低滲油藏CO2 驅提高采收率階段劃分研究

張 俊，黃 琴，孟憲偉，鄭 舉，李 彪

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

CO2具有良好的注入性和驅油效果，目前已成為最有效的提高低滲油藏采收率的方法之一[1]。但在低滲油藏CO2驅油效果評價中，前人對宏觀上易觀察的影響因素進行了具體分析，且比較成熟，如注入速度、注入壓力、注入PV 數、采油速度、不同組分和各種注入方式等[2]。對于微觀上難于觀察的影響因素也做了定性描述分析，但對CO2驅油過程中原油滲流規律中的階段劃分并不明確[3]。

因此，以長巖心CO2驅替室內實驗為基礎，以低滲油藏CO2驅油過程中的驅油規律為研究對象，采用室內實驗與數值模擬分析相結合的研究方式進行研究。首先通過長巖心CO2驅替室內實驗分析CO2的驅油過程；其次以室內實驗為基礎，建立一維CO2驅油的數值模擬模型，對生產過程進行分析和擬合確定其相關性，進而通過數值模擬分析不同階段巖心中含油飽和度的分布規律。

1 長巖心CO2 驅替實驗分析

1.1 長巖心CO2 驅替實驗準備

實驗儀器：巖心夾持器，ISCO 電子泵，回壓閥，壓力傳感器，活塞容器，分離器，氣體流量計以及數據記錄電腦，實驗流程見圖1。實驗巖心：采用低滲油藏長巖心做CO2驅替實驗，巖心總長度為978.5 mm，滲透率調和平均值為3.27×10-3μm2，平均直徑為25.4 mm，總孔隙體積為45.02 cm3，巖心按布拉法則排序。實驗流體：地層油（密度為0.86 g/cm3，黏度為12.2 mPa·s），地層水，CO2。實驗方案：長巖心CO2驅替采出過程和驅替效率實驗研究。

圖1 長巖心CO2 驅替實驗流程示意圖

1.2 CO2 驅替實驗步驟

（1）首先按巖心排列順序裝好巖心，對巖心系統抽空，隨后注地層水飽和巖心，在實驗溫度和壓力條件下穩定一段時間，使巖心得到充分飽和后，記下飽和量；

（2）由于地層飽和原油黏度高，水黏度低，地層滲透率低，實驗采用配制好的飽和油樣驅替巖心中的水，以建立地層原始油水分布；

（3）在地層溫度和壓力條件下，進行長巖心驅替實驗；

（4）實驗中記錄好驅替時間、泵讀數、注入壓力、注入速度、環壓和回壓，監測分離出的油量、氣量和水量；為了測試低滲儲層的啟動壓力，以出口處開始出現第一滴油滴為起點進行PV 的記錄；

（5）每組實驗結束后清洗巖心：先用石油醚和無水酒精清洗巖心，接著用氮氣吹，烘干巖心系統，然后重復（1）～（2）步驟，形成原始狀態后，進行下一組實驗。

1.3 實驗結果分析

長巖心CO2驅替實驗選取的巖心測試基本參數見表1。

表1 巖心參數表

注入端以0.5 mL/min 的速度向長巖心中注入CO2氣體，生產井在實驗過程中始終保持開井狀態，采油速度曲線和累計產油量曲線見圖2、圖3。

圖2 生產時間和采油速度關系曲線圖

圖3 生產時間和累計產油量關系曲線圖

從圖2 可以看出，注氣前期采油速度迅速上升，在實驗進行到55 min 時，采油速度達到峰值0.170 g/min。實驗進行到200 min 時，采油速度降低到0.001 g/min以下。

從圖3 可以看出，當時間達到200 min 后，累計產油量上升幅度很小。當時間達到600 min 時，采油速度基本為零，累計產油量基本趨于平衡。累計產油量為10.73 g，采出程度為38.96%。

2 實驗模擬分析

采用CMG 油氣藏模擬軟件中的GEM 模塊進行模擬，巖心和流體參數均以真實所測的參數為基礎。對于實驗的長巖心采用水平放置的一維長方體模型，模型設計時將每塊巖心平均分成5 個網格，共計建立110個網格的一維模型。其中，設置兩口井為注入井位于第1 個網格；生產井位于第110 個網格。在模型的基礎上對巖心驅替實驗進行歷史擬合，累計產油量曲線擬合結果見圖4，壓力曲線擬合結果見圖5。

圖4 累計產油量擬合曲線圖

圖5 壓力擬合曲線圖

從圖4、圖5 可以看出，剛開始注入CO2氣體時，在巖心啟動壓力的作用下實驗曲線和擬合曲線均向后推移了0.020 d。而實驗過程中，CO2的突破時間比模擬的時間靠前，在0.021 d 達到突破時間。注入氣體突破后，巖心壓力以及模型壓力均逐漸下降，說明隨著CO2的突破，巖心和模型中含油量均下降，含油飽和度降低，CO2在巖心以及模型中的流動阻力降低，流動加快，壓力減小。

實驗和模擬中發現，在生產過程中，注入CO2達到啟動壓力需要的時間為30 min，然后開始產油，油的產出主要分為三個階段（圖6）：純油生產階段、CO2與油混合生產階段和CO2攜帶的輕質組分原油生產階段。

圖6 驅替實驗生產階段劃分圖

第一階段：當實驗進行到t=0.038 19 d 時，模型中含氣飽和度與含油飽和度的分布見圖7。在該時刻，CO2已經驅替到第80 個網格，注入井附近40 個網格含氣飽和度超過了40.00%，CO2注入巖心的速度較快，由實驗數據可以看出，此刻產油速度達到峰值。從含油飽和度分布圖上可以看出，CO2注入過程中，油相被壓縮成段塞，在壓差作用下向生產井流動。從注入井到生產井方向，含油飽和度分布由1.42%上升到最大值76.88%而后降低到生產井附近的65.27%。

圖7 驅替過程不同階段的油氣飽和度分布圖

第二階段：當模擬進行到t=0.069 44 d 時，模型中含氣飽和度與含油飽和度的分布見圖7。此刻，CO2在生產井附近的飽和度已經超過了35.00%。說明模型中可動油的含量已經很低，生產潛力變小，生產主要靠氣帶油。從實驗結果可以看出，當t=0.069 44 d 時，累計產油量上升幅度很小；從采油速度可以看出，在該時刻采油速度降低到0.076 g/min，巖心中幾乎沒有可動油存在。

第三階段：當模擬進行到t=0.250 00 d 時，模型中含氣飽和度與含油飽和度的分布見圖7。在該時刻，含氣飽和度在整個巖心中的分布均超過45.00%，注入井附近更超過了70.00%。從采油速度曲線上可以看出，采油速度幾乎為零，產出的油為CO2攜帶的輕質組分原油。

3 結論

（1）低滲油藏采用CO2驅替有較好的開發效果，實驗結果表明采出程度可達38.96%。

（2）低滲油藏CO2驅替過程中，油的產出主要分為三個階段：純油生產階段、CO2與油混合生產階段和CO2攜帶的輕質組分原油生產階段。

（3）低滲油藏CO2驅替過程中，產油主要在第一階段和第二階段，因此，對于低滲油藏的合理開發，建議注重此階段的開發管理。