羅成棟

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452

海上“三低”油藏CO2注氣開(kāi)發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià)*

羅成棟

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 塘沽 300452

針對(duì)南海西部海域油田“三低”特征（即電阻率低、含油飽和度低和滲透率低），在開(kāi)發(fā)過(guò)程中由于束縛水飽和度高和泥質(zhì)含量高，水敏性強(qiáng)，面臨注水困難和地層能量補(bǔ)充的問(wèn)題。在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外CO2驅(qū)室內(nèi)試驗(yàn)研究和注氣開(kāi)發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以油藏為例，完成了CO2注氣室內(nèi)試驗(yàn)和油藏?cái)?shù)值模擬研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了CO2注氣開(kāi)發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià)。通過(guò)數(shù)值模擬研究，對(duì)衰竭式開(kāi)發(fā)、連續(xù)注氣和WAG水氣交替注入兩種驅(qū)替方式進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和對(duì)比分析，結(jié)果表明該油田CO2注氣開(kāi)發(fā)具有很好的適應(yīng)性，WAG水氣交替注入能進(jìn)一步提高油田開(kāi)發(fā)的采收率。

低電阻率；低滲透；數(shù)值模擬；適應(yīng)性評(píng)價(jià)

羅成棟．海上“三低”油藏CO2注氣開(kāi)發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià)[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（3）：127–132．

Luo Chengdong．Adaptability Evaluation of CO2Gas Injection Development for“Three Low”O(jiān)ffshore Oil Reservoir[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（3）：127–132．

CO2注氣開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，室內(nèi)研究和礦場(chǎng)實(shí)踐都已相當(dāng)成熟。美國(guó)、加拿大和歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家將CO2利用與環(huán)保、減排溫室氣體密切結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)了CO2注氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。據(jù)美國(guó)2006年《油氣雜志》統(tǒng)計(jì)報(bào)道，全世界目前正在實(shí)施的CO2驅(qū)項(xiàng)目已接近80個(gè)。CO2驅(qū)油機(jī)理主要是：CO2在地層內(nèi)溶于水后可使水的黏度增加20%～30%，同時(shí)CO2溶于油后，使原油體積膨脹，原油黏度降低30%～80%，降低了油水流度比，另外CO2可以降低油水界面張力，增加采油速度，提高洗油效率和降低殘余油飽和度[1-7]。因此，開(kāi)展海上“三低”油藏CO2注氣開(kāi)發(fā)適應(yīng)性及開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)，不僅能夠探索低滲透油藏的有效開(kāi)發(fā)方式，提高油田開(kāi)發(fā)的采收率，而且能夠發(fā)揮節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)等方面的作用[8-9]。

1 油藏基本概況

油田位于南海西部海域珠江口盆地，構(gòu)造比較平緩，是在瓊海凸起基巖隆起背景上發(fā)育起來(lái)的受近東西向斷層控制和基底地形及差異壓實(shí)作用影響的斷鼻、斷塊構(gòu)造。儲(chǔ)層泥質(zhì)含量偏高（11%～32%），膠結(jié)物含量為2.5%～9.5%，其成分主要為白云石，其次為少量的方解石、黃鐵礦、菱鐵礦和海綠石，儲(chǔ)層物性特征數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。油藏屬于正常壓力系統(tǒng)，地溫梯度相對(duì)偏高，溫壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。PVT分析表明，在油藏條件下原油主要特征表現(xiàn)為：密度低、黏度低、溶解氣油比中等、飽和壓力低、地飽壓差大等特征（高壓物性見(jiàn)表3），在地面條件下油田原油密度、黏度、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、含硫和含蠟量均較低，原油性質(zhì)好（地面原油性質(zhì)見(jiàn)表4）。

表1 儲(chǔ)層物性特征數(shù)據(jù)Tab.1 Reservoir physical property data

表2 溫度壓力數(shù)據(jù)Tab.2 Temperature&pressure data

表3 原油高壓物性Tab.3 Oil PVT analysis data

表4 地面原油性質(zhì)Tab.4 Surface crude oil properties data

2 CO2驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

為了滿(mǎn)足CO2方案設(shè)計(jì)的要求，對(duì)XXX油田進(jìn)行CO2驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究。在油藏條件下完成了PVT實(shí)驗(yàn)、最小混相壓力測(cè)定[10-13]和CO2膨脹實(shí)驗(yàn)。

2.1 PVT實(shí)驗(yàn)

從原始地層條件（壓力 12.53 MPa、溫度85.15℃）進(jìn)行閃蒸分離實(shí)驗(yàn)（單次脫氣），測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，表6。

表5 閃蒸分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Flash separation results

表6 閃蒸分離實(shí)驗(yàn)的脫氣油、氣組分分析數(shù)據(jù)Tab.6 Oil&gas group of flash separation experimental analysis data

2.2 最小混相壓力測(cè)定

采用美國(guó)CFS–100多功能綜合驅(qū)替系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)細(xì)管的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)[14-16]，測(cè)得油田在地層溫度85.15℃條件下，最小混相壓力為12.90 MPa，高于原始地層壓力（12.53 MPa）。因此該區(qū)塊在地層壓力下注CO2驅(qū)為近混相驅(qū)，其驅(qū)油效率約為88.06%。在5個(gè)不同注入壓力下的CO2驅(qū)油曲線見(jiàn)圖1。

圖1 不同壓力下CO2驅(qū)油曲線圖Fig.1 CO2oil displacement curve under different pressure

CO2驅(qū)油數(shù)據(jù)見(jiàn)表7，各個(gè)不同壓力點(diǎn)下的驅(qū)油效率對(duì)比見(jiàn)圖2，各個(gè)不同壓力點(diǎn)下的突破時(shí)刻對(duì)比見(jiàn)圖3。

表7 CO2驅(qū)油數(shù)據(jù)Tab.7 CO2displacement data

圖2 不同壓力下驅(qū)油效率對(duì)比圖Fig.2 Displacement efficiency under different pressure

圖3 不同壓力下突破時(shí)刻對(duì)比圖Fig.3 Comparison of breakthrough time under different pressure

從圖2和圖3可以看出：（1）當(dāng)注入孔隙體積不斷增加，采出程度也隨之不斷增加；在注入氣體突破以后，采出程度增加不大。（2）在溫度、驅(qū)替速度不變的情況下，驅(qū)油效率隨著驅(qū)替壓力的升高而升高。并且在14 MPa以前，壓力的升高對(duì)采收率的提高作用顯著；而在14 MPa以后，壓力的升高對(duì)采收率的提高作用不大。（3）氣體突破以后，隨注入量的增加產(chǎn)液量增加很少；且壓力越低突破的越早，最終采收率也越低。

2.3 原油多次注CO2膨脹實(shí)驗(yàn)

為了測(cè)定不同壓力下的CO2溶解能力、膨脹能力、降黏能力，將配制地層原油轉(zhuǎn)入PVT高壓釜中，在地層溫度下進(jìn)行恒質(zhì)膨脹實(shí)驗(yàn)。表8總結(jié)了6次注入CO2后主要高壓物性參數(shù)?？梢钥闯觯SCO2的注入量增加，飽和壓力上升、體積系數(shù)增大、原油黏度降低。

3 CO2驅(qū)適應(yīng)性分析及開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)

3.1 CO2驅(qū)適應(yīng)性分析

通過(guò)油藏基礎(chǔ)參數(shù)評(píng)價(jià)（表9），表明油田油藏地質(zhì)條件基本適合CO2驅(qū)。

表8 含氣油–CO2體系的高壓物性參數(shù)Tab.8 High pressure property parameters of live oil CO2system

表9 油田油藏適應(yīng)性分析Tab.9 Oilfield reservoir adaptability analysis

3.2 開(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)

應(yīng)用地震解釋成果、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，針對(duì)XXX油田Ⅰ油組，建立了16個(gè)模擬層的斷層及構(gòu)造模型，總網(wǎng)格134 784個(gè)（108×78×16），劃分了8個(gè)擬組分（見(jiàn)表10）。

表10 I油組擬組分劃分Tab.10 I formation pseudo component

并且利用Eclipse數(shù)值模擬軟件，對(duì)衰竭式和CO2注氣兩種開(kāi)發(fā)方式進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和對(duì)比分析（表11～表13）。

表11 不同開(kāi)發(fā)方式開(kāi)發(fā)對(duì)比方案設(shè)計(jì)表Tab.11 Comparison of different development schemes

表12 衰竭式開(kāi)發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)表Tab.12 Production forecast data of natural development

表13 CO2驅(qū)開(kāi)采開(kāi)發(fā)指標(biāo)預(yù)測(cè)表Tab.13 Production forecast data of CO2flooding development

從方案對(duì)比分析可以看出：（1）前10 a CO2驅(qū)的優(yōu)勢(shì)較為明顯（圖4～圖5），10 a末平均日產(chǎn)油仍達(dá)百?lài)嵰陨?，是枯竭式開(kāi)發(fā)的1.4倍。

（2）從累積產(chǎn)量來(lái)看，10 a末CO2注氣開(kāi)發(fā)比衰竭式開(kāi)發(fā)增油22×104t，提高采收率8%，采用WAG水氣交替注入會(huì)進(jìn)一步提高采收率（圖6），主要原因水氣交替注入可進(jìn)一步提高波及效率。

圖4 平均日產(chǎn)油量與生產(chǎn)時(shí)間關(guān)系曲線Fig.4 Curves of average daily oil production and production time

圖5 累積產(chǎn)油量與生產(chǎn)時(shí)間關(guān)系曲線Fig.5 Curves of cumulative oil production and production time

圖6 連續(xù)注氣和水氣交替注入開(kāi)發(fā)效果對(duì)比分析圖Fig.6 Result analysis of continuous gas injection and WAG

4 結(jié) 論

（1）本次實(shí)驗(yàn)在地層溫度 85.15℃條件下，測(cè)得最小混相壓力為 12.9 MPa，在工程上當(dāng)pi＞0.95 MMP（最小混相壓力）可以認(rèn)為是混相驅(qū)的[17]，油藏原始地層壓力為 12.53 MPa，大于0.95 MMP，因此可判斷為混相驅(qū)。

（2）從油藏評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，油田適合CO2注氣開(kāi)發(fā)，是“三低”油藏補(bǔ)充地層能量，提高單井產(chǎn)量和采收率的有效方法。

（3）通過(guò)連續(xù)注氣和WAG水氣交替注入兩種方案對(duì)比，驗(yàn)證了水氣交替注入可以提高注氣過(guò)程中的波及體積，改善微觀驅(qū)替提高原油采收率，由于儲(chǔ)層的水敏性，在實(shí)際注入過(guò)程中，應(yīng)在注入段塞中加入防膨劑。

（4）考慮到CO2氣源與運(yùn)輸、海上平臺(tái)作業(yè)難度以及經(jīng)濟(jì)效益等方面的問(wèn)題，CO2注氣開(kāi)發(fā)可行性有待進(jìn)一步論證。

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編輯：牛靜靜

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Adaptability Evaluation of CO2Gas Injection Development for“Three Low”O(jiān)ffshore Oil Reservoir

Luo Chengdong
Bohai Petroleum Institute Tianjin Branch of CNOOC，Tanggu，Tianjin 300452，China

In view of the“three low”characteristics（i.e.，low resistivity，low oil saturation and low permeability）of Oilfield in western South China Sea，water injection and energy supplement difficulties exist in the development process due to high irreducible water saturation and high shale content and strong water sensitivity.Based on laboratory researches and adaptability evaluations of gas injection of CO2at home and abroad，and by taking reservoir as an example，laboratory experiment of CO2gas injection and reservoir numerical simulation are finished，and theCO2gas injection development adaptability evaluation is done on this foundation.A comparison among the depletion type development，continuous gas injection and WAG displacement through numerical simulation，the result shows CO2gas injection development has good adaptability，and WAG can further improve the oil recovery of oilfield development.

low-resistance；low-permeability；numerical simulation；adaptability evaluation

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2012.01.14.01.html

羅成棟，1979年生，男，漢族，湖南澧縣人，工程師，碩士，從事油氣田開(kāi)發(fā)研究工作。E-mail：luochd@cnooc.com.cn

10.11885/j.issn.1674-5086.2012.01.14.01

1674-5086（2014）03-0127-06

TE357.7

A

2012–01–14 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2014–05–21