XG油田注CO2气膨胀实验研究

马 庆,侯思伟,吕 蓓,宋胜军

(1.克拉玛依职业技术学院,新疆 克拉玛依 834000；2.新疆油田公司,新疆 克拉玛依 834000)

1 引言

向地层原油中注入气体可有效提高原油采收率，目前常见的注入气主要包括干气、N2以及CO2[1,2]。气体被注入地下后在孔隙中与原油及其他地层流体接触，一方面使原油粘度降低、流动性加强，油气界面张力降低，另一方面还可使地层原油的体积发生膨胀，体积在有限的空隙中发生膨胀间接增加了油藏的可采储量，同时也补充了地层能量，对提高采收率具有积极意义[3～5]。而注CO2气提高采收率除了具备上述特性外，还兼具绿色、低碳、节能的特殊属性，并在一定程度上解决了资源开发利用引起的环境污染矛盾[6，7]。

2 试验区域目标井组确定

为了使CO2更加易于溶解于原油以获得良好增产效果，往往要求油藏具备与CO2混相的条件，如果原油组分中含有大量中间烃组分，且能够达到一定的混相压力，则较容易实现混相。根据XG油田石炭系油藏地质研究与生产情况，选择地质及生产情况更适宜注气的94416井组作为此次实验研究对象。该井组油井目前拥有自喷能力，但目前地层压力较低，生产情况表现为低产、低水。

3 XG油田注气膨胀实验

注气膨胀实验是针对地层单相原油流体进行的(个别情况下会开展凝析气膨胀实验)，该实验主要描述地层原油对外来注入气体的反应[8]。

3.1 实验用流体准备

XG油田开发至今油气样组成变化较小，所以本次研究所使用原油样品按原始地层条件复配，能够较充分反映目前油藏情况。注气膨胀实验样品使用94416井脱水原油配制，用以进行流体高压物性实验、细管驱替实验及注CO2气长岩心驱替实验测试。注气膨胀实验用流体参数见表1。

表1 94416井原油组分数据

3.2 实验过程

将1份已知量的CO2气转送至含有恒定量原油的PVT容器中，然后将压力升高直至所有CO2气体溶于原油中，随后逐渐降低容器压力，当发现有微量气泡出现时停止降压，记录此状态下的饱和压力与膨胀体积；之后注入比前次实验更大量的气体，并记录新的饱和压力和膨胀体积，如此持续进行，如图1类型A所示。

图1 原油注气膨胀实验

随着注入气量的不断增加，压力须不断升高至新的峰值才可以使CO2气体完全溶于原油中。当实验压力高于目标地层破裂压力时，该实验数据仅作为研究参考，无实际应用价值，此时PVT容器中为气液两相，如图1类型B所示。

本次实验共设计了7组，注入气比例分别从5 %～35%mol体积，以5%幅度递增，注入气采用的纯度为99.999%的瓶装CO2。

4 实验测试结果与分析

4.1 CO2对原油泡点压力的影响

随着注气工作的进行，实验井原油泡点压力不断上升(图2)，并且原油饱和压力的上升幅度在20%mol体积后加大；当注入量达到0.35倍mol体积时，原油的泡点压力突破20 MPa。从实验结果可以得出：随着注气的不断进行，原油组分不断变化，新流体的饱和压力不断上升且尚未达到临界点状态，这表明该实验井组注CO2驱混相压力高于20 MPa。而94416井地层原始压力为7.2 MPa，当前注气量实验压力与地层原始压力差值达到13.6 MPa。

图2 注入CO2对原油饱和压力的影响

4.2 CO2对泡点下原油体积系数的影响

随着注气量的增加，原油体积系数持续增大(图3)，说明注入CO2增溶驱油效果较好。当注入35%mol倍体积的CO2时，体积系数增幅加大，94416井地层原油在更高的压力条件下显示出更好的增溶性。

图3 注入CO2对体积系数的影响

4.3 CO2对溶解气油比的影响

随着注气量的增加，气油比不断增大(图4)，当注入5%mol倍体积的CO2时，体积系数增幅加大，当注入35%mol倍体积的CO2时，体积系数增幅进一步加大。

图4 注CO2气量与气油比关系

4.4 CO2对原油密度的影响

随着注气量的增加，原油密度持续减小(图5)，当注入5%mol倍体积的CO2时，原油密度迅速下降，之后降幅逐渐放缓，这是由于注气早期原油的整体组成变轻且饱和压力低，后期随着饱和压力的不断增加和溶解气量的加大，密度降幅逐渐变小。

图5 饱和压力下CO2注入量与原油密度关系

4.5 CO2对饱和压力条件下原油体积膨胀系数影响

随着注气量的增加，原油体积膨胀系数持续增大(图6)，当注入10%mol倍体积的CO2时，原油体积膨胀系数增幅放大，当注入35%mol倍体积的CO2时，原油体积膨胀系数增幅进一步放大。

图6 饱和压力下CO2注入量与原油粘度关系

4.6 CO2注入对原油相态的影响

由于94416井原始地层压力较低，本次实验饱和压力达到20.8 MPa时实验停止，根据实验数据分析，在更高的实验压力条件下该井地层原油的膨胀性更好。实验所得地层原油注CO2后在泡点压力下的各主要物性特征变化数据，如表2所示。

表2 CO2注入对94416井饱和压力下流体相态的影响

5 注气膨胀实验拟合

不同类型、不同量的注入气会对目标流体相态产生不同的影响，实验所得数据能大致反应其规律，但受实验本身限制，须对实验结果拟合以准确反映注气驱过程流体相态变化的参数场，拟合数据的准确性能够提升后期数值模拟研究的可靠性。本次拟合工作开展了XG油田石炭系地层原油中注不同剂量CO2后流体PVT参数的变化(图7)。由拟合结果图看出，饱和压力参数拟合效果好，满足后续的驱替实验与数值模拟工作需要。

图7 地层油注CO2气膨胀实验饱和压力拟合

6 结论

(1)XG油田94416井地层原始压力为7.2 MPa，最终实验压力为20.8 MPa，压力差值达到13.6 MPa，且随着注入量的增加饱和压力继续上升，未能达到临界状态，说明在20.8 MPa的实验压力下，CO2与地层原油未实现混相，在当前地层条件下显示出非混相特征。

(2)94416井地层原油在高注入量条件下显示出更好的增溶膨胀性能。