縫洞型油藏不同注入氣體最小混相壓力計(jì)算方法

朱桂良，劉中春，宋傳真，張 慧

(中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京 100083)

0 引 言

塔河油田縫洞型油藏經(jīng)過(guò)彈性能開(kāi)發(fā)、底水能量開(kāi)發(fā)、注水開(kāi)發(fā)， 2012年開(kāi)始轉(zhuǎn)為注氣吞吐及氮?dú)怛?qū)替開(kāi)發(fā)，取得較好效果，但對(duì)于注氣機(jī)理的研究處于初級(jí)階段，注入氣發(fā)生混相的機(jī)理尚不明確[1-15]。部分學(xué)者對(duì)常規(guī)砂巖油藏的最小混相壓力進(jìn)行了研究，提出了關(guān)于最小混相壓力的計(jì)算公式[16-20]，但塔河油田油品性質(zhì)差異大，稀油和稠油均有分布，上述公式并不適用。因此，基于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究塔河油田特定油品在不同注入氣體情況下的混相情況，并建立塔河油田不同油品性質(zhì)、不同注入氣體的最小混相壓力計(jì)算公式。

1 最小混相壓力測(cè)試

1.1 測(cè)試方法

目前確定最小混相壓力的方法主要有實(shí)驗(yàn)測(cè)定法、數(shù)值模擬法和經(jīng)驗(yàn)公式法等。細(xì)管實(shí)驗(yàn)是研究油藏注氣混相條件的重要手段，目前已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的測(cè)定氣驅(qū)最小混相壓力的通用方法。設(shè)計(jì)制作了細(xì)管實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括注入系統(tǒng)、細(xì)管模型、回壓調(diào)節(jié)器、壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、產(chǎn)出油(氣)計(jì)量系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)裝置最大工作壓力為80 MPa，最高工作溫度為180 ℃。細(xì)管實(shí)驗(yàn)的主體是一根內(nèi)部裝填石英砂或玻璃珠的耐高溫耐高壓不銹鋼盤管，放置于恒溫空氣浴中。高溫高壓條件下，注入氣驅(qū)替細(xì)管模型中的地層原油，在過(guò)渡帶中注入氣與地層原油發(fā)生組分交換。在合適的壓力條件下，注入氣與原油達(dá)到多次接觸動(dòng)態(tài)混相，該過(guò)程與油層中發(fā)生的氣驅(qū)油過(guò)程相似，從而可以確定最小混相壓力。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用原油為在塔河油田獲取的4種油樣，其中，2種為稀油，2種為稠油，具體原油性質(zhì)見(jiàn)表1。油田現(xiàn)場(chǎng)注氣主要采用CO2或N2，結(jié)合塔河油田實(shí)際生產(chǎn)情況，研究了注入氣體為N2、N2+ CO2復(fù)合氣(N2與CO2的含量比分別為80∶20、50∶50、30∶70)及CO2與原油的最小混相壓力。

表1 塔河油田4種取樣原油參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 最小混相壓力確定準(zhǔn)則

細(xì)管實(shí)驗(yàn)判斷混相的通用準(zhǔn)則為：注入1.2倍孔隙體積氣體時(shí)的驅(qū)油效率(原油采出程度)大于90%，且隨著驅(qū)替壓力的升高，驅(qū)油效率沒(méi)有明顯增加。基于此，利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得4種油樣在5種注入氣達(dá)到1.2倍孔隙體積時(shí)的驅(qū)油效率，繪制不同壓力下，注入1.2倍孔隙體積時(shí)驅(qū)油效率的關(guān)系曲線，混相前與混相后的2條直線段的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力值即為最小混相壓力(圖1)。

圖1 最小混相壓力確定方法示意圖

2.2 最小混相壓力測(cè)試結(jié)果

根據(jù)細(xì)管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，基于混相準(zhǔn)則，確定了塔河油田4個(gè)油樣的最小混相壓力(表2)。由表2可知，稀油最小混相壓力較小，稠油最小混相壓力較大，隨著油藏溫度升高，最小混相壓力升高，CO2比例大于50%的復(fù)合氣才能與原油混相。

3 縫洞型油藏最小混相壓力計(jì)算方法

3.1 常規(guī)計(jì)算方法

目前，針對(duì)CO2驅(qū)最小混相壓力預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式較多，且每個(gè)公式所考慮的影響因素也不同[16-30]。如Alston關(guān)聯(lián)式(式1)，考慮了溫度、輕質(zhì)組分、重質(zhì)組分、C1、CO2及N2的影響，但未考慮CO2與N2比例的影響，與其他公式相比，考慮較為全面。因此，在Alston公式的基礎(chǔ)上改進(jìn)，形成了塔河縫洞型油藏注氣最小混相壓力計(jì)算公式。

(1)

式中：MMP為最小混相壓力，MPa；T為溫度，℃；MWC7+為C7+的分子質(zhì)量，g/mol；Xvol為C1和N2組分的摩爾分?jǐn)?shù)，%；Xint為C2—C6及CO2的摩爾分?jǐn)?shù)，%。

表2 4種油樣最小混相壓力測(cè)試結(jié)果

3.2 改進(jìn)計(jì)算方法

引入CO2占注入氣體(CO2與N2的復(fù)合氣)比值R，建立了N2和CO2不同比例混合氣最小混相壓力計(jì)算公式：

(2)

式中：X、a、b、c、d為待確定參數(shù)；R為CO2占復(fù)合氣的比例。

為了方便求解，將式(2)兩邊取對(duì)數(shù)，得到：

(3)

將4種油樣的原油組分、溫度及最小混相壓力等結(jié)果(表1、2)帶入式(3)中，利用多元回歸方法求取各變量參數(shù)，最終確定X、a、b、c、d分別為e-6.8018、2.234、2.499 4、0.430 7、-0.873 9，則塔河油田縫洞型油藏注氣最小混相壓力的計(jì)算公式為：

(4)

4 方法應(yīng)用

W-1井是塔河油田一口生產(chǎn)井，經(jīng)過(guò)前期彈性開(kāi)發(fā)和注水開(kāi)發(fā)后，井間剩余油富集，后期采用注氣開(kāi)發(fā)。注氣方案設(shè)計(jì)前，利用式(4)計(jì)算了不同注入氣的最小混相壓力(圖2)。由圖2可知，當(dāng)油藏壓力為62 MPa時(shí)， CO2占注入氣的比例超過(guò)60%時(shí)才能實(shí)現(xiàn)混相，因此，最終注氣方案中N2與CO2的比例為40∶60。注氣方案實(shí)施后，取得較好的注氣效果，換油率達(dá)到0.5 t/m3。實(shí)例應(yīng)用表明，利用文中建立的縫洞型油藏最小混相壓力的計(jì)算方法，能夠有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)注氣方案的制訂。

圖2 W-1井不同注入氣最小混相壓力計(jì)算結(jié)果

5 結(jié) 論

(1) 基于細(xì)管實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)了塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏注氣最小混相壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，明確了塔河油田不同油樣在N2、N2+ CO2復(fù)合氣(N2與CO2的含量比分別為80∶20、50∶50、30∶70)及CO2等5種注入氣中的混相特征及不同壓力下的最小混相壓力。

(2) 在常規(guī)計(jì)算方法分析的基礎(chǔ)上，利用最小混相壓力測(cè)試結(jié)果，基于Alston關(guān)聯(lián)式，引入CO2占注入復(fù)合氣比值R，通過(guò)多元回歸方法，建立了適合塔河油田縫洞型油藏不同油品性質(zhì)、不同注入氣體下的最小混相壓力計(jì)算方法。

(3) 用建立的縫洞型油藏不同注入氣最小混相壓力計(jì)算方法，明確了注入氣混相機(jī)理，為現(xiàn)場(chǎng)注氣方案的設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。實(shí)例應(yīng)用表明，W-1井油藏壓力為62 Pa時(shí)，注氣方案采用CO2與N2的比例為60∶40，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，取得較好效果，換油率達(dá)到0.5 t/m3。