層內自生二氧化碳驅油技術在大情字井油田應用研究

王爽

摘? ? ? 要： 大情字井油田屬于低滲、特低滲透油藏，成藏條件復雜。由于沉積特征及天然裂縫發育，導致該油田存在明顯的水驅優勢方向;又由于水井井況問題嚴重，局部井網不完善，地層能量不足，導致油田的開發效果及原油采收率受到了影響，因此提出層內自生二氧化碳吞吐采油工藝技術。該技術具備CO2驅油技術的普遍優點，還能夠解決常規CO2技術存在的氣源不足、污染嚴重、投資大、腐蝕等問題。針對地層能量不足井、近井地帶結垢嚴重井、水淹水洗嚴重井等不同類型油井開展了層內注入自生CO2體系試驗。通過不同類型井的增油效果來明確大情字井油田自生CO2的適應性，制定適應大情字井油田的層內生成CO2吞吐井的篩選標準。本文針對大情字井油田的特點篩選了自生二氧化碳體系，并開展試驗，增油效果明顯，為大情字井油田增能措施提供新的方向。

關? 鍵? 詞：層內生成CO2;膨脹;降黏;驅油機理

中圖分類號：TE341? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）10-2357-05

Abstract： Daqingzi olifield belongs to low permeability and ultral-low permeability reservoir， and the conditions of reservoir formation are complex. Due to the sedimentary characteristics and the development of natural fractures， there is an obvious dominant direction of water flooding in this oilfield. In addition， due to the serious problems of water injection well condition， imperfect local well pattern and insufficient ground energy， the development effect of oil field and crude oil recovery rate are affected. It was pointed out that in-situ self-generating carbon dioxide flooding technology should be used in this oilfield. This technology has the general advantages of CO2 flooding technology， and also can solve the problems existing in CO2 flooding technology，such as insufficient air source， serious pollution， heavy responsibility and corrosion. In-layer self-generating CO2 system test was carried out in different types of oil wells， such as wells with low energy in the formation， wells with severe scaling near wells， wells with severe water flooding and washing， and so on. The adaptability of self-generated CO2 in Daqingzi Oilfield was determined through the oil increasing effect of different types of wells， and the selection criteria for in-layer CO2 generation and stimulation wells were established for Daqingzi oilfield. According to the characteristics of Daqingzi oilfield， self-generating CO2 system was screened out， and experiments were carried out， oil increasing effect was obvious， providing a new direction for energy increasing measures in Daqingzi oilfield.

Key words： In-layer CO2 generation; Inflation; Viscosity; Oil-displacement mechanism

大情字井油田屬于低滲-超低滲構造巖性油藏，油層埋深2 400 m，主要動用高臺子油層，目前經過幾十年的水驅開發處于中高含水階段，目前仍然存在井況問題嚴重，注入污水后結垢嚴重，沉積特征影響方向性見水等矛盾，導致地層能量虧空嚴重，加大注水調整難度。

由于層間層內矛盾突出，剩余油難以開采，主力層具有明顯的水驅優勢方向，無效水循環嚴重，常規增油技術增油效果有限，近年來注氣技術因受儲層溫度、礦化度的影響較小，在國內外已經成為一種稠油非熱力開采的普遍做法，在低滲油藏和特殊類型的油藏注氣方式提高采收率也取得了很好的礦場實驗效果，而二氧化碳驅技術又在增加地層能量，增加油田采收率方面取得了較好的效果，在各種注氣方式中具有重要的作用[1-3]。依據室內研究， CO2在一定的溫度壓力條件下，會出現臨界狀態，此時的溫度為臨界溫度、壓力為臨界壓力。此時擴散系數增大，能夠達到液體的100倍，的溶解能力較大[4-7]，所以，CO2溶劑在這樣的臨界溫度、臨界壓力環境下，能夠使得原油中任一點上單位面積的剪應力與速度梯度的比值增大、增加地層能量、還能夠生成酸解除近井地帶的污染，更好驅替原油[8-10]。另一方面，氣狀的CO2能夠在地層中出現氣鎖現象，堵塞大孔道及原生裂縫，進入注入水不能驅替到的微小空間[11，12]。從而能夠驅替常規注水驅無法驅替的死油，提高原油采收率。

在大情字井油田CO2采油技術得到了較好的現場應用，主要由于較充足的CO2氣源，CO2在大情字井油田具有較好的適應性，但是，CO2驅油技術存在傳輸與傳送，向生產井的突進問題，在傳輸過程中亦會導致對管線的腐蝕及對注入設備、油井的腐蝕，還有安全方面存在一定問題，對環境影響的問題等[7，13，14]、而層內生成二氧化碳技術，就是向目標層位注入可作用的溶液，這種液體能夠在油藏環境下發生作用形成較多的CO2，同時，CO2在原油中發生溶解作用形成內部溶解氣驅，降低原油的黏度。該技術不僅具有CO2驅油工藝技術的優點，還能夠很好的克服CO2氣本身對設備影響。目前在國內外，對層內生成CO2技術提高采收率的機理的研究和報到相對較少[15，17，18]。

1? CO2增油機理

層內自生CO2技術就是在地面向地下連續注入生氣溶劑，注入溶液的主要包括易分解的鹽及聚合物的混合液，以及低濃度表面活性劑，溶劑在地層溫度、壓力條件下可以發生反應生成 CO2氣體。在注入過程中，第一，溶液首先注入進高滲層及天然裂縫中，在滲透率較高的地層中，溶液在化學作用下生成為二氧化碳氣體并且釋放熱量，促使原油體積膨脹黏度降低。而一些聚合物溶解在溶液中，這樣能夠利用形成的泡沫來封堵滲透率較高的地層。第二，溶液在化學作用下釋放熱量的過程中，在地層中形成微氣泡系統，物體在外力作用下發生的應變與其應力之間的定量關系[19，20]，此系統具備這樣的特征關系，從而能提高驅替效率20%～30%。

1.1? 原油膨脹

CO2遇水溶解速度比在油中溶解快，但溶解度卻遠低于在水中溶解度，因此通過較長時間溶解CO2在地層中能夠由水中轉溶到原油中[17，18，21，22]。在其中大量溶解后，原油的體積膨脹，高于它的原始體積，高出的部分與原值的比為膨脹率。根據原油膨脹性的評價要求設計了一套能夠測壓、測溫度，帶觀察窗反應器的膨脹儀（圖1）。通過液體膨脹儀上的恒溫抗壓容器模擬油藏地層系統，從而評價二氧化碳在該反應器中的作用狀況及原油膨脹程度。

表1油藏條件下膨脹降黏實驗表明，原油的體積膨脹，高出的部分與原值的比隨著壓力和黏度發生改變，壓力變大，比值變大，黏度變大，比值也變大，這就體現生成的二氧化碳，在溫度高壓力高的情況下能夠讓原油充分的膨脹，在作用后壓力比之前有所增加，由此能夠推斷出，生成的二氧化碳既可以使地層能量增加，又可以將原油黏度降低，進而提高了采出原油數量與原始地質儲量的比值即原油采收率[20]。

1.2? 原油的降黏

降黏作用和膨脹作用是相互聯系的，二氧化碳氣體在原油中溶解后，是的原油體積增加、原油黏度減小，使得流動性增加，根據阻力系數是流體力學中的無因次量，用來表示物體在流體中的阻力[21-23]，根據這一定義及測定原理，根據原油降黏前后的阻力系數變化情況，從而算出原油黏度的變化，表2展示的是油藏條件下降黏實驗結果。

1.3? CO2與原油形成泡沫油

早期研究者一致認為，CO2在油中的擴散為提高原油采收率提供了額外的動力。Smith[16]第一個將形成泡沫油作為對采收率增長的機理。他認為，油中夾帶著氣，降低了表觀黏度，由此使采收率提高。他用表觀黏度來解釋氣油兩相流，這是他從改進的Horner[11，14]曲線中得到的。

1.4? 溶解無機垢，解除地層堵塞

大情字井油田主要注入水為污水，又由于地層溫度，地層水礦化度高等原因，地層容易形成無機垢，堵塞地層，導致單井產出，降低原油采油率，而層內生成CO2后能夠在水中形成低濃度酸性物質，從而解決無機鹽、鐵化合物等在巖石表面沉積成垢，堵塞油藏等問題。

2? 自生CO2體系篩選

大情字井油田平均滲透率3.2 md，孔隙度11%～16.5%，屬于低滲-特低滲油藏，天然裂縫發育，且多為高角度垂直裂縫，為主要油氣通道，停注后近井地帶污染，空隙體積變小，即使恢復注水產量也難以恢復，因此，需要開展二氧化碳注入體系的篩選，本次依據大情字井油田地層參數，優選地層溫度、濃度下生氣量最好的注入體系，主要從溫度和濃度兩個指標評價開發層內生氣系列體系。

本次使用的注入劑由化學主劑和其它添加劑組成的一種復合體系，主要由，主要原理就是在地層溫度下，利用控制劑能夠發生熱分解，從而生成CO2，反應式為：

A → B + CO2↑

可以看出，1 mol的注入劑A可以分解為22.4 L標準狀態下的CO2。該體系產生的CO2具有增能和解堵的能力。

2.1? 溫度對自生氣劑的影響

在常壓下，圖2中兩種體系進行了研究，主要是溫度與體系生氣量關系。濃度：10%（wt），液體體積：200 mL。

從圖2可以看出，注入體系生氣量與溫度呈正相關，隨著溫度升高生氣量增加，而ZSQ1在80 ℃時生氣量低于ZSQ2體系，但是兩種體系在低溫時都能夠反應生成CO2，因此，使用兩種配方在現場施工過程中，一定要注意配置過程中水的溫度及天氣狀況，在高溫情況下嚴禁配置施工，保證施工的安全。

2.2? 自生氣劑濃度的評價

本次研究主要明確濃度對自生氣的影響，實驗主要在常壓、溫度80 ℃條件下進行，自生氣體積200 mL。

從圖3可以看出，自生氣體系隨著濃度的增加生氣量和生氣速都是上升的，但是隨著濃度的增加反應速度更加劇烈，因此，自生氣體系應該濃度越高越好，但體系在15 min內反應劇烈，應該控制好現場施工的注入壓力。

為了使配制后的溶液在現場能夠達到較大的溶解度，對10%～20%濃度的配置液做了溶解性能測試，可以看出，體系是受到溶解度的影響的，在25 ℃情況下，溶解度在20%（wt），達到該濃度后，溶液便難以溶解，因此，在配方濃度的選擇時應盡量選擇較易溶解的濃度，由實驗可以看出，本體系盡量優選濃度低于18%（wt）以下（表3）。

3? 礦場實驗

本次主要針對不同類型井開展現場實驗，明確自生CO2技術在該油田的試用情況，本次主要依據CO2作用原理，針對性開展能量虧空井、水驅優勢方向水淹井、結垢嚴重井攻關實驗。

3.1? 選井原則

（1）物質基礎好，油層厚度大于4 m。

（2）油藏條件合適，溫度大于80 ℃。

（3）井況條件好，沒有井況問題，套變、落物等問題。

（4）采出程度較低即含油飽和度高，選井含油飽和度高于40%，含水介于40%～90%。

（5）地層能量不足，低能低產的油井。

（6）由于地層污染，結蠟嚴重，產量下降的油井。

（7）由于位于水驅優勢方向，導致水淹，采出程度低的油井。

3.2? 實施效果

本次針對三種類型井共開展39口井自生CO2吞吐先導性實驗，評價層內自生CO2技術在大情字井油田的適應性，地層污染，結蠟嚴重導致產量下降井16口，地層能量虧空，能量不足井12口，位于水驅優勢方向導致水淹采出程度較低井11口，應用藥劑為ZSQ2體系，累計注入37 m3生氣劑以及20 m3頂替液。實施效果如表4。通過效果分析地層能量不足井開展吞吐后效果不明顯，水淹井及解堵井效果較明顯。

通過38口井自生CO2吞吐措施效果，本次累增油達到經濟效果為措施有效井，有效界限為累產油50 t， 3種類型實驗井措施效果如圖4，儲層污染結垢嚴重井效果最好，共實施16井次，其中措施有效15井次，平均累增油75.7 t，水淹井導致含水上升井措施效果也較明顯，實施11井次，有效8井次，平均累增油62 t，地層能量虧空嚴重，能量不足井增油效果較差，共實施12井次，有效2井次，平均累增油25.3 t，不能達到經濟效益。

4? 結 論

（1）層內生成CO2驅油技術具備CO2驅油技術的優點， 同時能夠很好的避免對注入設備的損害，降低投入成本。

（2）層內生成CO2驅油技術使地層中能夠生成足夠的氣量，是一種很好的措施方法，對于低滲特低滲具有很好的應用前景。

（3）CO2生氣體系由于注入量有限，對于嚴重虧空井增能效果有限，但對于物質基礎好，暴性水淹井增油效果明顯。

（4）具有很好的注入性，生成的CO2對地層具有一定的解堵效果，能夠較好的解除地層污染導致的單井產能下降。

（5）ZSQ2復配體系具有溶解性能好、生氣量大、生氣效率高等特點，對大情字井油田有較好的適應性。

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