濮城油田沙一下油藏CO2/水交替驱提高采收率数值模拟研究

杜　燕,刘银山

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安 710075)



濮城油田沙一下油藏CO2/水交替驱提高采收率数值模拟研究

杜燕,刘银山

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安 710075)

濮城油田沙一下油藏经长期注水开发，综合含水高达98.7%，继续水驱提高采收率难度加大。为研究CO2/水交替驱在沙一下油藏的适应性，先进行岩心实验，进而利用油藏数值模拟评价其驱油效果，并对CO2注入速度、CO2段塞数目、交替注水速度和压力水平4个注采参数进行优化模拟。结果表明，濮城沙一下油藏注CO2最小混相压力18.4 MPa，地层条件能实现水气混相驱替，当注入倍数为1.28时，采收率达57.6%，比单独水驱采收率提高5.7%。选择CO2注入速度40.0 t/d，CO2段塞数目8个，水注入速度280.3 m3/d，压力水平18.8 MPa作为最优方案参数，预测5年后含水率恢复到起始水平，采出程度能达64.6%。

濮城油田； CO2/水交替驱； 驱油机理；数值模拟； 注采参数

濮城油田沙一下油层投产的同时采用了注水开发模式，目前综合含水高达98.7%，已进入开发后期特高含水开发阶段。长期的强注强采开发措施使得储层水驱动用程度很高，采出程度达51.9%。由于发生强烈的水窜、水淹情况，继续水驱已不能进一步有效地提高采收率[1-4]。

濮城油田沙一下油层为一均质、渗透率适中、喉道较好的储层，原始地层压力23.6 MPa，目前平均地层压力20.2 MPa，储层温度84.6 ℃，地层水矿化度27.4×104mg /L，其高含水、高矿化度、高温等特点适合采用CO2驱提高采收率。国内外许多实验研究以及现场实际应用结果都显示，利用CO2进行驱油不但能有效地提高原油采收率，而且有很高的环保效益，但单独CO2驱因黏性指进等因素导致波及效率较低，进而影响采收率[5-10]。因此研究沙一下油藏CO2/水交替驱提高原油采收率技术，对于探索濮城油田特高含水油藏提高采收率技术具有重要意义。

1　水、气交替注入提高采收率机理

油藏储层流体在水/气交替驱油过程中会形成复杂的三相渗流。注入的水、气并不会形成活塞式驱油，更难以波及到全油层。在多相渗流过程中，受黏度差、毛细管力、黏滞力、界面张力等影响，各相流量将随驱油过程中各相饱和度的变化而改变[11-15]。室内研究和油田实践都表明：提高原油采收率的关键在于有较大的波及体积，同时有较高的驱油效率。而水驱的不足是驱油效率相对较低，气驱则是波及效率较低。水/气交替注入则可以综合两者的优点，在保证波及体积的同时拥有较高的驱油效率。

CO2/水交替注入方式有很多，主要分为混相驱替和非混相驱替[16-18]。混相驱替过程需要补充压力以保证储层压力高于最低混相压力，从而实现气水混相。而在实际驱油过程中，由于流体成分变动、储层结构变化等因素影响，所提供的压力并不能保证完全混相，因而真实的驱替过程将在混相与非混相之间震荡，大部分混相水/气交替注入都是在近井距上实现的。气/水非混相驱替其目的主要在于提高驱替前缘稳定性，并最大限度接触未波及层，以提高波及效率。

2　CO2/水交替驱油提高采收率室内研究

选取28块濮城沙一下岩心进行实验，岩心直径为2.50 cm，长度为5.8～8.5 cm，总长度为197.4 cm，平均孔隙度为26.1%，平均渗透率为245.5×10-3μm2。设置实验条件为温度85.0 ℃，压力20 MPa。在实验前先通过原油驱替使岩心形成相同的含油饱和度和束缚水饱和度。

CO2在驱油过程中会与储层流体发生物理、化学作用，从而大幅度降低地层原油黏度，提高原油膨胀系数，更有利于原油开采。通过CO2注入过程中的原油相态变化，可以更直观地了解CO2的驱油机理。随着CO2注入量增加，气油比、膨胀系数和黏度变化曲线如图1所示。

图1　原油相态与CO2注入量变化关系曲线

从图1可以看出，随着CO2注入量增加，气油比快速上升，当CO2注入量达到60%时，气油比从开始的64.28 m3/m3增大到457.60 m3/m3，饱和压力也上升到了28.4 MPa。同时原油膨胀系数增加到了1.60，原油黏度则由注入前的2.29 mPa·s下降到0.56 mPa·s，降幅达到75.6%。

通过细管实验与压力组分实验得知，濮城沙一下油藏注CO2最小混相压力为18.4 MPa，低于目前的平均地层压力20.2 MPa，可以实现水气交替混相驱开采。模拟储层特征开展CO2/水交替注入实验，分为4个段塞注入，每个段塞0.1 HPV，总注入量为0.4 HPV，得到含水率和采出程度与CO2/水交替注入量的关系如图2所示。

图2　采出程度、含水率随注入孔隙体积变化关系

从图2中可以看出，随着CO2注入，含水率保持不变，而采出程度迅速增加。随着注气结束开始注水，含水率也快速上升，而此时采出程度增长幅度相对缓慢，当注入倍数为1.28时，采收率达到57.6%，比目前濮城沙一下油层单独水驱采收率提高了5.7%。

为了优化注入段塞大小，继续进行对比实验，实验分为7个CO2段塞，每个段塞0.02 HPV，总注入量0.14 HPV，实验数据如图3所示。可以看出，原油最终采收率达到69.3%，在前期基础上又提高了11.7%，同时可以看出，沙一下油层在气/水交替驱替时，CO2的总注入量应不小于0.14 HPV。

图3　采出程度、含水率随注入孔隙体积变化关系

3　CO2 /水交替驱油数值模拟

(1)模型参数确定。根据CO2驱油的适用油藏条件，结合沙一下油藏的井网、井况现状，选定濮1-132井组进行数值模拟研究。濮1-132井组有1口注入井，3口生产井，位于濮31断层以东，共5层油砂体，主力小层为沙一下12和13，其中12小层砂岩有效平均厚度2 m，平均孔隙度24%，渗透率(20～200)×10-3μm2，平均50×10-3μm2；13小层有效平均厚度6.1 m，孔隙度28%～30%，渗透率(300～2 000)×10-3μm2，平均690×10-3μm2。井组地质储量62.1×104t，目前采出程度52.1%，剩余油饱和度40.7%。根据井组的孔、渗、饱等数据参数建立网格总数为88×148×5=65 120个网格系统。

(2)动态参数预测。为确定最优CO2/水交替驱油技术效果，评价和筛选出合理的工作参数，先选取CO2注入速度、CO2段塞数目、交替注水速度和压力水平4个参数进行开发效果评价。基本的开发设计参数如表1所示。

以控制变量法逐一改变单一变量，模拟分析在不同的CO2注入速度、CO2段塞数目、交替注水速度和压力条件下的开发效果，进而分析这四个变量变化对开发效果的影响。由驱替实验可知，进行水气交替驱替时，含水率会先下降，后不断增大，故设定含水率恢复到起始含水率为模拟节点。其变化数据如表2，得到的开发动态预测结果如图4。

表1　CO2/水交替驱油数值模拟开发设计参数

表2　开发动态参数设计变化数据

从图4中可以看出，累计产油和总采出程度随着CO2注入速度、CO2段塞数目、水注入速度、压力水平的增加不断升高，并且变化趋势也比较相似，都是先快速增加、后逐渐变缓慢。而累计气换油率随着CO2注入速度、CO2段塞数目的增加反而大幅降低，并随着水注入速度、压力水平的增加而增加，但是幅度比较小。

比较四个动态参数影响可以看出，CO2注入速度、压力水平对于开发动态影响更为明显，增加CO2注入速度和增加压力都能大幅度提高采收率，而增加CO2段塞数目或水注入速度对于采收率的影响整体较为平缓。

从图4d中可以看出,采出程度随压力增加上升，当压力达到18.8 MPa后采出程度明显变缓，后期随压力上升增长幅度很小。分析原因是随着压力增大，CO2越来越多的溶于原油，当压力达到18.8 MPa时CO2全部形成混相驱油，驱油效率趋向于稳定。

(3)动态参数优化。结合各注采参数对开发评价指标的影响， 并考虑实际经济效益，选择CO2注

图4　不同动态参数下开发动态预测对比

入速度为40.0 t/d，CO2段塞数目为8个，水注入速度为280.3 m3/d、压力水平为18.8 MPa作为最优方案参数进行模拟。数据显示濮1-132井组在实施方案5年后含水率基本恢复到起始水平。濮1-132井组5年的开发动态指标预测如图5所示。

从图5中可以看出，该方案实施6个月后开始见效，随后日产油量迅速上升，并在2年左右达到峰值；采油速度在4年左右达到峰值，随后开始缓慢下降，并在很长一段时间内相对稳定在0.2%～0.25%。5年后采出程度增量达到12.7%；5年后采出程度达到64.6%，实施CO2/水交替驱油效果明显。

图5　1-132井组推荐方案开发动态指标预测

4　结论

(1)岩心实验表明，随着CO2注入，气油比快速上升，饱和压力下降，原油黏度也大幅下降，濮城沙一下油藏注CO2最小混相压力18.4 MPa，油藏条件能实现CO2混相驱替。

(2)当CO2注入倍数为1.28时，采收率可以达到57.6%，比单独水驱采收率提高5.7%。沙一下油藏在气/水交替驱替时， CO2的总注入量应不小于0.14 HPV。

(3)增大CO2注入速度、CO2段塞数、水注入速度和压力水平都能提高原油采出程度，并且CO2注入速度和CO2段塞数对于采收率的影响更为明显。但随着4个注采参数的增大，采出程度和累计产量增幅都趋缓。

(4)选择CO2注入速度40.0 t/d，CO2段塞数目8个，水注入速度280.3 m3/d、压力水平18.8 MPa作为最优方案，实施6个月见效，5年后含水率恢复到起始水平，采出程度能达64.6%，实施CO2/水交替驱油效果明显。

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编辑：王金旗

1673-8217(2016)05-0071-04

2016-04-20

杜燕，高级工程师,1966年生，1990年毕业于西南石油大学油藏工程专业，现主要从事油气田开发研究工作。

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