孫 挺，史海東，鄭建軍，鐘小剛，Watheq J，Al-Mudhafar

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.中海石油(中國(guó))有限公司蓬勃作業(yè)公司，天津 300450；4.中國(guó)石油大港油田分公司，天津 300450；5.Basrah Oil Company,Basrah 999048,Iraq)

0 引 言

中國(guó)為積極應(yīng)對(duì)氣候變化提出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，CO2埋存作為碳中和的主要技術(shù)，也是中國(guó)一項(xiàng)重大戰(zhàn)略[1-3]。CO2注入油藏既能達(dá)到提高原油采收率的目的，也能實(shí)現(xiàn)CO2的封存，可實(shí)現(xiàn)一舉兩得的效果。CO2驅(qū)油技術(shù)已經(jīng)在常規(guī)油藏得到了廣泛應(yīng)用，但在非常規(guī)油藏的研究應(yīng)用明顯不足，且研究方向主要集中在增產(chǎn)方面[4-7]，對(duì)于CO2在頁(yè)巖儲(chǔ)層納米孔隙中的流動(dòng)機(jī)理、油氣相態(tài)變化特征及瀝青質(zhì)沉淀規(guī)律[8-9]認(rèn)識(shí)尚不清楚，且瀝青質(zhì)沉淀會(huì)對(duì)油井作業(yè)施工帶來(lái)嚴(yán)重影響。目前CO2驅(qū)油技術(shù)關(guān)于瀝青質(zhì)方面的研究主要為常規(guī)或低滲油藏，但對(duì)納米孔隙中瀝青質(zhì)沉淀機(jī)理研究非常少。Fakher等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)注入壓力高于CO2最小混相壓力(MMP)時(shí)，原油的穩(wěn)定性比注入壓力低于MMP時(shí)更差，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的孔隙堵塞現(xiàn)象。Behbahani等[10]利用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)直觀分析了瀝青質(zhì)沉淀對(duì)孔隙的堵塞，認(rèn)為其是儲(chǔ)層滲透率降低的主要原因。Wang等[11]觀察到隨著巖石滲透率的增加，瀝青質(zhì)沉淀對(duì)巖心滲透率和原油采收率的影響程度不斷減弱。Papadimitriou等[12]研究發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)沉淀會(huì)使孔隙半徑小于8μm的孔隙滲透率下降40%～90%。Wei等[13]、Qian等[14]采用低場(chǎng)核磁共振測(cè)試方法，從微觀上研究了瀝青質(zhì)在巖心中的沉淀部位和沉積特征。為明確CO2在納米孔隙中的流動(dòng)機(jī)理及其對(duì)瀝青質(zhì)沉淀的影響，采用自主研發(fā)的高溫高壓過(guò)濾容器，模擬單(多)層巖石切片作用下的CO2驅(qū)替過(guò)程，研究注入壓力等參數(shù)對(duì)CO2驅(qū)替效果和瀝青質(zhì)沉淀的影響，可為CO2驅(qū)提高頁(yè)巖油采收率提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

頁(yè)巖巖心可以看成由無(wú)數(shù)切片疊合在一起組成的多孔介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)中采用復(fù)合納米濾膜來(lái)模擬單層或多層巖心切片，研究多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)原油瀝青質(zhì)沉淀的影響。實(shí)驗(yàn)中分別選取孔隙半徑為0.2、1.0、10.0、100.0 nm共4種尺寸的c-MWNT型復(fù)合納米濾膜模擬巖心切片，每片濾膜厚度為0.2 mm。實(shí)驗(yàn)前根據(jù)過(guò)濾容器出口端的大小將濾膜切割成直徑為50.0 mm的圓形。此外，為模擬多孔介質(zhì)厚度和非均質(zhì)性對(duì)CO2驅(qū)替效果和瀝青質(zhì)沉淀的影響，實(shí)驗(yàn)中將多個(gè)孔徑為10.0 nm的濾膜疊合成厚度不同的濾膜來(lái)模擬不同厚度的巖心切片，將多個(gè)不同孔徑的濾膜疊合在一起模擬不同非均質(zhì)性巖心切片。

實(shí)驗(yàn)所用頁(yè)巖油取自鄂爾多斯盆地W13區(qū)長(zhǎng)7儲(chǔ)層。儲(chǔ)層溫度(60 ℃)下，原油黏度為29.34 mPa·s，密度為0.856×103kg/m3，原油組分中C31+以上重?zé)N的物質(zhì)的量占比達(dá)到15.12%，說(shuō)明原油黏度和密度雖然較小，但重質(zhì)組分含量較大，這與原油中含有膠質(zhì)和瀝青質(zhì)有關(guān)。根據(jù)瀝青質(zhì)四組分(SARA)[15]測(cè)試方法，測(cè)得飽和分質(zhì)量含量為57.42%、芳香分質(zhì)量含量為25.34%、膠質(zhì)質(zhì)量含量為9.82%、瀝青質(zhì)質(zhì)量含量為4.88%。實(shí)驗(yàn)所用CO2氣體為商業(yè)CO2氣體，純度為99.9%。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)核心設(shè)備為高溫高壓過(guò)濾容器，最高耐溫為200 ℃，最高承壓為50 MPa，在過(guò)濾容器頂部有一閥門，閥門控制的管線與容器內(nèi)腔(內(nèi)腔直徑為40 mm)相連，過(guò)濾容器底部有一直徑為40 mm的圓形出口。切割好的復(fù)合納米濾膜可將出口覆蓋，在濾膜下面為一個(gè)200目(孔徑為74 μm)的篩網(wǎng)，用于支撐濾膜，防止濾膜在高壓下破裂，其中篩網(wǎng)孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濾膜孔徑，以避免對(duì)原油流動(dòng)產(chǎn)生影響。篩網(wǎng)下面為一個(gè)可拆卸的哈氏合金擋板，用于固定篩網(wǎng)，擋板中心連接直徑為6.25 mm的管線，用以排出原油。除此之外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備還包括恒速恒壓驅(qū)替泵(最高壓力為100 MPa，精度為0.000 1 mL/min)，JC2000D型全自動(dòng)接觸角測(cè)量?jī)x和油氣分離器等。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)選取所需孔徑尺寸的復(fù)合納米濾膜，稱重后按照O型圈、濾膜、篩網(wǎng)、O型圈和擋板的順序?qū)V膜安裝妥當(dāng)，檢查密封性后，從頂部對(duì)容器內(nèi)腔抽真空。

(2)向過(guò)濾容器內(nèi)腔中注入50 mL實(shí)驗(yàn)原油，升溫穩(wěn)定后，再以恒壓向過(guò)濾容器內(nèi)注入CO2，并保持底部出口閥門處于關(guān)閉，使CO2與原油保持恒壓悶井狀態(tài)。

(3)打開底部出口閥門，在原油排出的第1 h內(nèi)增加測(cè)量產(chǎn)油量的次數(shù)，以后每隔相同時(shí)間記錄一次產(chǎn)油量。當(dāng)出口端開始產(chǎn)氣時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)。

(4)對(duì)產(chǎn)出油和過(guò)濾容器中的剩余油進(jìn)行四組分(SARA)檢測(cè)，分別確定油中的瀝青質(zhì)含量。將實(shí)驗(yàn)后的濾膜稱重，并測(cè)量其表面潤(rùn)濕接觸角的變化。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果不受濾膜降解的影響。

(5)采用表1中基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的取值按照步驟(1)～(4)開展基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，然后在基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)取值的基礎(chǔ)上依次改變各影響因素的取值，再次重復(fù)步驟(1)～(4)，分別開展各因素影響下的實(shí)驗(yàn)。其中，非均質(zhì)程度主要根據(jù)實(shí)際儲(chǔ)層的滲透率極差來(lái)設(shè)定其取值，極差范圍介于1.0～100.0，因此非均質(zhì)程度組合類型分別選取3種(表1)。

表1 各影響因素取值及基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)取值Table 1 The value of each influencing factor and the value of the benchmark experiment

2 瀝青質(zhì)沉淀特征

2.1 儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)瀝青質(zhì)沉積的影響

2.1.1 多孔介質(zhì)厚度

將多個(gè)納米濾膜上下互相疊置，通過(guò)增加同一孔徑濾膜(10.0 nm)的厚度來(lái)研究多孔介質(zhì)的厚度對(duì)原油采收率的影響。圖1為不同厚度濾膜的原油采收率隨時(shí)間的變化。由圖1可知，隨濾膜厚度的增加，原油采收率不斷降低，CO2突破時(shí)間也不斷延長(zhǎng)。當(dāng)濾膜厚度由1.0 mm增至2.0 mm時(shí)，即濾膜數(shù)量由5片增至10片時(shí)，原油采收率降幅為58.15%，下降9.17個(gè)百分點(diǎn)。分析原因主要為：一是較高的毛管壓力導(dǎo)致原油被多層濾膜吸附，造成原油在濾膜之間的滯留；二是濾膜增厚后容易產(chǎn)生瀝青質(zhì)的沉淀，導(dǎo)致濾膜堵塞。

圖1 不同厚度濾膜下原油采收率隨時(shí)間的變化Fig.1 The variation of crude oil recovery efficiency with time at different filter membrane thicknesses

圖2為多片10.0 nm孔徑濾膜疊合成不同厚度濾膜的產(chǎn)出油與剩余油中瀝青質(zhì)含量隨濾膜厚度的變化曲線。由圖2可知：?jiǎn)螌訛V膜時(shí)剩余油中瀝青質(zhì)含量最小，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量最大；隨濾膜厚度增加，剩余油中瀝青質(zhì)含量不斷增大，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量不斷減小。通常多個(gè)重疊的濾膜孔徑尺寸相同，在相同注入壓力和悶井時(shí)間下，不同厚度濾膜產(chǎn)出油和剩余油中瀝青質(zhì)含量應(yīng)該相同，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻與之相反。分析原因主要是由于濾膜厚度增加，增大了原油在各個(gè)濾膜上的吸附量，而原油流經(jīng)每片濾膜時(shí)，將會(huì)與吸附在濾膜上不同質(zhì)量濃度的原油發(fā)生質(zhì)量濃度差異擴(kuò)散和組分傳質(zhì)等作用，會(huì)進(jìn)一步引發(fā)瀝青質(zhì)沉淀，造成濾膜孔隙堵塞，導(dǎo)致產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量下降。當(dāng)厚度增加至2.0 mm時(shí)，剩余油中瀝青質(zhì)含量達(dá)到49.74%，為所有影響因素下的最大剩余油中瀝青質(zhì)含量，說(shuō)明厚度對(duì)瀝青質(zhì)沉淀的影響程度最大。在實(shí)際頁(yè)巖儲(chǔ)層中，無(wú)論是儲(chǔ)層厚度還是儲(chǔ)層規(guī)模都遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)所用濾膜，因此，CO2驅(qū)替后都將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的瀝青質(zhì)沉積現(xiàn)象。

圖2 產(chǎn)出油與剩余油中瀝青質(zhì)含量隨濾膜厚度的變化Fig.2 The variation of the asphaltene contents in produced and remaining oil with the filter membrane thickness

2.1.2 多孔介質(zhì)孔隙半徑

圖3為3種孔隙半徑下原油采收率隨時(shí)間的變化曲線，其中，納米濾膜孔徑為0.2 nm時(shí)，由于孔隙毛管壓力非常高，在10 MPa注入壓力和140 ℃溫度時(shí)均沒有原油流出，因此，未在圖中繪出。當(dāng)濾膜孔徑增至1.0 nm時(shí)，原油從出口端產(chǎn)出，說(shuō)明在基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中注入壓力為4 MPa時(shí)，原油能夠克服此孔徑孔隙的毛管壓力而產(chǎn)生流動(dòng)，但由于濾膜孔徑小、毛管壓力高，出口端見氣時(shí)的原油采收率僅為10.96%。當(dāng)孔徑由10.0 nm增至100.0 nm時(shí)，原油采收率快速增加，由18.91%增至93.69%，CO2突破時(shí)間由1.82 h縮短至0.09 h，這是由于孔隙半徑的增大顯著降低了毛管壓力，導(dǎo)致原油滲流阻力減小。

圖3 不同孔隙半徑下原油采收率隨時(shí)間的變化Fig.3 The variation of crude oil recovery efficiency with time at different pore radius

圖4為不同孔徑濾膜產(chǎn)出油和剩余油中瀝青質(zhì)含量隨濾膜孔隙半徑的變化曲線。由圖4可知，隨著濾膜孔徑的增大，產(chǎn)出原油中瀝青質(zhì)含量不斷增大，剩余油中瀝青質(zhì)含量不斷下降。當(dāng)濾膜孔徑為100.0 nm時(shí)，產(chǎn)出油瀝青質(zhì)含量為4.21%，與初始原油中瀝青質(zhì)含量(4.88%)相近，同時(shí)原油采收率也大幅增加，說(shuō)明當(dāng)孔徑大于100.0 nm時(shí)，在相同溫度、壓力和注入條件下，瀝青質(zhì)沉淀對(duì)原油采收率的影響很小。通俗來(lái)講，濾膜可以類比為一個(gè)網(wǎng)篩，網(wǎng)篩孔徑增加有助于已析出的瀝青質(zhì)顆粒隨原油排出，減小瀝青質(zhì)沉積對(duì)孔隙的堵塞程度。

圖4 產(chǎn)出油和剩余油中瀝青質(zhì)含量隨濾膜孔徑的變化Fig.4 The variation of the asphaltene contents in produced and remaining oil with the pore radius of filter membrane

2.1.3 多孔介質(zhì)非均質(zhì)程度

為研究非均質(zhì)程度對(duì)CO2驅(qū)替效果和瀝青質(zhì)沉淀特征的影響，將3種不同孔徑尺寸的濾膜進(jìn)行組合來(lái)模擬多孔介質(zhì)非均質(zhì)類型。例如，將2片孔徑為100.0 nm和1片孔徑1.0 nm的濾膜按照100.0、1.0、100.0 nm的疊置順序互相重疊模擬一種非均質(zhì)類型，將100.0、10.0、100.0 nm的濾膜重疊在一起模擬第2種非均質(zhì)類型。作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，選取3片孔徑均為100.0 nm的濾膜疊置在一起模擬均質(zhì)多孔介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可知：均質(zhì)條件下原油采收率為41.50%；當(dāng)孔隙半徑極差為10.0時(shí)(最大孔徑與最小孔徑之比)，即100.0、10.0、100.0 nm濾膜組合形式的原油采收率為17.70%，降幅為57.30%；而當(dāng)孔隙半徑極差增大為100.0時(shí)，即100.0、1.0、100.0 nm濾膜組合形式的原油采收率僅為8.70%，降幅達(dá)到78.90%。說(shuō)明原油采收率隨非均質(zhì)程度的增大而急劇下降，主要是由于非均質(zhì)條件下，濾膜孔徑突變引起毛管壓力激增，導(dǎo)致原油滲流阻力突然增大，不但減慢了原油通過(guò)濾膜的時(shí)間，還增加了濾膜對(duì)原油的吸附。

圖5 濾膜非均質(zhì)性影響下原油采收率隨時(shí)間的變化Fig.5 The variation of crude oil recovery efficiency with time under the influence of different heterogeneity types

圖6為不同非均質(zhì)程度下產(chǎn)出油和剩余油瀝青質(zhì)含量對(duì)比圖。由圖6可知：均質(zhì)條件下剩余油中瀝青質(zhì)含量最小，為18.57%，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量最大，為1.86%；當(dāng)非均質(zhì)程度增大(孔徑極差增大)時(shí)，剩余油中瀝青質(zhì)含量不斷增加，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量不斷減小。分析原因主要是由于當(dāng)3層濾膜中間的濾膜孔徑下降時(shí)，類似大孔徑網(wǎng)篩的下方又疊置了一個(gè)小孔徑網(wǎng)篩，通過(guò)第1個(gè)大孔徑網(wǎng)篩的瀝青質(zhì)納米級(jí)顆粒將會(huì)被大量阻隔在第2個(gè)網(wǎng)篩表面，造成網(wǎng)篩孔隙堵塞，導(dǎo)致原油無(wú)法排出。通過(guò)對(duì)瀝青質(zhì)沉積前后第1片濾膜的潤(rùn)濕接觸角測(cè)定(圖7)發(fā)現(xiàn)，驅(qū)替前為水潤(rùn)濕的濾膜，在瀝青質(zhì)沉積后表面變?yōu)橛蜐?，?dǎo)致濾膜表面又會(huì)進(jìn)一步吸附原油，加重堵塞程度，進(jìn)而大幅降低原油采收率。在實(shí)際頁(yè)巖儲(chǔ)層中，非均質(zhì)程度更加嚴(yán)重，不同孔徑孔隙交錯(cuò)排列，瀝青質(zhì)沉淀引發(fā)的孔喉堵塞比常規(guī)油藏更加嚴(yán)重。

圖6 不同非均質(zhì)程度下產(chǎn)出油和剩余油中瀝青質(zhì)含量Fig.6 The asphaltene contents in produced and remaining oil at different degrees of heterogeneity

圖7 瀝青質(zhì)沉積前后第1片濾膜潤(rùn)濕接觸角的變化Fig.7 The changes of wetting contact angle of the first filter membrane before and after asphaltene deposition

2.1.4 儲(chǔ)層溫度

圖8為原油采收率及原油黏度與溫度的關(guān)系曲線。由圖8a可知，隨著實(shí)驗(yàn)溫度的增加，原油采收率不斷增大，氣體突破時(shí)間不斷縮短。特別是當(dāng)溫度由100 ℃增大至140 ℃時(shí)，原油采收率提高了61.16個(gè)百分點(diǎn)，CO2突破時(shí)間由1.68 h下降至0.72 h。通過(guò)測(cè)量不同溫度下原油黏度的變化(圖8b)發(fā)現(xiàn)，在100 ℃時(shí)原油黏度為26.63 mPa·s，當(dāng)溫度增至140 ℃時(shí)原油黏度下降至4.26 mPa·s，降幅達(dá)84.0%，表明原油黏度下降是提高原油采收率和加快CO2突破的主要原因。

圖8 原油采收率及原油黏度與溫度的關(guān)系Fig.8 The relationship between the crude oil recovery efficiency and the crude oil viscosity and temperature

圖9為原油黏度及產(chǎn)出油和剩余油瀝青質(zhì)含量隨溫度的變化曲線。由圖9可知，隨著溫度的升高，剩余油中瀝青質(zhì)含量增加，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量下降，這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)導(dǎo)致原油的不穩(wěn)定性加劇，增大CO2溶解量的同時(shí)，也加快了CO2與原油之間的組分傳質(zhì)速度，導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉淀。雖然溫度升高會(huì)導(dǎo)致瀝青質(zhì)沉淀，但原油采收率卻不斷提高，這與原油黏度隨溫度升高而降低有關(guān)。此外，當(dāng)溫度由100 ℃增至140 ℃時(shí)，原油黏度大幅降低，因此，溫度對(duì)原油采收率的影響主要是通過(guò)改變?cè)宛ざ葋?lái)實(shí)現(xiàn)[16]。而由于溫度升高產(chǎn)生的瀝青質(zhì)沉淀增加并未對(duì)原油采收率變化產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

圖9 原油黏度及產(chǎn)出油和剩余油瀝青質(zhì)含量隨溫度的變化Fig.9 The variation of the crude oil viscosity and the asphaltene contents in produced and remaining oil with temperature

2.2 注入?yún)?shù)對(duì)瀝青質(zhì)沉積的影響

2.2.1 注入壓力

圖10為不同注入壓力下原油采收率隨時(shí)間的變化曲線。由圖10可知，原油采收率隨注入壓力的增加而升高，且CO2從出口端的突破時(shí)間大幅縮短。尤其當(dāng)注入壓力由8 MPa增至10 MPa時(shí)，原油采收率由51.59%快速升至88.15%，生產(chǎn)時(shí)間由1.50 h減少至0.15 h，注入壓力每升高1 MPa時(shí)采收率提高18.28%，遠(yuǎn)大于其他注入壓力下的增幅。主要是由于高壓下CO2在原油中的溶解量增大，降低了原油黏度，提供了流動(dòng)性；且在高壓差作用下，原油克服毛管壓力的作用力增強(qiáng)，增大了從濾膜透過(guò)的能力。

圖10 不同注入壓力下原油采收率隨時(shí)間的變化Fig.10 The variation of crude oil recovery efficiency with time at different injection pressures

圖11為不同注入壓力下產(chǎn)出油和剩余油中瀝青質(zhì)含量變化曲線。由圖11可知，隨著注入壓力的增加，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量不斷增大，而剩余油中瀝青質(zhì)含量逐漸下降。這主要是因?yàn)樵龃笞⑷雺毫?，CO2在原油中的溶解量增加，原油的平衡體系被進(jìn)一步破壞，連接飽和分(芳香分)、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)之間的作用力被切斷，導(dǎo)致瀝青質(zhì)快速析出[17]，但此時(shí)析出的瀝青質(zhì)主要以納米級(jí)顆粒存在，肉眼并不可見，在高壓作用下，能夠與原油一起通過(guò)孔徑為10.0 nm的濾膜排出。剩余油中瀝青質(zhì)含量隨著注入壓力的上升而減小，但剩余油中瀝青質(zhì)含量卻遠(yuǎn)高于產(chǎn)出油，這是由于剩余油一直與注入端注入的CO2相連通，兩者之間持續(xù)發(fā)生組分傳質(zhì)和抽提萃取等作用，導(dǎo)致剩余油中瀝青質(zhì)大量析出，并不斷聚集締合形成絮狀物，造成剩余油中瀝青質(zhì)含量遠(yuǎn)高于產(chǎn)出油。

圖11 不同注入壓力下產(chǎn)出油和剩余油瀝青質(zhì)含量變化Fig.11 The variation of asphaltene content of produced oil and remaining oil at different injection pressures

2.2.2 悶井時(shí)間

圖12為不同悶井時(shí)間下原油采收率的變化。由圖12可知，悶井時(shí)間越長(zhǎng)，原油采收率越大，CO2突破時(shí)間越短。當(dāng)悶井時(shí)間由60 min增加至120 min后，原油采收率由39.27%增大至59.40%，增幅達(dá)51.30%，說(shuō)明增加悶井時(shí)間有助于提高原油采收率，這是由于CO2長(zhǎng)時(shí)間與原油作用后，能夠充分溶解于原油中，降低原油黏度的同時(shí)增大原油膨脹系數(shù)，降低原油通過(guò)濾膜時(shí)所受阻力，進(jìn)而提高原油采收率。

圖12 不同悶井時(shí)間下原油采收率隨時(shí)間的變化Fig.12 The variation of crude oil recovery efficiency with time at different shut-in durations

圖13為不同悶井時(shí)間下原油采收率及剩余油中瀝青質(zhì)含量的變化。由圖13可知，隨著悶井時(shí)間的增加，剩余油中瀝青質(zhì)含量不斷增加，而產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量不斷降低。主要是因?yàn)閻灳畷r(shí)間的增加延長(zhǎng)了CO2與原油的作用時(shí)間，導(dǎo)致原油中更多連接飽和分(芳香分)、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)之間的作用力被切斷，造成瀝青質(zhì)的析出、締合和沉淀。在注入壓力不變的前提下，締合變大的瀝青質(zhì)很難通過(guò)濾膜排出，導(dǎo)致產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量降低，而剩余油中瀝青質(zhì)含量增加。與注入壓力相似，剩余油中瀝青質(zhì)含量遠(yuǎn)大于產(chǎn)出油，但剩余油中瀝青質(zhì)含量相比注入壓力下的剩余油中瀝青質(zhì)含量偏小。

圖13 不同悶井時(shí)間下產(chǎn)出油和剩余油瀝青質(zhì)含量Fig.13 The asphaltene content of produced oil and remaining oil at different shut-in durations

3 影響因素對(duì)比分析

表2為各影響因素下原油采收率及原油瀝青質(zhì)含量變化。由表2可以看出，各影響因素下的剩余油中瀝青質(zhì)含量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量，說(shuō)明CO2驅(qū)能夠明顯提高頁(yè)巖儲(chǔ)層采收率，但剩余油中瀝青質(zhì)含量會(huì)大幅增加。當(dāng)濾膜厚度增加至1.0 mm和2.0 mm時(shí)，剩余油中瀝青質(zhì)增大幅度分別達(dá)至827%和919%，CO2驅(qū)替后剩余油發(fā)生了嚴(yán)重的瀝青質(zhì)沉積現(xiàn)象。

表2 各影響因素下原油采收率及原油瀝青質(zhì)含量變化Table 2 The changes in recovery efficiency and asphaltene content of crude oil under various influencing factors

為了進(jìn)一步定量評(píng)價(jià)各因素對(duì)瀝青質(zhì)沉淀的影響程度，采用帕雷托(Pareto)理論，得到不同因素對(duì)目標(biāo)函數(shù)(即瀝青質(zhì)沉淀)的影響程度(表2)。由表2可以看出，6個(gè)影響因素對(duì)瀝青質(zhì)沉淀的影響程度依次順序?yàn)闉V膜厚度、注入壓力、非均質(zhì)性、溫度、濾膜孔徑、悶井時(shí)間，影響程度分別為40.63%、20.74%、16.84%、10.86%、7.37%、3.56%。

4 結(jié) 論

(1)頁(yè)巖儲(chǔ)層CO2驅(qū)替后剩余油中瀝青質(zhì)含量遠(yuǎn)大于產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量，表明CO2驅(qū)會(huì)引發(fā)瀝青質(zhì)沉淀；當(dāng)原油中瀝青質(zhì)含量增加時(shí)會(huì)導(dǎo)致其黏度增大，潤(rùn)濕性發(fā)生反轉(zhuǎn)，孔隙表面原油吸附量增多，滲流阻力增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞孔隙，降低原油產(chǎn)量，甚至停產(chǎn)。

(2)隨著CO2注入壓力和濾膜孔徑的增加，原油采收率不斷增大，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量上升，剩余油中瀝青質(zhì)含量下降；隨著溫度和悶井時(shí)間的增加，原油采收率和剩余油中瀝青質(zhì)含量不斷增大，而產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量降低；隨著濾膜厚度和非均質(zhì)性的增強(qiáng)，原油采收率降低，產(chǎn)出油中瀝青質(zhì)含量降低，剩余油中瀝青質(zhì)含量增大。

(3)實(shí)驗(yàn)研究因素對(duì)瀝青質(zhì)沉淀的影響程度依次為濾膜厚度、注入壓力、非均質(zhì)性、溫度、濾膜孔徑、悶井時(shí)間，影響程度分別為40.63%、20.74%、16.84%、10.86%、7.37%、3.56%。