碳酸盐岩储层中蒸汽驱机制研究

倪维一（辽河油田勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

碳酸盐岩储层中蒸汽驱机制研究

倪维一
（辽河油田勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010）

在碳酸岩稠油储层进行蒸汽驱涉及复杂的开采工艺。技术难点之一是蒸汽突破裂缝网导致的波及效率降低。另外，蒸汽、盐水、岩石三者相互作用，引发严重的矿物溶解。针对上述问题，本文进行了一项室内试验。试验使用了10个岩心，选用的原油重度为14API，分别进行了吸渗、蒸汽驱和降压测试。结果表明，目标碳酸盐岩储层中蒸汽驱开采机制包括：吸渗、粘性减弱、压降导致的伴生蒸汽，以及膨胀机制。当岩石加热到接近200℃时，吸渗成为主要开采机制。增加的吸渗采收率非常依赖于高温矿物溶解，这导致润湿性朝强亲水性方向改变。在剩余油饱和度下的蒸汽驱替之后，伴生蒸汽仍能增加原油采出量，采收率达可达17%-32%（本文涉及的采收率，全部基于原始地质储量OOIP，下同）。 CT扫描和污水地球化学分析观察到了显著的矿物溶解。CT图象分析表明，矿物溶解使得晶簇的大小增加了2到5倍。由于这些晶簇主要通过微裂缝连通，在那里发生矿物溶解效应可以忽略不计，因此，矿物溶解不会增加有效渗透率。

碳酸岩稠油储层；蒸汽驱；吸渗

一、测试内容

试验选定的碳酸盐储层岩石样本，渗透率在121md～317md、孔隙度40.1%～50.9%。CT扫描表明，样本有许多晶簇，直径0.11mm～3mm，通过微孔和微裂缝连通。本试验主要针对以下方面：自由吸渗、强制吸渗、热膨胀、蒸汽驱和压降。

1 自由吸渗。岩心夹持器的出口关闭，入口接受水注入，速率0.1cm3/min。岩心的端面和岩心夹持器的三通阀之间的开放空间，用来模拟一个裂缝，厚度大约0.2mm。水自由流过岩心端面。当温度超过90℃时，在水流下游应用回压，以避免蒸发。在等温和非等温条件下分别进行了自由吸渗测试。二者区别在于，等温条件下，岩心得到预热。

2 强制吸渗。水从岩心夹持器入口注入，将原油驱离岩心夹持器出口。该测试仅在等温条件下进行。

热膨胀。当岩心夹持器受热，从储层温度（40℃）到200℃时，岩心夹持器的出口开放，并测试原油热膨胀带来的产出量。通过保持净上覆压力恒定，避免了热岩石的压实。

3 蒸汽驱。在等温和非等温条件下进行了蒸汽驱。前者在蒸汽驱开始前，岩心已被加热至200℃。后者在储层温度（40℃）条件下开始了蒸汽注入，直至岩心被加热到200℃，注入速率恒定，为0.1cm3/分。

4 压降。该测试在含水饱和度和剩余油饱和度条件下进行。前者将水饱和度大约为10%的岩心加热到200℃来达到等温均衡。孔隙压力突然从350psia降到大气压。此时测量以地下发生蒸汽为驱替方式的石油产量。后者在200℃下，岩心受热水或蒸汽驱替，至剩余油饱和度。然后孔隙压力突然从350psia下降到大气压，以使现场产生的蒸汽。

二、测试结果

1 温度对自由吸渗的影响。测试过程中，我们观察到了非常少量的水吸渗。自由吸渗方式的采收率为8.5%～20%；平均采收率仅为12.3%。因此，目标碳酸盐岩储层的润湿性基本上可以判断为油湿。

在地层初始温度（40℃）条件下进行吸渗测试时，我们发现，当水吸渗停止，温度也快速上升。为了避免水蒸发，应用了比测试温度下水饱和压力高100psi的回压。自由吸渗的采收率随温度变化而变化，对应关系为：40℃时为20%，100℃时为36%，150℃时为40%，200℃时为49.5%。

2 温度对强制吸渗的影响。在40℃、150℃、200℃条件下进行了强制吸渗测试。在0.1cm3/min的恒定水注入速率下，测量的横跨岩心的压降大约是12psi （40℃）、1.5psi（150℃）、0.5psi （200℃）。结果表明，对于强制吸渗，温度的增加并不能显著增加采收率。温度从40℃上升到200℃，最终采收率仅从32%上升到40%。

3 200℃下的压降。在200℃下的自由吸渗或强制吸渗过程完成时，该测试转换为压降测试。回压在30～60min内快速减少到大气压水平，这使得岩心内部出现蒸发。只要孔隙压力降至饱和压力以下（小于230psi），蒸汽便快速产生，同时还可产生大量小油滴。大多数原油在30～60min内产出。平均采收率提高了17%～32%。结果显示，甚至在孔隙压力降到大气压水平之后，产量仍持续了数小时。结果还表明，压降产生的采收率增量取决于剩余油饱和度。更高的油饱和度带来更高的采收率增量（大约为32%）。来自以初始水饱和度为开端的压降产生的采收率为接近60%；大多数原油均在前300min内产出，这意味着对于选定的重油碳酸盐岩来说，压降是一种非常有效的开采机制。

4 200℃下的压降产生的岩石压实。对于温度上升环境下的逆流自由吸渗和并流强制吸渗来说，岩石压实可以忽略，这是由于不涉及到气相；液体压缩率（对于油和水来说，小于10cm/psi）非常小。但是，对于压力下降测试，观察到了岩石压实作用。测量的结果显示测试岩心的最大压实是岩心孔隙体积的大约5%～7%。因此，通过压降的石油采收率包括来自岩石压实的10%。

5 蒸汽驱。主要进行了两种蒸汽驱测试。第一个测试，岩心预热到40℃，温度230℃的蒸汽持续注入岩心来加热岩心。在蒸汽注入的前6个小时，岩心温度逐渐增加到 200℃；第二个测试，岩心加热到 200℃然后注入蒸汽。第一种蒸汽驱带来的石油采收率为63%，第二种为52%。这主要是由于微裂缝为注入蒸汽的运移提供了有效路径。

6 热膨胀。当温度从40℃增加到200℃时，膨胀作用带来的采收率也得到测量。几个热膨胀测试表明，如果不应用其它开采工艺，测得的采收率大约为18%～12%。该结果与温度上升条件下的密度测量基本一致。

[1]曹立迎，等.碳酸盐岩油藏岩石润湿性评价实验研究[J].油气地质与采收率，2014（07） .

[2]孙仁远，等.蒸汽驱对低渗透稠油油藏岩心润湿性的影响[J].特种油气藏，2013（07） .

[3]刘晓玲，等.碳酸盐岩油藏提高采收率技术研究应用进展[J].应用化工，2012 （07） .

P631.4

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倪维一（1982—），男，吉林四平人，辽河油田勘探开发研究院，硕士，专业：英国语言文学。