CO2驅進一步提高采收率的重要因素[1]，其中水氣交替是現場實施最為經濟且廣泛采用的一種流度控制方法[2]。關于水氣交替減緩氣竄的研究，主要集中注入參數優(yōu)化[3]，而超臨界CO2具有高密度的特點，在油藏內CO2與水是否接觸、如何形成水氣交替賈敏效應、對剩余油動用能力研究較少。筆者以高溫高壓微觀驅替設備為基礎，研究了不同密度CO2驅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理及其對不同類型剩余油的動用程度，研究結果為水氣交替油藏選取及注入參數優(yōu)化提供理論支持。

1 實驗部分

1.1 實驗設備

高溫高壓微觀驅替裝置主要由注采系統(tǒng)、可視高壓釜、拍攝系統(tǒng)等組成，實驗設備耐溫150℃、耐壓15MPa，實驗流程如圖1所示。

圖1 高溫高壓微觀可視化實驗流程圖

1.2 實驗條件

為便于觀察，實驗選用航空煤油加入油溶性紅色染色劑；水選用地層產出水，礦化度24×104mg/l，氯離子含量16×104mg/l，水型為CaCl2；實驗模型為平板玻璃光刻蝕模型，其孔隙結構與儲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CO2波及范圍影響，本文玻璃模型均采用垂向放置。

CO2驅實驗條件如下。氣態(tài)CO2驅實驗條件：4MPa，60℃，CO2密度0.17g/cm3，煤油密度0.8g/cm3；低密度CO2驅實驗條件：8MPa，60℃，CO2密度0.21g/cm3，煤油密度0.8g/cm3；高密度CO2驅實驗條件：11MPa，60℃，CO2密度0.5g/cm3（與中原油田正開展CO2驅的濮城沙一下油藏82.5℃、20MPa對應CO2密度0.53g/cm3相近），煤油密度0.8g/cm3。

水氣交替驅實驗條件：11MPa，60℃。

1.3 實驗步驟

CO2驅實驗步驟：①將微觀模型抽空飽和染色油；②以0.02mL/m英寸速度進行CO2驅油。

水氣交替驅實驗步驟：①將微觀模型抽空飽和染色油；②以0.02mL/m英寸的速度進行水驅；③以0.02mL/m英寸的速度進行CO2驅；④重復步驟②、③。

2 CO2驅后剩余油富集類型及挖潛對策

2.1 不同密度CO2驅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CO2波及范圍影響較大?？紤]CO2高密度特點，采用垂向放置玻璃模型模擬重力差異對CO2驅油影響。

圖2 不同密度CO2驅后縱向波及范圍圖

選取了出口見氣即氣竄時刻，不同密度CO2驅后縱向波及范圍，如圖2所示。隨著CO2密度升高，CO2驅的波及范圍下移，其中圖2-a氣態(tài)CO2驅波及范圍34%，圖2-b低密度超臨界CO2驅波及范圍45%，圖2-c高密度超臨界CO2驅波及范圍49%。因此對于N2或空氣驅，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；對于密度變化大的CO2，應考慮油藏溫度壓力條件下對應的CO2密度，同時結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機。

2.2 CO2驅后微觀剩余油分布狀態(tài)

以高密度CO2驅實驗為例，分析了CO2驅后微觀剩余油分布特點。圖中黃色箭頭表明氣驅方向。

（1）盲端區(qū)域

圖3 盲端區(qū)域剩余油分布圖

對于單流道盲端區(qū)域（圖3-a），由于CO2驅替壓差較小，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在較低驅替壓差下可進入并能驅替剩余油，殘余油較少，因此單流道盲端是剩余油富集區(qū)域。對于單流道盲端剩余油可通過提高驅替壓差，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號區(qū)域，CO2驅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）等勢點類剩余油

圖4 流線兩側等勢點類剩余油分布圖

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

（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象。此類區(qū)域可通過流度控制，以擴大CO2向中下部油藏擴散。

3 水氣交替微觀封竄特征

3.1 水氣交替驅微觀封竄機理

理論上，水氣交替通過孔喉內水與氣形成賈敏效應以減緩氣相流度。在室內或現場水氣交替中，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。通過微觀可視化實驗發(fā)現可解釋注入壓力出現上述規(guī)律原因，在注水階段表現為油藏內水多氣少（如圖5-a所示），賈敏效應較弱，但注氣階段油藏內氣多水少（如圖5-b所示），賈敏效應強；但是注水階段和注氣階段均可實現賈敏效應封堵。

圖5 水氣交替驅不同階段孔喉內流體分布圖

3.2 水氣交替驅后宏觀剩余油分布特征

圖6 水氣交替驅不同階段宏觀波及范圍圖

由圖6-a和圖6-b可知第一輪次水驅初期，受重力影響，以波及油藏下部為主；在水驅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過，相對頂部剩余油較多。

由圖6-c可知第一輪次氣驅初期，超臨界CO2上浮，驅替頂部剩余油；在氣驅末期（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，由于油藏內參與大量剩余氣，受賈敏效應影響，注入水波及范圍得到改善，逐漸向油藏頂部運移，如圖6-e所示。微氣泡分布于孔喉內，殘余氣與后續(xù)水形成賈敏效應，可擴大水驅向頂部擴散。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 水氣交替驅后微觀剩余油分布特征

圖7 同一位置水氣交替驅不同階段剩余油分布圖

（1）膜狀類剩余油

經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號區(qū)域，在水驅后殘余油部分膜狀剩余油，但CO2驅后基本不含膜狀剩余油，其原因為CO2驅油效率高，同時水氣交替改變氣驅流線，提高了氣驅沖刷次數。

（2）盲端類剩余油

水氣交替通過賈敏效應可擴大氣體波及范圍，同時封堵形成的高壓差可增加CO2對盲端的滲入量。如圖7中2號區(qū)域，第二輪水驅后盲端剩余油基本未動用，而再次氣驅后，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）等勢點剩余油

等勢點剩余油是挖潛主要對象。水氣交替通過賈敏效應可改變驅替介質流向，動用等勢點類剩余油。圖7-a中水驅沿水平方向為主（黑色箭頭），圖7-b中氣驅呈多流向（黃色箭頭），可有效動用等勢點剩余油。

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)。但水氣交替對本類剩余油動用程度不高，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；二是賈敏效應屬于一種阻力，其減緩了驅替前緣向下擴散；三是油藏中上部CO2沿已形成的通道產出，無法持續(xù)推動氣體向邊角區(qū)域擴散。因此，為改善邊角區(qū)域性剩余油，需開展泡沫類等強封堵性措施，以擴大CO2向邊角區(qū)域擴散量。

4 結論與認識

（1）超臨界CO2高密度的特征，可擴大CO2向油藏中下部的擴散運移，因此進行CO2驅流度控制評價方案中應考慮CO2密度對CO2波及范圍的影響；

（2）CO2驅后剩余油以油膜類、盲端類、等勢點類、未波及區(qū)域為主，其中等勢點及未波及區(qū)域是剩余油主要富集區(qū)，可通過流度控制轉變CO2流向，以進一步挖潛；

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

[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混相驅現場試驗研究[J].石油學報, 2002, 23(4): 56- 60.

[3] 白素,宋考平,楊二龍,等.CO2驅水氣交替注入參數正交試驗設計模擬[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用.北京：石油工業(yè)出版社，2007．