长庆姬塬油田黄3区CO2驱对采出原油物性影响

2019-07-06刘笑春黎晓茸杨飞涛马国伟梁晓静

油气藏评价与开发 2019年3期

刘笑春，黎晓茸，杨飞涛，马国伟，梁晓静

（1.中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院，陕西西安710018；2.中国石油低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710018；3.中国石油长庆油田分公司第五采油厂，陕西西安710200；4.中国科学院兰州化学物理研究所，甘肃兰州730000）

CO2驱油是当前世界范围内一项较为成熟、高效的采油技术，近十年来，世界注气采油特别是注CO2提高采收率技术项目逐年增加，已成为世界范围内提高原油产量的重要手段之一[1]。由于其具有比传统水驱油更明显的技术优势，因此在我国具有较广阔的应用前景，已经成为我国改善油田开发效果、提高原油采收率的关键。尤其是针对长庆低渗透油藏注CO2驱油技术优势明显。为提高低渗透油田原油采收率，在长庆姬塬油田黄3区进行了CO2驱提高原油采收率现场试验，为进一步推广积累经验。

对试验区多口油井进行了监测，分批、分阶段取监测生产井油样进行化验分析（包括原油族组分分析、不同碳链烷烃组分分析、原油凝点分析、原油黏温曲线分析等），以期深入研究CO2驱提高原油采收率方法对原油物性的影响，加深了解CO2驱油机理，为CO2驱现场试验效果分析提供理论依据。具体取样井位分布如图1所示，共取样四次，第一次为注CO2前，第二次为注CO23 个月后，第三次为注CO26个月后，第四次为注CO29个月后。注气前平均地层压力为14.1 MPa，压力保持水平71.4%；注气后试注区压力监测6 井次，平均压力19.0 MPa，压力保持水平96.3%。CO2注入后地层压力水平明显上升，整体压力高于前期研究的最小混相压力16.1 MPa，目前运移条件下见效井均能达到混相条件。

图1 CO2驱试验区井位分布Fig.1 Well distribution in test district of CO2 flooding

1 实验所用测试方法与标准

1.1 原油族组分分析方法

原油族组分一般分为烷烃、芳香烃、非烃和沥青四种。Jewell 等人[2]首先将色谱技术应用于原油的4个族组分的分析，后来逐渐出现了柱色谱法[3]、薄层色谱法[4，5]、高效液相色谱法[5，6]、超临界流体色谱法[7]等方法。其中柱色谱法具有分离试样量大、无需复杂的仪器设备、操作简便等优势，被广泛应用于各种油品的族组分分离。

通过族组分分析可以分析注CO2驱油后，对生产井产出原油性质的影响。本文采用石油行业标准——柱色谱法对原油族组分含量进行测定。

1.2 不同碳原子数烷烃含量分析方法

气相色谱对有机化合物具有有效的分离、分辨能力，而质谱则是准确鉴定化合物的有效手段。气相色谱—质谱联用仪的优点：气相色谱具有极强的分离能力；质谱对未知化合物具有独特的鉴定能力，且灵敏度极高。因此，气相色谱—质谱联用仪是分离和检测复杂化合物的最有力工具之一。实时采集功能提供了全扫描与选择离子扫描的数据采集，可获得准确的定性、定量结果数据。

对原油烷烃组分进行气相色谱—质谱联用分析可以得到碳数在C8—C40的不同碳数烷烃的含量，以此来研究原油物性的变化。测试时试样汽化后随载气通过高分辨率毛细柱，通过EI电离进入质谱分析，得到各碳链组分的分子离子峰，以面积归一化法计算各组分质量分数。

1.3 原油凝点测定方法

原油凝点是随着温度降低原油失去流动性的最高温度。凝点的高低与原油中轻质和重质组分含量有关。轻质组分含量高，凝点低，重质组分含量高，尤其是石蜡含量高，凝点就高。本文采用国家标准《石油产品凝点测定方法》（GB/T 510-1983）的操作流程对原油凝点进行测定。

1.4 原油黏温曲线测定方法

原油黏温关系是原油中各种组分对原油黏度影响的综合体现。在原油中各组分对原油黏度影响最大的是非烃和沥青质。通过对试验区注CO2前后生产井产出原油黏温关系的测定可以定性判断注CO2后对原油流动性的影响。采用Brookfield 黏度计，选择S61号转子、在12转/分条件下，测定25～90 ℃（升温间隔5 ℃）的原油黏度。

2 分析测试结果

2.1 原油族组分分析结果

2.1.1 原油烷烃组分变化规律

对注CO2前后不同时期原油中烷烃组分含量的变化进行统计分析，结果如表1、图2所示，可以看出烷烃组分大于70%，注CO2后烷烃组分呈现明显先减小后增大的趋势，并且均小于注CO2前的含量，降低幅度达到20%。

表1 CO2驱试验区不同时间原油烷烃组分分析结果Table 1 Analysis results of crude alkanes components in test district of CO2 flooding at different times%

图2 CO2驱试验区不同时间原油烷烃组分变化Fig.2 Variation of crude alkanes components in test district of CO2 flooding at different times

2.1.2 原油非烃组分变化规律

对注CO2前后不同时期原油中非烃组分含量的变化进行统计分析，结果如表2、图3所示，可以看出非烃组分平均12.5%，注CO2后呈现明显先增大后减小的趋势，最高增加到35%，且非烃组分含量均大于注CO2前的含量10%以上。

2.1.3 原油沥青质组分变化规律

对注CO2前后不同时期原油中沥青质组分含量的变化进行统计分析，结果如表3所示。可以看出沥青质组分含量较低，变化不明显，且最后样品中沥青质含量均小于注CO2前。

表2 CO2驱试验区不同时间原油非烃组分分析结果Table 2 Analysis results of crude non-hydrocarbon components in test district of CO2 flooding at different times%

图3 CO2驱试验区不同时间原油非烃组分变化Fig.3 Variation of crude non-hydrocarbon components in test district of CO2 flooding at different times

表3 CO2驱试验区不同时间原油沥青质组分分析结果Table 3 Analysis results of crude asphaltene components in test district of CO2 flooding at different times%

2.1.4 原油芳烃组分变化规律

对注CO2前后不同时期原油中芳烃组分含量的变化进行统计分析，结果如表4所示。可以看出注CO2后，原油芳烃组分的含量在10%～13%，并无明显变化。

表4 CO2驱试验区不同时间原油芳烃组分分析结果Table 4 Analysis results of crude aromatic hydrocarbon components in test district of CO2 flooding at different times %

2.2 不同碳原子数烷烃含量分析

2.2.1 烷烃C8—C16组分含量变化规律

对注CO2前后不同时期原油烷烃组分中C8—C16百分含量的变化进行统计分析，结果如图4所示。可以看出注CO2前后，烷烃C8—C16组分呈现明显先减小后增大的趋势。

图4 CO2驱试验区不同时间原油烷烃C8—C16组分变化Fig.4 Variation of crude alkanes C8—C16 components in test district of CO2 flooding at different times

2.2.2 烷烃C17—C40组分含量变化规律

对注CO2前后不同时期原油烷烃组分中C17—C40百分含量的变化进行统计分析，结果如图5所示。可以看出注CO2前后，烷烃C17—C40组分呈现明显先增大后减小的趋势。

图5 CO2驱试验区不同时间原油烷烃C17—C40组分变化Fig.5 Variation of crude alkanes C17—C40 components in test district of CO2 flooding at different times

2.3 原油凝点测定

对注CO2前后不同时间采集原油样品凝点的变化进行统计分析，结果如图6所示。可以看出注CO2前后，原油凝点呈现明显先增大后减小的趋势，和C17—C40烷烃组分的变化规律一致。这是因为C17以上烷烃组分主要以石蜡为主，石蜡含量的变化对凝点的变化起主要作用。

图6 CO2驱试验区不同时间原油凝点变化Fig.6 Variation of crude condensation point in test district of CO2 flooding at different times

2.4 原油黏温曲线测定

对注CO2前后不同时间采集原油样品50 ℃时的黏度进行测量，结果如表5所示。从中可以看出，原油黏度基本呈降低的趋势，尤其是塬30-103 井原油黏度呈现出明显的逐渐降低的趋势。我们又进一步对塬30-103井不同时间原油不同温度下的黏度进行了测定，结果如表6所示，可以看出注CO2后，原油黏度出现逐渐降低的趋势，符合CO2混相驱油机理。

表5 CO2驱试验区不同时间原油50 ℃温度下的黏度Table 5 Viscosity of crude in test district of CO2 flooding at 50 ℃

表6 CO2驱试验区塬30-103井不同时间原油不同温度下的黏度Table 6 Viscosity of crude of well Yuan-30-103 in test district of CO2 flooding at different temperatures and different times

2.5 机理解释

采出原油物性的变化规律符合CO2混相驱油机理：在CO2和原油初次接触时，并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组份的条件如下：1）CO2可以形成混相前缘，此时，油中的轻质类分子会被气态CO2提取到气相，形成富含烃类的气相和溶解了液态CO2（超临界流体）的原油的液相两种状态，由于气态CO2的抽提作用，此时，原油中的轻质烷烃含量降低，导致原油烷烃含量降低以及非烃相对含量增加[8，9]，原油黏度增大，与此同时，烷烃中低碳链轻质烷烃（C1—C16）的含量也相应降低，高碳链轻质烷烃（C17—C40）的相对含量增加，原油凝点增大；2）当压力达到足够高时，溶解在原油中的液态CO2会把原油中的轻质和中间组分提取，并不断使驱替前缘的气体浓缩，此时气相中所有气态CO2会转变成液体CO2溶解到原油中，但气相中的一部分轻质烷烃（C1—C6）会被留在气相，而一部分（C8—C16）会随着CO2凝结到液相中，此时，CO2和原油就变成混相的液体，形成单一相，由于液态CO2的萃取，使原油溶解沥青、石蜡的能力下降，这些成分将会从原油中析出，残留在原地，原油黏度大幅度下降，从而达到混相驱的目的。此时，沥青质、非烃相对含量降低，烷烃相对含量增加，但是由于CO2对轻质烷烃的抽提作用，使得原油烷烃含量无法回到注气前的水平，并且由于气态CO2的凝结，C8—C16重新回到原油，使得烷烃中C8—C16组分的含量有所回升，与此同时原油凝点和黏度降低。