裂缝性低渗油藏二氧化碳驱注入方式实验

邹积瑞，岳湘安，孔艳军，张俊彬，张丽娟，赵决顺

（中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京 102249）

裂缝性低渗油藏二氧化碳驱注入方式实验

邹积瑞，岳湘安，孔艳军，张俊彬，张丽娟，赵决顺

（中国石油大学（北京）石油工程教育部重点实验室，北京 102249）

低渗透油藏一般都伴有裂缝发育，由于裂缝具有较高的导流能力，致使注入的CO2沿裂缝发生气窜，严重影响CO2驱效果。针对这一问题，提出了将裂缝作为注气通道，在裂缝两侧布井采油的方法。运用岩心驱替物理模拟实验，研究了沿裂缝注CO2的速度对波及效率和采收率的影响，以及缝注侧采后关闭气窜井和焖井措施对采收率的影响。结果表明：沿裂缝注CO2能够有效地消除裂缝气窜的不利影响，提高采收率17.72百分点；驱替速度越小，岩心的波及效率和采出程度越高；关停气窜井是有效抑制气窜的措施，焖井后驱替能够进一步挖掘剩余油，提高采收率7.52百分点。

低渗；裂缝；二氧化碳；注入速度；气窜

0 引言

国内外研究及矿场试验均表明，注CO2可大幅度提高原油采收率，是提高低渗透储层开发效果的一种很具潜力的增油措施［1-6］。低渗透储层一般都伴有裂缝发育［7-9］，裂缝的渗透率远大于基质渗透率，导致注入的CO2沿裂缝发生气窜，严重影响CO2的驱油效果。如何有效地抑制气窜是制约CO2驱提高采收率的关键，国内许多学者对此进行了大量的研究，CO2泡沫封堵裂缝、CO2和水交替注入、周期性的注入CO2等措施均取得了不错的效果［10-14］。裂缝也同时控制着层系划分和井网布置，在天然裂缝发育的低渗透油藏中进行CO2气驱时，需要采取合理的井网布置和CO2注入方式，才能减小裂缝对CO2驱的不利影响。

裂缝作为注气的窜流通道，有很强的导流能力，可以利用裂缝的高导流能力在裂缝上布置注入井，在裂缝的侧面基质布置采出井，采取缝注侧采的注入方式，消除裂缝对注气不利影响的同时增大注气的受效面积，提高CO2的波及效率，有效地利用油藏中的裂缝。利用物理模拟手段，进行CO2缝注侧采室内实验，验证缝注侧采注入方式提高裂缝性低渗油藏采收率技术的可行性。

1 实验

1.1 实验条件

实验用水为矿化度82 200 mg/L的人工合成盐水；实验温度50℃；实验用油为原油与煤油按一定比例配置的模拟油，50℃条件下黏度为6.3 mPa·s；实验设备为ISCO高精度泵、流量计量仪、高精度压力传感器、中间容器、特制岩心夹持器、气瓶、恒温箱、数据采集装置、回压阀；实验用气为CO2，模型为储层模拟人造砂岩岩心，高渗薄层模拟裂缝，低渗厚层模拟基质，基本参数见表1。

1.2 实验步骤

测量孔隙度，确定原始含油饱和度，并将岩心在50℃的条件下老化，按照实验方案进行CO2驱替，驱替过程中记录压力、阶段产油量等数据。注采方式如图图1所示。

图1 注采方式示意

2 实验结果与讨论

2.1 注气速度对波及效率的影响

注气速度对平面波及效率的影响结果见图2、图3。定义产油贡献率为给定时间段某井产油量与所有井的产油量之比。产油贡献率的大小在一定程度上反映波及效率的大小。产油贡献率越趋近于中值（50%），CO2驱的波及效率越高。

图2 不同注入速度2口井的产油效率

图3 不同注入速度的岩心剖面

由图2可见：低速（0.2 mL/min）注入时，1号井和2号井的产油贡献率值除个别点偏离产油效率中值较大，其余各点均匀地在产油贡献率中值附近波动，表明2口井的阶段产油量相近，驱替前缘从裂缝向采出井均匀推进，CO2驱替前缘比较稳定；而高速（0.4 mL/ min）注入时，1号井和2号井的产油贡献率值几乎全部远离产油贡献率中值，说明驱替速度较大时，驱替前缘从裂缝向基质不均匀推进，导致气窜过早发生，影响CO2波及效率。从图3可见，注入速度为0.2 mL/min的波及效率明显大于注入速度0.4 mL/min的波及效率。从图3a可以看出，沿裂缝注入的CO2均匀地向采出井推进，2口井之间只有小面积的死油区，而注入速度为0.4 mL/min的2口井之间不但有大面积死油区，而且1号井、2号井所对应的区域波及面积也很小（见图3b）。这表明CO2高速注入导致驱替前缘的不稳定，驱替前缘先到达1号井，由于流体从1号井流出岩心中形成稳定的流体通道，流体只有少部分从2号井产出。由岩心剖面图和产油贡献率图可知，从裂缝注入的CO2速度越小，驱替前缘越均匀，气窜越晚发生，波及效率越高。

2.2 注气速度对采收率的影响

为了研究缝注侧采注气速度和注入方式对采收率的影响，选择物性相同的岩心ZL-1，ZL-2，ZL-3，ZL-4进行气驱实验。岩心物性参数见表1，采收率影响结果见表2。

表2 注气速度和注入方式对采收率影响实验结果

由表2可以看出，岩心物性相同的情况下，注气速度为0.4 mL/min沿裂缝注CO2侧向采油采收率为42.52%，比平行于裂缝注采的采收率（24.80%）高17.72百分点，表明缝注侧采的注入方式进行CO2驱油是可行的。岩心物性相同的情况下，注气速度越大，总采收率越低，突破时的采出程度越高。注气速度越大时，压力越高，原油中溶解的CO2越多，原油黏度降低得越显著，增加了流动性；同时，高压力下CO2与原油之间的界面张力减小，驱替阻力减小，毛细管数增加，采出程度更高。所以注入速度0.4 mL/min突破时的采出程度最高。但是过大的流速使气体过早突破，突破后压力降低，气体与油相作用减弱，驱油效果变差，此时影响采收率的主要因素是波及效率，0.2 mL/min的波及效率明显高于0.4 mL/min，所以速度较低时，总的采收率较大。也从侧面反映了气驱时波及效率是影响采收率的主要因素。

2.3 提高缝注侧采采收率措施

在0.4 mL/min的驱替条件下，1号井很早发生气窜，导致波及效率较低。后续实验中，将1号井（气窜井）关闭，待2号井气窜不产油后将其也关闭，焖井2 h，再将1号井、2号井打开进行驱替，其采收率和压力动态曲线见图4。

图4 采收率和压力动态曲线

由图4可以看出，当关闭1号井后，压力迅速上升，有效抑制了气窜，表明关闭气窜井后CO2在岩心中的波及体积变大，采收率大幅度地提升了18.50百分点。分析认为，在关闭1号气窜井后，锁死了注入的CO2在气窜井的产出，注入的CO2势必在岩心中改变其渗流的方向和途径，这种流场的变化，有利于扩大注入CO2在岩心中的驱油波及面积。

焖井过程中压差下降了2.5 MPa，焖井后沿裂缝驱替采收率提高了7.52百分点。分析认为：焖井过程中，CO2与原油充分接触后溶解于原油中，降低了原油的黏度和界面张力。一方面原油黏度降低后改善了流度比，原油地层流动性提高，更易于流向采出井；另一方面界面张力降低，从而增大了毛细管数，降低了残余油饱和度。与此同时，在受到注CO2驱动因素影响下，一些不可动的原油也能够在CO2溶解膨胀反应的作用之下而挤出介质孔隙，从而使得原油饱和度降低。

3 结论

1）沿裂缝注CO2侧向采油是可行的，比平行于裂缝注CO2的采油方式提高采收率17.72百分点。

2）沿裂缝注CO2的速度越小，从裂缝向采出井推进的前缘越均匀，波及效率越高，气体突破时的采收率越高，总采收率越大。

3）关停气窜井是控制气窜的良好措施。注气方向有2个以上受效方向时，关掉其中1口井，对受效困难、剩余油富集的井，可以扩大波及体积，提高其动用程度。焖井可以进一步挖掘缝注侧采后的剩余油。

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（编辑 王淑玉）

Injection experiment of carbon dioxide flooding in low-permeability fissure reservoirs

ZOU Jirui,YUE Xiang′an,KONG Yanjun,ZHANG Junbin,ZHANG Lijuan,ZHAO Jueshun
(MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)

In low-permeability reservoir,fractures are generally initiated during the injection.Subsequently,the efficiency of CO2injection is significantly affected by the gas channeling along fractures due to the high conductivity of fractures.In this paper,we employ the fractures as the injection gas channel and place the injection wells at the both wings of the fracture to deal with the above problems.The core flooding experiments are conducted to physically simulate the velocity of CO2along the fracture and the impacts on sweep efficiency,ultimate recovery of CO2injection,and ultimate recovery after the shut-in of the gas channeling wells. As a result,CO2injection along fractures can efficiently counter the detrimental impact by gas channeling in fractures,which leads to 17.72%increase in ultimate recovery.The sweep efficiency and ultimate recovery increase with decreasing flooding velocity. Shut-in of gas channeling well can greatly hinder the gas channeling and thereby enhance the recovery of remaining oil,which leads to 7.52%increase in ultimate recovery.

low-permeability;fracture;carbon dioxide;injection speed;gas channeling

国家自然科学基金项目“致密油储层提高采收率关键理论与方法研究”（51334007）；国家科技重大专项课题“油田开采后期提高采收率新技术”（2011ZX05009-004）

TE357.1

A

10.6056/dkyqt201606024

2016-04-16；改回日期：2016-09-27。

邹积瑞，男，1987年生，在读博士研究生，主要从事提高油气开采效率方面研究工作。E-mail：531909987@qq.com。

邹积瑞，岳湘安，孔艳军，等.裂缝性低渗油藏二氧化碳驱注入方式实验［J］.断块油气田，2016，23（6）：800-802，811.

ZOU Jirui，YUE Xiang′an，KONG Yanjun，et al.Injection experiment of carbon dioxide flooding in low-permeability fissure reservoirs［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（6）：800-802，811.