CO2混相驱多级接触过程机理研究

目前中国陆上油田综合含水达81%,产量出现递减,发展注气提高采收率技术成为陆上石油工业发展的迫切战略性任务。由于CO₂混相驱在油田小范围的应用非常成功,开始进一步研究CO₂混相机理指导油田大规模开采。CO₂混相驱静混相机理,如CO₂在油中膨胀并降低原油粘度很完善,但动混相机理即CO₂混相多级接触过程中气液两相物性参数变化未详尽研究。建立计算CO₂多级接触过程流体物性参数的一维数值模拟方法,结合中原油田井流物数据对混相前缘及后缘气液相组成、密度、粘度等参数动态变化进行研究,对发展注气提高采收率具有重大意义。     

CO2驱采油技术研究与应用现状

 CO₂温室气体使全球气候变暖,温度幅度已经超出了其本身自然变动的范围,对人类的生存和社会经济的发展构成了严重威胁。CO₂的地质处置最有效的方式就是注入油气田,不但封存了CO₂,而且还可提高油气田的采收率,国外注CO₂驱提高原油采收率技术已在低渗透油藏中得到了广泛应用。针对中国低渗透油藏自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等引起采收率低的现状,在分析CO₂混相和非混相驱提高采收率机制的基础上,系统整理和归纳了CO₂驱油技术中混相驱和非混相驱两种作用方式的研究现状。通过国内外低渗透油藏注CO₂驱提高采收率应用情况分析指出,CO₂作为一种有效的驱油剂,CO₂驱能得到明显的增油降水和提高采收率的效果,总结了目前需要解决的主要问题,提出应积极开展注CO₂驱油技术的研究和现场试验的建议,并对CO₂驱油技术的发展前景进行了展望。     

低渗油藏注CO2／N2组合段塞改善驱油效率实验

针对江苏高集低渗低饱和低能量油藏,开展了先注CO₂前置段塞再后续N2段塞顶替的驱油机理研究。通过高集油藏地层原油加注CO₂／N₂气体互溶性膨胀相态机理、多次接触抽提-凝析过程相态机理以及交替注CO₂／N₂组合段塞细管驱替最小混相压力测试、长岩芯驱替效率等实验和模拟研究,对CO₂／N₂组合段塞注气驱油机理及效果进行了分析评价。结果显示,先注CO₂前置段塞再后续注N2顶替的驱替方式能更有效地发挥CO₂增溶膨胀、近混相和N₂弹性膨胀驱油的优势,其驱油效率能达到甚至超过单纯注CO₂的驱油效率。这种驱替方式不仅有利于改善注非烃气体的驱替效率,还可减轻令人担忧的采油井气窜后所带来的采油管柱和设备的腐蚀问题。此外将这一方式推广到注CO₂前置段塞再后续注烟道气的驱替过程,还可在提高油藏采收率的同时实现工业温室气体地下环保埋存。     

一种通过数值模拟手段划分CO2驱替相带的新方法 ——以高89块油藏为例

 CO₂驱油提高采收率是今后发展的方向.驱油方式存在混相驱、近混相驱、非混相驱3种.CO₂驱油可以膨胀原油体积、降低黏度、降低界面张力,增加注入量,实现大幅度提高采收率.高89块属于低孔特低渗储层,原油黏度低.通过对高89块地层油进行原油复配,划分了8个拟组分.利用PVTi模块进行相态拟合,拟合体积系数、密度、黏度等参数随压力变化的试验数据.该块地层油进行CO₂驱,原油最小混相压力为28.94MPa.利用软件计算的最小混相压力,与细管试验得到的最小混相压力一致.本文通过数值模拟手段调整生产指数、描述地下裂缝展布,进行了精确历史拟合.预测测试井的井底静压与实测的压力一致,证明了拟合的可靠性.基于高89油藏模型的数值模拟研究,建立了不同驱替方式的生产气油比与压力关系的图版和识别标准.不同的驱替模式在气体饱和度、界面张力、黏度场上存在很大的差异.参考该图版评价了重点见气井的驱替模式.该方法对现场实践具有较高的指导意义.     

注CO2驱油藏先导性筛选评价方法

注CO₂油藏前期筛选评价指标体系及综合评价已是一个非常重要的研究课题,鉴于储层条件的非均质性,以及人为因素的影响,为了更有效地对入选注CO₂油藏再进行先导性筛选和评价,从油藏地质、流体性质等多方面建立注气评价指标体系,引入双重不确定条件下多指标决策分析方法,建立能够反映双重不确定性条件油藏注CO₂潜力的综合评价方法,使之可运用于不同注入介质时的油藏前期综合评价和筛选,提高注CO₂驱成功率以使注气提高采收率的效果进一步得到提高。     

特低渗油藏注CO2驱油微观机制

 利用核磁共振仪、原油气相色谱仪、细管实验和特低渗透岩心物理模拟实验,对细管实验的CO₂非混相驱和混相驱驱替原油过程中的产出物和残余油进行取样分析,并结合核磁共振实验分析结果得到特低渗透油藏注CO₂微观驱油机制.结果表明,CO₂非混相驱主要是萃取C₁₈以前的组分,而CO₂混相驱,不但可以萃取C₁₈以前的组分,也能萃取C₁₉—C₂₅的组分,初期主要萃取低碳分子的组分,随着驱替的进行,逐步萃取较高碳分子的组分;与原油组分和非混相驱的残余油组分相比,混相驱的残余油中轻质组分所占比例减少,中间组分和重质组分所占比例较大,导致残余油黏度变大;在非混相气驱和混相气驱时,由于残余油黏度发生变化和胶质沥青沉淀,使岩心孔隙中一部分流体变成不可动流体,核磁共振图谱发生左移现象.     

兴北S3块CO2吞吐可行性及注采参数优化研究

注CO₂吞吐是提高复杂小断块油田采收率的有效途径之一,相态和数值模拟研究是确定目标区块吞吐可行性研究的重要参考依据。在注CO₂吞吐相态实验和CO₂粘温关系研究的基础上,对低渗纵向非均质油藏兴北S₃块进行可行性论证和数值模拟预测,同时对该区块CO₂吞吐的注采参数进行了数值模拟优化研究。结果表明：在辽河兴北S₃块进行CO₂吞吐具有较好的效果,模拟井组CO₂吞吐效果较好,在300d内可累积产油1577t,累积增油410t,换油率达到2.05。     

小断块油藏CO2单井吞吐强化采油可行性研究

受多断层切割的复杂断块油藏,所形成的众多小断块单元油藏井间连通性差、边界封闭、地层能量有限、开采中地层能量下降快、难以采用早期注水等方式大规模开采。而采用CO₂吞吐强化采油方式对此类油藏可能是一种有效的方法。为此,针时复杂小断块低能量油藏单元的地质开发特征,在对油井目前地层流体进行相态分析基础上,通过CO₂油藏流体膨胀实验,确定CO₂吞吐的驱替机理,再通过CO₂吞吐长岩心驱替实验确定CO₂吞吐增产原油的程度和时效性。然后建立了针时实际小断块单元油藏单井CO:吞吐的地质和数值模拟模型,在对注气前油井生产动态进行历史拟合基础上,时CO₂吞吐强化采油过程中的工艺操作参数进行了敏感性分析,重点讨论注气时机和周期注入量对小断块单元油藏增产效果的影响,分析末同注气时机CO₂吞吐前后近井地层原油饱和度和压力分布变化规律。从而得出适合于小断块单元油藏CO₂单井吞吐强化采油的有效时机和最佳操作参数选择,为小断块单元油藏实施CO₂吞吐强化采油可行性方案设计提供了系统的室内综合评价方法。     

混CO2气井相态特征

通过实验对不同含量CO₂天然气偏差因子、密度的相应高压物性变化规律进行相态变化研究,针对沿井筒相态的关键参数压力、温度等变化规律复杂,而多个参数关联起来变化可能性更多,不可能通过实验一一测定,对不同含量CO₂气井应用常规天然气井压力温度计算模型加不同CO₂含量状态方程修正偏差因子,从而通过数值方法对非线性方程编程计算压力温度分布,并进一步计算相态参数偏差因子、密度分布。通过相关实例研究混CO₂气井相态特征,得出混CO₂气井流动气柱时成饱和蒸汽相、不饱和蒸汽与气相分布;而静止气柱时成液相、液气过渡相、气相,呈现重上轻下的倒置现象,实验结果与相关油田测试结果比较,相态特征基本吻合。     

大庆榆树林油田最小混相压力的确定

为了确定了CO₂与榆树林油田原油的最小混相压力,在传统的测试方法的基础之上,提出并且完善了新的原油与CO2最小混相压力的确定方法;应用了高温高压的微观模型实验寻找原油与CO₂的最小混相压力,对比进行了细管实验和长岩心注入工艺实验的研究,证明综合应用结果要比以往的更直观和准确;确定了CO₂与榆树林油田原油的最小混相压力。证明了微观实验确定最小混相压力的可靠性。     

CO2和地层水、储层配伍性实验研究

针对CO₂驱油方法在近年来得到人们的广泛重视,它在国内尤其在国外应用广泛,取得了良好的驱油效果的实际,研究了注CO₂采油过程中,当CO₂到达储层后,与地层原油、地层水以及储层岩石相互接触,发生一些物理化学性质的变化,使得储层的渗透能力也发生变化的问题。利用中原油田提供的地层水及储层岩石样品进行了CO₂和地层水、储层配伍性的实验研究。测试了注CO₂前后岩芯水测渗透率的变化情况,并进行了原因分析。实验结果表明：注CO₂过程中不会产生碳酸钙沉淀堵塞孔道降低储层渗透率;相反由于CO₂溶解于水中生成碳酸溶蚀了岩石的某些胶结物,使岩石渗透率得到改善。     

盐水层CO2埋存潜力及影响因素数值模拟

 温室气体CO₂使全球气候变暖,对人类生存和社会经济发展构成了严重威胁。研究表明,沉积盆地深部存在体积巨大的盐水层,盐水不宜开发利用,但可用来埋存CO₂。本文首先对盐水层CO₂埋存机制进行研究分类,得到盐水层CO₂埋存量计算公式,在对埋存机制及公式分析的基础上,运用Eclipse数值模拟软件,通过数值模拟的方法综合分析水平渗透率、纵横渗透率比值、地层韵律、地层矿化度及温度对盐水层CO₂埋存的影响,并对各影响因素进行了系统评价。结果表明,盐水层的渗透率、纵横向渗透率比值、沉积韵律是影响盐水层CO₂埋存量的主要因素,盐水层的矿化度和温度是影响CO₂溶解量的主要因素。     

盐水层中CO2扩散半径的计算方法

 CO₂地质埋存是温室气体资源化利用及减少大气温室气体排放的有效途径之一。在深部咸水层中实施CO₂地质埋存的减排处理,是减缓温室效应最有效的现实选择。针对CO₂在地下盐水层的埋存过程中,其超覆盐水层后存在渗漏和逃逸的风险,基于Buckley-Leverett驱油理论,研究并推导出CO₂对盐水层非活塞式驱动半径的计算公式,准确计算CO₂的扩散半径。计算结果表明,该计算式不仅可为CO₂盐水层封存的工程实践提供必要的理论依据,还为获得封存后存储介质中CO₂逸散风险的控制提供长期预测和数据的支持。