譚 濤，郭 臣，陳 勇，竇 蓮，惠 健

（1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊830011；2.中國石化碳酸鹽巖縫洞型油藏提高采收率重點實驗室，新疆烏魯木齊830011）

與國內(nèi)外其他地區(qū)碳酸鹽巖油藏類型不同，塔河奧陶系碳酸鹽巖油藏以巖溶的縫、洞為主要儲集體，其非均質(zhì)性極強，開發(fā)過程中遞減率大、采收率低[1-3]。經(jīng)過多年的研究經(jīng)驗積累和攻關研究，中國石化西北油田分公司在塔河油田已形成了以單井單元的注水替油和多井單元的注水開發(fā)技術，有效地減緩了油藏遞減，提高了采收率。但隨著注水開發(fā)的深入，注水效果存在變差或失效的開發(fā)矛盾，為此，從2012年開展碳酸鹽巖油藏單井注氣吞吐提高采收率試驗，注氣效果顯著，現(xiàn)場實踐初步形成了縫洞型油藏單井注氣選井原則。通過室內(nèi)物理模擬實驗明確了單井注N2重力分異作用機理，研究優(yōu)化形成了單井注氣開發(fā)時機、注氣量、注氣周期、燜井時間、開井制度等注采參數(shù)，初步建立了單井注氣技術政策，取得了初步成果。在單井注氣三次采油取得突破的基礎上對塔河油田多井縫洞單元開展注N2驅(qū)提高采收率技術研究，通過大型物理模擬揭示了縫洞空間內(nèi)注N2重力驅(qū)油現(xiàn)象，現(xiàn)場實踐也證實了多井縫洞單元內(nèi)重力驅(qū)油效果，擴大并提高注N2提高采收率技術在碳酸鹽巖縫洞型油藏的推廣規(guī)模和應用效果[4]，但針對塔河超深、高壓縫洞型油藏注N2重力驅(qū)油背后的微觀機理還未系統(tǒng)開展深入研究，該文重點從超高溫、超高壓油藏條件下注入N2的相態(tài)性質(zhì)開展縫洞型油藏重力驅(qū)油機理研究。

1 超深高溫、高壓縫洞型油藏注N2機理實驗研究

塔河碳酸鹽巖縫洞型油藏的油質(zhì)主要以中質(zhì)油為主，研究以塔河中質(zhì)油為實驗研究對象開展注N2與原油間的作用機理研究[5-6]。首先對中質(zhì)油區(qū)塊進行PVT 測試和地層流體配制，開展井流物組成測試（表1）、單次脫氣測試、等組成膨脹測試、黏度測試，為后期開展N2與地層原油間的作用機理實驗研究提供可代表儲層流體特性的參數(shù)（表2）。

表1 T40X井井流物組分、組成分析數(shù)據(jù)Table 1 Component and composition of well fluid for well-T40X

1.1 樣品準備及實驗流程

應用配制好的T40X井地層流體樣品，進行了地層原油流體樣品注N2后性質(zhì)變化實驗。將適量配制好的地層流體樣品轉(zhuǎn)入PVT 儀中，在模擬真實地層126.2 ℃溫度環(huán)境下穩(wěn)定2 h，將適量增壓后的N2注入PVT儀地層原油樣品中，充分攪拌2 h使樣品成均質(zhì)單相狀態(tài)，然后緩慢降壓測其泡點，并進行測試，測試原油溶解氣量及流體的密度、黏度等。測試完后，在油樣中再繼續(xù)加入注入氣，加壓使樣品成均質(zhì)單相狀態(tài)，再降壓測其新的泡點，進行脫氣測試，得到塔河中質(zhì)油注N2后的各項參數(shù)。

1.2 注N2對飽和原油性質(zhì)的影響

T40X 井在注入N2后（圖1），原油飽和壓力處于上升趨勢，原油泡點逐漸上升，且上升幅度較大，當注入N2達到20 mol%時，原油的泡點壓力上升至56.87 MPa，明確了N2在原油中的增溶能力有限。

圖1 注入N2對T40X井原油飽和壓力的影響Fig.1 Effect of injected N2 on crude saturation pressureof well-T40X

1.3 注N2對地層原油密度的影響

圖2 累計注N2量與氣油比的關系Fig.2 Relation between cumulative N2 injection volume and gas-oil ratio

表2 T40X井原油流體樣品配制數(shù)據(jù)Table 2 Data of crude sample for well-T40X

原油不斷的接觸N2后，密度有一定的變化，隨著注入氣量的增加，地層條件下原油的密度有輕微幅度的增加，從0.828 7 g/cm3上升至0.839 4 g/cm3（圖2），從擬三元相圖可以看出，地層原油注N2后總體上趨于輕質(zhì)化，相圖向輕質(zhì)油轉(zhuǎn)化，臨界點壓力增加，說明研究樣本中的輕質(zhì)組分被N2抽提，整體表現(xiàn)為向輕質(zhì)油轉(zhuǎn)化的過程（圖3），從而導致殘留原油密度逐漸上升。

圖3 塔河中質(zhì)油注N2 P-T相圖Fig.3 P-T diagram of medium oil injected by N2 in Tahe Oilfield

1.4 注N2對地層原油黏度的影響

從注入不同比例N2的地層原油黏度對比圖可以看出（圖4），隨著注入氣比例的增高地層原油黏度趨于降低，從8.41 mPa·s下降至5.96 mPa·s，說明地層原油溶解部分注入N2后對黏度有一定的改善作用。

圖4 飽和壓力下N2的注入量與原油黏度關系Fig.4 Relation between N2 injection volume and viscosity of crude oil under saturated pressure

1.5 地層原油注N2彈性膨脹實驗研究

通過不同壓力條件下注N2過程中等組分膨脹相對體積變化曲線可以看出，隨著N2注入量的增加，降壓過程地層油和N2兩相體積膨脹能力增加（圖5），相對體積增加明顯，表明N2在塔河縫洞型中質(zhì)油油藏中具有增加地層彈性膨脹能量作用。

2 縫洞型油藏注N2驅(qū)替物理模擬實驗

2.1 物理模型制作

圖5 注N2過程等組分膨脹相對體積變化曲線Fig.5 Relative volume change curves for expansion of equal components during N2 injection

為了進一步明確注入N2在縫、洞空間結(jié)構(gòu)中的運移特征，利用實際多井單元縫洞地質(zhì)刻畫成果刻蝕多井縫洞單元可視化物理模型（圖6、圖7）[7]，在可視化物理模型內(nèi)開展井間注水、注N2驅(qū)過程觀察，實驗溫度為常溫，壓力1 MPa，通過對三相流體流動特征的分析，進一步明確了注入N2與注水在縫洞空間對剩余油動用機理[8-11]。

圖6 T41X-T42X井組地震剖面Fig.6 Seismic profile of well group T41X-T42X

圖7 T41X-T42X井組物理模型Fig.7 Physical model of well group T41X-T42X

2.2 水驅(qū)后剩余油分布規(guī)律研究

利用設計的物理模型進行水驅(qū)模擬開發(fā)，模擬過程是對原始油水分布模型進行底部天然水驅(qū)開發(fā)，從水驅(qū)后的油水分布規(guī)律模型可以看出（圖8），經(jīng)過底部水驅(qū)失效后，大量剩余油主要在井間賦存，且主要集中在殘丘高部位。

2.3 氣驅(qū)動用剩余油規(guī)律研究

圖8 T41X-T42X井組水驅(qū)失效后油水分布規(guī)律Fig.8 Oil-water distribution law after water flooding failure of well group T41X-T42X

利用水驅(qū)失效后的油水分布物理模型進行模擬注N2驅(qū)開發(fā)，注入N2沿著縫洞在空間的展布結(jié)構(gòu)，逐級從高點向低點充填，原油從高部位殘丘逐漸下壓進入井間驅(qū)替通道，過程中伴隨著油水界面的下移，從氣驅(qū)后的油氣水三相分布可以看出（圖9），注入N2主要埋存在T41X、T42X井周高部位和井間大規(guī)模的溶洞型儲集體內(nèi)，氣驅(qū)能夠有效動用水驅(qū)過程中井間、井周水淹后難以動用的剩余油。對比圖8和圖9中T42X井水驅(qū)后井周油、水界面和氣驅(qū)后的油、氣、水界面，T42X 井的水錐部位被注入N2所頂替，說明注入井間N2驅(qū)除了重力置換作用外，通過自身的膨脹增能作用，對水錐有起到抑制作用[12-16]。

圖9 T41X-T42X井組氣驅(qū)后油水分布規(guī)律Fig.9 Distribution of oil and water after gas flooding of well group T41X-T42X

3 縫洞型油藏注N2驅(qū)提高采收率應用情況

以塔河4 區(qū)的TK42XCH 井組氣驅(qū)效果為例，該多井連通的井組于2013年4月實施單元N2驅(qū)技術先導試驗，2013—2014年該階段N2在地下處于整體埋存運移階段，表現(xiàn)為非混相重力分異過程，2015年至目前，注入N2完成注入井周的水錐抑制、高點殘丘的充填等作用，逐漸向鄰井開始運移波及，鄰井逐步受效，此階段表現(xiàn)為油水界面重構(gòu)與井間混相驅(qū)替[17-19]。該井組截至2019年1月累計注N2量為2 343×104m3，累計增油5.623 43×104t（圖10）。

4 結(jié)論與認識

1）通過實驗研究認識到超深、高溫、高壓縫洞型油藏中N2與原油作用后，注入N2溶解膨脹可降低原油地層黏度，改善地層原油流動性能，但是注入N2對地層原油有一定的抽提作用。因此，在重質(zhì)稠油油藏開展N2驅(qū)可行性還需研究。

2）通過物理模擬實驗明確了縫洞型油藏注N2井間驅(qū)替機理主要是利用N2的重力置換和膨脹增能抑制底水水錐特性，通過N2置換殘丘剩余油和對油水界面的重構(gòu)實現(xiàn)井間剩余油的高效驅(qū)替動用。

3）現(xiàn)場試驗成果表明，塔河縫洞型中質(zhì)油油藏具有注N2驅(qū)推廣的潛力。

圖10 塔河油田TK42XCH氣驅(qū)井組開發(fā)效果曲線Fig.10 Development effect curves of gas flooding well TK42XCH in Tahe Oilfield