轻质油藏注富气驱提高采收率室内研究

敖文君 （石油工程教育部重点实验室 （中国石油大学 （北京）），北京102249 中国石化石油勘探开发研究院采收率所，北京100083）

赵仁保，杨晓盈 （石油工程教育部重点实验室 （中国石油大学 （北京）），北京102249）

王锐，周宇 （中国石化石油勘探开发研究院采收率所，北京100083）

我国低渗透油藏资源储量丰富，在2002年已探明地质储量达到了63×108t，但由于其渗透率低，且储层中水敏性黏土矿物遇水后容易发生膨胀，使孔隙堵塞，渗透率下降，注水困难，水驱采收率低。注烃气是提高低渗透油藏原油采收率的重要方法之一，烃类气常分为富气、贫气、液化气3种，因这些气体具有油藏中原油的某些特性，在注入开采时可以直接注入，且不腐蚀管线，也不损害地层，同时能够有效地降低界面张力和原油黏度［1，2］，使得这一技术在低渗透轻质油藏和水驱后油藏中具有很好的驱油效果，并得到了国外的广泛应用。全世界正在实施注气采油项目共有188个，其中注CO2采油项目有122个，占65%，注烃类气采油项目38个，占20%［3］。由于受到气源和压缩机装备等条件的制约，注烃气驱发展相对缓慢，大多数都处于小型矿场试验或室内研究阶段。不过随着注气工艺的发展与气源的不断发现，国内已有长庆、吐哈、大庆、新疆等多个油田实施了注烃气矿场试验［4］，并取得了较好的效果。

1 流体性质

试验所用的原油和天然气都来自于某一油井，根据开发初期该油藏区块的原始PVT数据及地层压力、温度和汽油比等资料，进行了原油配制，所测得的原油及注入富气组成见表1。原油饱和压力为18．15MPa，单次脱气原油溶解气油比为136．839m3／m3，地层油体积因数1．350，地层油平均溶解气体系数7．539m3／（m3·MPa），地层油体积收缩率25．926%，活油 （即在地层压力下溶解有气体的液态烃）密度0．695g／cm3，黏度0．989mPa·s；死油 （即油气藏烃类流体经单次脱气到大气条件下所得到的液态烃）密度0．815g／cm3，黏度2．531mPa·s，摩尔质量203．568g／mol。地层压力为25MPa，地层温度为61．7℃。通过对原油物性的分析，可以看出原始地层条件下为挥发油，这是随着不断开采，地层压力下降，原油脱气的结果。

表1 井流物与富气的组成

2 试验结果分析

2.1 对流体相态的影响

样品在油藏温度条件下，通过PVT高压物性测试仪，分别测定了在不同的注气摩尔分数下，流体的压力与相对体积的关系，如图1所示。可以看出，在不同的注气摩尔分数下，都有相同的压力和体积变化趋势，即随着压力的不断降低，相对体积曲线开始比较平缓，但是压力降低到一定值后，出现转折点，然后迅速上升，曲线的转折点对应的压力即为泡点压力。在低于泡点压力下，相对体积随压力增大的速率是逐渐变大的。这是因为经过泡点后产生了相变，流体从纯液相变为气液两相，且随着注气摩尔分数的增加，其泡点压力下的P-V关系曲线缓慢向右移动。同时注气摩尔分数越大，曲线转折点越平滑，说明泡点压力随着富气注入量的增加，逐渐变大；更重要的是，泡点压力的升高，将会提高注入气对原油的抽提和萃取作用［5］，这样油相中的轻组分就会被大量的抽提到气相中，气相中的轻组分相应地溶解于油相中，气液两相间的差别会越来越小。

图1 不同注气摩尔分数下的压力与相对体积的关系

表2 不同摩尔分数的富气注入后地层原油相态特征的变化

2.2 对流体物性的影响

根据不同摩尔分数富烃气注入后地层原油相态特征的变化情况 （表2），可以看出随着注气量的增加，原油的饱和压力逐渐升高，体积因数变大，黏度逐渐降低。原油黏度的降低将使原油的流动能力提高很多，同时也会改善油水流度比，从而扩大波及体积，提高驱油效率；而原油膨胀能力的提高，不仅可以增加地层弹性能量，还有利于膨胀后的剩余油脱离岩石表面及地层水的束缚，使原来的束缚油变为可动油，驱油效率升高，油藏采收率提高。

在油藏温度下分别测定注入不同摩尔分数气体时原油的体积因数、泡点压力和黏度，从而得出在不同注气摩尔分数下，原油膨胀能力、泡点压力、降黏效果的变化规律 （图2～4）。

图2 不同注气摩尔分数对原油体积因数的影响

图3 不同注气摩尔分数对原油泡点压力的影响

从图2可以看出压力对地层油膨胀性的影响要比注富烃气小，同一注气摩尔分数下，随着压力的增加，原油体积因数几乎不变；但随着富气注入摩尔分数的增加，体积因数逐渐增大，且其增加的幅度也越来越大。在泡点压力下，当注气摩尔分数从10%增加到50%的过程时，体积因数从1．06扩大到1．455，增加了39．5%，表明原油的膨胀能力得到了很大的提高，这是因为在较高压力下，当原油中溶有大量富烃气时，原油体系将从普通黑油转变为挥发油的特征［6］，从而使地层原油的溶胀特性得到很好的改善。

从图3可以看出，向地层油中注入富气将引起泡点压力的升高，而且随着注富气摩尔分数的增加，油气体系的泡点压力上升加快，说明原油对气的溶解能力随着注气量的增加而降低，使得泡点压力升高加快。所以在进行注富气混相驱试验时，其所需要的最小混相压力将增加，使得很难实现一次接触混相驱，需要经过多次的反复接触才能实现混相驱。

从图4可以看出，在不同的富气注入摩尔分数下，黏度都是随着压力的降低先下降，然后又上升，即饱和压力下的黏度最低。同时随着富气注入摩尔分数的不断增加，各饱和压力下的黏度曲线都向下移动，这说明随着注入气的增加，体系的泡点压力上升，原油的黏度逐渐降低，该过程表现为，注气量越多，更多的轻质组分溶于原油，使得原油中的重质组分相对减少，地层原油的性质逐渐变好。

图4 不同摩尔分数注入气对原油黏度的影响

3 细管驱替试验

最小混相压力测试方法很多，该次试验是通过长细管模型模拟驱替试验测定最小混相压力。细管驱替试验是通过向细管中填充石英砂，这样较符合油层多孔介质中油气驱替过程，并可以很好地排除不利的重力分离、流度比、岩性非均质、黏性指进等因素带来的影响。

试验设备主要包括：注入泵系统、长细管、回压阀、温控装置、可视窗、液体馏分收集器、气量计和气相色谱仪等部分。试验所用的长细管为20m，直径为4mm，细管孔隙体积为75mL。试验流程：①将细管清洗干净后，用甲苯充满整个细管，并恒定到试验温度和试验压力，调节回压阀压力到所需压力；②缓慢打开细管模型入口阀，用样品顶替甲苯，注入2．0PV油样；③在试验温度、试验压力和恒定注入速度下，用注入气驱替模型中的地层原油，当累计进泵超过1．20PV后停止驱替。

图5 不同富气注入压力与累计采收率的关系曲线

图6 不同压力下注气量与驱油效率的关系

图5 为富气注入量1．2PV （孔隙体积）时，不同富气注入压力与累计采收率的关系曲线。从测定结果可以得出，随着富气注入压力的增加，累计采收率开始增加很快，出现转折点后，趋于平缓。该转折点处的压力即为最小混相压力。通过计算可得，在61．7℃下，该油藏最小混相压力为34．74MPa，表明为了达到富气混相驱，油藏压力要求比较高。

图6为在混相与非混相条件下注气量与驱油效率的关系。从图中可以看出混相条件下的驱油效率明显比非混相条件下的高，同时混相驱达到最大采出程度的时间要比非混相驱早。这是因为在富气与原油接触的过程中，发生了接触、混合、对流传质等过程，以甲烷为主的轻烃组分与原油发生混相后，将首先从细管出口端流出，使得这部分注入气损失，有效驱替体积较小，最终非混相驱的气体突破相对滞后，虽然在非混相驱过程通过携带作用，也可以实现较高的洗油效率，但与混相驱相比，不仅实施周期长，同时注气量大很多［7～9］。

4 结论

1）富气注入量的增加，将使得泡点压力增大，同时注入气对原油的抽提和萃取作用也越来越强，更多的轻组分溶于原油及原油中的轻质组分被萃取到注入富气中，这使得气液两相间的差别越来越小。

2）泡点压力的增加，会使原油溶解富气的能力降低。因此在进行混相驱试验时，最小混相压力将增加，富气与原油很难实现一次接触混相驱，只有经过多次的反复接触才能实现混相驱。

3）原油溶解富气后，可以有效降低原油黏度，改善原油特性；同时原油的膨胀能力也将得到很大提高，使得由于地层压力降低而变为普通黑油的地层原油，具有挥发油的特性，地层原油的溶胀特性得到改善。

4）一般富气混相驱适应于地层压力比较高的油藏，与非混相驱相比，可以注入更少的气量和在更短的周期达到最大开采程度。

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