CO2驅油效率的物理模型實驗研究

張明龍 方樹耿 郭永杰

(1.中國石油華北油田分公司勘探開發研究院 河北任丘 062552；2.中國石油華北油田分公司合作開發項目部 河北任丘 062551)

1 引言

CO2驅油技術是當前常用的一種提高石油開采采收率的采油技術[1]，其是通過向目標的油藏注入一定量的CO2，通過利用CO2溶于原油對原油的粘度、體積等物理性質進行改變，最終提高目標油藏開發中的原油的流動性便于出油，提高油井產量[2-4]。

目前已有的CO2驅油技術，通常可以提高原油采收率10%左右，同時，目前也有大量的研究機構和學者開始對CO2驅油技術及相關理論進行了大量的實驗研究，如文獻[5]中就提出了一種通過控制CO2的溶度來實現對超稠原油的油性進行改變，提高其流動性，使其更加易于開采；在文獻[6]和[7]中也提出了相似的技術，并且通過大量的數值模擬對不同的基于CO2驅油的物理模型進行了實驗研究分析，找出了適合高粘度的原油的油田開采的CO2驅油物理模型；這些研究在一定程度上都有效的驗證了通過CO2可以有效的提高原油的采收率，但是并沒有給出具體的物模實驗分析和綜合性的分析，實用性較低。

針對這一背景，本文通過在理論研究和分析的基礎上，提出了CO2+助劑輔助蒸汽吞吐的驅油方式，同時在超稠原油采油過程中進行了物理模型實驗研究，并與已有的蒸汽驅油和蒸汽+CO2驅油方式進行對比分析，驗證了該驅油方法的可行性和優勢。可以有效的提高超稠原油采收率。

2 CO2+助劑輔助蒸汽吞吐采油物模實驗

2.1 實驗地質概況

本文開展的物模實驗的油井位于D油田的S油田區域，該區域的油質為超稠油質，其含油量豐富，但是經過長時間的開采，目前該油區的出油量已經明顯減少。

在S油田油區的整個儲油層的物理性質良好，非均質性表現較強，并且屬于大孔、高滲油藏類型。油層為親水性油層，隨著底層的溫度的增高整個油層的親水性增強，目前經整個油區已經經過了多年的蒸汽吞吐生產，油井主要是以高輪次油井為主，并且隨著生產時間的加強，目前井下技術狀況已經逐漸變差。

2.2 模型參數設置及實驗條件

在進行CO2+助劑輔助蒸汽吞吐采油物模實驗過程中，采用的物理模型主要是根據D油

田的S油田區域的平均滲透率，孔隙度等參數，利用油層的砂建立的松散砂線性物理模型，其具體的模型參數設置如表1所示。

表1 物理模型基礎數據表

在實驗過程中，控制實驗的溫度為地層溫度38℃，原始的壓力為原始地層的壓力，為7.38Mpa，同時實驗過程中采用的是恒壓注入方式進行注入，為18MPa，注入的氣體的溫度大小為260℃，注入的蒸汽的干度為75%。

（1）原油

實驗過程中的實驗用原油為D油田S區原油。

（2）地層水

地層水為D油田S區的地層水，礦化度為1917.4mg/l。

（3）蒸汽

實驗過程中控制其溫度為260℃，干度為75%。

（4）CO2

實驗過程中所用的CO2其純度為99.7%，壓力為6MPa。

（5）助劑

實驗用助劑為WZ-AS 高溫泡沫助排劑、EOR-CL/LHXIII 磺酸鹽助排劑和混和型助排劑。

2.3 物模實驗裝置及流程設計

在CO2+助劑輔助蒸汽吞吐采油物模實驗模型和條件的基礎上，為進一步完成物模的實驗內容，本文給出了如圖1所示的物模實驗流程設計，整體流程主要油蒸汽發生器、注入系統、巖心夾持器系統、原油采出計量系統組成。在實驗過程中，首先設置蒸汽發生器的相關控制參數，產生滿足實驗需求的蒸汽，然后由注入系統注入蒸汽和CO2，注入系統由注入泵，流體樣品筒、溫度控制空氣浴三個部分組成，流體樣品筒主要是由地層原油儲樣器、地層水儲樣器、注入氣儲樣器等樣品存儲器組成，為實驗過程中提供各種流體；完成注入后，原油出來后通過計量系統進行計量。

圖1 物模實驗裝置

本文實驗過程中對D油田S油區進行蒸汽吞吐（實驗中編號為A）、蒸汽+CO2吞吐（實驗編號為B）、蒸汽+CO2+助劑吞吐（實驗編號為C）三種實驗，對不同吞吐方式下的驅油的效率進行對比分析。

3 實驗及結果分析

為了驗證本文提出的蒸汽+CO2+助劑驅油方式的優越性和可靠性，本文通過三組實驗進行了對比測試和分析，首先對三組實驗中的吞吐方式和注氣量與周期數的關系進行了測試，其測試數據結果如下表1所示。

表1 三種不同驅油方式下不同周期內的注氣量物模實驗結果

為了更加直觀的判斷出三種驅油方式下的注氣量隨著周期的變化關系，本文對其數據進行了統計得到了如圖2所示的統計結果，通過該結果可以容易的對比分析得出，其中B和C實驗方案的蒸汽的注入量在第二個周期內明顯小于A組的蒸汽注入量，但是在第二周期以后B和C組的實驗中，其蒸汽的注入量明顯增加，相對于A組其增速明顯加大，并且在第三個周期后B和C組實驗的注氣量明顯高于A，并且保持著一定的增速平穩增長，而A組實驗在第三周期后注氣量增速下降，到第五周期后注氣量出現減少趨勢，其結果表明，雖然CO2、助劑的注入對蒸汽注入的能力有一定的提升，但是CO2和助劑在注入過程中需要占據一部分的孔隙體積，這樣導致巖芯的可注入的體積下降，進而導致了出現第二周期的過程中注入CO2和助劑的B和C組實驗過程中能夠注入的蒸汽量比單獨的蒸汽吞吐方式下的A組實驗略有下降，但是隨著CO2和助劑的溶入后，整個注氣量在后期還是呈現增加的趨勢，相對于沒有注入CO2和助劑的C組其注氣量得到了明顯的提升。這表明本文提出的蒸汽+CO2+助劑的驅油方式的注氣量在后續周期內明顯增加，即原油在該種驅油方式下，其可以溶解更多的CO2，可以更好的改善超稠油的粘性，提高其流動性，使得其開采更加容易。

圖 2 D油田S油區三種吞吐方式注汽量與周期數關系圖

同時根據實驗中統計的采出計量數據，本文統計了A、B、C三組實驗條件下的周期收率隨著周期數據如下表2所示。

表2 D油田S油區三種吞吐方式不同周期內采收率物模實驗結果

在此基礎上，對三種不同方式下的不同周期內的原油采收率的進行了統計分析，通過采出數據的變化很容易發現B、C組的驅油效果明顯要優于A組，其中A組在九個實驗周期內積累的采收率只有30.23%，而B組實驗中該數據可以達到35.7%，A組實驗中該數據可以達到38.69%，A組實驗的驅油效果明顯提升，提升程度高達8.46%，這表明采用CO2+助劑+蒸汽的吞吐方式，對提高驅油效果非常明顯。

通過從上述實驗結果來看，A、B、C三種實驗方案中，C組方案的實驗數據結果最優，即本文提出的CO2+助劑+蒸汽方式對提高D油田S油區的超稠油的采收率具有非常明顯的效果。

4 結語

D油田S油區長期以來作為D油田的主產油區，但是隨著長期的開采該油區的油質和出油量明顯下降，油井開采出來的原油的粘稠度也越來越高，這給S油區穩產穩質帶來了嚴重的挑戰。本文通過研究和分析該油區的原油特點，通過構建物模實驗，探討和分析了采用CO2和助劑的方式來實現對超稠油的開采，提高其采油量，物模實驗結果表明，采用本文提出的CO2+助劑+蒸汽的混合式驅油方法，可以有效的提高采油量，對進一步開采和充分利用薩爾圖油區的石油資源，保證該油區的原油產量的穩定和質量的可靠具有非常重要的意義。

［1］李志鵬. 東營凹陷高89地區CO2驅油及封存過程中斷層縱向安全性評價體系［J］. 油氣地質與采收率,2015,06:41-46.

［2］徐婷,楊震,周體堯,李凌. 中美CO2捕集和驅油發展狀況分析[J]. 國際石油經濟,2016,04:12-16+28.

［3］李凡,羅躍,丁康樂,劉承杰,劉巍,安科,王鼎. 勝利油田G89-1區塊CO2氣驅封竄劑的性能評價［J］. 油田化學,2014,01:51-55.

［4］王廣霞. 試井技術在特低滲透儲層CO2驅油中的應用[J]. 石油工業技術監督,2013,11:45-48.