毛管力在低渗透油藏CO2驱替过程中的作用

黄小亮周 翔向祖平张 丽雷登生

（1.重庆科技学院石油工程学院，重庆 401331；2.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500；3.加拿大里贾纳大学，里贾纳 S4S0A2；4.长庆油田公司，陕西西安 710018）

毛管力在低渗透油藏CO2驱替过程中的作用

黄小亮1，2周 翔3向祖平1张 丽4雷登生1

（1.重庆科技学院石油工程学院，重庆 401331；2.西南石油大学石油工程学院，四川成都 610500；3.加拿大里贾纳大学，里贾纳 S4S0A2；4.长庆油田公司，陕西西安 710018）

引用格式：黄小亮，周翔，向祖平，等.毛管力在低渗透油藏CO2驱替过程中的作用［J］.石油钻采工艺，2015，37（6）：67-69.

针对目前低渗透油藏CO2驱替过程中，毛管力作用不确定且常被忽略问题，采用室内实验与数值模拟分析相结合的方法，研究了低渗透油藏中毛管力在CO2驱油过程中的作用。以CO2在不同驱油方式下长岩心室内实验为基础，建立了一维CO2驱油的数值模拟模型，并通过模拟分析毛管压力在CO2不同驱油方式下的作用。研究结果表明，低渗透油藏中，毛管力在CO2不同驱油方式下所起的作用并不一致，驱替过程表现为动力，压力恢复后的驱替过程表现为阻力。因此，为促进低渗油藏合理有效开发，有效地认清毛管力在CO2驱油中的作用是必要的。

低渗透油藏；CO2驱；毛管力；室内实验；数值模拟

毛管力在不同的储层性质和驱替方式下，表现出不同的作用［1-7］。通常认为毛管力在润湿相驱替非润湿相时表现为动力，非润湿相驱替润湿相时表现为阻力。然而在注CO2开发低渗油藏中，不是润湿相驱替非润湿相，也不是非润湿相驱替润湿相，难以把握毛管力在驱替中的作用。另外在实际开发中，由于低渗油藏渗流时存在启动压力梯度，其渗流规律不同于常规的中、高渗油藏［8-11］，毛管力将对生产产生影响。目前注CO2往往采用多种不同的驱替方式［12-13］，在其开发过程中，对毛管力所起的作用研究较少，且常被忽略。笔者以低渗油藏中毛管力在CO2驱油过程中的作用为研究对象，通过数值模拟分析毛管压力在CO2不同驱替方式下的作用。

1　驱替实验中毛管力作用分析

1.1室内实验方案设计

实验采用CO2驱油实验装置（如图1），共22块岩心采用布拉法则排序，总长度973.44 mm，渗透率调和平均为2.26 mD，平均直径25.39 mm，岩心孔隙体积49.5 mL，饱和油体积32.1 mL（27.54 g），原油密度0.86 g/cm3，含油饱和度64.85%，束缚水饱和度35.15%。驱替实验中，以0.5 mL/min的流量向长岩心中注入CO2。以实验为基础，建立水平放置一维数值模拟模型，设计110个网格，采用油气藏模拟软件中的组分模型进行研究。

图1　CO2驱油实验装置示意图

1.2毛管力作用分析

在拟合好实验数据的基础上，其他相关物性条件不变，分别将毛管力升高2倍和降低0.25倍研究其敏感性，对比结果见表1。从模拟的各项指标来看，毛管压力越高，累计产油量和采出程度越高，表现为驱油动力。

表1　驱替实验毛管压力敏感性分析

毛管力变化对产量和注入压力的影响见表1和图2。可以看出，毛管力降低，生产过程中见油时间推迟，产油速度峰值由0.29 g/min降低到0.24 g/min，达到峰值的时间也由67 min推迟到90 min ；毛管力降低，岩心阀压由13.28 MPa升高到13.35 MPa，压力峰值也由13.77 MPa上升到14.27 MPa，相应的压力峰值到达时间由81 min推迟到100 min。

分析表明，毛管力降低，CO2进入岩心的阻力增大，阀压增大，压力峰值增加，损耗的能量增加，导致注入CO2动力减小，且与原油接触面积和溶解程度降低，减小了波及面积，降低了驱替效率，累计产油量和采出程度降低，毛管力在该实验岩心组合中表现为动力。

图2　毛管压力变化对注入压力的影响

毛管力升高，生产过程中见油较早，达到峰值的时间也由67 min提前到55 min，累计产油量和采出程度升高；毛管力升高，岩心阀压虽变化较小，但压力峰值由13.77 MPa降低到13.62 MPa，相应的压力峰值到达时间由81 min提前到71 min。

分析表明，毛管力升高，CO2进入岩心的阻力降低，压力峰值降低，损耗的能量减小，导致注入CO2动力增加，与原油接触面积和溶解程度增加，促使CO2在岩心中驱替速度加快，驱替效率增加，从而累计产油量和采出程度升高，毛管力在该实验岩心组合中进一步证明表现为动力。

2　压力恢复及驱替实验毛管力作用分析

2.1室内实验方案设计

该实验与驱替实验岩心相同，岩心孔隙体积48.2 mL，饱和油体积31.9 mL（27.37 g），原油密度0.86 g/m3，含油饱和度66.18%，束缚水饱和度33.82%。实验过程中，压力恢复驱替实验前期以一定的注气速度向岩心注气，憋压到20 MPa后以0.5 mL/min的流量向岩心中注入CO2，然后实施CO2驱替采油过程。

2.2毛管力作用分析

在拟合好实验数据的基础上，其他相关物性条件不变，分别将毛管力升高5倍和降低0.25倍研究其敏感性，对比结果见表2。从累计产油量和采出程度来看，毛管压力越高，累计产油量和采出程度越低，表现为阻力。

毛管力变化对产油速度和注入压力的影响见图3、图4。毛管力降低，对产油速度和压力影响较小，累计产油量和采出程度有略上升的趋势；毛管力升高，产油速度峰值由0.39 g/min降低到0.36 g/min，达到峰值时间相同，对压力影响较小。

表2　压力恢复及驱替实验毛管压力敏感性分析

图3　毛管压力变化对产油速度的影响

图4　毛管压力变化对注入压力的影响

分析表明：压力恢复及驱替过程，由于前期压力恢复阶段，注入的CO2已经与原油充分接触溶解，宏观上总体开发效果明显优于单一的驱替。由于驱油效果较好，导致毛管压力对驱油效果的影响变为次要因素，但仍存在差别，总体表现为毛管力升高，损耗的能量增加，导致注入CO2动力降低，与原油接触面积和溶解程度降低，减小了波及面积，降低了驱替效率，累计产油量和采出程度呈下降趋势，结果进一步表明毛管力表现为阻力。

3　结论

（1）低渗油藏中，毛管力在CO2的驱替过程表现为动力作用，毛管力在CO2的压力恢复及驱替过程表现为阻力作用。

（2）CO2驱替低渗油藏，压力升高有限，CO2与油表现为非混相；压力恢复及驱替，压力升高较大，接近最小混相压力，达到近混相状态，开发效果较好。其次，结合毛管压力在文中的作用，可近似认为：水湿低渗油藏中，CO2驱替过程为润湿相驱替非润湿相的过程，压力恢复及驱替过程为非润湿相驱替润湿相的过程。

（3）毛管力将影响低渗油藏的生产，开发中不可忽略毛管力的作用。其次，鉴于毛管力在数值模拟中的局限性［14］，后期研究建议对毛管力在储层中微观机理进行实验研究，以论证其作用机理。

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（修改稿收到日期 2015-08-17）

〔编辑 朱 伟〕

Effect of capillary pressure on CO2displacement in low permeability oil reservoirs

HUANG Xiaoliang1，2，ZHOU Xiang3，XIANG Zuping1，ZHANG Li4，LEI Dengsheng1
（1. Petroleum Engineering College ，Chongqing Uniνersity of Science and Technology，Chongqing 401331，China；2. Petroleum Engineering College ，Southwest Petroleum Uniνersity，Chengdu 610500，China；3. Uniνersity of Regina，Regina S4S0A2，Canada； 4. Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi'an 710018，China）

In view of the problem that the effect of capillary pressure is uncertain and is often overlooked during CO2displacement in low permeability reservoirs，the indoor experiment and numerical simulation analysis were combined to study the effect of capillary pressure in CO2displacement in low permeability reservoirs. Based on long core indoor experiment under different CO2displacement manners，a 1D numerical simulation model of CO2flooding was built，and the effect of capillary pressure on the role of different CO2displacement manners was analyzed through simulation. The research results show that，in low permeability reservoirs，the effect of capillary pressure in different CO2displacement manners are not consistent. The displacement process is shown as dynamic power，but the displacement process after pressure buildup is shown as resistance. Therefore，in order to promote the reasonable and effective development of low permeability reservoirs，it is necessary to effectively identify the role of capillary pressure in CO2flooding.

low permeability reservoir； CO2flooding； capillary pressure； indoor experiment； numerical simulation

TE357.4

A

1000-7393（ 2015 ） 06-0067-03 doi:10.13639/j.odpt.2015.06.016

国家自然科学基金“裂缝性底水凝析气藏水侵机理研究”（编号：51374269）；重庆市自然科学基金“页岩气藏体积压裂水平井非线性渗流理论及流-固耦合综合模型研究”（编号：cstc2015jcyjA90014）。

黄小亮，1982年生。2009年毕业于西南石油大学油气田开发工程专业，现主要从事油气藏工程和数值模拟教学与研究工作，讲师。电话：13618270563。E-mail：huiti@163.com。