黨海龍，肖前華，高瑞民，戚志林，暢 斌

1) 中國石油大學(北京) 石油工程學院，北京 102249；2)陜西延長石油(集團)有限責任公司，陜西西安710075； 3) 重慶科技學院石油與天然氣工程學院，重慶401331

北美致密油成功勘探開發(fā)，使致密油成為全球極其重要的非常規(guī)油氣資源[1-3]，更被石油工業(yè)界譽為“黑金”，從而致使包括中國在內的10余國積極開展致密油研究[4]．鄂爾多斯盆地長7儲層是典型的致密油儲層[5]，但是致密油儲層孔隙結構復雜，廣泛分布納米級孔隙[6-7]，儲層流體賦存特征及動用規(guī)律異于常規(guī)儲層，流體可動用性差[4]．實踐表明，致密油開發(fā)過程中壓力衰竭快、 產量遞減迅速、 產能低和注水困難等問題突出[7-9]．因此，提高采收率是致密油開發(fā)面臨的首要問題．張君峰等[10-11]研究表明，CO2驅油過程中，可以較好的實現降黏、膨脹及混相，從而有效補充能量，提高致密油采收率．蒲萬芬等[12]選取新疆某致密油藏巖樣進行了CO2驅替實驗研究，借助核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技術表征了驅替過程中的驅替模式及驅替規(guī)律，具有很好的借鑒意義，但該研究涉及的開發(fā)方式比較單一，僅涉及CO2驅替，對于水氣交替(water-alternating-gas injection, WAG)、高含水期轉氣驅替效果并未涉及，且?guī)r心長度太短，因此代表性較差．

本實驗選取鄂爾多斯盆地延長油田長7致密油儲層真實巖樣，以實際原油作為模擬用流體，開展長巖心CO2驅替以及高含水期轉氣水交替驅替研究．在評價驅油效果的基礎上，借助NMR等手段對目標儲層流體可動用性進行研究，從而剖析了氣驅改變驅油效率的內在控制因素．研究結果可為延長油田長7致密油儲層氣驅替提供理論支撐，同時可為同類油藏開展注氣先導試驗提供科學指導．

1 材料和方法

1.1 材 料

實驗巖樣取自延長油田定邊油區(qū)長7儲層，共選用巖樣11塊，總長度為51.44 cm，具體參數見表1．

表1 長巖心巖樣基礎物性參數

巖樣平均滲透率計算方法為

(1)

巖樣的排列順序遵循調和平均原則[13-14]，通過此原則確定出的順序如表1．巖心與巖心端面加入濾紙片進行連接，以降低末端效應．本研究所選用的原油取自實際儲層．

1.2 方 法

本研究采用HXS-100型高溫高壓長巖心驅替系統(tǒng)，該系統(tǒng)溫度為室溫至200 ℃，壓力為常壓至70 MPa，可進行水驅、氣驅和化學驅．目標儲層溫度為60 ℃，因此該裝置溫度完全滿足要求．本研究涉及的巖樣平均滲透率極低，內部流體難以流動，將導致驅替壓差極大，為防止入口壓力過大，因此，本研究并未設置過大回壓，僅設置為2 MPa以減小末端效應．

CO2驅替實驗步驟如下：① 抽真空飽和標準鹽水；② 飽和油時溫度保持60 ℃，記錄總的出水量；③ CO2驅油過程中適時記錄累積出液量、累積出水量、累積出油量和累積出氣量等相關參數；④ 洗巖心并進行氮氣吹掃；⑤ 分析數據或進行下一組驅替．

由于目標油區(qū)當前含水率(體積分數)已達到60%，因此，為能及時指導現場開發(fā)，探索了水驅至含水率為60%時轉CO2-水交替驅替后的驅油效果．設烴類孔隙體積(hydrocarbon pore volume, HCPV)為VHCPV；段塞尺寸設置為0.02VHCPV；氣水體積比設置為1∶1．實驗步驟與CO2驅替類似，主要區(qū)別在于先單獨水驅至含水率為60%后轉CO2-水交替驅替．

CO2驅替及CO2-水交替驅替流程如圖1．

圖1 CO2驅及CO2-水交替驅替實驗流程Fig.1 Experimental procedure of CO2 driving and CO2-WAG

2 數據分析

2.1 驅油效率

圖2(a)為延長油田長7儲層CO2驅替實驗結果．分析測試結果發(fā)現，隨著注入量的增加，采出程度不斷增大，剛開始快速增加，隨后緩慢增大，在注入量達到0.6VHCPV時漸趨平衡，對于目標儲層，CO2驅油效率最終可達到51.53%左右．如圖2(b)，在CO2驅替過程中，CO2注入量達到0.48VHCPV左右時開始見氣；在注入量達到0.65VHCPV左右時，氣體突破，氣體一旦占據優(yōu)勢通道獲得突破，采出油量幾乎沒有變化，采出程度穩(wěn)定在51.53%左右．

圖2 CO2驅油特征Fig.2 Characteristics of CO2 driving

圖3為延長油田長7儲層水驅至含水率60%時轉CO2-水交替驅替的驅油效率變化．當累積含水率達到66.67%時，水驅油驅替效率為37.24%．此時轉變?yōu)橐?.02VHCPV為段塞尺寸的CO2-水交替驅替，剛開始驅油效率并沒有顯著升高，說明在高含水期轉變開發(fā)方式之初依然以水驅替的表現形式為主．儲層含水率較高，轉CO2-水交替驅替后，儲層首先以CO2驅水，同時水驅油的形式滲流，因此，驅油效率并不會顯著增加．在圖5可得到驗證，在轉CO2-水交替之初，含水率并未立即降低，而是繼續(xù)上升，然后趨于平緩，交替驅替輪次達到一定程度后含水率才開始下降．當經過多個CO2-水交替輪次后(約10個)由于CO2-油的物理化學作用，以及CO2-水交替同時存在于流動通道中，降低了原油黏度，同時一定程度緩解水的突進，驅油效率開始明顯提高．

圖3 水驅至含水率60%轉CO2-水交替驅替驅油效率Fig.3 Oil displacement efficiency for applying CO2-WAG until the water content is 60% by water driving

由圖3可見，累積驅油效率為61.22%，CO2-水交替驅替油在水驅替基礎上驅油效率提高近23.98%，說明高含水期轉CO2-水交替能有效提高采出率．

從圖4(a)可見，轉CO2-水交替驅替以后，含水率并未立即下降，而是繼續(xù)上升，此時儲層中為CO2-水交替驅替的初始階段，多孔介質內部主要表現為CO2-水段塞驅動前期的注入水流動，因此使含水率保持上升態(tài)勢．在累積注入量達到0.84VHCPV后，含水率開始下降，并呈現不斷波動狀態(tài)，此時多孔介質內部小孔隙原油開始參與流動，大孔隙內部分殘余油在CO2-水段塞的作用下也盡可能多地流向出口．在累積注入量達到1.54VHCPV后氣體突破，含水率急劇升高，CO2-水段塞突破優(yōu)勢通道，CO2-水交替驅替油效應減弱，使含水率上升到100%．

從圖4(b)可見，轉CO2-水交替驅替以后，氣油比值并未立即升高，在累積注入量達到0.84VHCPV后開始見氣，此后隨著交替驅替的進行，氣油體積比出現小幅波動，在累積注入量達到1.47VHCPV后氣體突破，氣油體積比急劇升高．

圖4 水驅至含水率為60%時轉CO2-水交替驅替， 含水率及氣油體積比變化Fig.4 Water content and oil-gas ratio for CO2-WAG applied until the water content is 60% by water driving

韓永林等[15]的測試結果顯示，延長組長 7 油層組水驅油效率為31%～45%，本研究中CO2驅油效率為51.53%，在含水率達到60%后轉CO2-水交替驅替，驅油效率為61.22%，因此，CO2驅替以及水驅替后轉CO2-水交替驅替能有效提高驅油效率，增大采出程度．若將本研究結果與數值模擬結合，還可針對整個儲層進行參數優(yōu)化，制定更合理的開發(fā)方案．

2.2 影響因素分析

不同開發(fā)方式下，儲層流體的可動用性是不一樣的，NMR結合高速離心測試可研究儲層流體微觀賦存規(guī)律以及流體可動用性特征[4，16-17]．圖5為綜合應用高速離心及NMR手段測試24個樣品得到的不同尺度空間流體控制量和可動用量，該24樣品均取自延長油田定邊油區(qū)長7儲層，其對應滲透率μ1，μ2，…，μ24依次為3.92×10-6、7.58×10-6、8.43×10-6、1.05×10-5、1.15×10-5、2.55×10-5、3.69×10-5、3.89×10-5、4.00×10-5、4.08×10-5、5.89×10-5、6.43×10-5、0.10×10-3、0.15、0.16、0.16、0.19、0.21、0.59、0.64、1.16、2.85、13.12和23.97 μm2，納米級喉道(<0.1 μm)所控流體體積隨滲透率的增加呈減小趨勢，如圖5(a)，體積分數為60%以上的流體控制在納米級空間里．亞微米級喉道(0.1～1.0 μm)所控流體體積隨滲透率的增加而漸增．微米級空間所控流體體積分數非常小，小于10%．

圖5 不同尺度空間流體控制量及可動用量Fig.5 Fluid distribution characteristics

可動流體體積分數基本隨著滲透率的增加而增加，如圖5(b)，但是納米級空間可動用量很低，僅有7%左右，而其所控流體的體積分數為70%左右．微米級空間可動用流體體積分數為6%左右，但是微米級空間流體本來就比較少．因此，要提高儲層采出程度，主要在于如何有效動用納米級空間的流體．納米級空間，由于流動通道細小，表面力作用強烈，常規(guī)水驅替由于界面張力作用強，非均質性造成水驅替突進，從而使水驅替效率偏低，甚至難以注入．而CO2驅替不但可以達到原位改質的效果，還能利用CO2的膨脹性起到微納氣泡攜帶原油的溶解氣驅替效果，從而有效改善儲層驅油效率．而在CO2-水交替驅替的過程中，不但起到上述氣驅替效應，同時由于氣水交替存在而造成的賈敏效應能有效改善儲層水驅替突進的現象，從而起到納米低速流動通道轉變?yōu)楸厝涣鲃油ǖ?，由此驅替出更多納米級空間流體，達到提高驅油效率的目的．

3 結 論

1)延長油田長7儲層CO2驅替驅油效率可達50%以上，含水率達60%以后轉CO2-水交替驅替驅油效率可達60%以上，以上兩種開發(fā)方式明顯比單純水驅替驅油效率高．

2)延長油田長7儲層流體主要賦存于納米級空間，流體可動用性主要來源于亞微米級空間，而CO2驅替以及CO2-水交替驅替可以起到原位改質的效果，從而改善驅油效率，特別是CO2-水交替驅替還能使納米級低速流動通道轉變?yōu)楸厝涣鲃油ǖ?，從而有效提升驅油效率?/p>

3)對于延長油田長7儲層，建議采用CO2驅替或者水驅替至一定程度后轉CO2-水交替驅替，從而提高儲層原油采出程度．