CO2在原油及高矿化度地层水体系中的溶解试验

赵瑞明，张晓宇，王 娜，王 丹，崔茂蕾

1中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐

2中石化石油勘探开发研究院，北京

1.前言

塔河油田某区油藏为强边底水油藏，油藏温度为115℃，压力49.5 MPa，地层水矿化度215 g/L，具有底水强度大，油藏温度、压力高，地层水矿化度高的特点。在开展油藏注CO2驱油过程中，需充分考虑底水的影响，掌握CO2在原油-地层水体系中的溶解分配情况[1][2][3]。笔者利用自行研制的高温、高压CO2溶解度测定装置，开展了高温、高压条件下CO2在原油和高矿化度地层水两相中的分配情况，为后续注CO2提高采收率工作提供了技术支撑。

2.试验装置及样品

2.1.试验装置

该试验装置主要承担流体复配、气液分离计量和温度压力控制等操作，包括的主要试验设备有高温、高活塞搅拌容器，高压驱替泵，气液分离(干燥)装置，气量计，回压阀和电子天平等[4][5]。试验流程图如图1所示。试验装置设计组装完成后，进行气量和液量标定，通过重复测试，计量误差控制在5%以内，满足试验要求。

Figure 1.The schematic diagram of experimental device图1.试验装置示意图

2.2.试验样品

试验所用的CO2纯度为99.99%。试验所用的水样是从井矿场取得的同油藏地层水，使用前过滤机械杂质。试验所用水样的离子分析结果如表1所示。试验所用原油为复配原油，原油和天然气均取自同油藏。复配原油与原油藏对比结果如表2所示。复配原油满足试验要求。

Table 1.The analysis of formation water used in experiments表1.试验用地层水分析表

Table 2.The analysis of compound crude oil表2.复配原油分析表

3.试验方法

3.1.复配原油的气油比

利用设计试验装置测定试验温度条件下的气油比。

3.2.地层水的CO2溶解度

利用设计的试验装置配制试验温度、压力下的含过饱和CO2的水溶液，温度、压力稳定后，由底部排出饱和CO2的地层水，计量注入量、产液量和产气量。试验步骤如下：

1)将一定量的地层水样转入高温、高压活塞搅拌容器中，用增压CO2并转入活塞搅拌容器中，并将温度升至试验所需的温度。

2)搅拌溶解，调整活塞容器压力至试验温度压力条件，且保证地层水溶解CO2达到饱和。

3)利用回压阀控制试验压力，用驱替泵将配样器中的饱和地层水排出，经过气液分离装置，分别计量排出水的体积与相应气体体积，每10 min记录一次。

3.3.等比例复配原油和地层水CO2溶解度试验

1)复配后原油饱和过量CO2，进行气液比测定。

2)再注入与剩余液体等体积的地层水，充分接触，测定该阶段地层水中CO2溶解量，进而得到地层水从等体积(等体积是指脱气原油体积与加入地层水体积相同)饱和CO2复配原油中获取CO2的量。

3)计算公式为：

式中：KCO2为CO2在饱和CO2原油加入等体积地层水(脱气原油体积)体系中的分配系数，1；CCO2-oil-CH4为饱和CO2复配原油的气液比，mL/mL；Coil-CH4为复配原油气液比，mL/mL；CCO2-water为饱和CO2原油加入等体积地层水(脱气原油体积)充分溶解交换后的CO2溶解度，mL/mL。

4.试验结果与分析

依托自行设计的试验装置，进行115℃、49.5 MPa条件下的地层水和原油CO2溶解度试验。为保证数据准确，每组试验均进行2～3次重复性测量。

4.1.地层水溶解度

试验过程中，待气液比稳定后开始计量，间隔计量时间为10 min，该阶段累计产液120.5 mL，累计产气3449 mL，平均气液比28.6 mL/mL，即在115℃、49.5 MPa条件下21.3 g/L矿化度地层水CO2溶解度折算到标准状况下为28.6 m3/m3。累计产液量-气液比分布曲线如图2所示。

Figure 2.The distribution curve of cumulative liquid production-gas-liquid ratio图2.累计产液量-气液比分布曲线

4.2.等比例复配原油和地层水CO2溶解度试验

试验过程包含原油复配及检测、CO2溶解及检测、地层水-饱和CO2复配原油体系中CO2溶解分配及地层水CO2溶解度检测共3个部分。

1)复配原油样品气油比测试。在110℃、50 MPa条件下配制原油样品，搅拌至稳定后测得的溶解气油比在120～130 m3/m3之间，平均为125 m3/m3。

2)测定饱和CO2复配油中的气油比。混合液体经过搅拌至稳定后进行汽油比测定，间隔5 min记录一次产液量和产气量，平均气油比(CO2+ 天然气)为275 mL/mL (图3)，因此CO2在复配原油中的溶解量为150 mL/mL。

3)测定CO2在复配油-地层水体系中的溶解度。按照油水比为1:1，将地层水注入到饱和CO2的复配原油(此处原油体积为脱气原油体积)中，搅拌至稳定后测得CO2在水中的溶解率平均在14.8 mL/mL。原油和地层水体系下地层水中CO2溶解率见表3。

Figure 3.The relationship curve of gas-oil ratio of compound crude oil with saturated CO2图3.饱和CO2的复配原油气油比关系曲线

Table 3.The CO2 solubility in crude oil and formation water system表3.原油和地层水体系下地层水中CO2溶解率

5.结论

1)通过自行研制的高温高压二氧化碳测定装置可以较好地完成CO2在地层水溶解度试验和CO2在油水复配体系中的溶解度试验。

2)115℃、49.5 MPa条件下的地层水溶解CO2气体量折算成室温条件为28.6 m3/m3。

3)115℃、49.5 MPa条件下，复配原油溶解CO2能力为150 m3/m3(V(脱气原油)：V(CO2))，随着地层水的注入，饱和CO2的原油中有10.1%体积的CO2将从油相进入水相。换言之，在油水体积比为1:1的条件下，注入的CO2在油水中的分配系数为10.1。