缝洞型储层全直径岩心注气吞吐替油实验研究

赵磊，潘毅，刘学利，惠健，陈丽群

（1.西南石油大学国家重点实验室，四川成都610500；2.中国石化西北油田分公司，新疆乌鲁木齐830011；3.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

缝洞型储层全直径岩心注气吞吐替油实验研究

赵磊1，潘毅1，刘学利2，惠健2，陈丽群3

（1.西南石油大学国家重点实验室，四川成都610500；2.中国石化西北油田分公司，新疆乌鲁木齐830011；3.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

缝洞型碳酸盐岩油藏通常以大型溶洞、溶蚀孔洞及裂缝为主要储集空间，注水开发阶段油井见水快且采收率低，采用注气吞吐可以有效提高采收率。取得塔河油田全直径岩心样品进行对半剖分，根据TK404井地质模型刻蚀造洞，并采取现场油气样品进行活油复配。在不同注入气类型、不同吞吐次数、不同降压方式以及不同填充方式等条件下，完成了全直径岩心吞吐替油提高原油采出程度实验研究。结果显示，吞吐时使用N2、CO2均有良好增油效果，减缓吐气降压速度、模拟多孔介质填充可在实验中提高采收程度。

缝洞型油藏；注气吞吐替油；全直径岩心实验；提高采收率

缝洞型碳酸盐岩油藏勘探开发中最突出的问题是储层空间展布的多变性，尤其当储层中缝洞发育时，其特征的认识就更加困难。缝洞型碳酸盐岩油藏具有高度非均质性，复杂的储集空间结构、复杂的油气水关系使得碎屑岩油藏的许多理论和实践不能应用于缝洞型碳酸盐岩油藏[1-3]。

对于这类油藏，注气是一种有效提高原油采收率的方法，不仅可以维持地层压力，还可以提高驱油效率。注入地层的混相气通过重力排驱、毛管驱动、弥散/扩散、压力驱动等作用，实现裂缝与基岩之间的交叉流和质量传递，达到开采大量残留在基岩中原油的目的[4-5]。

前期在TK404井开展注氮气提高采收率现场试验，初步验证了注气驱油能在一定程度上有效提高塔河油田缝洞型油藏采收率。以TK404井为研究主体，将现场取得的岩心进行手工造缝造洞，采用全直径岩心驱替设备，开展了不同种类注入气、不同吞吐次数、不同降压方式以及不同填充方式等条件下的全直径岩心吞吐替油实验对比研究。

1 实验步骤

1.1 岩心流体样品制备

取得塔河缝洞油藏全直径岩心样品，首先对其对半剖分，然后将TK404井的地质模型图按相似性等比例缩小，并分别在岩心剖面上进行刻蚀，再用不渗透耐高温聚四氟乙烯塑料薄衬垫嵌合还原为圆柱状岩心，从而制备成TK404井地质模型的全直径岩心模型，如图1所示。用以考察高温高压条件下注气替油的效率及影响因素的研究。

图1 全直径岩心外视情况与剖开情况Fig.1Outward appearance and profile of the full diameter core

依据石油天然气行业标准SY/T5542-2000“地层原油物性分析方法”，应用TK410井的原油样品，加一部分TK410井脱出的气，在地层温度124.1℃下按泡点压力21.31 MPa配样，配制成符合要求的流体样品。

1.2 实验测试流程

1.2.1 实验过程

1）装配和清洗。如图2所示，根据实验方案进行设备装配连接。然后用石油醚清洗岩心，再用氮气吹干，最后用真空泵抽空岩心。

图2 全直径岩心实验流程Fig.2Flow of full diameter core experiment

2）饱和地层原油。首先注入不含气原油，充满岩心并使压力高于泡点压力以免地层原油脱气，再注入地层原油，使压力稳定在40 MPa，温度为124℃，记录注入的压力、体积，排出油的体积。未填充石英砂时，孔隙体积为155.6 cm3，填充石英砂后，孔隙体积为94.8 cm3，建立含束缚水体系时束缚水饱和度为37%。

3）驱替过程。岩心如图2水平放置，首先从底部注水进行驱替，在上侧产出，当产液含水率达到98%时停止水驱，并连接入口至装有1 000 mL地层水的容器以模拟边底水体。然后从产液出口反向注入一定量气体进行焖井，开始衰竭开采，反复数次后结束。

1.2.2 实验方案设计

注N2、CO2提高采收率可分为混相驱和非混相驱两种类型。N2、CO2混相驱是多次接触混相过程，其主要机理是在高压下通过蒸发作用从原油中提取轻烃和中间烃，达到与原油混相。实验室复配原油的N2、CO2最小混相压力测验值均大于60 MPa。本次实验设计注氮气吞吐压力为55 MPa，达不到最低混相压力。实验设计为N2、CO2非混相驱，本次实验设计方案（表1）。

前三组模型注入速度、焖井时间以及吞吐次数都相同，用来对比分析不同地层条件下注N2吞吐替油过程，第四组和第五组模型吞吐次数不同，降压方式不同，对比分析不同降压方式和吞吐次数对吞吐效果的影响，最后两组注入气种类不同，对比分析不同种类注入气对吞吐效果的影响。

2 实验测试结果分析

2.1 填充石英砂及建立束缚水对采出程度的影响

方案（一）、（二）和（三）采用相同的驱替方式，都是水驱+三个周期氮气吞吐，每次吞吐压降都是从55 MPa下降到40 MPa，氮气注入速度均为4 cm3/min，焖井时间均为4 h。方案（二）、（三）使用石英砂进行装填，方案（三）通过原油驱替地层水建立了含束缚水系统。统计该三组模型的单个周期采出程度与累计采出程度数据，如表2所示。

根据表2绘制曲线，得到前三组模型的吞吐周期与周期采出程度、累计采出程度关系曲线（图3）。如图3 所示，经过3个吞吐轮次后，方案（二）的累计采出程度要高于方案（一）。这是因为填充石英砂后，模型中形成多孔介质，减缓了气液界面推进速度，延迟了气体突破时间。建立束缚水饱和度后，由于岩心中可动用油体积的减小和贾敏效应带来的额外阻力，使得方案（三）累计采出程度要低于方案（二）。

表1 高温高压注气吞吐替油实验方案设计Table 1Experiment scheme of puff and huff at high pressure and temperature

表2 前三组方案的采出程度统计Table 2Oil recovery degree of the first three scheme

图3前三组模型的吞吐周期与周期采出程度、累计采出程度关系曲线Fig.3Relation between the cycle time of the puff and huff with the oil recovery degree and cumulative oil recovery degree of the first three model

2.2 降压方式对采出程度的影响

从焖井后的平均地层压力降低到生产时的井底压力，可以一次降压或分级降压。为了研究降压方式对吞吐效果的影响，设计了两组实验，即方案（三）和方案（四）的两组实验。实验吞吐的次数和降压方式不同，前者压力变化为55→47→40 MPa，后者压力变化为55→52→49→46→43→40 MPa。实验结果如表3所示。

分析表3可知，压力变化为55→52→49→46→43→40 MPa的吞吐替油，其每个周期的采出程度都要高于压力变化为55→47→40 MPa的吞吐替油的周期采出程度，说明降压次数越多，周期采出程度越高。

2.3 吞吐次数与注N2量的关系

将四组实验中的累计注N2量与吞吐累计采出程度的实验结果进行统计，如表4所示，分析累计采出程度与吞吐次数的关系。

根据表4绘制曲线，得到四组模型的累计注N2量与累计采出程度关系曲线（图4）。从图4可知，随着累计注N2量的增加，除了方案（三）的累计采出程度增加幅度较为平缓外，其他三组模型的累计采出程度随着注N2量的增加而增加，并且增加幅度较大，说明：方案（三）此时的吞吐效果不好，继续吞吐效果不大，不适宜继续进行注N2吞吐替油提高采收率；而其他三组模型增幅较大，还未见增幅变平缓，模型中还有能量可以继续进行注N2吞吐。此外，四组模型从生产井注N2达到相同的压力55 MPa，随着吞吐次数的增加，N2注入量也在不断增加，越到后面注入的N2量越大，实际生产过程中还要考虑N2注入量的问题来确定吞吐次数。

表3 不同降压方式下采出程度统计Table 3Oil recovery degree under different pressure release methods

表4 四组模型累计注N2量与累计采出程度关系Table 4Relation between nitrogen injection number and cumulative oil recovery of four models

图4 四组模型的累计注N2量与累计采出程度关系曲线Fig.4Relation between nitrogen injection number and cumulative oil recovery of four models

2.4 不同种类注入气的影响

将方案（四）和方案（五）的实验结果进行统计，如表5所示。两组模型除开注入气类型不同外，吞吐次数、压降变化、焖井时间、注入速度等都相同。

分析表5周期采出程度可以看出，注入N2吞吐和注入CO2吞吐的周期采出程度都经历一个先下降后上升的过程。区别在于注N2吞吐的周期采出程度的上升趋势明显，说明模型能够继续注N2进行吞吐，增加吞吐次数；注CO2吞吐下降后略微上升，整体趋势是趋于平缓的，进行注CO2吞吐将失效。再对比累计采出程度可知，注CO2吞吐的累计采出程度要高于注N2吞吐的累计采出程度，这是因为CO2的膨胀系数大于N2的膨胀系数，与原油溶解N2相比，原油溶解CO2后体积膨胀得更大，能使更多剩余油恢复流动被驱替出来；CO2和N2溶解于原油后均能降低原油黏度，且溶解CO2后原油黏度降低幅度大于溶解N2后原油降低幅度，原油溶解CO2后的流动性比溶解N2后的流动性强，因此，能采出更多的剩余油。

表5 不同注入气吞吐采出程度统计Table 5Oil recovery degree of different gas injection puff and huff

3 结论

通过全直径岩心高温高压注气吞吐替油实验研究取得以下认知：

1）模型是水平放置，缝洞中存在气液分离，存在指进现象。填充石英砂后，模型中形成多孔介质，能够减缓多孔介质中气液界面推进速度、延迟气体突破时间。

2）不同的降压方式对N2吞吐的采出程度也有很大影响，降压次数越多，采出程度越高。

3）随着吞吐次数的增加，要达到相同的实验压力所需的N2量也增加，实际生产时考虑N2注入量来确定吞吐次数。

4）在高温高压下，注入的N2与原油接触后一般会部分溶于原油中，使原油体积膨胀，把小缝、洞及连通性好的部分微裂缝里的原油驱替出来；此外注入N2后，在模型中形成束缚气饱和度，改善模型中的渗透条件，使束缚水饱和度发生变化，模型中的含水饱和度及水相相对渗透率降低，在一定程度上提高水驱波及体积。

5）对比注CO2和注N2吞吐实验结果，发现注CO2能更多的采出剩余油，采出程度比注N2吞吐采出程度要好。

[1]刘中春.塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏提高采收率技术途径[J].油气地质与采收率，2012，19（6）:66-68.

[2]吕爱民.碳酸盐岩缝洞型油藏油藏工程方法研究[D].山东：中国石油大学（华东），2007.

[3]李阳.塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏开发理论及方法[J].石油学报，2013，34（1）:115-121.

[4]肖阳，康博，邓兴梁，等.缝洞型碳酸盐岩凝析气藏不同开发方式全直径物理模拟研究[J].新疆石油天然气，2012，8（1）: 58-61.

[5]汤妍冰，黄江涛.以TK404井为例浅析注气提高采收率在塔河4区的应用[J].价值工程，2013，32（14）:311-312.

（编辑：尹淑容）

Research on gas injection puff and huff displacement of full diameter core in fracture-vug carbonate reservoir

Zhao Lei1,Pan Yi1,Liu Xueli2,Hui Jian2and Chen Liqun3
(1.State Key Laboratory of South West Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China；2.Northwest Company,SINOPEC,Urumchi,Xinjiang 830011,China；3.Research Institute of Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla,Xinjiang 841000,China)

The major reservoir space of fracture-vug carbonate reservoir includes large caves,dissolved pores and fractures.In wa⁃ter injection development stage,water breakthrough is fast in the oil production wells and the recovery efficiency is low.The full di⁃ameter outcrop core of Tahe are cut into half,and made sewing and hole in each half based on geological model of well-TK404.The samples are made by oil and gas in site.In different injection gas types and puff and huff times,different ways to reduce pressure and different ways of filling conditions,the recovery efficiency of full diameter core physical experiment was researched.The result showed that N2and CO2have great oil increase effects when puff and huff,and the slower depressurizing rate and the filled porous media can improve oil recovery in the experiment.

fracture-vug reservoir,gas injection puff and huff displacement,full diameter core experiment,enhanced oil recovery

TE357

A

2014-10-09。

赵磊（1988—），男，在读硕士研究生，油气田开发方向的研究。