劉 麗，馬映雪，皮彥夫，劉金鑫，柏明星

（1.東北石油大學石油工程學院，黑龍江大慶 163318；2.提高油氣采收率教育部重點實驗室（東北石油大學），黑龍江大慶 163318）

0 前言

我國低滲透油氣資源十分豐富［1］，但低滲油藏類型復雜，儲層天然能量不足，注水、注聚合物溶液開采難度極大，而注CO2開發(fā)低滲透砂巖油田具有保持油藏壓力、易于注入、易于實現(xiàn)注采平衡等優(yōu)點，是目前最有效的提高低滲油藏采收率的開采方式之一［2-5］，并且能夠有效減少溫室效應［6］。

已有的室內(nèi)實驗和現(xiàn)場試驗均表明，二氧化碳混相驅(qū)提高采收率的效果好于非混相驅(qū)［7］，最小混相壓力（MMP）則是決定地層原油與CO2是否混相的最關(guān)鍵參數(shù)，它的確定尤為重要。目前對CO2驅(qū)的研究多集中在CO2純度、油的組成［8-13］、油中是否含有天然氣等方面。也有文獻［14］已證實了CO2驅(qū)油過程中，由于瀝青質(zhì)沉淀和巖石溶解的影響，地層孔隙度、滲透率都有所下降；且地層水礦化度越高，滲透率降低程度越大［15-16］；巖石的孔隙特征對CO2驅(qū)油效果有一定的影響。由此可推斷，CO2驅(qū)油過程中，地層水礦化度對CO2驅(qū)油效率應該是有影響的，但如何影響目前尚無文獻報道。針對上述問題，本文采用貝雷巖心，利用巖心驅(qū)替法［17-18］，結(jié)合CT掃描，分析研究地層水礦化度對CO2驅(qū)油效率的影響規(guī)律。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

CO2（純度99%），礦化度為6778 mg/L的模擬地層水（在1 L 蒸餾水中分別加入2829 mg NaHCO3、3489 mg NaCl、20 mg KCl、262 mg MgSO4、114 mg Na2SO4和64 mg CaCl2配制而成）；礦化度為15000 mg/L的模擬地層水，在1 L蒸餾水中分別加入8375 mg NaHCO3、10293 mg NaCl、60 mg KCl、773 mg MgSO4、336 mg Na2SO4和188 mg CaCl2配制而成；貝雷巖心，長30 cm、直徑2.5 cm；模擬油由原油與適量煤油混配而成，黏度9.8 mPa·s（45℃）。

SkyScan 1172 型高分辨率CT，比利時skyscan公司；ISCO泵、回壓閥、恒溫箱、CO2氣瓶、巖心夾持器、真空泵、活塞容器、六通、壓力表、試管、鋼管線、閥門，裝置連接如圖1所示。

圖1 巖心驅(qū)替實驗裝置

1.2 巖心驅(qū)替實驗

首先，選取多塊孔隙度和滲透率相近的貝雷巖心（孔隙度18%、滲透率50×10-3μm2左右），在溫度45℃、其他條件相同的情況下，分別飽和蒸餾水和不同礦化度的模擬地層水、飽和油，用ISCO泵A以0.8 mL/min 流速進行CO2驅(qū)油，每隔30 min 記錄一次產(chǎn)液量，ISCO 泵B 給回壓閥加回壓（低于注入壓力0.8數(shù)1 MPa），分別測試驅(qū)替壓力為10、15、20、25、27、30 MPa情況下的CO2驅(qū)油效率，驅(qū)替至出口端不再產(chǎn)油時停止。繪制驅(qū)替壓力與驅(qū)油效率關(guān)系曲線，通過線性回歸非混相段與混相段，確定其交點壓力即最小混相壓力。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同礦化度下CO2驅(qū)替壓力對驅(qū)油效率的影響

不同礦化度水、不同驅(qū)替壓力下CO2的驅(qū)油效率如圖2 所示，實驗中CO2驅(qū)至出口端不再出油為止。繪制對應的關(guān)系曲線得出對應礦化度條件下的拐點壓力。

圖2 驅(qū)替壓力與驅(qū)油效率關(guān)系曲線

由圖2 可知，當飽和地層水礦化度分別為0、6778 和15000 mg/L 時，CO2驅(qū)的拐點壓力分別為22.35、21.78 和20.98 MPa，即在儲層孔滲參數(shù)基本相同的情況下，隨著飽和地層水礦化度的增加，CO2驅(qū)的最小混相壓力降低。當驅(qū)替壓力為20 MPa 時（非混相），對應驅(qū)油效率分別為85.95%、86.67%和85.25%；當驅(qū)替壓力為25 MPa 時（混相），驅(qū)油效率分別為90.61%、89.67%和87.85%；當驅(qū)替壓力為30 MPa 時，驅(qū)油效率分別為91.06%、90.38%和88.73%?？梢娀煜嗪?，驅(qū)油效率隨著驅(qū)替壓力增大而增加的幅度逐漸小，基本持平；同壓力條件下，礦化度高的驅(qū)油效率較低。這是由于CO2驅(qū)過程中，CO2不僅溶于原油也溶于水，當發(fā)生溶蝕反應時，生成的礦物沉淀會影響儲層的孔喉特征參數(shù)、孔隙度、滲透率，進而影響CO2驅(qū)的驅(qū)油效率［19-20］。由于這一過程中既有礦物溶解也有新的難溶性礦物生成，因此巖心孔隙度和滲透率的變化將受碳酸鹽的溶解和二次析出的雙重控制［21-26］，通過化學分析，確定了CO2驅(qū)后的貝雷巖心中有Al2Si2O5（OH）4、H4SiO4、MgCO3、CaCO3沉淀物，且飽和地層水的礦化度越高，產(chǎn)生的沉淀量越多，對孔喉的堵塞越嚴重，導致CO2流動阻力變大，在一定程度上減緩了CO2突破速度，增加了其與原油的接觸擴散時間，導致拐點壓力降低，但也導致了CO2驅(qū)的最終驅(qū)油效率降低。

2.2 不同礦化度下CO2驅(qū)替后巖心參數(shù)變化

為了進一步分析驗證不同礦化度下CO2驅(qū)替過程對巖心孔隙度、滲透率及孔喉特征參數(shù)的影響，將同一根貝雷巖心平均分成3 段，分別飽和不同礦化度的地層水，稱重法計算孔隙度；再分別以1、2和4 mL/min 的流速測巖心的水測滲透，取其平均值；向巖心中注入CO2，出口端見氣后關(guān)閉出口端閥門，繼續(xù)注入CO2至22 MPa，關(guān)閉注入端，燜井48 h后，將巖心烘干，再次測試其孔隙度和水測滲透率，對比分析孔隙度和滲透率的變化規(guī)律。將3塊實驗后的巖心與原始貝雷巖心分別切片進行CT 掃描，進而分析其孔喉變化規(guī)律。

（1）巖心孔隙度、滲透率變化

分別飽和不同礦化度地層水的巖心通CO2前后的孔隙度和滲透率見表1。由表1 可知，通CO2后，除了飽和蒸餾水的巖心孔隙度略有增加、滲透率略有降低外，其余飽和礦化度巖心的孔隙度和滲透率均降低，且飽和地層水的礦化度越高，孔隙度和滲透率降低幅度越大，說明地層水的礦化度越高，產(chǎn)生的沉淀量也越大，對孔喉的堵塞越嚴重。

（2）巖心孔喉半徑變化

分別將飽和不同礦化度地層水、通CO2后的巖心切片后進行CT掃描，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，即使同一塊巖心，經(jīng)飽和水、通CO2處理后，與原始狀態(tài)巖心的孔隙和喉道相比，隨著飽和水礦化度的升高，巖心的孔隙半徑和孔隙數(shù)量均依次遞減，巖心的致密性依次增強；當?shù)貙铀V化度為15000 mg/L 時，巖心飽和水后再通CO2，其孔隙數(shù)量明顯減少，致密性明顯增強，說明此時新生礦物的沉淀量大于巖石的溶蝕量。

表1 飽和不同礦化度水的巖心通CO2前后孔滲變化

圖3 原始巖心（a）、分別飽和蒸餾水、礦化度6778和15000 mg/L水后通CO2巖心（b、c、d）切片的CT掃描對比

通過CT 掃描，分別統(tǒng)計了原始巖心和飽和不同礦化度地層水、通CO2后的巖心的孔隙半徑、喉道半徑的分布，如圖4、圖5所示，圖中折線分別為原始孔隙半徑和原始喉道半徑的分布，柱狀圖則表示飽和不同礦化度地層水、通CO2后巖心孔隙半徑和吼道半徑的分布變化。由圖可知，地層水礦化度對儲層孔隙半徑和喉道半徑確實存在影響，總體上表現(xiàn)出了一致的趨勢，即隨著地層水礦化度的增加，飽和地層水、通CO2后巖心的小孔隙和小喉道的比例不斷增加；而大孔隙和大喉道的比例不斷減少。這一結(jié)果證實了CO2驅(qū)過程中地層水的礦化度對儲層的性質(zhì)確實有影響，同時解釋了為什么地層水的礦化度越高，CO2驅(qū)過程中巖心孔隙度和滲透率降幅越大。

另外，在CO2驅(qū)替過程中，巖心的滲透率和孔隙度越小，巖心中CO2與原油之間的組分轉(zhuǎn)換更為激烈，達到混相所需的時間減少，因此一定程度上導致了地層水礦化度越高越易于達到混相，即拐點壓力越低。

圖4 與原始巖心切片相比的孔隙半徑頻率差

圖5 與原始巖心切片相比的喉道半徑頻率差

3 結(jié)論

在其他條件相同的情況下，隨著巖心內(nèi)水礦化度的增大，最小混相壓力減小，CO2驅(qū)油效率也略有降低。地層水的礦化度對CO2驅(qū)的驅(qū)油效率有影響。

CT 掃描結(jié)果表明，隨著巖心內(nèi)水礦化度的增加，CO2驅(qū)后巖心孔隙半徑和喉道半徑不斷減小，孔隙度和滲透率不斷降低。

CO2驅(qū)過程中既有礦物溶解又有新的難溶性礦物沉淀生成，巖心大尺寸的孔隙和喉道半徑頻率均減小，且隨著飽和地層水的礦化度升高，產(chǎn)生的沉淀量增多，對孔喉的堵塞嚴重。