二氧化碳在毛8块稠油油藏热采中的作用机理

李兆敏，孙晓娜，鹿 腾，李宾飞，王 鹏

(中国石油大学，山东 青岛 266580)

引 言

近年来热化学复合体系采油技术对开采稠油油藏起到了很好的改善作用，目前在胜利油田7个超稠油油藏区块得到广泛应用，经济效益明显。该技术采用高效油溶性复合降黏剂和CO2辅助水平井蒸汽吞吐，实现稠油油藏的有效开发[1－4]。查干凹陷毛8块油藏平均渗透率为611×10－3μm2，20℃地面脱气原油密度为0.949 g/cm3，油藏温度为36℃，原油黏度为9240 mPa·s，原始地层压力为5.4 MPa，属于低温低压普通稠油油藏。本文基于物理模拟和数值模拟2个方面，分析了CO2在毛8块稠油油藏热化学复合体系采油技术中的作用，为毛8块现场生产提供理论依据。文中CO2溶解度以标态下的体积为计量单位。

1 溶解特性研究

CO2提高稠油开发效果的机理主要是溶解降黏、体积膨胀[5－7]，为了分析 CO2对毛 8 块稠油的溶胀、降黏作用，利用PY－Ⅰ型活塞式高压配样器和CHY－Ⅱ型落球式黏度计，采用退泵法测定了36、60、80、100、120℃条件下，溶解度为10 ～110 m3/m3时原油的饱和压力、体积系数和黏度。

1.1 CO2在稠油中的溶解度

图1 不同温度下CO2溶解度与饱和压力关系

不同温度下CO2溶解度与饱和压力关系见图1。结果显示:在油藏条件(36℃，5.4 MPa)下，CO2的溶解度约为55 m3/m3;在同一温度下，CO2溶解度越高，饱和压力越大;在同一饱和压力条件下，温度越高，CO2在原油中的溶解能力越差。这是因为温度越高，CO2分子运动越剧烈，越不利于其在原油中的溶解。CO2在稠油中的溶解可以通过Chung[8]等人提出的CO2溶解度表达式来计算，与实验结果比较，计算误差在5%以内，可以满足计算的要求。

1.2 CO2对稠油的溶胀作用

不同温度下CO2溶解度与体积系数关系曲线见图2。结果显示:稠油溶解CO2后，油气混合物体积膨胀，在同一温度条件下，油气混合物体积系数与CO2溶解度呈线性增加的关系，在同一溶解度条件下，温度越高，油气混合物体积系数略有增大。在油藏条件下，油气混合物的体积系数约为1.14，增大了14%。体积膨胀后的稠油，可以有效补充地层能量，有利于提高原油采收率。

图2 不同温度下CO2溶解度与体积系数关系

1.3 CO2对稠油的降黏作用

降低原油黏度是CO2在热化学复合体系中提高采收率的主要机理。原油黏度越低，流动能力越强，越有利于稠油的开发。图3给出了不同温度下CO2溶解度与降黏率关系曲线。结果表明:当CO2溶解度由0增加到40 m3/m3时，原油黏度急剧降低;当CO2溶解度达到40 m3/m3后，对原油的降黏效果不明显，在油藏条件下，降黏率达到95%以上。

图3 不同温度下CO2溶解度与降黏率关系

2 数值模拟研究

利用CMG的Winprop模块对CO2的溶解特性实验进行流体相态拟合，得到CO2的临界压力、临界温度、密度、黏度、气液平衡常数、原油随温度和压力变化的物性参数等。根据油藏岩石及流体物性参数，建立概念模型，对CO2在热化学复合体系中的作用机理进行研究。在数值模拟过程中，分别注入降黏剂段塞、CO2段塞和蒸汽段塞，降黏剂周期注入量为20 t，CO2周期注入量为180 t，蒸汽周期注入量为1500 t。

数值模拟结果表明，热化学复合体系中CO2在降低原油黏度方面作用显著。CO2注入后，在原油中溶解扩散，图4为注CO21 d后油相中CO2摩尔分数图。可见:注入1 d后，部分CO2已经扩散到了原油中，摩尔分数约为0.120。溶解的CO2可使近井地带原油黏度进一步降低，降黏范围进一步扩大，同时可使油气混合物体积膨胀，起到补充地层能量的作用。

图4 注CO21d后油相中CO2含量纵向图

在对CO2降黏机理分析的基础上，研究了不同CO2周期注入量对采出程度的影响，固定降黏剂和蒸汽的周期注入量，CO2的周期注入量分别为100、120、140、160、180、200 t，数值模拟结果见图5。从图5可以看出，随着CO2注入量的增加，累计采出程度逐渐增加，因为在降黏剂和蒸汽注入量相同情况下，CO2注入量越大，越能更好地发挥降黏和膨胀驱油作用。当CO2周期注入量由100 t增加到180 t，累计采出程度由14.89%增加到17.96%，增加了3.07个百分点，之后累计采出程度增加变缓，CO2周期注入量由180 t增加到220 t，采出程度只增加了0.33个百分点，因此，优选的CO2周期注入量为180 t。

图5 不同CO2周期注入量采出程度

3 物理模拟实验

在溶解特性实验和数值模拟研究基础上，根据实验室现有的实验条件进行了降黏剂+蒸汽驱、降黏剂+CO2+蒸汽驱对比驱替实验，使用的降黏剂是油溶性降黏剂DYR。通过对比采出程度曲线，研究CO2对提高热化学复合体系驱替效率的影响。实验过程中使用了长度为30 cm、直径为2.54 cm的填砂管，注入蒸汽温度为300℃，烘箱温度为50℃，驱替条件见表1。

表1 驱替实验填砂管情况

图6 不同注入方式采出程度

图6为不同注入方式采出程度关系曲线。从图6可以看出，CO2在热化学复合体系中对提高采收率具有重要作用，在蒸汽注入体积为5 PV时，降黏剂+蒸汽驱的采出程度为66.4%，降黏剂+CO2+蒸汽驱的采出程度为77.8%。与前者相比，后者提高了11.4个百分点。

4 结论

(1)CO2在毛8块稠油热采中的作用机理主要是降低原油黏度，增加原油的流动能力，使原油体积膨胀，补充地层能量。

(2)CO2对毛8块稠油降黏溶胀作用显著，在油藏条件下，溶解度达到55 m3/m3，油气混合物体积系数为1.14，降黏率达到95%以上。

(3)数值模拟表明，注入CO2后，近井地带原油黏度进一步降低，证实了CO2在稠油热采中作用的主要机理——降黏作用。对于毛8块油藏采用热化学复合体系采油技术，最优的CO2周期注入量为180 t。

(4)驱替实验表明，降黏剂+CO2+蒸汽驱的采出程度优于降黏剂+蒸汽驱的采出程度，采出程度提高了11.4个百分点，说明CO2在热化学复合体系中对提高采出程度作用显著。

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