非均质多孔介质超临界CO_(2)非混相驱替特征及机理研究

为深入理解超临界CO_(2)在非均质储层中的非混相驱替过程,探索其流动特性及对多孔介质流体动力学的影响,为CO_(2)增强油气采收率和地质碳储存技术提供科学依据,采用基于Navier-Stokes方程与Cahn-Hilliard方程耦合的微观两相流模型,结合Voronoi多边形构造技术建立了具有真实孔隙结构特征的非均质多孔介质模型。通过模拟计算,详细描述了不同条件下CO_(2)驱替过程中的流体动力学行为和界面特征,研究了流体界面形态的演变和驱替效率的影响因素。结果表明:超临界CO_(2)注入后,不同模型内均出现了指进特征和复杂的非混相界面;孔道结构特征决定了毛细力大小,影响CO_(2)驱替前缘的稳定性,大孔道易形成指进现象,而狭窄孔道受毛细阻力与黏滞力影响,促使CO_(2)渗流路径转向或分叉,并导致孔隙压力不均匀分布;孔道内的黏滞力阻碍CO_(2)推进,适度调节CO_(2)的黏度和密度有助于提高驱替效率;高毛管数条件下,驱替压力导致流体相界面变得不稳定,CO_(2)优势渗流通道数量增多,指进渗流通道宽度拓宽,在黏滞力作用下出现了非连续的卡断现象;长时间的驱替过程显著提高CO_(2)饱和度,但伴随高能耗损失,驱替效率在CO_(2)突破后期逐渐下降。因此,调控超临界CO_(2)的物理性质、优化控制注入速率,能有效改善CO_(2)在地层中的分布和驱替路径,是提高CO_(2)驱替效率和优化地层开发的重要手段。

扩散吸附作用下CO_(2)非混相驱微观渗流特征模拟

利用数值模拟方法建立CO_(2)非混相驱数值模型,使用水平集法模拟扩散吸附作用下CO_(2)非混相驱和近混相驱的微观渗流规律,并对CO_(2)在孔隙中的微观渗流特征及扩散吸附特征进行研究,选取注入速度、扩散系数、吸附反应速率常数等参数研究近混相驱微观渗流特征的影响因素。研究结果表明:①相场法CO_(2)驱数值模拟采出程度为51.29%,水平集法CO_(2)驱数值模拟采出程度为53.60%,因此水平集法更适用于CO_(2)非混相驱的渗流过程模拟。②非混相驱条件下,CO_(2)优先向大孔隙扩散,采收率为87.7%,出口气体体积分数为71.60%,CO_(2)最大表面吸附浓度为3.16×10-4mol/m^(2);近混相驱条件下,CO_(2)更易向小孔隙扩散,采收率为91.1%,出口含气率为97.01%,CO_(2)最大表面吸附浓度为5.81×10-4mol/m^(2)。③近混相驱微观渗流特征受注入速度、扩散系数、吸附反应速率常数等因素影响。注入速度增大,出口含气率和采收率均提高;扩散系数和吸附反应速率常数增大,会使采收率提高,出口含气率下降。

准噶尔盆地东部北10井区中深层稠油CO_(2)非混相驱油技术

准噶尔盆地东部北10井区头屯河组油藏具有埋藏深、原油黏度大、储层强水敏的特点,自探明以来一直未获得有效动用。为了解决油藏难动用的难题进行了CO_(2)-稠油实验,在实验结果的基础上,根据试验区生产现状提出“非混相驱+吞吐”措施,利用数值模拟手段优化生产参数得到最优方案并预测出生产指标。结果表明:地层稠油注入CO_(2)后原油体积膨胀和黏度降低的能力大幅增强,是提高采收率的主要机理;井区稠油CO_(2)驱替方式为非混相驱,驱替过程中CO_(2)先以溶解和扩散作用为主,待建立驱替通道后才开始产出原油,采收率为29.60%;试验区非混相驱初期见效慢,为加快受效提出“油井吞吐”措施,数值模拟预测非混相驱配合3轮油井吞吐生产,最终采收率可达21.0%,解决了研究区油藏难动用的难题。研究成果对中深层强水敏稠油油藏的动用具有一定的借鉴意义。

玛湖砾岩油藏体积压裂开发后烃气混相驱提高采收率实验

在新疆玛湖致密砾岩油藏采用烃气驱大幅提高采收率技术,面临水平井体积压裂规模开发后,小井距下水力压裂缝网易形成气窜通道,影响气驱波及体积的问题。为研究压裂后水平井井网对烃气驱开发效果的影响,提出了玛湖致密砾岩油藏人工裂缝+基质注烃气驱油模式,基于该模式设计实验模型,利用拼接比例的不同造缝与未造缝全直径岩心模型进行气驱实验,明确压裂缝与基质关系。结果表明:通过烃气驱岩心采收率可达38.26%;全直径岩心造缝比例越高,采收率越低;小规模的压裂可以使采油速度更加平稳,同时可以获得更高的采收率;烃气驱结束后通过吞吐的方式可进一步提高采出程度7.1%。该项实验可以为烃气驱现场试验水平井压裂规模、合理井距及注气速度提供了具有现实指导意义的研究基础。

CO_(2)混相驱胶质、沥青质析出规律——以东河6油藏为例

掌握油田原油在注CO_(2)过程中是否混相及油层沥青质的沉淀规律具有重要意义。设计了一套高温、高压混相及沉淀实验装置,并开展CO_(2)混相驱胶质、沥青质析出规律的实验研究,模拟东河6油藏注气开采过程,判断注入气体与地层流体是否达到混相,表征油层内胶质、沥青质的析出规律。实验结果表明:东河6油藏注CO_(2)驱提采机理为一次混相;沥青质相对沉淀量随CO_(2)注入比例的增加而迅速增加后又缓慢减少,胶质相对沉淀量随注入比例的增加先降低后增加;注CO_(2)后降压衰竭开采优先采出饱和烃,油层原油沥青质含量迅速增加。东河6油藏注CO_(2)驱保持最低混相压力45.4 MPa以上开采,可提高驱替效率,减少开采过程中胶质、沥青质的析出,提高原油采收率。研究结果可为注CO_(2)油藏提供一种混相压力及沥青质沉淀测定的方法,支撑注CO_(2)油藏开发方案的制定。

空气热混相驱矿场试验中的工艺配套研究与实施

空气热混相驱是油田提高采收率的前沿技术之一,为进一步探索低渗透油藏提高采收率的工艺技术,结合A区块油藏特征,开展空气热混相驱工艺技术先导试验。本文主要针对空气热混相驱工艺现场试验所存在的技术难点,从注入井井筒、采出井井口、地面工艺流程、现场实施工艺、数字化监控等方面进行研究及配套,确保空气热混相驱工艺试验顺利实施,为后期空气热混相驱在低渗透油藏扩大试验提供技术支撑。

超深断溶体油藏注天然气混相驱数值模拟研究

顺北1号断裂带的超深断溶体油藏已进入注天然气驱阶段,大部分储层的地层压力满足天然气的混相条件,然而注气机理尚不明确。为了优化顺北1号断裂带的注气参数,对1号条带S典型井组单元建立注气机理模型,通过高精细数值模拟方法研究注天然气的波及效率、换油效率、分异速度以及混相带的移动特点。模拟结果表明:1)混相带移动特征为先沿着裂缝向顶部运移形成气顶驱替后再向裂缝两侧进行横向移动;2)采用高注低采的注气方式将会形成气顶驱替和混相驱替,相较于低注高采会延缓注入气体的突破时间;3)S井组天然气的波及体积随着注气孔隙体积(PV数)增加而增加,换油效率随着注气PV增加先增加后降低,最优注气总量为0.08 PV。该成果对于顺北油藏后期注气方案的设计有重要的指导意义。

注富烃气凝析/蒸发混相驱机理评价

基于状态方程和气液两相相平衡理论,建立了注气压力组成及多级接触实验相平衡的计算模型,再应用建立的计算模型,根据室内注气配套实验(压力组成实验、多级接触实验、细管实验)数据,模拟压力组成相图、多级接触拟三元相图和细管特征曲线,评价注气驱混相能力及驱替机理。应用该方法对吐哈盆地丘陵油田注富烃气混相驱机理进行了评价,研究了该过程中油气两相中的C1、C2—C6和C7+组分、界面张力、密度与黏度等特性参数的变化规律,证实了注富烃气驱替过程中存在凝析和蒸发双重作用,因此在较低界面张力状态(即近混相)下采收率可以达到与混相驱接近的效果,认为凝析/蒸发混相就是近混相的提法不妥。

X区块低渗油藏CO_(2)混相驱影响因素分析

为研究X区块低渗油藏注CO_(2)混相驱的影响因素,通过开展室内实验分析注入气CO_(2)与地层流体的最小混相压力,分析接触时间、渗透率、非均质性、杂质气体对CO_(2)混相驱油的影响,为X区块低渗油藏注CO_(2)提供理论依据。实验主要得到以下结论:通过细管实验测定得到该区块的最小混相压力为17 MPa。接触时间、渗透率和杂质气体会影响CO_(2)混相驱的效果,CO_(2)与地层流体的接触时间越长,CO_(2)与地层原油的混相效果越好。低渗油藏中CO_(2)混相驱的效果优于中高渗油藏。非均质性对混相的影响较小。CO_(2)混相压力随N_(2)及CH_(4)的摩尔分数的增大而升高,随C_(2)及C_(4)摩尔分数的增加而降低,注入气CO_(2)的纯度应该在95%以上,以上分析为目标区块后续注CO_(2)混相驱油提供了理论依据。

注气混相驱中水气切换问题实验研究

葡北油田注气混相驱开发已取得了较好的效果,但该油田在水气交替注入过程中出现了水气切换问题,注水井转注气时气体注不进地层,导致油田水气切换方案无法正常实施。文章利用长岩心驱替实验研究产生此问题的机理和原因,表明在现场确定压缩机及其压力时,应考虑最高水气交替注入压力及压力上升的影响,避免频繁的水气交替;在注气开始时就应进行示踪剂监测,葡北油田实施较晚,没有起到监测的作用;不论是水驱还是水气交替,都存在初始启动压差,要考虑增大注入压力以启动注气工程。

草舍泰州组油藏CO2混相驱效果及二次气驱可行性研究

草舍泰州组油藏CO2混相驱提高采收率项目是国内较为成功的项目之一。针对一次混相驱后剩余油分布复杂、后期气窜严重等问题,开展二次混相驱的可行性研究。金相显微镜下观测真实岩心CO2混相驱的流动过程具有微观分维的特征,剩余油以薄膜状、孤立点珠状附着在岩石孔隙表面,CO2二次混相驱油效率为93.40%,比一次混相驱油效率提高9.73%;密闭取心显示平均残余油饱和度为30.8%,Ⅲ油组潜力较大。设计二次混相驱油可行性方案,采用分层系开发动用底部油藏,高部位注气抑制重力超覆,水气交替减缓气窜,全过程防窜调整剖面等方式,预计可进一步提高采收率8%~10%。

大芦湖油田樊124断块CO_2混相驱过程中沥青质沉淀实验研究

针对胜利油区典型的低渗透油田———大芦湖油田樊124断块的油藏条件,利用SDS固体沉淀实验装置对5种压力下注入CO2过程中沥青质的沉淀情况进行了研究,确定了沥青质沉淀析出的条件及沉淀量,并提出了预防沥青质沉淀的措施。研究结果表明,在樊124断块进行CO2非混相驱,不会产生明显的沥青质沉淀,而在高于26 MPa下进行CO2混相驱时,会产生少量沥青质沉淀,且注入压力越高,沥青质沉淀趋势越强,但由于地层油中原始沥青质含量较低,产生的沥青质沉淀量不大;根据樊124断块油藏流体条件,在较低的压力(<26 MPa)下进行CO2混相驱或近混相驱,既能获得较高的原油采收率,又能避免或减少沥青质的沉淀。

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏高压物性及最小混相驱压力实验研究

选择塔河油田典型油藏区块(稠油S48单元和稀油S86单元)碳酸盐岩缝洞单元作为研究对象,利用地层流体高压物性测试实验及细管实验论证注气混相驱在塔河油田提高采收率的可行性。结果表明:CO_2改善地层油物性参数的效果比干气好;稠油S48单元注气驱替无法达到混相条件,只能实施注CO_2非混相驱;稀油S86注CO_2可以实现混相驱,其最小混相压力为26.30 MPa,该压力值远小于本单元的原始地层压力,并取得较好的提高采收率效果。

二氧化碳混相驱的长岩心物理模拟

为优化胜利油区拟进行CO2混相驱先导性试验区大芦湖油田樊124断块的注气工艺参数,利用长岩心物理模拟流程,针对该断块的地层原油,在30MPa、116℃条件下,研究了CO2混相驱的驱油效果、驱替特征以及CO2注入时机、注入方式、注入量对混相驱效果的影响。实验表明:对于樊124断块,在30 MPa条件下可以实现CO2混相驱,提高采收率16％以上。在均质长岩心模型中,CO2的注入时机、注入方式对混相驱采出程度影响不大,但早期注入可延长无水采油期,提高采油速率,气水交替注入可有效抑制因地层非均质性而造成的气窜现象,因此,现场还是早期实施CO2与水的交替注入较好,CO2注入量应在0.25倍孔隙体积以上。

超临界二氧化碳混相驱油机理实验研究

根据大庆榆树林油田原油组分变化、CO2与原油界面张力关系及CO2超临界性质,对CO2混相驱地层情况进行了模拟研究,建立了CO2混相驱驱替模型和方程。研究结果表明,超临界状态的CO2可以降低所波及油水的界面张力;混相时混相带原油含碳组分中C20以下的含量达到了最高值;水气交替注入时,水对混相有不利的影响。

特低渗油藏CO_2非混相驱生产特征与气窜规律

基于吉林腰英台油田CO2非混相驱先导试验区生产动态数据、吸水(气)剖面监测、示踪剂监测、原油和地层水组成分析,研究CO2非混相驱油井生产特征和气窜规律。先导试验中较好地利用了CO2的萃取、降黏、膨胀原油体积、增大地层有效孔隙等特点,增油效果较明显。对于特低渗、强非均质性油藏,水驱或气驱过程均存在单层突进、平面指进现象,水气交替注入可有效提高波及体积,有助于缓解气窜,注水转注气后产油量增幅低于注气转注水,水气交替注入过程中注水半周期的调整对气驱开发效果改善起主要作用。腰英台油田油井见气类型包括沿裂缝方向见气、沿高渗条带见气和低渗区域见气。根据建立的油井气窜标准,保持油井见气但不气窜、减缓气油比上升速度是改善非混相驱效果的关键。关停气窜井、调整生产井井底流压、实施水气交替注入是控制气窜的良好措施。

注气近混相驱油藏开发理论进展

由于受众多因素影响,在油藏中注气难以达到物理意义上的混相。国外研究人员提出近混相气驱理论,其特点是注入气体并非与油完全混相,只是接近混相状态。文章首先在国内外相关文献调研的基础上,综述油藏注气近混相驱理论进展;以吐哈丘陵油田陵2井为例,用组分模拟来展示近混相驱过程;通过细管实验模拟,研究多级接触过程中注入气—原油之间相态等物性参数的变化,进一步证实近混相驱机理;最后对油藏注气开发动态预测模型进行总结。针对目前近混相驱动态预测和开发指标计算不准、气体突破预测及注气参数控制不利等问题,指出研究注气近混相驱开发动态预测模型的方向,为油藏的注气近混相驱开发提供了坚实的理论支持。

水驱油藏注CO_2非混相驱油机理及剩余油分布特征

多数陆上油田经过几十年的注水开发,均已进入高含水、低产出、无效水循环严重的开发阶段,整体动用程度较低,亟需研究水驱后剩余油分布和提高采收率技术。CO_2非混相驱油时需考虑水驱后残留在孔隙中的注入水对气驱开发效果的影响。在传统剩余油分布研究方法的基础上,提出采用岩心在线CT扫描与岩心薄片仿真微观模型相结合的实验方法,分别从宏观岩心尺度和微观孔隙结构2方面,定性和定量地研究注水和注气驱油机理、驱替后宏观和微观剩余油的分布特征,揭示了水驱转气驱及气水交替驱对微观剩余油的启动方式和运移过程,进一步描述了可动水作用下油、气、水三相渗流规律,为油藏开发后期注CO_2非混相驱开发提供了理论基础和实验依据。

CO_2混相驱的可行性评价

CO2驱是提高原油采收率和实现温室气体埋存的双赢举措,在中国具有广泛的应用前景。开展CO2混相驱可行性评价是CO2驱矿场实施的重要基础。基于文献和矿场经验,分析了CO2混相驱的不利因素,指出了CO2混相驱过程中需要重点考虑的问题以及发展趋势。提出CO2混相驱可行性评价主要包括:油藏筛选、室内实验评价、油藏数值模拟、经济风险评价、先导试验等环节,并对各个环节进行了分析。同时认为,可行性评价还需要考虑CO2注入过程中对储层、扰流或气窜、腐蚀、钙质与沥青质沉积等的影响,指出CO2混相驱成功的重点是保证油藏中较高的混相程度和CO2波及效率,在油藏方案和工程方案基础上,通过经济效益论证才能保障CO2混相驱的可行性。

江苏油田CO_2混相驱现场试验研究

对江苏油田富 14断块进行的可行性研究结果表明 ,复杂小断块油藏可以进行经济有效的CO2 混相驱。江苏油田富 14断块在保持最低混相压力的状态下 ,于 1998年末开始进行了CO2 —水交替 (WAG)的注入试验。进行了 6周期的注入试验后 ,水气比由 0 86∶1升至 2∶1。油井见到了明显的增油降水效果 ,水驱后油层中形成了新的含油富集带。试验区采油速度由 0 5 %升至 1 2 % ,综合含水率由 93 5 %降至 6 3 4%。到目前为止 ,CO2 波及区采收率已提高 4% ,CO2 利用率为 12 40m3/t(油 )。试验仍在继续进行。富 14断块CO2 混相驱的成功为提高复杂小断块油藏采收率和丰富国内三次采油技术提供了重要的依据。