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      水氣交替微觀驅(qū)油特征研究

      2017-11-13 09:07:45王振華
      石油知識 2017年5期
      關(guān)鍵詞:盲端波及水氣

      王振華

      (中石化中原油田分公司科技處 河南濮陽 457001)

      水氣交替微觀驅(qū)油特征研究

      王振華

      (中石化中原油田分公司科技處 河南濮陽 457001)

      針對水氣交替驅(qū)過程中CO2與水能否接觸、對剩余油動用能力等問題,利用微觀可視模型,研究了不同密度CO2驅(qū)后剩余油分布類型及挖潛對策,描述了水氣交替微觀封堵特征及對剩余油動用能力。實驗結(jié)果表明,超臨界CO2高密度的特征,可擴大CO2向油藏中下部的擴散運移;CO2驅(qū)后剩余油以油膜類、盲端類、等勢點類、未波及區(qū)域為主,其中等勢點及未波及區(qū)域是下步挖潛主要對象;水氣交替的注水階段與注氣階段呈現(xiàn)出不同的賈敏效應(yīng),其中注氣階段賈敏效應(yīng)明顯;水氣交替可顯著改善等勢點類剩余油,但未波及區(qū)域動用程度不高。

      CO2;微觀驅(qū)替;剩余油;機理;水氣交替

      引言

      二氧化碳(CO2)驅(qū)是目前廣泛應(yīng)用的三次采油方法,而CO2氣竄已成為限制CO2驅(qū)進一步提高采收率的重要因素[1],其中水氣交替是現(xiàn)場實施最為經(jīng)濟且廣泛采用的一種流度控制方法[2]。關(guān)于水氣交替減緩氣竄的研究,主要集中注入?yún)?shù)優(yōu)化[3],而超臨界CO2具有高密度的特點,在油藏內(nèi)CO2與水是否接觸、如何形成水氣交替賈敏效應(yīng)、對剩余油動用能力研究較少。筆者以高溫高壓微觀驅(qū)替設(shè)備為基礎(chǔ),研究了不同密度CO2驅(qū)油后的微觀剩余油分布狀態(tài)及挖潛措施,描述了水氣交替微觀封堵機理及其對不同類型剩余油的動用程度,研究結(jié)果為水氣交替油藏選取及注入?yún)?shù)優(yōu)化提供理論支持。

      1 實驗部分

      1.1 實驗設(shè)備

      高溫高壓微觀驅(qū)替裝置主要由注采系統(tǒng)、可視高壓釜、拍攝系統(tǒng)等組成,實驗設(shè)備耐溫150℃、耐壓15MPa,實驗流程如圖1所示。

      圖1 高溫高壓微觀可視化實驗流程圖

      1.2 實驗條件

      為便于觀察,實驗選用航空煤油加入油溶性紅色染色劑;水選用地層產(chǎn)出水,礦化度24×104mg/l,氯離子含量16×104mg/l,水型為CaCl2;實驗?zāi)P蜑槠桨宀AЧ饪涛g模型,其孔隙結(jié)構(gòu)與儲層巖石孔隙具有相似性??紫秴^(qū)域的尺寸為5cm×5cm,孔隙深度為100um,孔隙寬度為10~300um,孔隙體積約為1mL。為模擬密度差異對CO2波及范圍影響,本文玻璃模型均采用垂向放置。

      CO2驅(qū)實驗條件如下。氣態(tài)CO2驅(qū)實驗條件:4MPa,60℃,CO2密度0.17g/cm3,煤油密度0.8g/cm3;低密度CO2驅(qū)實驗條件:8MPa,60℃,CO2密度0.21g/cm3,煤油密度0.8g/cm3;高密度CO2驅(qū)實驗條件:11MPa,60℃,CO2密度0.5g/cm3(與中原油田正開展CO2驅(qū)的濮城沙一下油藏82.5℃、20MPa對應(yīng)CO2密度0.53g/cm3相近),煤油密度0.8g/cm3。

      水氣交替驅(qū)實驗條件:11MPa,60℃。

      1.3 實驗步驟

      CO2驅(qū)實驗步驟:①將微觀模型抽空飽和染色油;②以0.02mL/m英寸速度進行CO2驅(qū)油。

      水氣交替驅(qū)實驗步驟:①將微觀模型抽空飽和染色油;②以0.02mL/m英寸的速度進行水驅(qū);③以0.02mL/m英寸的速度進行CO2驅(qū);④重復(fù)步驟②、③。

      2 CO2驅(qū)后剩余油富集類型及挖潛對策

      2.1 不同密度CO2驅(qū)后宏觀剩余油分布狀態(tài)

      超臨界CO2最顯著特征是“密度高、粘度低”,其中高密度對CO2波及范圍影響較大。考慮CO2高密度特點,采用垂向放置玻璃模型模擬重力差異對CO2驅(qū)油影響。

      圖2 不同密度CO2驅(qū)后縱向波及范圍圖

      選取了出口見氣即氣竄時刻,不同密度CO2驅(qū)后縱向波及范圍,如圖2所示。隨著CO2密度升高,CO2驅(qū)的波及范圍下移,其中圖2-a氣態(tài)CO2驅(qū)波及范圍34%,圖2-b低密度超臨界CO2驅(qū)波及范圍45%,圖2-c高密度超臨界CO2驅(qū)波及范圍49%。因此對于N2或空氣驅(qū),注入氣體密度隨溫度壓力變化不大,波及范圍以油藏頂部為主;對于密度變化大的CO2,應(yīng)考慮油藏溫度壓力條件下對應(yīng)的CO2密度,同時結(jié)合油藏厚度及剩余油分布,選取適宜的CO2注入段塞及流度控制時機。

      2.2 CO2驅(qū)后微觀剩余油分布狀態(tài)

      以高密度CO2驅(qū)實驗為例,分析了CO2驅(qū)后微觀剩余油分布特點。圖中黃色箭頭表明氣驅(qū)方向。

      (1)盲端區(qū)域

      圖3 盲端區(qū)域剩余油分布圖

      對于單流道盲端區(qū)域(圖3-a),由于CO2驅(qū)替壓差較小,CO2難以滲入此區(qū)域,因此單流道盲端區(qū)域剩余油較多。對于多流道盲端區(qū)域(圖3-b),由于盲端為環(huán)路形,CO2在較低驅(qū)替壓差下可進入并能驅(qū)替剩余油,殘余油較少,因此單流道盲端是剩余油富集區(qū)域。對于單流道盲端剩余油可通過提高驅(qū)替壓差,提高CO2滲入量以降低剩余油。

      (2)膜狀類剩余油

      如圖3-a中2號區(qū)域,CO2驅(qū)后存在油膜類剩余油,但此類型剩余油量較少,可通過多次沖刷減少剩余油量。

      (3)等勢點類剩余油

      圖4 流線兩側(cè)等勢點類剩余油分布圖

      對于流線兩側(cè),由于壓力相近可定義為等勢點。此類等勢點形成的剩余油量較多,也是下步挖潛對象。此類區(qū)域可通過流度控制,改變CO2驅(qū)路線,以減少等勢點剩余油。

      (4)未波及區(qū)域

      由于CO2波及范圍以油藏中上部為主,對于油藏中下部是主要剩余油富集區(qū),也是下步挖潛重要對象。此類區(qū)域可通過流度控制,以擴大CO2向中下部油藏擴散。

      3 水氣交替微觀封竄特征

      3.1 水氣交替驅(qū)微觀封竄機理

      理論上,水氣交替通過孔喉內(nèi)水與氣形成賈敏效應(yīng)以減緩氣相流度。在室內(nèi)或現(xiàn)場水氣交替中,注水階段注入壓力升高緩慢或略有降低,而注氣階段注入壓力升高快。通過微觀可視化實驗發(fā)現(xiàn)可解釋注入壓力出現(xiàn)上述規(guī)律原因,在注水階段表現(xiàn)為油藏內(nèi)水多氣少(如圖5-a所示),賈敏效應(yīng)較弱,但注氣階段油藏內(nèi)氣多水少(如圖5-b所示),賈敏效應(yīng)強;但是注水階段和注氣階段均可實現(xiàn)賈敏效應(yīng)封堵。

      圖5 水氣交替驅(qū)不同階段孔喉內(nèi)流體分布圖

      3.2 水氣交替驅(qū)后宏觀剩余油分布特征

      圖6 水氣交替驅(qū)不同階段宏觀波及范圍圖

      由圖6-a和圖6-b可知第一輪次水驅(qū)初期,受重力影響,以波及油藏下部為主;在水驅(qū)末期隨著不斷注水開發(fā),油藏剩余油降低,油藏底部基本被水驅(qū)過,相對頂部剩余油較多。

      由圖6-c可知第一輪次氣驅(qū)初期,超臨界CO2上浮,驅(qū)替頂部剩余油;在氣驅(qū)末期(圖6-d)超臨界CO2波及范圍以黃線上部為主。

      在第二輪注水中,由于油藏內(nèi)參與大量剩余氣,受賈敏效應(yīng)影響,注入水波及范圍得到改善,逐漸向油藏頂部運移,如圖6-e所示。微氣泡分布于孔喉內(nèi),殘余氣與后續(xù)水形成賈敏效應(yīng),可擴大水驅(qū)向頂部擴散。第二輪注氣后,CO2波及范圍也得到有效改善,頂部剩余油較少,逐步波及到油藏底部,如圖6-f所示。

      3.3 水氣交替驅(qū)后微觀剩余油分布特征

      圖7 同一位置水氣交替驅(qū)不同階段剩余油分布圖

      (1)膜狀類剩余油

      經(jīng)過水氣交替不斷沖刷,油藏孔喉表面的膜狀類剩余油不斷減少,如圖7中1號區(qū)域,在水驅(qū)后殘余油部分膜狀剩余油,但CO2驅(qū)后基本不含膜狀剩余油,其原因為CO2驅(qū)油效率高,同時水氣交替改變氣驅(qū)流線,提高了氣驅(qū)沖刷次數(shù)。

      (2)盲端類剩余油

      水氣交替通過賈敏效應(yīng)可擴大氣體波及范圍,同時封堵形成的高壓差可增加CO2對盲端的滲入量。如圖7中2號區(qū)域,第二輪水驅(qū)后盲端剩余油基本未動用,而再次氣驅(qū)后,剩余油量減少,說明水氣交替可改善盲端類剩余油,但仍有部分剩余油。

      (3)等勢點剩余油

      等勢點剩余油是挖潛主要對象。水氣交替通過賈敏效應(yīng)可改變驅(qū)替介質(zhì)流向,動用等勢點類剩余油。圖7-a中水驅(qū)沿水平方向為主(黑色箭頭),圖7-b中氣驅(qū)呈多流向(黃色箭頭),可有效動用等勢點剩余油。

      圖8 水氣交替后邊角區(qū)域剩余油狀態(tài)圖

      (4)邊角區(qū)域性富集剩余油

      邊角區(qū)域是油藏剩余油主要富集區(qū)。但水氣交替對本類剩余油動用程度不高,如圖8所示,其主要有三方面原因,一是CO2密度低,大多集中于油藏中上部,難形成水氣交替;二是賈敏效應(yīng)屬于一種阻力,其減緩了驅(qū)替前緣向下擴散;三是油藏中上部CO2沿已形成的通道產(chǎn)出,無法持續(xù)推動氣體向邊角區(qū)域擴散。因此,為改善邊角區(qū)域性剩余油,需開展泡沫類等強封堵性措施,以擴大CO2向邊角區(qū)域擴散量。

      4 結(jié)論與認識

      (1)超臨界CO2高密度的特征,可擴大CO2向油藏中下部的擴散運移,因此進行CO2驅(qū)流度控制評價方案中應(yīng)考慮CO2密度對CO2波及范圍的影響;

      (2)CO2驅(qū)后剩余油以油膜類、盲端類、等勢點類、未波及區(qū)域為主,其中等勢點及未波及區(qū)域是剩余油主要富集區(qū),可通過流度控制轉(zhuǎn)變CO2流向,以進一步挖潛;

      (3)水氣交替的注水階段與注氣階段呈現(xiàn)出不同的賈敏效應(yīng),其中注氣階段賈敏效應(yīng)明顯;水氣交替可顯著改善等勢點類剩余油,但未波及區(qū)域動用程度不高。

      [1] 楊昌華,鄧瑞健,牛保倫,等.濮城油田沙一下油藏CO2泡沫封竄體系研究與應(yīng)用[J].斷塊油氣田,2014,21(1): 118-120.

      [2] 劉炳官,朱平. 江蘇油田CO2混相驅(qū)現(xiàn)場試驗研究[J].石油學(xué)報, 2002, 23(4): 56- 60.

      [3] 白素,宋考平,楊二龍,等.CO2驅(qū)水氣交替注入?yún)?shù)正交試驗設(shè)計模擬[J].特種油氣藏,2011,18(1): 105- 108,

      [4] 李士倫,郭平,王仲林等著.中低滲透油藏注氣提高采收率理論及應(yīng)用.北京:石油工業(yè)出版社,2007.

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