芳48非均质断块油藏二氧化碳驱油效果研究

赵明国，陈 栖，贾慧敏，杨洪羽

(1.提高油气采收率教育部重点实验室 东北石油大学，黑龙江 大庆 163318;2.中油长庆油田分公司，陕西 定边 718600)

引 言

芳48断块位于松辽盆地北部中央坳陷区三肇凹陷肇州(模范屯)鼻状构造上，芳48断块扶余油层顶面深度约为1 742 m，且扶余油层只有扶一组发育油层。岩性具二元结构，平行层理及小斜层理，平均钻遇砂岩厚度为7.1 m，有效厚度为6.0 m。区块孔隙主要为缩小粒间孔，大部分不连通，孔喉结构复杂，微孔隙十分发育。岩心孔隙度为9.0%～17.6%，平均为 14.5%，空气渗透率为0.10×10-3～5.22 ×10-3μm2，平均渗透率为 1.4×10-3μm2，渗透率级差为 279.5，突进系数为5.7，纵向物性变化较大，平面非均质和纵向非均质性严重[1]。对于该类油藏，中国近年来主要开展CO2驱，并在一些油田取得较好的效果[2-3]。芳48断块扶余油层于2003年初开展了CO2驱油先导性矿场试验，并于2007年扩大了试验区，取得了一定的效果。但自注CO2开发以来，存在注气压力低、油层吸气能力强等问题，受油层非均质性和人工裂缝的影响，气窜非常严重，位于CO2气驱前缘主流方向的油井见气较早，其他方向受效较差。为此，利用不同非均质岩心，进行CO2驱油物理模拟实验，研究储层非均质性对CO2驱油效果的影响。

1 CO2驱室内实验研究

1.1 实验条件

实验用油:地层模拟油，气油比为18.13 m3/t，体积系数为1.078，密度为0.815 g/cm，饱和压力为5.2 MPa，黏度为6.64 mPa·s。实验用水:模拟水，矿化度为4 845.68 mg/L。CO2:大庆雪龙气体公司生产，纯度为99.99%。实验温度为85.9℃。

均质岩心:长为28.13 cm，直径为2.52 cm，渗透率为1.63×10-3μm2，孔隙度为13.19%。非均质岩心:由2个不同渗透率天然岩心并联而成。其中，高渗岩心长为27.54 cm，直径为2.5 cm，渗透率为2.813 ×10-3μm2，孔隙度为15.42%;低渗岩心长为26.87 cm，直径为2.5 cm，渗透率为0.923×10-3μm2，孔隙度为10.02%;2个岩心并联后平均渗透率为1.916 1×10-3μm2，平均孔隙度为12.96%。层内非均质:高、低渗岩心平行放置。层间非均质为正韵律和反韵律。

1.2 实验仪器及设备

实验仪器及设备主要包括:高压物性仪、高压配样器、高压计量泵、恒温箱、油气分离器、气体流量计、高压落球黏度计、活塞容器以及CO2驱替装置等。

1.3 实验过程

按地层油高压物性参数配制地层模拟油[4];将天然岩心抽提、烘干后测定渗透率，然后将岩心筛选、排列，连接岩心模型;分别将2个岩心模型饱和地层水和模拟油;将2个岩心并联后，以0.57 cm3/min的流量进行CO2驱油实验，驱替至没有油流出为止。在该过程中分别计量2个岩心驱出油和气的体积、压力及注入气的体积。

2 CO2驱均质与非均质岩心的实验结果分析

2.1 采收率

均质和非均质岩心的CO2驱油效果差别较大，CO2驱均质岩心的最终采收率高于非均质岩心的最终采收率，均质岩心的最终采收率达到65.83%，而非均质岩心的最终采收率为45.27%～49.55%。表1为非均质岩心CO2驱采收率贡献情况。由表1可知，3种不同类型的非均质岩心中，反韵律地层最终采收率较低，正韵律地层、层内非均质的最终采收率相差不大;CO2驱的效果相对较好。对于正韵律地层，采油速度明显高于其他2种非均质岩心，如注气量达到0.5倍孔隙体积时，正韵律地层、层内非均质、反韵律地层的采收率分别为40.75%、32.78%、35.22%。

表1 非均质岩心CO2驱采收率贡献情况

2.2 生产气油比

表2为均质与非均质岩心CO2驱的参数对比情况。由表2可知，非均质岩心的CO2突破时间比均质岩心快，CO2突破时注气量比均质岩心少0.092 1倍孔隙体积以上，气体突破时采收率比均质岩心低13.59个百分点以上。从气体突破到气油比为2 000 m3/m3时所需的注气量明显低于均质岩心，说明非均质岩心气油比上升速度高于均质岩心。

表2 均质与非均质岩心CO2驱实验参数

由3种非均质岩心气体突破时间看，反韵律地层略快，比层内非均质少0.094 5倍孔隙体积，仅比正韵律少0.006倍孔隙体积;层内非均质地层气体突破时采收率比正韵律地层高4.34个百分点，比反韵律地层高7.03个百分点。

层内非均质、正韵律地层、反韵律地层从CO2突破到气油比为2 000 m3/m3时所需的注气量分别为0.085 4、0.082 3、0.097 0 倍孔隙体积。

可见，3种非均质岩心气油比上升速度相差很小。

2.3 注入压力

图1为CO2驱压力曲线。由图1可知，随着注气量的增加，注入压力增加，在CO2突破后，压力降低。CO2突破前，正韵律、反韵律地层注入压力最高，平均分别为23.37、23.23 MPa，其次为层内非均质地层，均质地层的压力最低，平均压力为22.82 MPa。

图1 CO2驱压力曲线

2.4 相对吸气量

图2 CO2驱高渗层相对吸气能力曲线

图2为非均质岩心CO2驱时高渗层的相对吸气量。可见，开始注气时，由于低渗透层阻力大，CO2进入低渗层启动慢，注入的CO2全部进入高渗层，注入一段时间后，由于注入压力增加，少量的CO2开始进入低渗层，高渗层的吸气量减少。此时进入高渗层的CO2接近突破(表2)，高渗层的吸气量随之迅速增加。层内非均质、正韵律地层、反韵律地层的高渗层平均相对吸气量分别为99.59%、99.68%、99.82%，高渗层的平均吸气量占99.59%以上，但3种非均质的高渗层平均相对吸气量相差很小。对于非均质岩心，注入的CO2基本都进入高渗层，低渗层几乎没有启动。

均质岩心和3种非均质岩心CO2驱采收率、CO2突破时间、气油比上升速度、压力、相对吸气量等对比表明:均质岩心CO2驱效果明显好于非均质岩心。主要是均质岩心吸气面积大，波及体积大。而非均质岩心中低渗层渗流阻力大，注入气体的渗流面积和波及体积小，导致气体流速快，气体突破时间早，气油比上升速度快，注入压力高，采收率低[5-7]。由于该实验3种非均质岩心高、低渗层相互不发生窜流，且注入压力高，CO2以液体形式进入岩心，因此，重力分异作用几乎无影响，使3种非均质岩心驱油效果相差很小。比较而言，非均质地层CO2驱过程中，正韵律地层、层内非均质的最终采收率较高，气体突破慢，注入压力较低，高渗层吸气量较少，CO2驱比反韵律地层效果好。

以上分析可见，芳48断块不论何种非均质类型岩心，CO2驱时都存在采出程度低、CO2突破快、低渗层吸气能力差及动用能力低的问题，储层非均质性是导致该块CO2开发效果不理想的主要原因。

目前中国实施CO2驱油技术的主要油藏是砂岩特低渗透油藏，由于渗透率太低，只能采用连续气驱，油藏容易产生注气突破[8]。国外普遍注气采用水气交替驱，国内油田为防止气窜普遍采用气水交替、CO2泡沫、聚合物凝胶等技术[2，9]。目前中国开展CO2驱比较成功的油田中，胜利樊124断块、长庆油田、吉林新立油田228区块、富民14断块、大庆萨南过渡带、葡北油田等均采用气水交替注入[2，10-12]。中原油田、富民油田48井等采用CO2吞吐[2，8]，而大庆树96-碳16井、腰英台油田CO2驱采用 CO2泡沫封窜[11，13]，吉林油田、长庆油田坪北P12井区进行单井吞吐和泡沫压裂措施[8，14]。因此，鉴于芳48 断块渗透率低、气水交替注入能力低，建议结合压裂进行单井CO2吞吐。

3 结论

(1)在相同实验条件下，CO2驱非均质岩心的最终采收率比均质岩心低16.28个百分点以上，非均质岩心高渗层对最终采收率的贡献率高于97.90%以上。非均质岩心中，反韵律地层最终采收率较低外，正韵律地层、层内非均质地层的最终采收率相差不大。

(2)非均质岩心CO2突破时注气量比均质岩心少0.092 1倍孔隙体积以上，气油比上升速度高于均质岩心。气体突破时采收率比均质岩心少13.59个百分点以上。3种类型非均质岩心，反韵律地层气体突破比较早，其次为正韵律地层，气油比上升速度相差很小。

(3)CO2突破前，正韵律、反韵律地层注入压力最高，其次为层内非均质地层，均质地层的压力比非均质地层平均低1.13 MPa，表明非均质岩心注入的CO2渗流面积和波及体积小。

(4)非均质岩心中高渗层平均吸气量占99.59%以上。3种非均质的高渗层平均相对吸气量相差很小，低渗层基本没有动用。

(5)储层非均质性是造成芳48断块CO2开发效果不理想的主要原因，而非均质类型对CO2驱油效果影响不明显。根据芳48断块地质特征，借鉴国内类似油田开发经验，建议结合压裂进行单井CO2吞吐。

[1]薛利，周淑华，范州，等.芳48断块注二氧化碳试验区测试资料分析[J].内蒙古石油化工，2008，34(24):15-17.

[2]罗二辉，胡永乐，李保柱，等.中国油气田注 CO2提高采收率实践[J]. 特种油气藏，2013，20(2):1-7.

[3]程杰成，雷友忠，朱维耀.大庆长垣外围特低渗透扶余油层CO2驱油试验研究[J].天然气地球科学，2008，19(3):402-409.

[4]赵明国，陈顶峰.低渗透油藏提高原油采收率的实验研究[J]. 石油实验地质，2007，29(3):311-314.

[5]张景，韩进，丁洋海，等.油藏非均质性对CO2驱效果影响研究[J]. 辽宁化工，2010，39(12):1282-1284.

[6]王敬瑶，张珈铭.CO2驱油中岩石物性的变化规律[J].大庆石油地质与开发，2011，30(4):141-143.

[7]谭习群，岳湘安，刘向阳，等.低渗透非均质油藏压敏性及其对流体分布的影响——以CO2驱油为例[J].油气地质与采收率，2009，16(5):92-94.

[8]张德平.CO2驱采油技术研究与应用现状[J].科技导报，2011，29(13):75-79.

[9]吴铁龙.二氧化碳驱气窜因素分析与泡沫封窜效果评价[J]. 内蒙古石油化工，2013，23(11):36-39.

[10]周建新，黄细水，黄晓荣.富民油田CO2混相驱提高采收率现场分析[J].江汉石油学院学报，2003，25(S0):141-142.

[11]郭平，杜志敏，张茂林，等.葡北油田气水交替注烃混相驱开发研究[J].西南石油学院学报，26(4):25-27.

[12]王璐，单永卓，刘花，等.低渗透油田CO2驱泡沫封窜技术研究与应用[J].科学技术与工程，2013，13(17):4918-4920.

[13]杨昌华，王庆，董俊艳，等.高温高盐油藏CO2驱泡沫封窜体系研究与应用[J].石油钻采工艺，2012，34(5):95-97.

[14]汪益宁，吴晓东，张少波，等.特低渗透油层CO2非混相驱油试验及效果评价[J].石油天然气学报(江汉石油学院学报)，2013，35(4):136-140.