路盼盼，徐 敏，楊昌華，薛龍龍，王佳俊

西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065

隨著南華201 區(qū)塊油田的不斷開發(fā)，油品中的含水率上升，注氣開發(fā)已成為一種重要手段，CO2驅(qū)成為提高采收率的首選方法［1-2］。CO2驅(qū)從機(jī)制上可分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)，研究表明，CO2混相驅(qū)的驅(qū)油效果好，而確定目標(biāo)區(qū)塊是否能夠進(jìn)行混相驅(qū)的重要指標(biāo)是CO2與原油的最小混相壓力［3］。最小混相壓力的確定有很多實(shí)驗(yàn)方法，比如細(xì)管實(shí)驗(yàn)法、氣泡上升儀法、重力穩(wěn)定的驅(qū)替實(shí)驗(yàn)法、界面張力消失法、氣相密度測(cè)定法等，其中細(xì)管實(shí)驗(yàn)法是目前世界上使用最為普遍和標(biāo)準(zhǔn)的方法［4-5］。

細(xì)管模型是一維模型，是在對(duì)油層進(jìn)行最大限度簡(jiǎn)化后形成的，作用是給油藏原油和注入氣提供一個(gè)環(huán)境，使其在多孔介質(zhì)中連續(xù)接觸，并最大程度地排除流度比、黏性指進(jìn)、重力分離、巖性的非均質(zhì)等帶來的不利影響［6］。細(xì)管模型的孔隙度、滲透率與油藏條件不會(huì)完全相同，因此得到的驅(qū)油效率與油藏混相驅(qū)開采的原油驅(qū)油效率也有一定的差異，但得出的最小混相壓力可以較準(zhǔn)確地反映所測(cè)定的油氣系統(tǒng)真實(shí)情況［7-8］。

本文主要通過細(xì)管實(shí)驗(yàn)，研究不同壓力下注入CO2的采收率、氣油比隨注入CO2孔隙體積的變化規(guī)律，以確定南華201區(qū)塊CO2注入的最小混相壓力。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究所采用的細(xì)管模型裝置是從海安石油科技儀器有限公司定制，模型的主要參數(shù)：最高溫度180 ℃，最高壓力40 MPa，尺寸大小10 m×4.00 mm×6.34 mm，填充物為187.5 和125 μm 玻璃微珠各一半，孔隙體積65 cm3，液測(cè)滲透率＜20.0 μm2，細(xì)管試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 細(xì)管試驗(yàn)裝置流程

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 最小混相壓力預(yù)測(cè)

根據(jù)原油成分和油藏溫度，利用模擬軟件Eclipse 對(duì)樣品的最小混相壓力進(jìn)行預(yù)測(cè)，再根據(jù)預(yù)測(cè)最小混相壓力值，在混相壓力上下各設(shè)置2～3 個(gè)適當(dāng)?shù)尿?qū)替壓力點(diǎn)，進(jìn)行細(xì)管混相壓力實(shí)驗(yàn)，得到最小混相壓力。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在每次細(xì)管實(shí)驗(yàn)之前，都必須注入一定的石油醚對(duì)細(xì)管進(jìn)行清洗，并用N2吹干。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)南華201 區(qū)塊采用數(shù)值模擬得到的最小混相壓力，選取5 個(gè)驅(qū)替壓力點(diǎn)進(jìn)行細(xì)管試驗(yàn)，具體為16.2、18.3、23.1、25.7和28.0 MPa。

待地層體系平衡后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注入CO2進(jìn)行驅(qū)替，氣體注入速度為0.15 mL/min，并且在驅(qū)替過程中，計(jì)量產(chǎn)出原油的體積，當(dāng)注入氣體達(dá)到1.2倍的孔隙體積后停止注氣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。分析不同驅(qū)替壓力條件下原油的采收率，確定注入CO2最小混相壓力。

2 細(xì)管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過細(xì)管實(shí)驗(yàn)得出最小混相壓力試驗(yàn)的綜合數(shù)據(jù)，對(duì)比研究5 次不同混相壓力下注入倍數(shù)與氣油比和采出程度的關(guān)系，得出不同壓力下注入CO2的采收率、氣油比隨注入CO2孔隙體積的變化規(guī)律，結(jié)果見圖2和圖3。

圖2 CO2注入倍數(shù)與采收率的關(guān)系

圖3 CO2注入倍數(shù)與氣油比的關(guān)系

2.2 結(jié)果與分析

混相驅(qū)油是在地層高壓條件下，油中的輕質(zhì)烴類分子被CO2提取到氣相中，形成富含烴類的氣相和溶解了CO2的原油的液相兩種狀態(tài)。隨著氣體注入倍數(shù)的增加，氣油比在氣體突破后迅速增大，采收率增加明顯。由圖2～3可得，在注入壓力為25.7 MPa 和28.0 MPa 時(shí)，表現(xiàn)出混相驅(qū)的特征，是混相驅(qū)。

非混相驅(qū)油即為單純的CO2驅(qū)替產(chǎn)油，其主要采油機(jī)制是通過CO2驅(qū)替降低原油的黏度，使原油體積膨脹，界面張力減小，從而達(dá)到驅(qū)油增產(chǎn)的目的。與混相驅(qū)相比，隨著氣體注入倍數(shù)的增加，非混相驅(qū)中氣油比在氣體突破后增加幅度不大，在相同壓力的氣體注入量下，采收率較低。由圖2～3 可知：在注入壓力為16.2、18.3和23.1 MPa 時(shí)，表現(xiàn)出非混相的特征，是非混相驅(qū)。

2.2.1 混相驅(qū)

在5 次細(xì)管驅(qū)替試驗(yàn)中，第4 次和第5 次注入壓力分別為25.7和28.0 MPa。由圖2和圖3可知：兩次試驗(yàn)注入氣體的突破時(shí)間都相對(duì)較晚，都在注入0.95 PV（即0.95 倍孔隙體積的CO2）后突破，采收率大于92%，觀察窗顯示的井流物也表現(xiàn)出混相驅(qū)替特征［9］。

由圖3 可知：在注入氣體未突破時(shí)，氣油比不發(fā)生變化，一直是注入初期時(shí)的氣油比。當(dāng)注入氣體突破以后，氣油比迅速上升，與非混相驅(qū)相比，其氣油比在第一和第二階段分不出來，基本上保持不變，第三階段則明顯上升。由此可見，注入氣的整個(gè)過程是經(jīng)過多次接觸并不斷使注入CO2更加富化的過程。

2.2.2 非混相驅(qū)

在5 次細(xì)管驅(qū)替試驗(yàn)中，第1～3 次驅(qū)替所用注入壓力分別為16.2、18.3和23.1 MPa。由圖2和圖3 可知：在這3 次驅(qū)替試驗(yàn)中，氣體突破的時(shí)間都比較早，分別在注入0.70、0.76 和0.83 PV 時(shí)突破，其采收率分別為62.375%、74.746% 和84.177%，觀察窗顯示的井流物也表現(xiàn)為非混相驅(qū)替特征。

由圖3 可知：注入孔隙體積與氣油比大致可以分為3 個(gè)不同的變化階段。第一、二階段氣油比變化幅度小，不明顯；第三階段上升幅度較大。這說明，氣油比在氣體突破前基本不變，只有在氣體突破后才有所增加，但隨著油氣混合帶的建立，又出現(xiàn)一個(gè)明顯的臺(tái)階，在穩(wěn)定一段時(shí)間后，氣油比才迅速增大，而且注入壓力越大，相應(yīng)的臺(tái)階就越低，越趨近于混相驅(qū)替時(shí)的氣油比曲線。由此可見，出現(xiàn)這樣的情況與注入氣體的壓力有密切關(guān)系。

2.2.3 確定最小混相壓力

根據(jù)測(cè)得的驅(qū)替壓力與采出油量的關(guān)系，計(jì)算得出采收率與驅(qū)替壓力的關(guān)系數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1和圖4。

表1 不同驅(qū)替壓力下原油采出程度

圖4 驅(qū)替壓力與采收率的關(guān)系

由表1 可知：隨著驅(qū)替壓力的增大，原油采收率不斷增加，但增加的幅度有差異。當(dāng)驅(qū)替壓力高于25.7 MPa 時(shí)，采收率增加幅度明顯減?。或?qū)替壓力從25.7 MPa 增至28.0 MPa 時(shí)，采收率從93.07%增至94.63%，僅增加1.56%。

由圖4 可知：采收率在壓力為23.7 MPa 處出現(xiàn)拐點(diǎn)，在驅(qū)替壓力低于23.7 MPa 時(shí)，采收率隨著驅(qū)替壓力的增大而增大；當(dāng)驅(qū)替壓力高于23.7 MPa 之后，采收率只有很小幅度的增加。根據(jù)細(xì)管實(shí)驗(yàn)判斷準(zhǔn)則［6］，可以確定南華201 區(qū)塊注CO2最小混相壓力為23.7 MPa。

3 結(jié)論

1）非混相驅(qū)時(shí)，采出程度與注入孔隙體積呈正相關(guān)。當(dāng)注入氣體突破后，采出程度增加幅度不明顯，曲線出現(xiàn)明顯的平臺(tái)期。

2）混相驅(qū)時(shí)，氣油比在注入氣體突破后迅速上升。由此可見，注入氣的整個(gè)過程是經(jīng)過多次接觸并不斷使注入CO2更加富化的過程。

3）與非混相驅(qū)對(duì)比，混相驅(qū)的采出程度趨勢(shì)相同但增加幅度大，采油效果更好。采出程度變化情況與注入壓力相關(guān)，注入壓力不同，采出程度也不相同。

4）南華201 區(qū)塊注CO2最小混相壓力為23.7 MPa。