濮城油田沙一下油藏CO2/水交替驅提高采收率數值模擬研究

杜　燕,劉銀山

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院,陜西西安 710075)

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濮城油田沙一下油藏CO2/水交替驅提高采收率數值模擬研究

杜燕,劉銀山

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院,陜西西安 710075)

濮城油田沙一下油藏經長期注水開發，綜合含水高達98.7%，繼續水驅提高采收率難度加大。為研究CO2/水交替驅在沙一下油藏的適應性，先進行巖心實驗，進而利用油藏數值模擬評價其驅油效果，并對CO2注入速度、CO2段塞數目、交替注水速度和壓力水平4個注采參數進行優化模擬。結果表明，濮城沙一下油藏注CO2最小混相壓力18.4 MPa，地層條件能實現水氣混相驅替，當注入倍數為1.28時，采收率達57.6%，比單獨水驅采收率提高5.7%。選擇CO2注入速度40.0 t/d，CO2段塞數目8個，水注入速度280.3 m3/d，壓力水平18.8 MPa作為最優方案參數，預測5年后含水率恢復到起始水平，采出程度能達64.6%。

濮城油田； CO2/水交替驅； 驅油機理；數值模擬； 注采參數

濮城油田沙一下油層投產的同時采用了注水開發模式，目前綜合含水高達98.7%，已進入開發后期特高含水開發階段。長期的強注強采開發措施使得儲層水驅動用程度很高，采出程度達51.9%。由于發生強烈的水竄、水淹情況，繼續水驅已不能進一步有效地提高采收率[1-4]。

濮城油田沙一下油層為一均質、滲透率適中、喉道較好的儲層，原始地層壓力23.6 MPa，目前平均地層壓力20.2 MPa，儲層溫度84.6 ℃，地層水礦化度27.4×104mg /L，其高含水、高礦化度、高溫等特點適合采用CO2驅提高采收率。國內外許多實驗研究以及現場實際應用結果都顯示，利用CO2進行驅油不但能有效地提高原油采收率，而且有很高的環保效益，但單獨CO2驅因黏性指進等因素導致波及效率較低，進而影響采收率[5-10]。因此研究沙一下油藏CO2/水交替驅提高原油采收率技術，對于探索濮城油田特高含水油藏提高采收率技術具有重要意義。

1　水、氣交替注入提高采收率機理

油藏儲層流體在水/氣交替驅油過程中會形成復雜的三相滲流。注入的水、氣并不會形成活塞式驅油，更難以波及到全油層。在多相滲流過程中，受黏度差、毛細管力、黏滯力、界面張力等影響，各相流量將隨驅油過程中各相飽和度的變化而改變[11-15]。室內研究和油田實踐都表明：提高原油采收率的關鍵在于有較大的波及體積，同時有較高的驅油效率。而水驅的不足是驅油效率相對較低，氣驅則是波及效率較低。水/氣交替注入則可以綜合兩者的優點，在保證波及體積的同時擁有較高的驅油效率。

CO2/水交替注入方式有很多，主要分為混相驅替和非混相驅替[16-18]。混相驅替過程需要補充壓力以保證儲層壓力高于最低混相壓力，從而實現氣水混相。而在實際驅油過程中，由于流體成分變動、儲層結構變化等因素影響，所提供的壓力并不能保證完全混相，因而真實的驅替過程將在混相與非混相之間震蕩，大部分混相水/氣交替注入都是在近井距上實現的。氣/水非混相驅替其目的主要在于提高驅替前緣穩定性，并最大限度接觸未波及層，以提高波及效率。

2　CO2/水交替驅油提高采收率室內研究

選取28塊濮城沙一下巖心進行實驗，巖心直徑為2.50 cm，長度為5.8～8.5 cm，總長度為197.4 cm，平均孔隙度為26.1%，平均滲透率為245.5×10-3μm2。設置實驗條件為溫度85.0 ℃，壓力20 MPa。在實驗前先通過原油驅替使巖心形成相同的含油飽和度和束縛水飽和度。

CO2在驅油過程中會與儲層流體發生物理、化學作用，從而大幅度降低地層原油黏度，提高原油膨脹系數，更有利于原油開采。通過CO2注入過程中的原油相態變化，可以更直觀地了解CO2的驅油機理。隨著CO2注入量增加，氣油比、膨脹系數和黏度變化曲線如圖1所示。

圖1　原油相態與CO2注入量變化關系曲線

從圖1可以看出，隨著CO2注入量增加，氣油比快速上升，當CO2注入量達到60%時，氣油比從開始的64.28 m3/m3增大到457.60 m3/m3，飽和壓力也上升到了28.4 MPa。同時原油膨脹系數增加到了1.60，原油黏度則由注入前的2.29 mPa·s下降到0.56 mPa·s，降幅達到75.6%。

通過細管實驗與壓力組分實驗得知，濮城沙一下油藏注CO2最小混相壓力為18.4 MPa，低于目前的平均地層壓力20.2 MPa，可以實現水氣交替混相驅開采。模擬儲層特征開展CO2/水交替注入實驗，分為4個段塞注入，每個段塞0.1 HPV，總注入量為0.4 HPV，得到含水率和采出程度與CO2/水交替注入量的關系如圖2所示。

圖2　采出程度、含水率隨注入孔隙體積變化關系

從圖2中可以看出，隨著CO2注入，含水率保持不變，而采出程度迅速增加。隨著注氣結束開始注水，含水率也快速上升，而此時采出程度增長幅度相對緩慢，當注入倍數為1.28時，采收率達到57.6%，比目前濮城沙一下油層單獨水驅采收率提高了5.7%。

為了優化注入段塞大小，繼續進行對比實驗，實驗分為7個CO2段塞，每個段塞0.02 HPV，總注入量0.14 HPV，實驗數據如圖3所示。可以看出，原油最終采收率達到69.3%，在前期基礎上又提高了11.7%，同時可以看出，沙一下油層在氣/水交替驅替時，CO2的總注入量應不小于0.14 HPV。

圖3　采出程度、含水率隨注入孔隙體積變化關系

3　CO2 /水交替驅油數值模擬

(1)模型參數確定。根據CO2驅油的適用油藏條件，結合沙一下油藏的井網、井況現狀，選定濮1-132井組進行數值模擬研究。濮1-132井組有1口注入井，3口生產井，位于濮31斷層以東，共5層油砂體，主力小層為沙一下12和13，其中12小層砂巖有效平均厚度2 m，平均孔隙度24%，滲透率(20～200)×10-3μm2，平均50×10-3μm2；13小層有效平均厚度6.1 m，孔隙度28%～30%，滲透率(300～2 000)×10-3μm2，平均690×10-3μm2。井組地質儲量62.1×104t，目前采出程度52.1%，剩余油飽和度40.7%。根據井組的孔、滲、飽等數據參數建立網格總數為88×148×5=65 120個網格系統。

(2)動態參數預測。為確定最優CO2/水交替驅油技術效果，評價和篩選出合理的工作參數，先選取CO2注入速度、CO2段塞數目、交替注水速度和壓力水平4個參數進行開發效果評價。基本的開發設計參數如表1所示。

以控制變量法逐一改變單一變量，模擬分析在不同的CO2注入速度、CO2段塞數目、交替注水速度和壓力條件下的開發效果，進而分析這四個變量變化對開發效果的影響。由驅替實驗可知，進行水氣交替驅替時，含水率會先下降，后不斷增大，故設定含水率恢復到起始含水率為模擬節點。其變化數據如表2，得到的開發動態預測結果如圖4。

表1　CO2/水交替驅油數值模擬開發設計參數

表2　開發動態參數設計變化數據

從圖4中可以看出，累計產油和總采出程度隨著CO2注入速度、CO2段塞數目、水注入速度、壓力水平的增加不斷升高，并且變化趨勢也比較相似，都是先快速增加、后逐漸變緩慢。而累計氣換油率隨著CO2注入速度、CO2段塞數目的增加反而大幅降低，并隨著水注入速度、壓力水平的增加而增加，但是幅度比較小。

比較四個動態參數影響可以看出，CO2注入速度、壓力水平對于開發動態影響更為明顯，增加CO2注入速度和增加壓力都能大幅度提高采收率，而增加CO2段塞數目或水注入速度對于采收率的影響整體較為平緩。

從圖4d中可以看出,采出程度隨壓力增加上升，當壓力達到18.8 MPa后采出程度明顯變緩，后期隨壓力上升增長幅度很小。分析原因是隨著壓力增大，CO2越來越多的溶于原油，當壓力達到18.8 MPa時CO2全部形成混相驅油，驅油效率趨向于穩定。

(3)動態參數優化。結合各注采參數對開發評價指標的影響， 并考慮實際經濟效益，選擇CO2注

圖4　不同動態參數下開發動態預測對比

入速度為40.0 t/d，CO2段塞數目為8個，水注入速度為280.3 m3/d、壓力水平為18.8 MPa作為最優方案參數進行模擬。數據顯示濮1-132井組在實施方案5年后含水率基本恢復到起始水平。濮1-132井組5年的開發動態指標預測如圖5所示。

從圖5中可以看出，該方案實施6個月后開始見效，隨后日產油量迅速上升，并在2年左右達到峰值；采油速度在4年左右達到峰值，隨后開始緩慢下降，并在很長一段時間內相對穩定在0.2%～0.25%。5年后采出程度增量達到12.7%；5年后采出程度達到64.6%，實施CO2/水交替驅油效果明顯。

圖5　1-132井組推薦方案開發動態指標預測

4　結論

(1)巖心實驗表明，隨著CO2注入，氣油比快速上升，飽和壓力下降，原油黏度也大幅下降，濮城沙一下油藏注CO2最小混相壓力18.4 MPa，油藏條件能實現CO2混相驅替。

(2)當CO2注入倍數為1.28時，采收率可以達到57.6%，比單獨水驅采收率提高5.7%。沙一下油藏在氣/水交替驅替時， CO2的總注入量應不小于0.14 HPV。

(3)增大CO2注入速度、CO2段塞數、水注入速度和壓力水平都能提高原油采出程度，并且CO2注入速度和CO2段塞數對于采收率的影響更為明顯。但隨著4個注采參數的增大，采出程度和累計產量增幅都趨緩。

(4)選擇CO2注入速度40.0 t/d，CO2段塞數目8個，水注入速度280.3 m3/d、壓力水平18.8 MPa作為最優方案，實施6個月見效，5年后含水率恢復到起始水平，采出程度能達64.6%，實施CO2/水交替驅油效果明顯。

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編輯：王金旗

1673-8217(2016)05-0071-04

2016-04-20

杜燕，高級工程師,1966年生，1990年畢業于西南石油大學油藏工程專業，現主要從事油氣田開發研究工作。

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