龙虎泡油田高台子油层二氧化碳驱最小混相压力研究

2010-08-31苗国锋

石油地质与工程 2010年3期

关键词：混相龙虎细管

苗国锋

(中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712)

龙虎泡油田高台子油层二氧化碳驱最小混相压力研究

苗国锋

(中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712)

最小混相压力是确定油藏能否采用混相驱的重要依据,测定最小混相压力方法最好的是细管实验法。应用细管实验法对大庆龙虎泡油田高台子油层进行了二氧化碳驱最小混相压力的测定,并利用经验公式对最小混相压力进行计算,确定高台子油层二氧化碳驱最小混相压力为21.7MPa,由于最小混相压力高于地层压力(地层压力18.18MPa),因此,二氧化碳驱油过程为非混相驱,但可以达到近混相。

龙虎泡油田;高台子油层;最小混相压力;室内实验;细管实验

龙虎泡高台子油层油藏埋深为1 783.7m,孔隙度11%～17%,平均13.5%,空气渗透率(0.08～30)×10-3μm2,平均 0.78×10-3μm2。目前平均注水压力达到24.9MPa,注水压力高,大多数注水井处于超破裂压力注水,采油井的30%因高含水处于关井状态,油井措施潜力小,产量逐年下降,水驱开发难度大,采出程度低。因此,探索CO2驱的可行性是十分必要的。

最小混相压力是确定二氧化碳与地层原油能否混相的关键指标,测定最小混相压力的主要方法有四种:细管实验法、升泡仪法、蒸汽密度法及界面张力消失法,但研究认为细管实验法能给出具有重复性的精确结果,成为目前国内外公认和通用的确定最小混相压力的方法[1]。关于最小混相压力的预测方法很多,本文运用细管实验法结合筛选的经验公式对高台子油层最小混相压力进行预测。

1 细管实验法

1.1 实验设备及流程

1.1.1 实验设备

本次实验油样均取自龙虎泡油田高台子油层产出井,实验温度为74.8℃(油层温度)。细管实验设备主要由高压物性仪、混相仪、计量泵、气体流量计、气瓶、中间容器等组成。混相仪中细管模型参数:直径4mm,长度43m的不锈钢管,并由200目玻璃单体填充而成。最大工作压力50MPa,渗透率6.246×10-3μm2,孔隙度37.3%。

1.1.2 实验流程

(1)地层油的配制:油样为地面原油加入煤油后和天然气配制(表1)。注入气体为纯度99.9%的二氧化碳。

表1 配制地层油与实际底层油高压物性参数对比

(2)最小混相压力的测定过程[2]:将细管加热恒温后抽空。用恒速泵将配制的饱和油样压入细管模型中。进泵2PV时停止进泵,记录注入盘管的原油体积。通过手动泵,将回压升至预定压力,但低于注气压力2MPa。在恒压下开泵注入 CO2驱替,并打开细管出口阀门。驱替过程中,定时测定产油量、气量、注气量,气驱至累积注气量大于1.2PV时,停止驱替。驱替结束后,将甲苯、石油醚直接注入细管,清洗细管,然后,用高压空气把管线吹干,按前面的过程进行下一个压力点下的细管驱替实验。

1.2 气体驱油的结果与分析

影响CO2驱最小混相压力的因素很多,主要有[3]:①原油组成和性质:稠的、高沥青质、高沸点组分高的最小混相压力高,原油密度和分子量越大,MMP越高;中间烃C5-C21含量越高,混相压力越小,原油中 C1含量高,则最小混相压力上升。②混相压力随地层温度的升高而升高。③注入气的影响:甲烷和N2、CO2相比都是轻组分,随注入气中轻组分含量的增加,萃取能力下降,而如果存在 H2S、液化气、C2+烃组分时可降低最小混相压力。④地层岩石渗透性越好,混相压力越低。

在不同压力下驱油的采收率与压力关系曲线中最终采收率为90%时对应的压力见表2、图1,确定油样与CO2的最小混相压力为21.7MPa。高台子油层原油与CO2的最小混相压力高于地层压力(18.18MPa),CO2驱时只能是非混相驱油,但在地层压力下可达到近混相。

表2 CO2在不同压力下驱油的最终采收率

图1 采收率与压力关系曲线

在细管实验中,除根据气驱采收率确定最小混相压力外,同时可在透明观察窗中观察(图2),如果注入气与原油有明显界面的两相流体,说明没有达到混相,如果原油由黑色变成橙红色、黄色,最后变成透明黄色,说明界面消失,达到混相。

2 经验公式法[1]

决定二氧化碳与原油混合物相态的因素是原油的组成和性质、二氧化碳的组成和性质以及温度和压力。韩培慧等人研究认为[3],Silva方法把混相压力作为原油分子量分布的函数,能更充分地体现原油各组份对混相压力的贡献太小,其它方法仅利用原油的平均分子量而不考虑原油分子量的分布。对Silva方法预测35种原油的最小混相压力结果与实测最小混相压力进行了比较,检验了Silva方法的精度,对于大多数原油预测偏差不超过10%。因此,Silva方法预测的结果与实际最为接近,可以用来预测原油与二氧化碳的最小混相压力。

图2 CO2驱油过程中原油颜色变化1-0.094PV;2-0.183PV;3-0.270PV;4-0.347PV;5-0.490PV;6-0.540PV;7-0.629PV;8-1.2PV

原油中分子大小的分布对最小混相压力的影响比烃结构变化的影响大得多。Silva方法把最小混相压力作为原油分子量分布的函数建立关系式,按下式给出 C2～C31各馏分烃(不包括 C1,N2,CO2,H2S等非烃)的归一化重量分数Wic2+:

Wi为组分i的重量分数,i=31时为C31以上所有组分的重量分数。

CO2与原油混合物达到相平衡时组分i在富CO2相和富油相间分配系数Ki为:

重量组成参数F:

最小混相压力下的CO2密度ρpmm为:

利用R-K状态方程:

式中,a=0.427 48R2Tc2.5/Pc;b=0.086 64R Tc/Pc。

已知油层温度T=347.8K;气体通用常数R=8.2MPa·cm3/mol;CO2分子质量 M=44;CO2临界温度Tc=304.2K;CO2临界压力Pc=7.29 MPa。求得a=6.36×106,b=15.56。表3为色谱分析得到龙虎泡油田高台子油层原油组成,计算得到F=1.044<1.467,代入公式(4)得ρpmm=0.642,将a、b、R、T、M、ρpmm代入公式(5)可求出 CO2与原油的最小混相压力Pmm=22.62MPa。