一种实用的CO2溶解气驱岩心洗油方法

韩学辉，杨 龙，王洪亮，王雪亮，房 涛，张娟娟

(1.中国石油大学(华东)地球科学与技术学院，山东青岛 266580;2.中国石油天然气股份有限公司新疆油田公司实验检测研究院，新疆克拉玛依 834000;3.中国石油天然气股份有限公司西部钻探工程有限公司测井公司，新疆克拉玛依 834000)

岩心洗油是岩心实验的主要制备技术之一。依据洗油原理，可将洗油方法分为溶剂抽提法、热解除油法、驱替洗油方法三大类[1］。溶剂抽提法是一种常用方法，通过洗油溶剂淋滤、浸泡方式洗油，但该方法存在洗油时间长(通常在2～3周或更长)、洗油效率低和对低孔低渗岩心洗油效果差的缺点[2－5］。热解除油法是通过高温热解方式洗油，速度快(2～3 h)，但存在粘土成分变性、原油结焦等缺点[6－7］，在生产上应用较少。驱替洗油方法是将洗油溶剂在高压下驱替进入岩心孔隙后洗油，主要有直接将洗油溶剂注入岩心的加压溶剂洗油法[8－9］、Stewart[10］提出的 CO2溶解气驱洗油方法以及Conley等[11］提出的离心清洗法等。驱替洗油法洗油方式直接，洗油效率较溶剂抽提法高，是未来岩心洗油方法发展的主要方向。

本文在Stewart设计的CO2溶解气驱方法的基础上，增加了洗油室抽真空、CO2预清洗、溶剂回收3个操作步骤，自行研制了DGO－1型CO2溶解气驱洗油装置，重新设计了洗油流程。通过实验观测循环次数对不同孔隙度、渗透率岩心的荧光级别的影响，考察了新方法的洗油效果，为今后推广应用CO2溶解气驱洗油提供了实验研究基础。

1 方法原理

该方法的洗油原理是CO2溶解气驱。即:利用CO2气体易溶于洗油溶剂、可降低油水界面张力和原油粘度的特点，用溶有CO2气体的有机溶剂(溶剂汽油、酒精—苯等)作为洗油溶剂，通过反复向岩心加压注入洗油溶剂、再卸压排出，将原油携带出岩心完成洗油。图1给出了Stewart设计的CO2溶解气驱洗油流程图。尽管Stewart说明了该方法的优点，但是该流程存在以下弊端:(1)对于孔隙度、渗透率差或者原油粘度大的岩心，溶解了CO2的洗油溶剂难以进入待洗油岩心，洗油效率受到限制;(2)未对洗油溶剂的排放做有效控制，存在环境污染以及中毒和火灾等操作安全问题。因此，有必要对该方法做一些改进，以更好地提高洗油效率。

我们在Stewart设计的CO2溶解气驱洗油方法的基础上，增加了3个操作步骤:(1)洗油室抽真空。即:建立洗油室的负压，为CO2气体、溶解了CO2的洗油溶剂进入岩心创造良好条件;(2)CO2预清洗。即:允许CO2单独进入岩心，卸压膨胀后带出原油，为后续CO2溶解气驱创造有利条件;(3)溶剂回收。即:通过溶剂回收实现溶剂的循环利用，经济环保。图2给出了新方法的流程图。该流程可通过控制卸压速率来减少对疏松岩心的破坏，较加压溶剂洗油法和离心清洗法的适用范围更广。

图1 Stewart设计CO2溶解气驱方法洗油流程Fig.1 Flow diagram of CO2dissolved gas drive(Stewart)

图2 CO2溶解气驱新方法洗油流程Fig.2 Flow diagram of CO2dissolved gas drive(new method)

2 洗油装置

基于改进的CO2溶解气驱洗油方法，我们开发了DGO－1型 CO2溶解气驱洗油装置(图3)。该实验仪器主要由CO2气瓶、溶剂罐、真空泵、岩心室(附带电加热装置)、增压泵、溶剂回收机等6部分组成。其中:CO2气瓶是气源，溶剂罐用于储存洗油溶剂，真空泵用于岩心室的抽真空，电加热套可选择性地用于稠油油藏岩心的加热降粘，增压泵用于将CO2溶于洗油溶剂和将洗油溶剂加压后送入岩心室，溶剂回收机用于洗油溶剂的回收。

3 洗油效果分析

为了检验新方法的洗油效果，选取了孔隙度、渗透率具有一定分布的 6 组(9#，12#，14#，D#，H#，K#)平行人工岩心[12－13］(表1)，实验观测了荧光级别、孔隙度、渗透率随循环次数的变化，分析了新方法的洗油效果。

3.1 实验步骤

(1)用矿化度为10 000 mg/L的NaCl溶液抽真空加压饱和岩心，用密度为0.89 g/cm3、粘度为6.28 mPa·s的模拟油(3份东辛油田辛176井原油+2份煤油)驱替岩样到束缚水状态;

(2)使用QFA－C二维定量荧光分析仪，测量平行样的荧光级别[14］，烘干后测量气体孔隙度、渗透率;

图3 DGO－1型CO2溶解气驱洗油装置Fig.3 Core cleaning device for CO2dissolved gas drive(DGO－1)

表1 实验岩心孔隙度、渗透率数据Table 1 Porosity and permeability of rock samples

(3)使用DGO－1型CO2溶解气驱洗油装置，选用溶剂汽油作为洗油溶剂，按图2流程对岩心进行洗油。

(4)每循环(加压—卸压)2次后测量岩心荧光级别、孔隙度、渗透率，至荧光级别小于3级后结束。

3.2 荧光级别随循环次数的变化

图4为荧光级别与CO2溶解气驱洗油循环次数的关系。可见，随着清洗循环次数的增加，岩心荧光级别逐渐降低。前4次循环荧光级别减小较快，后几次循环荧光级别减小变慢，约6～10次循环后，荧光级别降至3级以下，达到SY/T 5336－2006[15］规定的岩心洗油标准。岩心的渗透率越高，达到荧光3级以下所需的循环次数就越少。例如:K#岩心，循环清洗6次以后，荧光级别为2.78;D#岩心，循环清洗10次后，荧光级别才降至2.95。分析认为:渗透率低的岩心，孔喉尺寸较小，洗油溶剂进入岩心、洗油溶剂和原油流出岩心的孔隙比较困难，洗油需要的循环次数多[16］。实验中，也发现渗透率低的岩心卸压时间要多于高渗透率岩心的事实。例如:D#岩心卸压至大气压花费的时间可以达到0.5 h以上。

图4 荧光级别随循环次数的变化Fig.4 Cross plot between fluorescence levels and cycle index

3.3 孔隙度、渗透率随循环次数的变化

图5 孔隙度随循环次数的变化Fig.5 Cross plot between porosity and cycle index

图6 渗透率随循环次数的变化Fig.6 Cross plot between permeability and cycle index

图5、图6为孔隙度、渗透率随循环次数的变化。可见，随着清洗循环次数的增加，孔隙度、渗透率逐渐增大，在4～6次循环后逐渐增至稳定值。对于渗透率大于 50×10－3μm2的 9#、14#、K#岩心，孔隙度、渗透率增大较快，经6次循环后，曲线变化基本趋于平缓，相对变化率不大。对于渗透率小于50×10－3μm2的 12#、D#、H#岩心，孔隙体积增长相对较慢，6～8次循环后趋于稳定。实验中，没有发现孔隙度、渗透率变小的情况，说明洗油过程中没有出现因为有机物难于运移而致喉道堵塞的情况。

4 结论与建议

1)新开发的CO2溶解气驱洗油方法属于驱替洗油方法，洗油原理清楚，装置简单，易于操作，洗油效率高，且清洁环保，建议作为一种实用方法在岩石物理实验室推广使用。

2)D#、H#、12#岩心为低孔低渗岩心，8 ～10 次循环就可以达到荧光3级以下，显示了新方法的良好洗油效果，建议将新方法用于低孔低渗、致密岩心的洗油，以解决溶剂抽提法洗油效率不高的问题。

3)该方法洗油时间短(2～3 d)，可缩短探井等取心井的孔隙度、渗透率、岩电参数等的测试周期，建议推广使用，有助于及早认识储层性质、建立储层参数的测井解释模型以提高测井快速解释的精度，更好地发现隐蔽的油层[17］。

4)建议对胶结疏松的岩心缓慢卸压以免造成对岩心的伤害[18－19］。受实验条件限制，未考察该方法使用的CO2与原油发生的一些物理、化学的变化，建议国内外同行开展相关研究，以进一步评价该方法的适用性。

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