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      CO2驅(qū)注采耦合提高采收率技術(shù)

      2021-10-21 01:37:10鄭文寬呂廣忠李友全張傳寶
      關(guān)鍵詞:氣驅(qū)混相波及

      鄭文寬,楊 勇,呂廣忠,李友全,張傳寶

      (1.中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257015; 2.山東省非常規(guī)油氣勘探開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 東營 257015)

      引 言

      地層條件下,CO2處于超臨界狀態(tài),具有高密度、低黏度、與原油混溶性強(qiáng)、抽提作用強(qiáng)、易于液化的特點(diǎn)[1-4],是一種優(yōu)越的驅(qū)油劑,能夠顯著提高油藏中注入流體波及區(qū)域的驅(qū)油效率[5]。但另一方面,由于CO2流度遠(yuǎn)大于原油流度,以及儲(chǔ)層固有的非均質(zhì)性,導(dǎo)致氣驅(qū)過程中CO2往往優(yōu)先沿滲透率優(yōu)勢(shì)通道流動(dòng),氣竄現(xiàn)象嚴(yán)重。波及系數(shù)低直接限制了CO2驅(qū)采收率的進(jìn)一步提高[6-8]。如何控制注氣過程中不利的流度比以及提高氣體的宏觀波及規(guī)律,是進(jìn)一步提高CO2驅(qū)采收率的關(guān)鍵,也是下一步的主要研究方向[9-13]。

      現(xiàn)階段CO2驅(qū)擴(kuò)大波及、抑制氣竄的主要措施有氣水交替、CO2增稠、泡沫調(diào)驅(qū)技術(shù)等[14-16],然而這些技術(shù)在特低滲透油藏中的適應(yīng)性均欠佳,主要體現(xiàn)在油藏滲透率低,注入能力差,驅(qū)替劑難以注入。因此,亟需尋求新的注采模式來改善特低滲透油藏CO2驅(qū)開發(fā)效果。勝利油田借鑒水驅(qū)開發(fā)經(jīng)驗(yàn),提出了利用注采耦合技術(shù)來改善CO2驅(qū)波及效果。注采耦合是一種注采井交替注采的開發(fā)模式,通過注采交替引起的壓力場交替變化與液流轉(zhuǎn)向來提高水驅(qū)波及體積,能夠較好地抑制水竄,改善油藏高含水期的水驅(qū)效果[18-19]。雖然此前人們已經(jīng)針對(duì)水驅(qū)注采耦合技術(shù)做了諸多研究工作,但該項(xiàng)技術(shù)在氣驅(qū)中的研究和應(yīng)用仍較少,作用機(jī)理及效果評(píng)價(jià)也尚不明確。

      本文采用物理模擬與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,通過微觀可視化實(shí)驗(yàn),明確CO2驅(qū)注采耦合中油氣兩相的運(yùn)移規(guī)律,以及油氣界面、前緣演化、剩余油分布等;利用數(shù)值模擬方法,研究不同條件下注采耦合的擴(kuò)大波及及提高采收率規(guī)律,建立CO2驅(qū)注采耦合技術(shù)界限,以達(dá)到指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn),擴(kuò)大波及,抑制氣竄的效果。

      1 微觀可視化實(shí)驗(yàn)

      1.1 實(shí)驗(yàn)條件與流程

      通過微觀可視化實(shí)驗(yàn)?zāi)MCO2驅(qū)注采耦合若干個(gè)連續(xù)的耦合周期,觀察注采耦合過程中的油氣兩相運(yùn)移規(guī)律,以及油氣界面、前緣演化、剩余油分布等。

      實(shí)驗(yàn)使用的滲流介質(zhì)為玻璃刻蝕模型;使用煤油作為模擬油,煤油在50℃下的最小混相壓力約為8.5 MPa,為增加辨識(shí)度,在油相中添加油溶藍(lán);注入CO2氣樣純度為99.995%。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:

      (1)將微觀刻蝕模型裝入微觀模型夾持器中,加圍壓,對(duì)模型抽真空飽和油;

      (2)關(guān)閉模型出口,打開入口,注入CO2;

      (3)關(guān)閉模型入口,燜井憋壓10 min;

      (4)打開模型出口,采出流體;

      (5)步驟(2)—(4)為一個(gè)耦合周期,重復(fù)上述流程,每組實(shí)驗(yàn)包括5個(gè)耦合周期。

      實(shí)驗(yàn)全程由高速攝像機(jī)記錄實(shí)驗(yàn)過程,并通過圖像分析識(shí)別不同階段的油氣分布面積。

      1.2 CO2驅(qū)注采耦合實(shí)驗(yàn)分析

      CO2驅(qū)注采耦合實(shí)驗(yàn)不同階段的油氣分布如圖1所示。其中圖1(a)為注氣提壓階段,圖1(b)為燜井憋壓階段,圖1(c)為開采泄壓階段,圖1(d)為多個(gè)耦合周期后的流體分布。圖中亮白色區(qū)域?yàn)榛|(zhì)顆粒,藍(lán)色區(qū)域?yàn)橛拖啵疑珔^(qū)域?yàn)闅庀?,綠色圓點(diǎn)為注入井位置,紅色圓點(diǎn)為采出井位置。在實(shí)驗(yàn)過程中,藍(lán)色油相區(qū)域顏色由深變淺,最后變成灰色,代表油相逐漸被CO2氣相驅(qū)出。

      由圖1可以看出,在注氣提壓階段,隨著模型壓力持續(xù)升高,注入的CO2主要沿大孔道緩慢擠入,集中于注入井附近,波及范圍較小,且擴(kuò)散速度慢;燜井憋壓階段,模型壓力趨于平衡,CO2組分逐漸由氣相溶解擴(kuò)散進(jìn)油相,具體表現(xiàn)在油氣兩相界面即氣相前緣出現(xiàn)緩慢后撤,油相區(qū)域顏色逐漸變淡,說明此時(shí)CO2組分波及擴(kuò)大,但是氣相區(qū)域變?。婚_采泄壓階段,流體在壓差的作用下由高壓區(qū)(全區(qū))向低壓區(qū)(采出井)流動(dòng),同時(shí)壓力降低引起的流體膨脹,主要是CO2膨脹,加快了采出速度,此階段CO2組分及氣相波及區(qū)域均快速擴(kuò)大。

      將實(shí)驗(yàn)壓力提高至最小混相壓力以上,模擬混相驅(qū)注采耦合開發(fā)過程,不同實(shí)驗(yàn)階段的油氣分布如圖2所示。

      對(duì)比圖2混相驅(qū)注采耦合和圖1非混相驅(qū)注采耦合不同階段的油氣分布,可以看出,混相驅(qū)注采耦合由于壓力保持水平更高,增強(qiáng)了CO2在油相中的溶解擴(kuò)散能力,因此在燜井憋壓階段,油相顏色變淡區(qū)域即CO2組分波及區(qū)域范圍更廣,而氣相區(qū)域幾乎全部消失;開采階段,較高的壓力保持水平使得流體膨脹所釋放的彈性能量更大,促使CO2運(yùn)移到更廣的區(qū)域,帶出更多的油,同時(shí)也加快了流體采出速度。 通過圖像分析技術(shù)識(shí)別不同階段的油氣分布,5個(gè)耦合周期后,混相驅(qū)注采耦合CO2波及系數(shù)達(dá)到了80%,明顯高于非混相驅(qū)注采耦合的CO2波及系數(shù)70%。不同階段的CO2波及情況如圖3所示。

      圖1 非混相驅(qū)注采耦合實(shí)驗(yàn)不同階段油氣分布Fig.1 Oil and gas distribution in different stages of (immiscible CO2 flooding) injection-production coupling

      圖2 混相驅(qū)注采耦合實(shí)驗(yàn)不同階段油氣分布Fig.2 Oil and gas distribution in different stages of (miscible CO2 flooding) injection-production coupling

      圖3 注采耦合不同階段的CO2波及變化規(guī)律Fig.3 Variation of CO2 sweep coefficient in different stages of injection-production coupling

      相對(duì)于連續(xù)氣驅(qū),注采耦合避免了注采井間流線直接溝通,消除了注采井間的高壓差條帶,使得注采井控制區(qū)域壓力均勻上升,CO2均勻擴(kuò)散,邊角區(qū)的油更容易得到動(dòng)用。

      2 CO2驅(qū)注采耦合技術(shù)界限

      勝利油田樊142塊平均滲透率1.89×10-3μm2,樊142-7-斜4井組為CO2驅(qū)試驗(yàn)井組,包括1口注氣井與6口采油井,如圖4所示。由于該油藏儲(chǔ)層滲透率過低,無法采用氣水交替方式生產(chǎn),為提高油層壓力達(dá)到混相,并擴(kuò)大CO2波及體積,擬采取注采耦合方式開發(fā)。

      圖4 樊142塊井網(wǎng)設(shè)計(jì)Fig.4 Well pattern design of FAN-142 block

      使用Petrel軟件建立地質(zhì)模型,導(dǎo)入Eclipse軟件中,模擬不同條件下的CO2驅(qū)注采耦合開發(fā)過程。對(duì)比采用的注采耦合基礎(chǔ)方案為初期耦合、壓力保持水平為1倍最小混相壓力、等時(shí)注采(注采時(shí)間1∶1)、 耦合周期12個(gè)月。因考慮到此次樊142-7-斜4井組現(xiàn)場試驗(yàn)要求,該部分模擬不設(shè)置燜井階段,采用控制變量方式對(duì)注采耦合技術(shù)界限進(jìn)行分析。

      2.1 耦合時(shí)機(jī)

      根據(jù)注采耦合方式介入時(shí)機(jī)不同可分為初期耦合、見氣后耦合、氣竄后耦合等。不同耦合時(shí)機(jī)的開發(fā)情況對(duì)比如表1所示??梢钥闯鲈皆鐚?shí)施注采耦合,CO2波及系數(shù)與最終采出程度越高,初期耦合相對(duì)于連續(xù)氣驅(qū),氣相波及系數(shù)提高了5%,CO2組分波及系數(shù)提高了8.9%,采出程度提高3.4%。而由于CO2驅(qū)注采耦合擴(kuò)大波及的主要機(jī)理是溶解擴(kuò)散與彈性膨脹,并沒有對(duì)氣竄通道進(jìn)行封堵,因此在見氣后或氣竄后轉(zhuǎn)注采耦合則較難見效。優(yōu)選初期耦合作為最佳耦合時(shí)機(jī)。

      表1 不同耦合時(shí)機(jī)開發(fā)效果對(duì)比Tab.1 Comparison of development effects at different coupling times

      2.2 壓力保持水平

      不同壓力保持水平下的注采耦合與連續(xù)氣驅(qū)開發(fā)效果對(duì)比如圖5所示。由于CO2擴(kuò)散系數(shù)與壓縮性均隨壓力升高而增大,因此相對(duì)于連續(xù)氣驅(qū),CO2驅(qū)注采耦合開發(fā)效果受壓力保持水平影響更大,其平均壓力保持水平也應(yīng)高于連續(xù)氣驅(qū)。研究區(qū)塊的最小混相壓力為31 MPa,建議注采耦合的壓力保持水平不低于37.2 MPa,即不低于1.2倍的最小混相壓力。

      圖5 不同壓力保持水平的開發(fā)效果對(duì)比Fig.5 Comparison of development effects at different pressure levels

      2.3 注采耦合時(shí)長

      根據(jù)注采耦合時(shí)長不同可分為等時(shí)注采、長注短采、短注長采。不同注采耦合時(shí)長采用相同的注采比,且一個(gè)周期內(nèi)總注氣量一致。其中等時(shí)注采每個(gè)耦合周期注6個(gè)月,采6個(gè)月;長注短采每個(gè)耦合周期注8個(gè)月,采4個(gè)月;短注長采每個(gè)耦合周期注4個(gè)月,采8個(gè)月。模擬開發(fā)結(jié)果對(duì)比如圖6所示。由圖6可知,短注長采效果最佳,短注長采由于需要在最短的時(shí)間內(nèi)注入等量CO2,一方面需要維持最高的壓力保持水平,一方面也增加了CO2在儲(chǔ)層中的平均接觸時(shí)間,溶解擴(kuò)散作用更充分,因此提高采收率的效果最好。

      圖6 不同注采耦合時(shí)長開發(fā)效果對(duì)比Fig.6 Comparison of development effects of different injection-production coupling duration

      2.4 耦合周期

      不同耦合周期的模擬開發(fā)結(jié)果對(duì)比如圖7所示。由圖7可知,不同耦合周期對(duì)采出程度影響較小,短周期開發(fā)效果略好于長周期開發(fā),但是短周期注采耦合的工程實(shí)施成本也更高。綜合考慮采收率及成本因素,耦合周期6~12個(gè)月為最佳。

      圖7 不同注采耦合周期開發(fā)效果對(duì)比Fig.7 Comparison of development effects of different injection-production coupling cycles

      根據(jù)對(duì)耦合時(shí)機(jī)、壓力保持水平、注采耦合時(shí)長、耦合周期的優(yōu)化結(jié)果,選取初期耦合、短注長采模式,壓力保持水平為1.2倍的最小混相壓力,耦合周期為6~12個(gè)月。相對(duì)于常規(guī)連續(xù)氣驅(qū),CO2驅(qū)注采耦合可顯著降低氣油比上升速度。延緩該區(qū)塊氣竄時(shí)間14個(gè)月,并提高采收率約6.3%。注采耦合與連續(xù)氣驅(qū)的剩余油分布及CO2組分分布如圖8所示。

      圖8 注采耦合(左)與連續(xù)氣驅(qū)(右)剩余油分布Fig.8 Remaining oil distributions after injection-production coupling development and continuous gas flooding

      3 結(jié) 論

      (1)CO2驅(qū)注采耦合提高采收率的主要機(jī)理是溶解擴(kuò)散與彈性膨脹,其避免了注采井間流線直接溝通,消除了注采井間的高壓差條帶,使得注采井控制區(qū)域壓力均勻上升,CO2均勻擴(kuò)散,邊角區(qū)的油更容易得到動(dòng)用。

      (2)注氣提壓階段,CO2不斷溶解,氣相前緣后撤,氣相波及體積逐漸變小,組分波及體積緩慢擴(kuò)大;泄壓開采階段,溶解于油相中的CO2快速逸出,同時(shí)氣相因壓力降低發(fā)生彈性膨脹,氣相及組分波及體積均加速擴(kuò)大。

      (3)初期耦合、短注長采提高采收率效果最明顯,氣竄后轉(zhuǎn)注采耦合則較難見效;相對(duì)于連續(xù)氣驅(qū),CO2驅(qū)注采耦合開發(fā)效果受壓力保持水平影響更大,其平均壓力保持水平也應(yīng)高于連續(xù)氣驅(qū),建議不低于1.2倍的最小混相壓力。

      (4)相對(duì)于連續(xù)氣驅(qū),CO2驅(qū)注采耦合可顯著降低氣油比上升速度,延緩樊142-7-斜4井組氣竄時(shí)間14個(gè)月,并提高采收率約6.3%。

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