魏 峰 李躍林 馬 帥 王丹翎 策旭瑞 鄭冰洋

(1. 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057；2. 中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司， 廣東 深圳 518054；3. 西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610500)

潿洲12-1油田位于我國(guó)南海北部灣海域，其儲(chǔ)層屬于中孔中滲型。其中，中塊3井區(qū)潿四段采用注氣開(kāi)發(fā)方式，自1999年6月實(shí)施注天然氣驅(qū)油后受效明顯，壓力回升并保持穩(wěn)定。但開(kāi)發(fā)多年后，逐漸出現(xiàn)了氣油比快速上升、氣竄現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題，亟待解決。通常，采用注氣開(kāi)發(fā)方式可有效地提高原油采收率[1]，但在實(shí)施過(guò)程中極易出現(xiàn)氣竄現(xiàn)象?？刂茪飧Z的方法有很多，包括細(xì)分層系、高部位注入、水氣交替注入、聚合物調(diào)剖、加入前置易混相段塞、間開(kāi)間注、周期注氣、泡沫封堵驅(qū)替等方法[2-4]。水氣交替注入法，既能避免在氣驅(qū)過(guò)程中發(fā)生氣竄，又能改善油水流度比，擴(kuò)大波及體積，因此為大多數(shù)油田所常用[5-8]。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，也有一些油田采取將產(chǎn)出的烴氣重新注入注水井的方法，提高石油采收率，保持壓力，油田的采收率可提高5%～10%[9-10]。為了有效地控制潿四段油藏注天然氣開(kāi)發(fā)中的氣竄現(xiàn)象，本次研究將通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)分析天然氣-水交替(文中簡(jiǎn)稱氣水交替)控制氣竄的效果及其驅(qū)替機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)材料主要包括：潿四段油藏脫氣原油，黏度為1.3 mPa·s，中海油湛江分公司提供；潿四段油藏模擬注入天然氣，成都科源氣體有限公司提供，其天然氣組分(摩爾分?jǐn)?shù))如表1所示；人造長(zhǎng)巖心，大慶高新區(qū)巖源化工產(chǎn)品經(jīng)銷(xiāo)處制作。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括：長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置；恒壓恒速泵；BH-2型巖心抽空加壓飽和裝置；HB-2型氣體增壓系統(tǒng)；細(xì)管實(shí)驗(yàn)儀器，包括一維長(zhǎng)細(xì)管、中間容器、高壓驅(qū)替泵、配樣器、恒溫烘箱等；可視化玻璃刻蝕模型。

表1 潿四段油藏注入天然氣組分(摩爾分?jǐn)?shù)) 單位：%

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)

設(shè)置7個(gè)不同注氣壓力，實(shí)驗(yàn)溫度為120 ℃，氣體驅(qū)替速度為0.2 mL/min。注入泵采取恒定速度模式，驅(qū)替壓力在設(shè)計(jì)限值內(nèi)由回壓來(lái)控制。當(dāng)注入氣體的體積達(dá)到1.2 PV時(shí)，結(jié)束驅(qū)替，測(cè)得不同壓力下的驅(qū)替效率。

1.2.2 氣水交替驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)

(1) 烘干巖心后稱量干重，測(cè)量其直徑及長(zhǎng)度。

(2) 抽空巖心后，飽和水并稱量巖心濕重，計(jì)算巖心孔隙體積及孔隙度。

(3) 以0.1 mL/min的注入速度對(duì)巖心實(shí)施天然氣驅(qū)，設(shè)置回壓為23 MPa，溫度為120 ℃。天然氣注入體積達(dá)到1.2 PV時(shí)停止驅(qū)替。

(4) 重復(fù)步驟(1)、(2)，以0.1 mL/min的注入速度對(duì)巖心實(shí)施天然氣驅(qū)，直至氣體突破時(shí)再實(shí)施氣水交替驅(qū)。 設(shè)置天然氣、水注入比例為1 ∶1，段塞尺寸為0.1 PV。

1.2.3 微觀驅(qū)油機(jī)理研究

利用可視化刻蝕模型，進(jìn)行天然氣驅(qū)及氣水交替微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。

天然氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟：將微觀模型抽空，飽和水；將微觀模型飽和油；以0.01 mL/min的注入速度進(jìn)行天然氣驅(qū)。按步驟進(jìn)行，觀察油、氣、水三相分布情況。

氣水交替驅(qū)實(shí)驗(yàn)步驟：將微觀模型抽空，飽和水；將微觀模型飽和油；以0.01 mL/min的注入速度進(jìn)行天然氣驅(qū)；以0.01 mL/min的注入速度向模型中注水。重復(fù)前兩個(gè)步驟，觀察每次氣水交替驅(qū)后的油、氣、水分布情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 細(xì)管實(shí)驗(yàn)

注氣混相驅(qū)的最小混相壓力是檢測(cè)地層流體是否達(dá)到混相要求的關(guān)鍵參數(shù)[11]。通過(guò)細(xì)管實(shí)驗(yàn)，可以確定潿四段油藏最小混相壓力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 注入壓力與驅(qū)替效率關(guān)系

可以看出，當(dāng)注入壓力加大時(shí)驅(qū)替效率曲線呈上升趨勢(shì)，但在驅(qū)替效率為90%處，曲線上升趨勢(shì)開(kāi)始減弱。此處對(duì)應(yīng)的壓力即為最小混相壓力點(diǎn)，為36.35 MPa。當(dāng)前油藏注氣壓力為23 MPa，遠(yuǎn)低于最小混相壓力，說(shuō)明原油無(wú)法達(dá)到天然氣混相驅(qū)條件。在非混相驅(qū)替過(guò)程中，驅(qū)替前緣推進(jìn)不一，氣體極易發(fā)生指進(jìn)現(xiàn)象，導(dǎo)致氣竄嚴(yán)重，影響開(kāi)發(fā)效果。

2.2 氣水交替驅(qū)物理模擬實(shí)驗(yàn)

利用長(zhǎng)巖心驅(qū)替裝置進(jìn)行注天然氣驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，巖心參數(shù)如表2所示，驅(qū)油結(jié)果如圖2所示。

表2 巖心參數(shù)

圖2 驅(qū)油效率變化

可以看出，水氣交替時(shí)的最終驅(qū)油效率為51.17%，比連續(xù)氣驅(qū)時(shí)提高了12.89%，兩組驅(qū)替實(shí)驗(yàn)在見(jiàn)氣時(shí)的驅(qū)替效率基本一致。當(dāng)見(jiàn)氣后連續(xù)注氣，則仍有大量原油產(chǎn)出，但氣油比會(huì)快速上升；當(dāng)見(jiàn)氣后水氣交替，則經(jīng)過(guò)3輪次后出口端開(kāi)始見(jiàn)水，驅(qū)油效率達(dá)到32.46%，出口端氣體的產(chǎn)出速度較氣驅(qū)1.2 PV時(shí)的氣體產(chǎn)出速度更加緩慢。這說(shuō)明氣水交替可以在一定程度上控制氣竄，提高氣驅(qū)的波及系數(shù)[12]，抑制氣油比的增長(zhǎng)速度。水氣交替注入的開(kāi)采效果較好，這是因?yàn)樗蜌庠谕ǖ乐芯哂休^大的界面作用力，在一定程度上增加了流體通過(guò)高滲通道的流動(dòng)阻力，使得流體進(jìn)入低滲層，從而驅(qū)出更多原油[13-15]。

2.3 微觀驅(qū)油機(jī)理研究

2.3.1 天然氣驅(qū)的微觀剩余油分布

氣體從注入端注入后，隨著高滲通道流動(dòng)，且不斷向上運(yùn)移，出口端見(jiàn)氣迅速，通道內(nèi)原油動(dòng)用程度不高。整體來(lái)看，氣體主要分布在模型上部(見(jiàn)圖3中的區(qū)域a)，油水分布在模型下部(見(jiàn)圖3中的區(qū)域b)，氣體和液體受重力的影響嚴(yán)重。在垂直于注入方向的細(xì)窄通道內(nèi)，由于氣體進(jìn)入時(shí)需要克服更大的毛管阻力，因此原油幾乎不參與流動(dòng)。盲端、邊緣和角隅處的剩余油分布較多，而天然氣驅(qū)形成的膜狀剩余油在注氣量加大的過(guò)程中會(huì)逐漸剝離下來(lái)，從而減少剩余油量。

圖3 天然氣驅(qū)效果

2.3.2 氣水交替驅(qū)的剩余油分布特征

在氣水交替驅(qū)過(guò)程中：注水階段的注入壓力變化幅度不大，賈敏效應(yīng)較弱；注氣階段注入壓力升高較快，賈敏效應(yīng)增強(qiáng)。

在第1輪次注水階段，受重力影響，水占據(jù)了模型下部大部分區(qū)域(見(jiàn)圖4中區(qū)域b)，氣體向模型上方略有擴(kuò)散，底部原油被驅(qū)替使剩余油量降低。在第1輪次注氣階段，氣體在通道中形成連續(xù)相(見(jiàn)圖4中區(qū)域a)，更多的原油被驅(qū)替至模型上方，氣體在頂部聚集而驅(qū)出頂部剩余油。

圖4 第1輪次氣水交替驅(qū)效果

在第2輪次注水階段，由于模型中存在大量天然氣，水驅(qū)時(shí)頂部通道內(nèi)殘余的天然氣由連續(xù)相被分割成無(wú)數(shù)小氣泡(見(jiàn)圖5中區(qū)域I)，與注入水形成賈敏效應(yīng)，注入水的波及體積明顯增加并逐漸向頂部運(yùn)移。在第2輪次注氣階段，天然氣的波及范圍也得到提升，模型頂部剩余油量減少，天然氣進(jìn)入部分剩余油中(見(jiàn)圖5中區(qū)域II)，驅(qū)替原油進(jìn)入高滲通道，原油的動(dòng)用程度得到顯著提升。

圖5 第2輪次氣水交替驅(qū)效果

對(duì)比注氣時(shí)不同類型剩余油在同一位置下的分布情況，可明顯看到，水氣交替注入形成的高壓差使小氣泡進(jìn)入原油中，氣體波及體積擴(kuò)大，盲端剩余油被動(dòng)用。經(jīng)過(guò)水氣交替引起的流動(dòng)沖刷，同一位置處的膜狀剩余油厚度明顯變薄，部分區(qū)域的膜狀剩余油幾乎被驅(qū)替干凈。除此之外，角隅處的剩余油中也有天然氣進(jìn)入，剩余油含量減少但仍有大部分未參與流動(dòng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得最小混相壓力為36.35 MPa。目前油藏注氣壓力在23 MPa，顯然無(wú)法達(dá)到天然氣混相驅(qū)的條件，必然會(huì)引起嚴(yán)重氣竄，影響開(kāi)發(fā)效果。物理模擬實(shí)驗(yàn)表明，見(jiàn)氣后采用氣水交替驅(qū)可以抑制出口端的產(chǎn)氣速度，改善驅(qū)油效果。此方法可以應(yīng)用于潿四段油藏開(kāi)發(fā)。

微觀驅(qū)油研究結(jié)果顯示：采用天然氣驅(qū)方式時(shí)，仍有大量剩余油殘留在模型通道中；采用水氣交替驅(qū)方式時(shí)，由于存在賈敏效應(yīng)，使得氣體在高壓差下進(jìn)入低滲區(qū)域原油中，波及體積擴(kuò)大，盲端剩余油動(dòng)用；在氣水交替沖刷時(shí)，同一位置處膜狀剩余油的厚度明顯變薄，部分區(qū)域的膜狀剩余油幾乎被驅(qū)替干凈。此外，注入氣能進(jìn)入角隅處驅(qū)替原油，使盲端、膜狀、角隅剩余油被波及，從而改善剩余油的動(dòng)用程度。