渗透率对低渗油藏CO2驱气窜的影响规律研究*

2014-06-07 05:59杨大庆尚庆华江绍静黄春霞汤瑞佳

西南石油大学学报(自然科学版) 2014年4期

关键词：驱油采收率渗透率

杨大庆，尚庆华，江绍静，黄春霞，汤瑞佳

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500 2.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075

渗透率对低渗油藏CO2驱气窜的影响规律研究*

杨大庆1，尚庆华2，江绍静2，黄春霞2，汤瑞佳2

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500 2.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安 710075

为了确定低渗透油藏渗透率对CO2驱油过程气窜的影响规律，为延长油田筛选理想的油藏开展CO2驱矿场试验，通过室内实验研究了不同渗透率岩芯驱替下见气时间、气窜时间、扩散速度及不同阶段采收率的变化特点。实验结果表明：扩散速度随渗透率的增加而增加，见气时间和气窜时间随岩芯渗透率的增加而缩短，且当渗透率增加到某一值（本实验为10 mD左右）后，见气时间和气窜时间几乎都降为0。见气采收率随渗透率的增加而降低；渗透率在某一范围值内，气窜采收率和最终采收率随渗透率的增加先降低后缓幅上升。低渗透油藏CO2驱见气后仍有大幅的提高采收率空间，大量原油主要在见气后至气窜前采出。而且，一旦发生气窜，采收率进一步提高的幅度将非常有限。

低渗透油藏；渗透率；CO2驱；见气时间；气窜时间；采收率

杨大庆，尚庆华，江绍静，等．渗透率对低渗油藏CO2驱气窜的影响规律研究[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2014，36（4）：137–141．

Yang Daqing,Shang Qinghua,Jiang Shaojing,et al．A Study About Influence Law of Permeability on Gas Channeling of CO2Flooding Under Low Permeability Reservoirs[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（4）：137–141．

CO2驱油技术在低渗油田开采方面有着无法比拟的优势，在多数油田有很好的应用前景[1-5]，但对于非混相驱，CO2注入后流度比大，波及系数低，气体容易沿着高渗条带窜流到出口，大大降低驱油效率，因此气窜问题是CO2驱油技术在矿场应用中非常突出的问题[6-9]，它直接关乎着驱油效果的好坏，甚或是项目的成败。目前关于气窜的认识不一，这里定义气窜气为连续相，油为不连续相，采出端的出气量陡然上升，气窜通道形成，气体通过形成的气窜通道流动，携带的油量很少。

影响CO2驱气窜的因素较多，渗透率是其中的重要因素之一[10-13]。延长油田油藏多属低渗、特低渗油藏，CO2驱油技术应用前景广泛。通过前期的基础性研究和室内评价研究，延长石油已逐渐将CO2驱油技术从室内研究推向矿场应用。本文结合延长油田矿场实际条件，通过室内实验研究，明确渗透率对CO2驱气窜的影响程度及规律，以便筛选延长油田众多油藏中适合CO2驱的油藏，为延长石油CO2驱油矿场应用获得成功奠定基础。同时也为其他油田同类油藏判断CO2驱适应性提供参考。

1 实验目的及条件

在模拟矿场注入压力的条件下，设计5种不同的渗透率模型（其中一种含裂缝），测试不同渗透率条件下的窜逸时间，得出渗透率–CO2窜逸速度的关系。共设计5种不同渗透率岩芯，计5组实验。实验在恒温45°C、恒定压差3 MPa的条件下进行驱替直至结束，实验模型数据及矿场参考数据如表1所示。

表1 实验室实验数据Tab.1 The experimental model data

2 实验仪器及材料

2.1 实验设备

高压恒速恒压泵，1 000 mL中间容器3个，六通阀2个，4.5 cm×4.5 cm岩芯夹持器1个，回压阀，手摇泵，气液分离装置，气体计量装置，液体收集装置，传感器及配套计算机设备，管线若干，实验装置如图1所示。

图1 实验流程示意图Fig.1 The experimental process diagram

2.2 实验材料

天然露头砂岩芯，规格4.5 cm×4.5 cm×30.0 cm，延长原油、地层水，CO2（纯度99.99%）。

3 实验步骤

（1）选取满足渗透率要求的岩芯，烘干，测量长、宽、高，计算视体积。（2）将岩芯放入夹持器中，加环压，抽真空。（3）饱和地层水，精确计量饱和水的体积，即岩芯的孔隙体积。（4）按图1所示连接好设备，设定地层温度为实验温度，升温之后，水测渗透率。（5）饱和油，待出口端不再出水，恒定出油之后，饱和油结束，计算饱和油体积。（6）改用CO2驱油，将出口端压力通过回压阀控制在油井流压，恒压泵设定矿场注入压力，恒压开始驱替，计时开始。（7）出口端连接气液分离装置，然后记录出口端见气时间及气窜时间。（8）气驱至出口端不出液，停止驱替，记录出油体积，计算气驱采收率。（9）结束实验，更换岩芯，进行下一组实验。

4 实验结果与讨论

首先根据实验步骤1～5，测量和计算5组岩芯的基础数据，结果见表2。然后根据实验步骤6～9，测量见气时间、气窜时间及采油量，由采油量计算采收率，由岩芯长度、见气时间及驱替压差计算扩散速度，具体结果见表3。

第5组岩芯由于裂缝渗透率太高，驱替时气体沿裂缝瞬间突破，形成气流通道，气体几乎无法波及到岩芯基质区域，只携带出很少的油花，因此无法绘制驱替动态曲线。为了便于观察前4组实验的驱油动态变化，分别绘制了其岩芯（不同渗透率）在相同压差（3 MPa）下的驱油动态曲线，如图2所示。

表2 岩芯基础数据Tab.2 Core based data

表3 岩芯驱替数据Tab.3 Core displacement data

图2 不同渗透率的驱油动态曲线Fig.2 Dynamic displacement curve at different permeabilities

从图2可以看到见气和气窜时的采收率特点，以及不同渗透率见气时间和气窜时间的变化。为了更加清楚直观地观察其特点和规律，整理绘制了见气时间、气窜时间和扩散速度随渗透率的变化曲线及不同阶段采收率随渗透率的变化曲线，如图3和图4所示。

图3 渗透率与见气时间、气窜时间及扩散速度的关系图Fig.3 Gas breakthrough time，gas channeling time and diffusion speed under different permeabilities

图4 渗透率与不同阶段采收率的关系图Fig.4 Recovery changes at different stages along with permeability variation

从图3可以看出，见气时间和气窜时间都随着岩芯渗透率的增加而缩短，且后者随渗透率的增加缩短的更加剧烈；当渗透率增加到10.0 mD左右时，见气时间和气窜时间几乎降到0。而扩散速度随渗透率的变化趋势与此正好相反，当渗透率低于某一值时，扩散速度非常小，且差别不大，而当渗透率增加到某一值后，扩散速度迅速上升，这与见气时间和气窜时间随渗透率增加到某一值后迅速缩短是相互印证的。

从图4可以看出，见气采收率随渗透率的增加而降低；渗透率在某一范围值内，气窜采收率和最终采收率随渗透率的增加先降低再缓幅上升，分析认为这是由于在拐点前渗透率增加对采收率的贡献小于渗透率增加对波及效率降低的作用，随着渗透率的增加，其对采收率的贡献超过了对波及效率的不利影响；见气采收率和气窜采收率有很大的差幅，最少都在15%以上，说明见气后采收率还有很大的提高幅度；最终采收率和气窜采收率相比差别不大，说明一旦发生气窜，采收率继续提高的幅度非常有限，再进行驱替的意义不大。

5 结论

（1）扩散速度随渗透率的增加而增加；见气时间和气窜时间都随岩芯渗透率的增加而缩短，且缩短梯度较大。当渗透率增加到某一值（本实验为10.0 mD左右）后，见气时间和气窜时间几乎都降为0。

（2）见气采收率随渗透率的增加而降低；渗透率在某一范围值内，气窜采收率和最终采收率随渗透率的增加先降低再缓幅上升。

（3）低渗透油藏CO2驱见气后仍有大幅的提高采收率空间，大量原油主要在见气后至气窜前这段时间采出。

（4）低渗透油藏CO2驱发生气窜后，采收率进一步提高的幅度非常有限。

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编辑：牛静静

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

A Study About Influence Law of Permeability on Gas Channeling of CO2Flooding Under Low Permeability Reservoirs

Yang Daqing1,Shang Qinghua2,Jiang Shaojing2,Huang Chunxia2,Tang Ruijia2
1.School of Petroleum and Natural Gas Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China 2.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.Ltd.，Xi′an，Shaanxi 710075，China

In order to determine the influence law of permeability on CO2flooding gas channeling in low permeability reservoirs，so as to screen suitable reservoirs for CO2flooding experiment at Yanchang Oilfield，this paper has studied the characteristics of gas breakthrough time，gas channeling time，diffusion speed and changes of recovery at different stages under different permeability through laboratory experiment in combination with the actual mine conditions.Results show that the diffusion velocity increases with permeability，and gas breakthrough time and gas channeling time shorten with the increase of core permeability，and when permeability increases to a certain value（the value of this experiment is about 10 mD），breakthrough time and gas channeling time almost reduced to zero.The recovery when gas breakthrough decreases with increasing permeability.When permeability was within a certain range，gas channeling recovery and ultimate recovery first decrease with the increase of permeability，then rise slowly.There is significant space for recovery improvement after gas breakthrough of CO2flooding in low permeability reservoirs，and huge quantities of crude oil is produced mainly after gas breakthrough and before channeling.But in the event of gas channeling，further recovery improvement will be extremely limited.

low permeability reservoir；permeability；CO2flooding；gas breakthrough time；gas channeling time；recovery

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2014.04.17.06.html