XG油田注CO2氣膨脹實驗研究

馬 慶,侯思偉,呂 蓓,宋勝軍

(1.克拉瑪依職業技術學院,新疆 克拉瑪依 834000；2.新疆油田公司,新疆 克拉瑪依 834000)

1 引言

向地層原油中注入氣體可有效提高原油采收率，目前常見的注入氣主要包括干氣、N2以及CO2[1,2]。氣體被注入地下后在孔隙中與原油及其他地層流體接觸，一方面使原油粘度降低、流動性加強，油氣界面張力降低，另一方面還可使地層原油的體積發生膨脹，體積在有限的空隙中發生膨脹間接增加了油藏的可采儲量，同時也補充了地層能量，對提高采收率具有積極意義[3～5]。而注CO2氣提高采收率除了具備上述特性外，還兼具綠色、低碳、節能的特殊屬性，并在一定程度上解決了資源開發利用引起的環境污染矛盾[6，7]。

2 試驗區域目標井組確定

為了使CO2更加易于溶解于原油以獲得良好增產效果，往往要求油藏具備與CO2混相的條件，如果原油組分中含有大量中間烴組分，且能夠達到一定的混相壓力，則較容易實現混相。根據XG油田石炭系油藏地質研究與生產情況，選擇地質及生產情況更適宜注氣的94416井組作為此次實驗研究對象。該井組油井目前擁有自噴能力，但目前地層壓力較低，生產情況表現為低產、低水。

3 XG油田注氣膨脹實驗

注氣膨脹實驗是針對地層單相原油流體進行的(個別情況下會開展凝析氣膨脹實驗)，該實驗主要描述地層原油對外來注入氣體的反應[8]。

3.1 實驗用流體準備

XG油田開發至今油氣樣組成變化較小，所以本次研究所使用原油樣品按原始地層條件復配，能夠較充分反映目前油藏情況。注氣膨脹實驗樣品使用94416井脫水原油配制，用以進行流體高壓物性實驗、細管驅替實驗及注CO2氣長巖心驅替實驗測試。注氣膨脹實驗用流體參數見表1。

表1 94416井原油組分數據

3.2 實驗過程

將1份已知量的CO2氣轉送至含有恒定量原油的PVT容器中，然后將壓力升高直至所有CO2氣體溶于原油中，隨后逐漸降低容器壓力，當發現有微量氣泡出現時停止降壓，記錄此狀態下的飽和壓力與膨脹體積；之后注入比前次實驗更大量的氣體，并記錄新的飽和壓力和膨脹體積，如此持續進行，如圖1類型A所示。

圖1 原油注氣膨脹實驗

隨著注入氣量的不斷增加，壓力須不斷升高至新的峰值才可以使CO2氣體完全溶于原油中。當實驗壓力高于目標地層破裂壓力時，該實驗數據僅作為研究參考，無實際應用價值，此時PVT容器中為氣液兩相，如圖1類型B所示。

本次實驗共設計了7組，注入氣比例分別從5 %～35%mol體積，以5%幅度遞增，注入氣采用的純度為99.999%的瓶裝CO2。

4 實驗測試結果與分析

4.1 CO2對原油泡點壓力的影響

隨著注氣工作的進行，實驗井原油泡點壓力不斷上升(圖2)，并且原油飽和壓力的上升幅度在20%mol體積后加大；當注入量達到0.35倍mol體積時，原油的泡點壓力突破20 MPa。從實驗結果可以得出：隨著注氣的不斷進行，原油組分不斷變化，新流體的飽和壓力不斷上升且尚未達到臨界點狀態，這表明該實驗井組注CO2驅混相壓力高于20 MPa。而94416井地層原始壓力為7.2 MPa，當前注氣量實驗壓力與地層原始壓力差值達到13.6 MPa。

圖2 注入CO2對原油飽和壓力的影響

4.2 CO2對泡點下原油體積系數的影響

隨著注氣量的增加，原油體積系數持續增大(圖3)，說明注入CO2增溶驅油效果較好。當注入35%mol倍體積的CO2時，體積系數增幅加大，94416井地層原油在更高的壓力條件下顯示出更好的增溶性。

圖3 注入CO2對體積系數的影響

4.3 CO2對溶解氣油比的影響

隨著注氣量的增加，氣油比不斷增大(圖4)，當注入5%mol倍體積的CO2時，體積系數增幅加大，當注入35%mol倍體積的CO2時，體積系數增幅進一步加大。

圖4 注CO2氣量與氣油比關系

4.4 CO2對原油密度的影響

隨著注氣量的增加，原油密度持續減小(圖5)，當注入5%mol倍體積的CO2時，原油密度迅速下降，之后降幅逐漸放緩，這是由于注氣早期原油的整體組成變輕且飽和壓力低，后期隨著飽和壓力的不斷增加和溶解氣量的加大，密度降幅逐漸變小。

圖5 飽和壓力下CO2注入量與原油密度關系

4.5 CO2對飽和壓力條件下原油體積膨脹系數影響

隨著注氣量的增加，原油體積膨脹系數持續增大(圖6)，當注入10%mol倍體積的CO2時，原油體積膨脹系數增幅放大，當注入35%mol倍體積的CO2時，原油體積膨脹系數增幅進一步放大。

圖6 飽和壓力下CO2注入量與原油粘度關系

4.6 CO2注入對原油相態的影響

由于94416井原始地層壓力較低，本次實驗飽和壓力達到20.8 MPa時實驗停止，根據實驗數據分析，在更高的實驗壓力條件下該井地層原油的膨脹性更好。實驗所得地層原油注CO2后在泡點壓力下的各主要物性特征變化數據，如表2所示。

表2 CO2注入對94416井飽和壓力下流體相態的影響

5 注氣膨脹實驗擬合

不同類型、不同量的注入氣會對目標流體相態產生不同的影響，實驗所得數據能大致反應其規律，但受實驗本身限制，須對實驗結果擬合以準確反映注氣驅過程流體相態變化的參數場，擬合數據的準確性能夠提升后期數值模擬研究的可靠性。本次擬合工作開展了XG油田石炭系地層原油中注不同劑量CO2后流體PVT參數的變化(圖7)。由擬合結果圖看出，飽和壓力參數擬合效果好，滿足后續的驅替實驗與數值模擬工作需要。

圖7 地層油注CO2氣膨脹實驗飽和壓力擬合

6 結論

(1)XG油田94416井地層原始壓力為7.2 MPa，最終實驗壓力為20.8 MPa，壓力差值達到13.6 MPa，且隨著注入量的增加飽和壓力繼續上升，未能達到臨界狀態，說明在20.8 MPa的實驗壓力下，CO2與地層原油未實現混相，在當前地層條件下顯示出非混相特征。

(2)94416井地層原油在高注入量條件下顯示出更好的增溶膨脹性能。