稠油油藏CO2吞吐參數優選室內實驗

王 飛，王 濤

（中海油田服務股份有限公司油田生產研究院，天津 300450）

近年來CO2作為驅替劑廣泛應用于三次采油之中，采用CO2吞吐提高采收率技術得到了廣泛應用。CO2吞吐提高采收率技術屬于非混相驅，主要作用機理包括降低原油粘度、使原油體積膨脹、降低界面張力和油水流度比、溶解氣驅、萃取以及酸化解堵等[1]。但每一種機理的作用效果與油藏特征、流體性質和注采條件等相關。近年來，我國在江蘇、勝利等油田已開展礦場試驗。但由于該項技術在國內尚處于試驗階段，對影響吞吐效果的眾多因素有待深入認識[2]。因此，為進一步認識該項技術作用機理，優化施工工藝參數，進行了室內CO2吞吐實驗。該室內實驗主要模擬結合L油田某區塊現場實際，該油田屬于普通稠油油藏，砂巖儲層孔隙度平均15.4%，滲透率主要分布在2～128 mD，屬于中低孔、中低滲儲層。由于油水粘度差異，導致水驅油效率低，注水開發效果差。本文根據該實驗結果并結合現場，對注入量、循環周期、關井時間及注入速度等主要影響因素進行總結認識，并對L油田下一步提高采收率具有一定的指導意義。

1 室內CO2吞吐實驗

1.1 實驗設備及流程

實驗所用巖心為人造巖心，4.5×4.5×30 cm，滲透率在20 mD左右。實驗用油為L油田某區塊井口原油和天然氣模擬地層原油，實驗用水為歐37區塊現場污水。實驗溫度90℃，在此條件下進行CO2吞吐實驗。實驗流程（見圖1）。

圖1 CO2吞吐室內實驗流程圖

（1）將出口端回壓調整到地層壓力，向巖心注水直到出口端出液為止，使巖心內具有穩定的地層壓力。

（2）向巖心內飽和模擬油，直到出口端沒有水流出為止，然后關閉所有閥門穩定一段時間。

（3）將出口端回壓調整到目前的地層壓力，進行衰竭采油，直到不產油為止。

（4）在目前的地層溫度和壓力下從采出端以恒定速度反向注入CO2，當注入CO2量達到預定倍數孔隙體積時，停止注氣。

（5）停止注氣后關閉巖心入口端和出口端的閥門，進行燜井，直到預定的燜井時間為止。

（6）調整出口端的回壓到目前的井底壓力，打開出口端閥門，以較慢的壓降速度進行衰竭開采，直到不出油為止。

1.2 實驗方案

實驗設計不同CO2注入量，不同循環周期和不同關井時間下CO2吞吐對原油采收率的影響。實驗方案（見表 1～表 3）。

表1 一次循環下CO2吞吐實驗數據

表2 二次循環下CO2吞吐實驗數據

表3 三次循環下CO2吞吐實驗數據

2 實驗結果及分析

2.1 CO2注入量對吞吐效果的影響

注入量是影響CO2吞吐效果比較敏感的參數。保持注入速度和關井時間不變，得出CO2注入量與采收率的關系曲線圖（見圖2）。

如圖2所示，隨著CO2注入量的增加，原油采收率不斷增加，但采收率增加幅度卻有著明顯的變化。當注入量小于0.15 PV時，原油采收率隨著CO2注入量的增加而急劇增加；當CO2注入量超過0.15 PV時，隨著CO2注入量的增加，原油采收率增加的幅度明顯減小，基本上保持不變。在確定最佳注入量時，要考慮換油率，因此需要結合換油率來確定CO2的最佳注入量。

圖2 CO2注入量與采收率的關系

2.2 循環周期對CO2吞吐效果的影響

實驗分別選取0.1 PV、0.15 PV和0.5 PV三個不同的注入量下進行3個周期的吞吐實驗。根據實驗結果做出不同循環周期下原油采收率的關系曲線（見圖 3）。

圖3 不同循環次數下CO2注入量與采收率的關系

從實驗結果中可以看出，第一個循環周期下CO2吞吐的采收率明顯高于后兩個周期。當CO2注入量低于0.15 PV時，第二個周期的吞吐采收率依然可以達到7%以上，而第三個周期的采收率則相對較低，基本不會超過5%。而當CO2的注入量超過0.15 PV后，后兩個周期的采收率隨CO2注入量的增加變化較小，且采收率相對較低，并不適合進行二次和三次吞吐。因此，對于L油田某區塊來說，進行CO2吞吐時，若第一個周期的注入量小于0.15 PV，并且剩余油較多時，可以進行第二個周期的吞吐措施，從而在最低的注采成本下，達到最大的經濟效益。但一般不進行第三個周期的吞吐措施。

2.3 關井時間對CO2吞吐效果的影響

保持注入量和注入速度不變，研究不同關井時間對CO2吞吐效果的影響，實驗結果（見圖4）。

圖4 不同關井時間下CO2注入量與采收率的關系

從圖4中可以看出，不同的關井時間對CO2吞吐的采收率的影響十分微小。這是因為，由于實驗所用巖心長度有限，不能模擬CO2向地層深處的侵入以及地層遠處原油向井底附近的能量補充，并且巖心中原油含量有限，從而溶解CO2所需的時間也是十分有限，因此該室內實驗中燜井時間的影響并不能模擬出現場實際施工中燜井時間對CO2采收率的影響。

根據CO2在原油中的溶解特性以及溶解速率，結合實際的施工經驗，并參考其它文獻調研[2-3]，確定對于L油田關井時間1～3周為最佳。

2.4 CO2注入量與換油率和采收率的關系

換油率是評價CO2吞吐效果的一個重要指標，根據室內實驗數據得出不同CO2注入量下采收率和換油率的關系（見圖5和6）。

圖5 一次循環下CO2注入量與采收率和換油率的關系

從圖5中可以看出，在第一個循環周期中，隨著CO2注入量的增加，換油率顯著下降，而采收率卻有所增加。最佳注入量為0.1 PV，在此注入量下的吞吐效果最為理想，既可以保證CO2吞吐的采收率，又可以使注入的CO2得到充分的利用。

從圖6可以看出，第二個和第三個循環周期下的CO2利用率明顯低于第一個周期。但根據前面的分析，在注入量為0.15 PV之前，二次循環的采收率依然可以達到7%以上，因此在CO2注入量較低且成本允許的情況下，可以進行第二個周期的吞吐。而從第三個周期的實驗數據來看，換油率與采收率均十分的低，注入大量的CO2也不會明顯提高吞吐的采收率，因此不易進行第三個周期的吞吐措施。因此，對于L油田某區塊可以進行兩個周期的吞吐措施，而不適合進行三次吞吐。

圖6 不同循環周期下CO2注入量與換油率的關系

圖7 不同注入速度與采出程度的關系

2.5 注入速度對CO2吞吐效果的影響

CO2的注入速度主要影響指進和氣體顛覆的程度。指進現象越嚴重，吞吐效果越好，氣體顛覆則對吞吐不利。注氣的初始階段，其吞吐效果隨著注入速度增加而增加，但達到一定極限后，隨CO2注入速度增加而降低，因而CO2吞吐存在一個最佳注入速度。

該實驗中，最佳注入速度為6×10-4m3/min。根據調研相關文獻以及結合L油田，建議現場注入速度不應該低于8 t/d，在10～15 t/d為最佳的注入速度，吞吐效果最為理想[4]。

3 結論

（1）針對L油田某區塊普通稠油油藏，儲層物性相對較差，連通性不好，注水開發效果差。CO2吞吐技術可以降低原油粘度、使原油體積膨脹、降低界面張力和油水流度比，改善L油田的開發效果。

（2）CO2注入量、循環周期、注入速度及關井時間等是影響CO2吞吐作業提高采收率的主要影響因素。根據實驗結果，現場施工時設計最佳注入量為0.1～0.15 PV，循環周期視注入量而定，但一般不建議第三次循環；最佳的關井時間為1～3周。

[1]程詩勝，劉松林，朱蘇清.單井CO2吞吐增產機理及推廣應用[J］.油氣田地面工程，2003，22（10）：16-17.

[2]楊勝來，王亮，何建軍，等.CO2吞吐增油機理及礦場應用效果[J］.西安石油大學學報，2004，19（4）：23-25.

[3]何應付，梅士盛，楊正明，等.蘇丹Palogue油田稠油CO2吞吐開發影響因素數值模擬分析[J］.特種油氣藏，2006，13（1）：64-67.

[4]張懷文，張翠林.CO2吞吐采油技術工藝研究[J］.新疆石油科技，2006，4（16）：19-21.