CO2、N2、化学剂及其复合对陈373块稠油作用的实验与评价

朱学东1， 周淑娟2， 陈德春2， 姜立富3， 孟红霞2

(1.中国石化胜利油田分公司 河口采油厂， 山东 东营 257200； 2.中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东青岛 266580； 3.中海石油(中国)有限公司 天津分公司， 天津 塘沽 300452)

0 引言

胜利油田陈373区块由于层薄、纯总比低、油稠、出砂严重、天然能量不足等因素，导致注汽压力高、热损失大、产能低、多轮次注汽后产量递减快、热采周期短，严重影响蒸汽吞吐开发效果.为改善油田开采效果，国内外广泛开展了化学剂、二氧化碳、氮气等提高原油采收率的技术[1-6].针对陈373块存在的问题，开展化学剂对稠油粘度、界面张力的影响，二氧化碳、氮气及其与化学剂复合对稠油粘度和体积系数影响的实验研究，探索陈373区块实行化学剂吞吐、二氧化碳吞吐、复合吞吐等开发方式的可行性.

1 陈373块稠油开发特征和存在的问题

胜利油田河口采油厂稠油区块探明含油面积58 km2，探明地质储量8 495×104t，动用面积49.5 km2，动用储量7 840×104t，标定采收率18.1%.其中，陈373块薄层稠油动用地质储量为2 373×104t，占58.9%，年产22万吨，占热采稠油产量60%.

陈373块为陈家庄油田薄层稠油油藏热采区块，但该区块开发过程中主要存在以下矛盾：(1)层薄，单层有效厚度为2～6 m，纯总比低，地面脱气原油粘度(50 ℃)一般为10 000～50 000 mPa·s，属于特稠油油藏，出砂严重，天然能量不足，注汽压力高达19 MPa左右，热损失大，当油层厚度由10 m下降至2 m，热损失由21%上升至57%，产能低，平均单井日油5.3 t，热采周期短，蒸汽吞吐开发效果差.(2)周期产量、油汽比递减快，油汽比低，周期产油量递减率为27.89%，周期油汽比递减率为35.59%.随着吞吐轮次的增加，蒸汽吞吐效果越来越差.(3)含水上升快，周期间含水上升速度为3.27%.(4) 地层亏空，导致地层压力降低：区块平均压降为2.4 MPa，地层累计亏空400×104m3.为此，化学剂冷采或化学剂与气体复合冷采的适应性有待研究.其中，化学剂冷采的主要机理是化学剂将稠油乳化成水包油乳状液改变稠油流动性，降低稠油粘度，降低油水界面张力等[1].CO2或N2吞吐的机理是CO2或N2溶解于原油中使其体积膨胀，降低原油粘度、降低残余油饱和度[7-9,12].气体与化学剂复合冷采主要是利用气体与化学剂的协同增效作用[10-12].

2 化学剂对稠油作用的实验与评价

实验中所用的油样来自于胜利油田陈373块，50 ℃地面脱气原油粘度为40 950 mPa·s，属于特稠油.所用化学剂为水溶性自扩散降粘体系，该化学剂是一种粉末状固体，耐温性能强，适于温度160 ℃、耐盐性能好，能溶解稠油中的重质组分.

2.1 化学剂对油水界面张力的影响

化学剂降低油水界面张力的能力决定化学剂与油发生乳化作用的难易程度.实验将化学剂与地层水配置成不同质量浓度(0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、2%)的溶液，采用旋滴界面张力仪测定油藏温度65 ℃下的油水界面张力.油水界面张力与化学剂浓度的曲线如图1所示.

图1 不同化学剂浓度改变油水界面张力效果曲线

图1表明，化学剂有很好的降低油水界面张力的能力，在化学剂浓度低于0.05%时，随着化学剂浓度的增加，油水界面张力急剧降低，当化学剂质量浓度高于0.05%时，油水界面张力达到低界面张力范围，化学剂浓度继续增加，油水界面张力降低程度不大.化学剂降低油水界面张力的效果可以提高洗油效率和波及系数，从而提高驱油效果.

2.2 化学剂对稠油粘度的影响

将化学剂与地层水配制成的不同质量浓度(0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、2%)溶液与脱水脱气原油按3:7的体积比搅拌混合均匀，采用BROOKFIELD数显粘度计、超级恒温箱，在65 ℃下测不同化学剂质量浓度对原油的降粘效果.实验结果如图2所示.

图2 不同质量浓度化学剂降粘率效果图

从图2中可以看出，化学剂对原油有良好的降粘效果，随着化学剂质量浓度的增加，对原油的降粘效果增加，当化学剂质量浓度为1%时，化学剂对原油的降粘率达94.39%，化学剂浓度继续增加，原油粘度变化不大，表明化学剂的降粘效果最优的质量浓度在1%左右.化学剂可以大幅度的降低原油粘度，提高原油的流动能力，降低水油流度比，增大波及系数，提高驱油效果.

3 CO2、N2及气体与化学剂复合对稠油作用的实验与评价

CO2、N2在高温高压下溶解到稠油中会对其物性产生明显的影响，利用高压PVT装置及落球粘度计进行CO2、N2溶解及其与化学剂复合对稠油物性的影响实验研究.

3.1 油藏温度条件下CO2、N2在原油和混有化学剂溶液的原油中的溶解度

将原油与质量浓度1%的稠油自扩散体系溶液按7∶3的体积比混合均匀配制成混有化学剂溶液的原油乳状液，将不同比例的气体分别与原油和原油乳状液均匀混合，利用高压PVT实验装置对油样进行单次脱气实验[12,13].测量65 ℃下，不同压力条件下，CO2和N2分别在原油和原油乳状液中的溶解度，结果如图3所示.

图3 65 ℃不同压力条件下，CO2、N2在原油与混有化学剂的原油乳状液中的溶解度曲线

从图3中可以看出：

(1)CO2和N2可以较大量的溶入陈373区块原油中，在相同温度和压力条件下，CO2在原油中的溶解度明显大于N2，该区块进行CO2吞吐有一定的可行性.CO2和N2在原油中的溶解度随压力增大而增加，压力为10 MPa时，CO2在原油中的溶解度为46.62 m3/m3，N2的溶解度为13.11 m3/m3，CO2的溶解度为N2的3.5倍.

(2)CO2、N2在化学剂溶液与原油混合形成的乳状液中的溶解度随压力增大而增加，但在相同温度和压力下CO2在化学剂溶液与原油混合形成的乳状液中的溶解度明显小于N2在化学剂溶液与原油混合形成的乳状液中的溶解度且相同温度压力条件下，CO2、N2在原油乳状液中的溶解度小于在脱水脱气原油中的溶解度，压力为10 MPa时，CO2、N2分别在原油乳状液中的溶解度为33.36 m3/m3、11.17 m3/m3，比在脱水脱气原油中的溶解度分别降低了13.26%和1.94%，由此可知，乳状液中所含的水降低了CO2、N2的溶解量且含水对CO2在原油中的溶解的影响比N2大.由此可知，地层中的含水率对CO2吞吐和N2吞吐的效果有一定的影响.

3.2 CO2、N2及其与化学剂协同作用对原油粘度和体积系数的影响

在一定温度(65 ℃)和不同压力条件下，测量气体及气体与化学剂协同作用对原油的粘度和体积系数的影响，结果如图4和图5所示.

图4 CO2、N2及其与化学剂复合对原油粘度的影响曲线

图5 CO2、N2及其与化学剂复合对原油体积系数的影响曲线

从图4和图5中可以看出：

(1)该区块原油溶解CO2、N2后，粘度降低，体积系数几乎成线性增加.随着溶解气量的增加，体积系数增加，原油粘度降低，但降低幅度减小；在相同温度和压力下，CO2对原油的溶解降粘效果要明显好于N2，压力10 MPa下，CO2的溶解可以使稠油粘度降低67.63%，N2的溶解使其降低23.91%，CO2溶解对稠油的降粘率约为N2的3倍，主要原因是CO2在原油中的溶解度高于N2在原油中的溶解度；原油溶解气体后体积膨胀，原油体积系数几乎呈线性增加，相同油藏条件下，溶解CO2的原油体积系数高于溶解N2的原油体积系数.气体溶解于原油中，降低原油粘度，使原油体积膨胀，不仅可以增加地层的弹性能量，还可以使剩余油剥离岩石表面，降低残余油饱和度.

(2)气体与化学剂在原油中共同作用后，原油粘度明显降低，与只有CO2、N2和化学剂单独作用相比，CO2或N2与化学剂的协同作用更好地降低原油粘度，其中，N2降粘效果低于CO2降粘效果；温度为65 ℃，压力为10 MPa时，加入质量浓度为1%的化学剂溶液时，原油的粘度由12 297 mPa·s降为689.9 mPa·s，降粘率为94.39%，溶入CO2、N2后，气体与化学剂协同作用使原油的粘度分别降为127.2 mPa·s、375.6 mPa·s，分别为化学剂单独作用原油粘度的18.4%和54.4%，即在化学剂实现有效降粘的基础上，气体溶解有一定的降粘辅助效果.同时随着气体溶解量的增加，原油的粘度进一步降低.

(3)CO2或N2与化学剂在原油中共同作用后，原油体积系数明显增加；与只有CO2或N2作用相比，CO2或N2与化学剂在原油中的协同作用后原油体积系数增加幅度相对较小，原因是化学剂溶液中的水影响了原油体积的增加，使原油体积系数变化幅度减小，由此可知地层中的含水率会影响CO2和N2的溶解度和原油体积系数的变化.

4 结束语

(1)水溶性自扩散体系溶液可以较大幅度的降低原油粘度，降低油水界面张力，质量浓度为1%的化学剂溶液可以使油水界面张力从大于10 mN/m降到低界面张力范围6.5×10-2mN/m，原油粘度降低94.39%.原油中加入化学剂可以提高原油的流动能力，降低水油流度比，增大波及系数和洗油效率，提高采收率，化学吞吐有一定的可行性.

(2)CO2与N2在一定温度和压力条件下都可以大量的溶入陈373区块原油中，原油溶解气体后体积膨胀，原油体积系数几乎呈线性增加，其中相同条件下的CO2在原油中的溶解度大于N2，CO2的降粘效果优于N2.CO2与N2在原油中的溶解，一方面可以明显的降低原油的粘度，增加原油的流动能力，另一方面可以增加原油体积系数，使原油膨胀，增加地层油的弹性能.

(3)CO2或N2与化学剂溶液在降低原油粘度方面有很好的协同作用，温度为65 ℃，压力为10 MPa时，CO2、N2在质量浓度为1%的化学剂降粘的基础上进一步降低原油粘度，CO2、N2与化学剂协同降粘后流体的粘度分别为化学剂单独降粘后粘度的18.4%和54.4%.化学剂与CO2的协同降粘效果优于化学剂与N2的降粘效果.从而，化学剂与CO2的复合应用能更好的提高原油采收率.

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