斷塊油藏二氧化碳驅(qū)油相對滲透壓力模擬研究

陳 亮

（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司）

斷塊油藏屬于一種開采難度較大的油藏，由于斷塊油藏具有獨(dú)特的地質(zhì)特點(diǎn)， 在大多數(shù)時候，斷塊油藏的油氣分布情況復(fù)雜，且含油面積不大，因此通常難以開采［1，2］。 對斷塊油藏進(jìn)行合理的開發(fā)，可以有效提高資源的利用程度，因此，設(shè)計(jì)可用的驅(qū)油方式，幫助斷塊油藏的開發(fā)很有必要。

二氧化碳驅(qū)油是目前采油過程中應(yīng)用較廣的一種驅(qū)油方法，由于二氧化碳的流動性較強(qiáng)［3］，并且能夠改善原油粘度，因此利用二氧化碳進(jìn)行驅(qū)油已逐漸應(yīng)用至較多采油工作中，并且該驅(qū)油方法還能夠有效提高油品的采收率。 通過模擬研究的形式分析二氧化碳驅(qū)油的相對滲透壓力，可以全面了解采油過程中可能會出現(xiàn)的問題［4，5］。同時，選取合理的驅(qū)油方式是當(dāng)前油品開發(fā)過程中所研究的重點(diǎn)，有較多學(xué)者對此進(jìn)行研究，例如唐人選等研究某地區(qū)復(fù)雜斷塊油藏的二氧化碳驅(qū)油效果［6］，高明星等進(jìn)行特低滲透油藏CO2驅(qū)油效果實(shí)驗(yàn)，但在研究時無法得出二氧化碳驅(qū)油下的最終采收率和不同滲透方式對驅(qū)油的影響［7］。因此，筆者進(jìn)行斷塊油藏二氧化碳驅(qū)油相對滲透壓力的模擬研究，從多個角度了解二氧化碳驅(qū)油的相對滲透壓力。

1 二氧化碳驅(qū)油相對滲透壓力模擬

1.1 斷塊油藏儲層三維地質(zhì)模型

選取某斷塊油藏儲藏區(qū)地貌，采用縱向形式對該地區(qū)進(jìn)行向上的組塊劃分，可分為4個砂組，每個砂組中包含3個小層，共計(jì)12個小層，每個小層的砂巖厚度在1.65～5.74 m之間，平均厚度約為3.2 m， 筆者主要針對其中的第4、7、11、12小層進(jìn)行研究，這4層的儲油量占整個地貌的80%，平均砂巖厚度約為5.0 m， 因此對這4層進(jìn)行二氧化碳驅(qū)油研究。

結(jié)合隨機(jī)性與確定性兩種建模方式構(gòu)建儲層三維地質(zhì)模型，在該地質(zhì)模型中，設(shè)定網(wǎng)格高度為0.5 m，寬度與長度均為25 m，同時設(shè)定粗化平面網(wǎng)格間距為25 m，網(wǎng)格方向與實(shí)際應(yīng)力方向相同［8～10］，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)區(qū)網(wǎng)格數(shù)量為77×80×25，使得網(wǎng)格數(shù)量可以滿足驅(qū)油相對滲透壓力模擬的要求［11，12］。

1.2 斷塊油藏物性模型

利用狀態(tài)方程相態(tài)分析軟件構(gòu)建斷塊油藏物性（PVT）模型，通過PVT模型擬合實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)，獲取能替代真實(shí)滲透壓力特征的狀態(tài)方程參數(shù)。 由于計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)模擬過程中有一定的限 制［13，14］，因 此 在 進(jìn) 行 滲 透 壓 力 模 擬 時 需 要 對 重質(zhì)組進(jìn)行劈分［15］，并重新組合，通過模擬將擬合組劃分為9個，分別為CO2、C1+N2、C2、C3、C4、C5+6、C7+、C11+、C29+。 通過等組分膨脹實(shí)驗(yàn)、差異分離實(shí)驗(yàn)和混合壓力實(shí)驗(yàn)依次擬合的方式，獲取斷塊油藏各組分PVT特征的狀態(tài)方程參數(shù)（表1），并應(yīng)用于二氧化碳驅(qū)油相對滲透壓力模擬研究中。

表1 各組分的PVT特征狀態(tài)方程參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)用油

選取的斷塊地藏模擬油密度為0.815 g/cm3，粘度為6.65 mPa·s，同時選取實(shí)驗(yàn)用水為模擬水，該模擬水礦化度為4 845.68 mg/L， 選取四川開元科技有限公司生產(chǎn)的二氧化碳， 純度為99.99%，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)溫度為85.9 ℃。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器

實(shí)驗(yàn)過程中的重點(diǎn)儀器有： 高壓物性儀、高壓配樣器、CO2驅(qū)替裝置，均來自海安石油科研儀器有限公司；高壓計(jì)量泵，北京秦方科技有限公司；恒溫箱，無錫瑪瑞特科技有限公司；油氣分離器，西安正道能源機(jī)械設(shè)備有限公司；氣體流量計(jì)，北京精量科技有限公司；高壓落球粘度計(jì)，安東帕（上海）有限公司；活塞容器，長春格瑞特容器制造有限公司。

1.5 實(shí)驗(yàn)步驟

按照斷塊油藏?cái)M合組分PVT特征參數(shù)制備模擬油，對天然巖心進(jìn)行抽提與烘干，之后測試巖心滲透率，得到結(jié)果后，按照滲透率對巖心進(jìn)行排序與篩選，并與巖心模型進(jìn)行連接，設(shè)置兩個巖心模型， 分別為模擬油模型與飽和地層水模型，當(dāng)兩個巖心模型完成連接后，開始進(jìn)行二氧化碳驅(qū)油工作， 并以0.56 cm3/min的流量進(jìn)行，當(dāng)驅(qū)油過程達(dá)到不存在油品流出時，完成驅(qū)替。

1.6 油氣界面張力變化特征

可通過Macleod-Sugden方程對二氧化碳驅(qū)油時油氣界面張力進(jìn)行計(jì)算，如下：

根據(jù)式（1）可知，在油氣兩相中，若其組分摩爾分?jǐn)?shù)與密度逐漸相似，則油氣界面張力就會隨之降低，導(dǎo)致該界面毛管壓力也一并降低；當(dāng)經(jīng)過CO2的油氣組分幾乎一致時， 毛管壓力會逐漸降低至零，由此實(shí)現(xiàn)油氣混相。

2 模擬實(shí)驗(yàn)分析

2.1 注采井距對驅(qū)油相對滲透壓力的影響

為建立有效的二氧化碳驅(qū)油系統(tǒng)，提升驅(qū)油效率，模擬不同注采井距對驅(qū)油相對滲透壓力的影響。對150、250、350 m 3種具有代表性的井距進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同注采井距對采出程度的影響

根據(jù)圖1可知，當(dāng)井距較小時，在初期注氣時單井采油量迅速升高，但油藏開采期變短，使得驅(qū)油過早結(jié)束；當(dāng)井距增大達(dá)到350 m時，隨著注氣時間的增加，采出程度也有所上升，但上升速度緩慢，在該井距下，驅(qū)油效果能夠得到有效延長，但采出程度不高；當(dāng)井距為250 m時，相較于150 m的井距能夠有效延長驅(qū)油注氣時間， 且采出程度高于350 m井距下的效果。 因此，250 m的井距采出效果相對較好。

2.2 驅(qū)油相對滲透壓力模擬

相對滲透壓力是指在向地層原油注入二氧化碳構(gòu)成混相時，所需要的滲透壓力，通過該壓力值能夠有效分析原油與二氧化碳是否能達(dá)到全面混相。

利用細(xì)管模型對斷塊油藏進(jìn)行模擬驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，即為細(xì)管實(shí)驗(yàn)。 該模型是指對油層進(jìn)行簡化，使該油層可以成為一維模型，并為油藏油與注氣提供一個可以在大量孔洞介質(zhì)中持續(xù)接觸的環(huán)境。

在進(jìn)行細(xì)管實(shí)驗(yàn)時，選用原油為本研究制備的模擬油，滲透率為5.9 μm2，充填層的孔隙度為31.5%。 并選取實(shí)驗(yàn)細(xì)管為螺旋狀不銹鋼盤管，該管由有機(jī)玻璃砂制成，且具備多孔介質(zhì)，長約18 m、內(nèi)徑4.2 mm，具體實(shí)驗(yàn)步驟如圖2所示。

圖2 細(xì)管實(shí)驗(yàn)步驟

在圖2所示的具體實(shí)驗(yàn)步驟中， 需要恒溫放置細(xì)管2 h，之后按照相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度，向中間容器中填滿二氧化碳，同時采用回壓調(diào)節(jié)器不斷調(diào)整實(shí)驗(yàn)過程的壓力值。 在注入二氧化碳時，以0.15 mL/min的速度，采用平流泵進(jìn)行傳輸。

二氧化碳的滲透壓力能夠有效影響采收率，且滲透壓力可以明確分析是否可以實(shí)現(xiàn)混相，此次模擬進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，通過二氧化碳滲透的方式進(jìn)行注入， 且同時選取10、20、30 MPa的驅(qū)替壓力，分析不同注入孔隙體積下的驅(qū)油效率，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同驅(qū)替壓力下的驅(qū)油效率

由圖3可知，當(dāng)注入孔隙體積逐漸增大，驅(qū)油效率也隨之有所提升， 其中，10 MPa下的驅(qū)油效率明顯低于其他驅(qū)替壓力下的，說明10 MPa下驅(qū)油效果并不完美；當(dāng)驅(qū)替壓力為20 MPa時，驅(qū)油效率最高達(dá)到78%，相較于10 MPa下的驅(qū)油效率得到明顯提升；30 MPa壓力下的驅(qū)油效率最高，且在最初注入時驅(qū)油效率就能夠得到迅速提升。因此，30 MPa下的驅(qū)油效率最佳。

選取不同的滲透壓力，模擬不同滲透壓力下的氣油比變化，分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同滲透壓力下的氣油比分析

根據(jù)圖4可知， 當(dāng)注入孔隙體積小于0.6 PV時，3種滲透壓力下的氣油比還未出現(xiàn)大幅度上升，且差異較小；當(dāng)注入孔隙體積大于0.6 PV時，不同壓力下的氣油比開始逐漸上升，其中，10 MPa壓力下的氣油比上升速度最慢，而30 MPa下的氣油比上升幅度明顯高于其他兩種壓力。 因此，滲透壓力越大，氣油比上升幅度就越大。

分析10、20、30 MPa 3種不同滲透壓力對最終采收率的影響，分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同滲透壓力下的最終采收率分析

根據(jù)圖5可知， 最終采收率會隨著注入孔隙體積的增大而逐漸增大， 但3種不同的滲透壓力會對最終采收率造成一定的影響。 其中，10 MPa壓力下的最終采收率始終最低，當(dāng)注入孔隙體積為2.0 PV時，該壓力下的最高采收率為69%，此注入孔隙體積下20 MPa壓力的最高采收率為78%，而30 MPa壓力下的最高采收率達(dá)到85%，并且在30 MPa壓力下的最終采收率始終最高。 因此，30 MPa的滲透壓力可有效提升驅(qū)油最終采收率。

2.3 驅(qū)油形式對驅(qū)油效果的影響

利用上述實(shí)驗(yàn)中得出的最佳滲透壓力30 MPa，進(jìn)行兩種形式的驅(qū)油模擬，分別為水驅(qū)與二氧化碳驅(qū)，分析在兩種驅(qū)油形式下得到的驅(qū)油含水率，分析結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同驅(qū)油形式下的含水率分析

根據(jù)圖6可知， 當(dāng)注入孔隙體積不斷變大，兩種驅(qū)油形式下的含水率也發(fā)生改變， 其中水驅(qū)在剛開始注入時油藏的含水率迅速上升，達(dá)到80%以上，之后始終保持在85%左右，而二氧化碳驅(qū)油屬于無水采油方式， 在開始驅(qū)油后含水率僅為不到5%。 因此，利用二氧化碳驅(qū)油能夠有效降低含水率， 并降低原油的脫水處理費(fèi)用。

2.4 二氧化碳超前滲透對驅(qū)油的影響

由于斷塊油藏產(chǎn)量并不高，在開采時通常會出現(xiàn)地層下降的問題， 導(dǎo)致斷塊油藏產(chǎn)量下降，因此提前進(jìn)行注氣滲透可以使油藏產(chǎn)量得到有效提升。

為使油藏開采效果得到提升，此次研究模擬提前滲透注氣效果，以分析不同滲透效果對二氧化碳驅(qū)油效果的影響，在進(jìn)行模擬時，按照30 MPa壓力進(jìn)行滲透，設(shè)計(jì)同步滲透、提前3個月滲透和提前6個月滲透3種方案，具體分析情況如圖7所示。

圖7 3種超前滲透方案驅(qū)油效果分析

由圖7a可知，超前滲透時間越長，地層壓力就越大，其中，同步滲透的地層壓力呈勻速滲透，最終達(dá)到18 MPa，而提前滲透下的地層壓力在初期迅速上升，之后壓力趨于平穩(wěn)，且提前6個月滲透的壓力明顯高于提前3個月滲透的。 由圖7b可知，在采油初期，提前滲透的產(chǎn)油量明顯高于同步滲透的， 其中， 提前6個月滲透時的產(chǎn)油量最高，當(dāng)采油時間逐漸延長，不同滲透情況下的產(chǎn)油量趨近平衡， 但提前6個月滲透下的產(chǎn)油量依然保持最高。

2.5 滲透率對驅(qū)油效率的影響

選取不同滲透率進(jìn)行模擬，分析不同滲透率對二氧化碳驅(qū)油效率的影響， 分析結(jié)果如圖8所示。

圖8 滲透率對二氧化碳驅(qū)油效率的影響

根據(jù)圖8可知，當(dāng)滲透率逐漸加大，驅(qū)油效率也會隨之提升，其中，當(dāng)滲透率為100 mD時，二氧化碳驅(qū)油效率達(dá)到40%以上，當(dāng)滲透率為500 mD時，驅(qū)油效率提升情況十分明顯，達(dá)到87%。 由此可知， 滲透率增大會使驅(qū)油效率也一并增大，并且二氧化碳驅(qū)油方法在滲透率較小時也具備較高的驅(qū)油效率。

3 結(jié)束語

研究斷塊油藏二氧化碳驅(qū)油相對滲透壓力模擬，構(gòu)建斷塊油藏儲層三維地質(zhì)模型與斷塊油藏物性模型，構(gòu)成相對滲透壓力模擬數(shù)據(jù)，并依據(jù)模型設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)用油，并進(jìn)行相對滲透壓力模擬實(shí)驗(yàn)。 從注采井距來看，當(dāng)井距為250 m時，油藏的采出程度較高；從滲透壓力來看，當(dāng)滲透壓為30 MPa時，油藏的采收率較高；從不同驅(qū)油方式來看， 二氧化碳驅(qū)油后含水率最高不超過5%；從超前滲透時間來看，提前6個月滲透的產(chǎn)油量高于其他時間；從滲透率來看，滲透率越高驅(qū)油效率越高，當(dāng)滲透率為500 mD時，驅(qū)油效率達(dá)到87%。在未來研究階段，可依據(jù)當(dāng)前研究成果繼續(xù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多種油藏的二氧化碳驅(qū)油研究。