低渗透油藏注CO_(2)混相驱及CO_(2)埋存评价

注CO_(2)开发低渗透油藏不仅能增加原油采收率,还能将CO_(2)埋存在地下,实现双赢。为了明确X低渗透油藏注CO_(2)混相驱油机理、CO_(2)在地层中的运移规律以及埋存机理,利用实验和数值模拟相结合的方法,从注CO_(2)混相特征、注CO_(2)参数优化和CO_(2)埋存评价3方面对X低渗透油藏进行研究。结果表明:地层原油注CO_(2)最小混相压力为26.03 MPa,CO_(2)有降低原油黏度和密度的作用;通过参数优化确定的推荐注采方案与衰竭开采相比,累计增油量为96.21×10^(4)t,主力开发层系X4⁃2、X4⁃3提高采收率分别为9.37百分点、6.02百分点;CO_(2)注入地层后,随着时间的推移,在平面上不断向四周扩散,在纵向上受重力分异的作用向上运移;评价区块注CO_(2)驱推荐方案预计CO_(2)埋存量为68.08×10^(4)t,其中构造埋存量、束缚埋存量、溶解埋存量和矿化埋存量分别为42.20×10^(4)、17.79×10^(4)、6.24×10^(4)和1.85×10^(4)t。研究成果为低渗透油藏注CO_(2)驱及CO_(2)埋存提供了实验和理论的借鉴意义。

底水砂岩气藏注CO_(2)驱气提高采收率机理及埋存效果

注CO_(2)已被广泛应用于提高油气藏采收率,但有关底水砂岩气藏注CO_(2)驱及CO_(2)埋存协同开发的研究较少,气态CO_(2)和超临界态CO_(2)驱替天然气的机理和差异尚不明确。为了改善底水砂岩气藏水侵情况和明确气态与超临界态CO_(2)驱提高采收率及CO_(2)埋存机理,以X底水砂岩气藏为例,开展了注CO_(2)驱适宜度评价,提出了X气藏CO_(2)驱最优开发方案,并对比了气态和超临界态CO_(2)驱提采机理和效果,最后对注CO_(2)驱最优方案开展了生产及埋存预测。研究结果表明:①X气藏适合进行注CO_(2)驱,注CO_(2)提高采收率的最优方案即注采井网为低注高采、关井时机为采出气CO_(2)浓度达10%~20%、转注时机为地层压力7.5 MPa、压力恢复水平为地层压力7.5 MPa、注气速度为3.5×10^(4) m^(3)/d、注入量为0.25 HCPV,最优方案相对于衰竭式开发预计提高气藏采收率13.83%。②超临界CO_(2)驱抑制底水锥进效果和提高采收率效果优于气态CO_(2)驱。③注CO_(2)驱最优开发方案下,该气藏的CO_(2)总埋存量为4.7×10^(6) t,其中超临界埋存量、溶解埋存量和矿化埋存量占比分别为86.05%、11.33%和2.62%。结论认为,底水砂岩气藏在发生气井水淹后采用超临界CO_(2)驱可以有效改善储层水侵情况,提高了气藏采收率,该认识为底水砂岩气藏的高效开发提供了理论支撑。

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。

钠基蒙脱石狭缝中CH_(4)-CO_(2)竞争吸附与CO_(2)埋存

页岩主要由有机质干酪根和无机质黏土矿物等组成,其中干酪根和黏土矿物对CH_(4)的吸附作用是页岩吸附气的主要来源。为了研究无机质黏土矿物中CH_(4)吸附行为、CH_(4)-CO_(2)竞争吸附行为和CO_(2)埋存规律,利用钠基蒙脱石来表征页岩中的黏土矿物,基于巨正则蒙特卡洛方法,利用Lammps软件开展不同压力、温度和孔径下的流体吸附模拟。结果表明:随着压力增大,各孔径下CH_(4)超额吸附量先增加后减少,并在11~12 MPa间达到峰值;随着温度升高,各孔径下CH_(4)超额吸附量逐渐减少;随着孔径的增大,CH_(4)超额吸附量逐渐减少。小孔径下,CH_(4)在钠基蒙脱石中主要以吸附态赋存,随着孔径的增大,CH_(4)在钠基蒙脱石中处于吸附态和游离态共存的状态,并且钠基蒙脱石对CH_(4)的作用类型为物理吸附。CO_(2)的驱替效率随CO_(2)初始压力的升高而增大,随孔径的增大而增大。CO_(2)埋存量随温度的升高而降低,随注入压力的升高而升高,随孔径的增大而降低。CO_(2)与CH_(4)竞争吸附比随压力的增大而降低,随孔径的增大而升高。

龙马溪组页岩干酪根表征初探及干酪根吸附特征研究

吸附气是页岩气赋存在页岩中的主要方式之一,而且吸附气是页岩气后期产量的主要来源。吸附气主要赋存在页岩有机质干酪根和黏土矿物中,而有机质干酪根中吸附比例较大。因此,研究页岩有机质干酪根的特征及其吸附机理对页岩气开发有重要作用。以四川盆地龙马溪组页岩干酪根为研究对象,通过固体核磁共振谱分析实验、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析实验、X射线光电子能谱(XPS)实验相结合的方法表征干酪根的微观结构,构建了干酪根的分子结构模型。利用磁悬浮重量法实验、巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学(MD)的分子模拟方法,分析CH_(4)在龙马溪组页岩干酪根的吸附机理及特征。研究结果表明:龙马溪组页岩实验样品干酪根的分子式为C_(237)H_(219)O_(21)N_(5)S_(4);CH_(4)在干酪根中的超额吸附量随着压力的增加先升高后降低;相同孔径和压力条件下,随着温度的升高,CH_(4)的超额吸附量和总气量逐渐变小;干酪根中的C原子和S原子是造成CH_(4)吸附的主要原因;靠近干酪根孔壁的CH_(4)呈现吸附态,远离干酪根孔壁的CH_(4)呈现游离态,随着孔径的增加,CH_(4)密度的两峰之间的距离逐渐变宽,峰值逐渐下降。

一种新的多因素压裂水平井产能评价方法

水平井压裂是致密砂岩气井重要的开发手段,且裂缝之间存在干扰,渗流规律复杂,因此准确的产能预测尤为重要。本文研究在充分考虑气-水两相流在地层和裂缝中不同渗流规律及裂缝间相互干扰,并同时考虑在滑脱效应、启动压力梯度、应力敏感和高速非达西等因素条件下,建立了强适用性的压裂水平井气-水同产产能预测模型。此外,还对气-水两相流中地层应力敏感、气体滑脱因子、启动压力梯度、裂缝各项参数及水气比等因素进行了分析,结果表明:水气比、裂缝导流能力和裂缝半长与产能呈正相关;裂缝应力敏感与产能呈负相关;地层压力敏感、气体滑脱效应和启动压力梯度对产能影响相对较小。研究结果为致密砂岩压裂水平井产能评价提供了理论依据。

致密砂岩气藏压裂直井气水两相产能评价新方法

为研究气井产水对致密气藏产能的影响,以A气田为例,针对当前致密气藏产能方程因只考虑单一气相多因素或者气水两相单因素导致模拟准确性不高的问题,基于渗流力学原理,建立了考虑多因素的致密气藏气水两相压裂直井产能模型。研究结果表明:1)通过实例计算,新模型计算的无阻流量与实际产能测试的无阻流量结果相比误差较小,仅为2%,说明新模型具有一定的准确性。2)敏感性分析表明,裂缝参数对产能影响较为明显,滑脱效应和启动压力梯度对产能影响较小。3)水气比对产能影响较大,气井产水导致气井启动压力梯度增大,应力敏感性增强,渗流阻力增大,气井产能减小,在实际生产过程中应尽量避免气井见水。该模型实现了产能的准确预测,对致密砂岩气藏高效开采具有一定的指导意义。

高温高压下CO_2在水中溶解度实验及理论模型

利用自行研制的高温高压反应釜,在不同温度、压力和矿化度条件下测试CO2在地层水中的溶解度。实验结果表明:温度一定的条件下,CO2在水中的溶解度随压力的增加而增加;压力一定的条件下,CO2在水中溶解度的主要变化趋势为随温度的增加而降低,当温度大于100℃、压力在22 MPa左右时,CO2在地层水中的溶解度将发生异常,出现低压(小于22 MPa)时随温度的增加而降低,高压(大于22MPa)时随温度的增加而略微升高;在温度压力都一定的条件下,CO2在水中的溶解度随矿化度的增加而降低。并且,在新测得的实验数据和已有的实验数据的基础上,通过修正PR-HV状态方程中的参数,建立了一个能够精确计算CO2在水中溶解度的模型;并将该模型与其他模型对比。对比结果表明,该模型计算精度最高,平均相对误差仅为2.69%。

CO_(2)在凝析气藏多孔介质中的扩散实验及分子模拟

凝析气藏开采中后期,地层压力下降,会出现油气两相共存,井周反凝析问题突出,此时注CO_(2)开发是主要增产措施之一,注入的CO_(2)会与凝析油、气发生分子扩散。为了研究CO_(2)在凝析气中的扩散规律,开展了多孔介质中CO_(2)在衰竭至不同压力下的凝析气中扩散系数的实验测定;应用Materials Studio软件,构建了与实验条件对应的CO_(2)在凝析气中扩散的分子模型,并验证了分子模型的可靠性。实验和模拟结果表明:地层温度下,压力为10.00~53.85 MPa时,随着压力的升高,CO_(2)的扩散系数开始快速下降,随后下降趋势平缓;地层压力下,温度为115~160℃时,随着温度的升高,CO_(2)的扩散系数不断增大,与温度大致呈线性关系,表明高温可增强CO_(2)在凝析气中扩散的能力。研究成果为注CO_(2)提高凝析气藏采收率提供了理论基础。

近临界凝析气藏动态相态行为

以X油田S井近临界的地层流体为研究对象,利用可实时监测且可录像的DBR-PVT实验装置进行实验,为研究近临界复杂流体的相态特征及热力学模型提供基础数据。等组成膨胀实验测试了近临界流体在不同温度下的饱和压力,不同温度压力条件下的偏差因子、反凝析液量和临界点区间,并结合CMG相态模拟软件中1978年改进的PR状态方程拟合实测的泡/露点,得到完整的p-T相图和临界点;光学现象观测实验发现,近临界区流体具有"临界乳光"现象,流体从透明的金黄色渐变为浅棕色、红棕色,最后扩展为完全不透光的灰黑色;定容衰竭实验测试了衰竭过程中地层流体采出程度、反凝析液量、采出流体的组分变化和衰竭前后井流物p-T相图变化。

预测烃类气体-原油体系最小混相压力的改进模型

根据30组烃类气体-原油体系最小混相压力细管实验数据(8组贫气驱,22组富气驱),运用修正共轭梯度和全局优化算法,回归拟合了一个新的统一的计算烃类气体-原油体系最小混相压力经验关联式。该关联式是一个关于油藏温度、原油中C7+相对分子质量、原油中挥发组分(CH4)、中间组分(CO2,H2S和C2—C6)和注入气中C2—C5的摩尔百分含量、C2—C5相对分子质量的函数,是一个统一的可以用来计算干气和富气驱油最小混相压力的经验关联式。对比了文献上3种(Kuo、Firoozabadi-Azia和Pedrood)常用的精度较高的烃类气体-原油体系最小混相压力经验关系式,结果表明,该经验关联式计算结果与文献上的实验数据更为接近,相对误差绝对值的平均值为6.11%,相对误差的绝对值最大为16.39%.为进一步验证新的经验关联式的预测能力,用其他6组最小混相压力组细管实验测试的数据进行检验,新的经验关联式预测精度也相对较高,相对误差绝对值的平均值为1.94%,相对误差的绝对值最大为4.10%.

人工神经网络预测高含CO_2天然气的含水量

提出了一种基于人工神经网络模型预测高含CO_2天然气的含水量的新方法。网络输入变量CO_2摩尔分数、温度、压力,网络的输出为高含CO_2天然气的含水量。该人工神经网络模型能够估算温度在20.0～200.0℃,压力在0.1～70.0 MPa,CO_2摩尔分数高达70%天然气中水蒸汽的含量。对比文中建立的人工神经网络模型和目前常用的3种预测高含CO_2天然气的含水量的经验模型,结果表明,人工神经网络的平均相对误差值最小,为1.275%,3种经验模型在CO_2含量较高时,预测精度较低。这就表明,人工神经网络模型在预测高含CO_2天然气含水量时,比3种常用的经验模型更具有优势。

近临界态凝析气藏地层流体特殊相态行为

以一种典型的近临界凝析气藏地层流体为研究对象,利用可实时监测录像的可视化DBR-PVT实验装置,开展了不同温度下地层流体在近临界区的超临界态奇异临界乳光现象观测实验、等组成膨胀实验以及注CO2增溶膨胀相态配伍性实验研究。通过对近临界区超临界乳光现象的观测,发现在超临界温度压力区域内受超临界流体密度涨落的影响,在背景光源照射下流体会呈现出"临界乳光"折射现象,从透明的金黄色渐变为浅棕色、红棕色,最后转变为完全不透光的灰黑色,整个过程具有强烈的乳光特征;通过不同温度下的等组成膨胀实验,测试了超临界区地层流体的饱和压力、偏差因子、黏度、密度、反凝析液量变化特征和临界点的p-T范围;通过注CO2增溶膨胀实验,测试了不同比例CO2与凝析油混溶情况下,凝析油饱和压力的变化情况。所得实验结果为进一步研究近临界复杂流体的超临界相态特征及超临界区热力学模型的适应性,提供了有价值的基础数据。

浅层稠油油藏CO_2吞吐控水增油机理研究

针对低稠油油藏和稠油油藏注水开发中后期含水上升快、原油采收率的低等问题,开展了CO2吞吐控水增油的室内物理模拟实验和单井CO2吞吐控水增油的数值模拟。为了研究CO2吞吐控水增油的机理及可行性,在室内分别开展了CO2与地层原油/地层水配伍性实验和CO2吞吐控水增油长岩芯实验。CO2与地层原油/地层水配伍性实验结果表明:CO2对原油有增容膨胀和降黏作用;一定温度下,随着压力的降低,饱和CO2的地层水的体积膨胀,CO2在地层水中的溶解度降低,CO2吞吐过程中,地层水遇到狭小孔隙受阻,产生贾敏效应,控制水的产出。长岩芯实验也表明,CO2吞吐有明显的控水增油的作用。单井CO2吞吐控水增油的数值模拟结果同样证实了CO2吞吐具有良好的控水增油显著。

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。

低渗透储层应力敏感实验研究及应用

国内外对上覆岩层压力作用下岩心渗透率的研究十分重视,有必要基于室内实验,研究上覆岩层压力对岩心渗透率的影响。实验表明,岩心的气体渗透率是净有效覆盖压力的函数。随净有效覆盖压力的增加,气体渗透率逐渐变小,而且岩心的气体渗透率是不可逆的,从最大的净有效覆盖压力下逐次降压,渗透率逐渐变大,到一定大时出现滞后现象,但不能恢复到原始渗透率。在考虑应力敏感的情况下,对低渗储层进行了产能计算,结果表明,实际地层条件下计算的气井绝对无阻流量大于实验室条件下计算的绝对无阻流量,并且在相同井底流压下的气井产量也是实际地层的更大。

因地制宜发展中国注气提高石油采收率技术

提高石油采收率是油田开发永恒的主题,以北美国家为代表,世界提高石油采收率技术现以蒸汽驱为主导,注气驱具有很大的潜力和发展前景,化学驱不多。中国油田类型多,地质情况复杂,不应局限于水驱和化学驱,应因地制宜多元化地发展提高采收率的技术。注气驱(CO2、烃气、N2、烟道气、空气等)已在各大油气区探索发展,日益兴旺,但限于气源、注气设备、陆相地层复杂和观念转变等原因,还未取得突破性的规模化效应。注气技术发展的关键在于精心设计和施工,一切通过实践,在实践中积累经验,逐步形成了十项配套技术,培养了一批专门技术人才。在吸收国外先进技术和外资的基础上,发展中国高压注气设备势在必行。

页岩干酪根吸附规律的分子模拟研究

页岩气是以CH_(4)为主赋存在有机质页岩的非常规天然气,其中的吸附气是页岩气后期产量的主要来源,因此,研究页岩的吸附机理对页岩气开发有重要作用。利用Ⅱ型(混合型干酪根,来源于浮游生物)干酪根分子建立Ⅱ型干酪根模型,采用蒙特卡洛方法和分子模拟方法研究CH_(4)在Ⅱ型干酪根中的微观吸附行为和机理,通过实验数据验证了该模型,并进一步探究了孔径、温度和压力对吸附行为的影响。研究取得的认识如下:(1)孔径越大,CH_(4)超额吸附量越大;温度越高,CH_(4)超额吸附量越低;压力越大,CH_(4)绝对吸附量先快速上升后逐渐平缓,CH_(4)超额吸附量先上升后下降;(2)随着孔径的增加,CH_(4)的吸附热越来越少,并从吸附热看,CH_(4)在干酪根的吸附行为是物理吸附;(3)孔径小于1 nm时,CH_(4)在干酪根中为吸附相;孔径大于1 nm时,CH_(4)在干酪根中为吸附相与游离相共存。

考虑应力敏感的煤层气产能模型研究

取6块沁水盆地太原组煤岩岩心,利用"SCMS-B2型高温高压岩心多参数测量仪"进行应力敏感实验研究,优选幂律模型预测应力敏感条件下的渗透率,建立一种新的考虑应力敏感的产能模型。

X区块注CO_2和N_2提高反凝析油采收率机理研究

通过对X区块原始地层流体的相态分析,确定了该区块为近临界凝析气藏。该区块一直采用衰竭式开采方式,气藏原始地层压力为27MPa,自开采以来至2012年8月地层压力下降为10MPa,已低于露点压力,反凝析加剧,地层污染加重,并造成大量的凝析油损失。利用该凝析气田附近所具有的高纯CO2气藏气,探索注CO2气开发方式改善和提高凝析油气的采收率具有技术进步意义。通过对CO2和N2两种注入气与地层流体膨胀实验数据的对比研究,得到CO2与地层流体的增溶膨胀能力、混相能力等相态配伍性较好且优于N2。在CO2与目前地层凝析油混相能力研究中发现在19.3MPa下CO2能与目前凝析油达到混相,CO2与目前地层凝析油容易达到混相,故开采时只要通过先期注CO2把目前地层压力提高至19.3MPa以上,就可实现混相驱提高凝析油的采收率。