南川常压海相页岩气注CO_(2)吞吐提高采收率工程实践

当前研究实验和模拟论证了注CO_(2)吞吐提高页岩气采收率的理论可行性,然而其实际工程效果尚未得到现场试验的验证。为此,基于四川盆地南川常压海相页岩气藏地质赋存及生产特征,开展了页岩等温吸附和CO_(2)—CH_(4)竞争吸附机理研究,实施了国内首次常压海相页岩气衰减井CO_(2)吞吐现场试验,并提出了构建成套技术体系的攻关方向。研究结果表明:①气井生产到后期进入低压低产阶段,表现出地层能量不足的特征,是提高气井采出程度的重要阶段;②常压页岩的CH_(4)和CO_(2)吸附能力明显高于低压或高压页岩,采用CO_(2)提采更具可行性和必要性;③相同条件下的常压、高压和低压3组页岩样品均表现出对CO_(2)的吸附量大于对CH_(4)的吸附量,且对气体的吸附能力依次为南川(常压海相)页岩>长宁(高压海相)页岩>延长(低压陆相)页岩;④试验井注CO_(2)吞吐增产效果明显,页岩气单井预测最终可采储量(EUR)从0.75×10^(8) m^(3)上升到0.90×10^(8) m^(3),单井控制储量5.186×10^(8) m^(3),预计采收率提高了2.9%。结论认为:①实施的国内首次常压海相页岩气衰减井注CO_(2)吞吐试验取得突破性进展,为我国页岩气井提高采收率技术研发与应用提供了重要借鉴与参考;②亟需开展页岩气衰减井CO_(2)提采资源潜力与时机评估、提采效果定量评价与工艺优化等研究,并形成页岩气衰减井注CO_(2)吞吐提高采收率成套关键技术及标准体系。

二维核磁共振技术评价CO_(2)吞吐对不同状态页岩油的动用率

游离态和吸附互溶态页岩油动用的难易程度不同,不同状态页岩油动用程度的准确表征对于页岩油的高效开发具有重要意义。结合二维核磁共振技术和CO_(2)吞吐实验,建立了CO_(2)吞吐过程中不同赋存状态页岩油划分及动用率的评价方法。采用该方法处理得到的CO_(2)吞吐过程中页岩油总动用率与质量变化计算得到的总动用率基本一致,验证了该方法的准确性。此外,可以直观地看到吸附互溶态页岩油和游离态页岩油二维核磁共振图谱随吞吐轮次的变化,游离态页岩油的动用要比吸附互溶态页岩油更容易,而提高压力和吞吐轮次可以明显提高吸附互溶态页岩油的动用率,10 MPa吞吐5个轮次后,吸附互溶态页岩油的动用率和总动用率分别达到73.6%和91.1%。该方法可对吸附互溶态页岩油动用率进行定量评价,有助于优化页岩油CO_(2)吞吐增产工艺,大幅提高页岩油采收率。

长岭断陷龙凤山气田致密凝析气藏CO_(2)吞吐效果评价

长岭断陷龙凤山气田致密凝析气藏产量递减快,采出程度低,为了减弱近井地带反凝析污染现象和凝析油采出困难的开发难题,通过数值模拟方法和注CO_(2)吞吐实验,分析评价CO_(2)吞吐效果,探讨提高气井产量和气藏采收率的方法。结果表明:与注干气吞吐相比,致密凝析气藏注CO_(2)吞吐更能较为有效地解除反凝析污染;气井反凝析分为反凝析初期(对生产基本无影响)、反凝析加重(对油生产有影响)、反凝析严重(对油气生产影响大)、极端反凝析(几乎不出油)共4个阶段;不同反凝析特征阶段的气井CO_(2)吞吐机理和目的不同,CO_(2)吞吐参数应当相应优化。现场实施表明,注CO_(2)吞吐的5口井在吞吐前处于不同的反凝析阶段,吞吐后取得了快速增加地层能量、解堵近井地带反凝析污染、提高注入能力、增加凝析油和天然气产量等效果。研究成果可为CO_(2)吞吐技术在致密凝析气藏的规模应用提供了经验。

Y国J区块CO_(2)吞吐方案优化及试验效果评价

Y国J区块主力油气田G为中孔、中渗、带边底水和薄油环的砂岩凝析气藏,针对油环开发已进入高含水阶段、剩余油比较分散和油藏压力保持低的问题,提出了CO_(2)吞吐提高油环采收率的方法。通过开展数值模拟研究优化CO_(2)吞吐过程中注采参数,进行动态跟踪分析,明确了补充地层能量和控抑底水是吞吐致效的主要机制;总结出非混相驱、超稀饱和原油直井开发、吞吐前地层能量亏空严重和施工过程中注入不连续且焖井时间过长是影响吞吐试验效果的主要因素;以生产保障、增产增效和碳埋存为目标,建立了研究区不同含水率下的合理吞吐参数图版。研究成果可为CO_(2)吞吐技术在复杂断块砂岩气顶边水油气藏的应用提供借鉴。

扶余致密油藏CO_(2)吞吐参数优化设计

为解决致密油开采初期产量递减快、采收率低的问题,结合扶余致密油藏岩石和流体性质,采用数值模拟方法,研究了注入时机、注入压力对CO_(2)吞吐采油效果的影响,优化工程参数,分析了致密油CO_(2)吞吐过程中的油藏压力分布特征、界面张力分布特征以及致密油CO_(2)吞吐开发的可行性。研究表明:油层压力系数降至0.65左右时开展CO_(2)吞吐,CO_(2)可与原油充分接触,有利于发挥CO_(2)原油溶解作用,提高开采效果;注入压力接近最小混相压力时,CO_(2)以游离相进入基质,更易进入基质深处,与致密油充分接触,并在原油中溶解混相,改善开发效果。溶解平衡后,CO_(2)与致密油界面张力随时间快速增加,以此确定闷井时间。研究确定了CO_(2)吞吐采油最佳工程参数,即注入量为8000 t,注入速度为120 t/d,注入压力为27 MPa,闷井时间为30 d,计算该方案下增油量为3084 t,换油率为0.39。水平井现场试验也证明CO_(2)吞吐技术应用于扶余致密油藏,采收率提高了1.38~3.33个百分点。研究结果对拓展致密油藏CO_(2)吞吐开采技术的应用具有重要意义。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐提高采收率机理

页岩油藏的成功开发在缓解我国能源紧缺的问题上发挥了重要作用,但衰竭式开发采收率较低,传统提高采收率的措施难以有效增产,因此明确页岩油藏注CO_(2)提高采收率的机理,对于探索页岩油的开发技术具有重要意义。为此,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏为例,开展了一系列注CO_(2)实验并结合流体注入能力和油气组分传质评价实验,揭示了注CO_(2)吞吐提高采收率的机理,并明确了注CO_(2)吞吐的埋存形式、埋存效率与其生产动态之间的耦合关系。研究结果表明:①CO_(2)的注入能力是水的7.77倍、N2的1.18倍;增加注入压力,促进CO_(2)与原油之间的相互作用,能有效提高CO_(2)的注入能力。②CO_(2)对原油物性的改善能力显著强于N2,在CO_(2)—原油组分传质的协同作用下,注CO_(2)吞吐的采收率比N2高6.84%。③原油膨胀和黏度降低是注CO_(2)吞吐前期提高采收率的主要机制,而后期主要通过CO_(2)对原油轻质烃类组分置换、萃取进一步实现了采收率的提高,混相压力(MMP)是注CO_(2)吞吐的阈值压力。④注CO_(2)吞吐过程中,埋存率从最初的77.77%持续降低到7.14%,不同形式CO_(2)的埋存比例具有动态变化的特征,但主要以游离态和溶解态埋存为主。结论认为,吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐在提高采收率的同时实现了CO_(2)的埋存,实验结果为研究国内相似页岩油藏注CO_(2)吞吐提采—埋存效率提供理论支撑和经验借鉴。

新疆油田中深层稠油CO_(2)驱/吞吐实验研究

针对新疆油田中深层稠油油藏的“中等偏强—强”速敏伤害以及“强—极强”水敏伤害引起的注水开发效果不理想的问题,基于CO_(2)独特的物理和化学性质,借助高温高压PVT实验仪和长岩心驱替装置,开展CO_(2)-原油高压物性测定和CO_(2)驱/吞吐提高采收率可行性研究,结合气相色谱和高温高压流变仪表征产出油的组成及黏度变化。实验结果表明,57.345%摩尔分数的CO_(2)能将溶解气油比(GOR)从32 m^(3)/m^(3)增大至149.3 m^(3)/m^(3)、泡点压力(pb)从6.8 MPa增大至15.7 MPa,原油体积系数从1.06增大至1.27,原油密度从0.8965 g/cm^(3)降低至0.8548 g/cm^(3),原油黏度从419.3 mPa·s降低至253.4 mPa·s,因此CO_(2)能有效补充地层能量,增大原油弹性能,减小渗流阻力。第一轮次0.95 PV(孔隙体积)的CO_(2)驱的原油采出程度为32.8%,焖井24 h后多孔介质中的流体重新分布,第二轮次0.5 PV的CO_(2)驱能提高原油采出程度17.9%。而5轮次CO_(2)吞吐的原油采出程度为63.5%。产出油的黏度呈降低的趋势,主要原因是原油中的沥青质在多孔介质中发生沉积。实验结果明确了CO_(2)驱/吞吐在新疆油田中深层稠油提高采收率的可行性。

致密油藏CO_(2)吞吐驱油和封存注采参数敏感性分析——以鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油藏典型储集层为例

致密油藏CO_(2)吞吐开发具有提高原油采收率和封存CO_(2)的双重效果。目前,对致密油藏CO_(2)吞吐驱油和封存研究中,鲜有学者将CO_(2)封存量相关参数作为评价指标。以鄂尔多斯盆地延长组长7段某致密油藏典型储集层为例,利用数值模拟技术分别选取吞吐时机、注气速度、注气时间、焖井时间、生产时间和吞吐轮次为注采参数,以换油率、CO_(2)滞留系数及驱油-封存协同综合系数为评价指标,采用单因素控制变量法和多因素正交试验设计,结合极差分析方法,分析了6个注采参数对3个评价指标的敏感性。结果表明:当注重CO_(2)驱油时,建议注气时间为30~60 d,注气速度为0.001 0~0.003 0 PV/d,吞吐时机小于0.5年;当注重CO_(2)封存时,建议生产时间为30~230 d,注气速度为0.0075~0.010 0 PV/d,注气时间为145~180 d;当CO_(2)驱油和封存协同优化时,建议注气时间为30~65 d,吞吐时机为6个月前,焖井时间为10~20 d。

页岩(致密)油藏注CO_(2)吞吐作用距离实验

为了明确页岩(致密)油藏注CO_(2)吞吐开发效果,基于松辽盆地、鄂尔多斯盆地的14块页岩(致密)岩样开展了室内CO_(2)吞吐实验,结合核磁共振技术,获得岩样吞吐不同阶段的T2谱;通过分析不同状态下岩心内油的T2谱变化,获得CO_(2)吞吐采出程度与吞吐时间的关系,确定岩心注CO_(2)单位吞吐距离所需时间,并结合现场计算储层注CO_(2)吞吐的有效作用距离。结果表明:随渗透率的降低,注CO_(2)吞吐单位距离所需时间有明显增大的趋势;鄂尔多斯盆地岩心单位吞吐距离所需时间与渗透率时间呈对数关系,6块夹层型岩心平均吞吐作用距离1.19 cm所需时间为1.80 h;松辽盆地A区块纯页岩型岩心平均吞吐距离为1.250 cm,所需时间为39.00 h,远高于松辽盆地A区块致密油岩心的2.06 h;松辽盆地B区块纯页岩型页岩岩心平均吞吐距离为1.24 cm,所需时间为1.76 h;鄂尔多斯盆地页岩油藏在注CO_(2)吞吐开发一个月内,有效作用距离最高可达6.55 m,远高于松辽盆地纯页岩型油藏的0.50 m。研究成果为致密油藏储层物性评价及开发效果改善提供参考依据。

裂缝作用下CO_(2)吞吐动用基质页岩油特征

为明确裂缝作用下CO_(2)吞吐过程中基质页岩油的动用特征,通过采用实时在线称质量方法和核磁共振成像技术,研究了裂缝作用下不同混相压力、基质长度以及基质渗透率对CO_(2)吞吐效果的影响,并建立了注CO_(2)提高基质页岩油动用程度的吞吐方法。结果表明:CO_(2)在非混相、多次接触混相和一次接触混相压力下首轮吞吐动用基质深度分别为12.0、22.5、36.5 mm,累计吞吐采收率逐渐升高;但当压力大于多次接触混相压力后,累计吞吐采收率提高幅度减小;采用逐级增大衰竭压差的吞吐方式,能够弥补基质长度增加对吞吐采收率造成的不利影响,提高大尺寸基质原油的动用深度和动用程度;当裂缝密度保持不变时,基质渗透率的降低会导致累计吞吐采收率减小,且裂缝对吞吐采收率的影响程度降低;虽然增加吞吐次数和闷井时间可以提高低渗透率基质的动用程度,但提高裂缝密度、减小基质原油尺寸才是最有效的提高低渗透基质动用程度的开发方式。研究成果可为提高裂缝作用下页岩油CO_(2)吞吐采收率提供借鉴。

基于LGR模拟裂缝的页岩油藏注CO_(2)吞吐开发参数优化

页岩油商业化开采需要进行大规模水力压裂来建立高渗流通道,从而提高采收率。但压裂后裂缝易闭合,地层压力衰竭快,导致采收率低。CO_(2)吞吐开发技术能够有效补充地层能量,改善原油流动性,对提高页岩油藏开发效果有极大潜力。不同的CO_(2)吞吐开发参数会对页岩油的采收效果产生影响。采用基质-人工裂缝-天然裂缝的多重介质模型,并结合局部网格加密(LGR)来模拟人工裂缝,以提高模拟精度与效率。基于实例研究,对注气总量、注气速度、焖井时间、吞吐轮次等主要参数进行了优化,以提高CO_(2)吞吐开发的效益。研究结果显示,多重介质数值模拟方法结合CO_(2)吞吐开发可以有效预测生产效果,并优化开发参数,为提高页岩油藏CO_(2)吞吐开发效益提供有力的依据。

页岩微纳孔隙流体分布及CO_(2)吞吐动用特征

基于低场岩心核磁共振技术,开展了页岩岩心离心、热处理和CO_(2)吞吐实验,在准确识别可动流体、毛管束缚流体和黏土结合流体T 2截止值的基础上,研究了CO_(2)吞吐对不同孔径孔隙中不同类型流体的动用规律。实验结果表明,目标储层页岩中可动流体平均饱和度为24.0%,毛管束缚流体平均饱和度为33.8%,黏土结合流体平均饱和度为42.18%。CO_(2)吞吐采出油主要来自前2轮吞吐,以大、中孔隙(弛豫时间大于10 ms)中的可动流体为主,而后续吞吐产出油量大幅降低,以中、小孔隙中的毛管束缚流体为主,累积毛管束缚流体动用比例仅为23.1%~37.8%。吞吐后剩余流体以毛管束缚流体和黏土结合流体为主,CO_(2)无法动用黏土结合流体。提高中等孔隙(弛豫时间为10~100 ms)中毛管束缚流体的采出程度是未来页岩增产稳产的关键。

页岩油储层渗吸及CO_(2)吞吐提高采收率--以吉木萨尔芦草沟组为例

为研究吉木萨尔芦草沟组三类岩心在不同开发方式下的采收率及最小孔隙动用半径,基于核磁共振技术,开展了岩心渗吸及CO_(2)吞吐实验,分析了自发渗吸后岩心含水对CO_(2)吞吐效果的影响。结果表明,岩心孔隙以小于50 nm的微孔及中孔为主。渗吸最小孔隙动用半径10~28 nm,CO_(2)吞吐最小孔隙动用半径7~20 nm。大孔及微裂缝能够增加渗吸液与岩心接触面积,提高中孔洗油效率;同时也能够增强CO_(2)在微孔中的波及面积,提高微孔采收率。渗吸后岩心中渗吸液的存在可以降低CO_(2)最小孔隙动用半径,促进CO_(2)在微孔中的波及,提高岩心采收率,但岩心中渗吸液的过量存在会对CO_(2)吞吐产生一定抑制作用。在页岩油储层生产过程中,提高人工裂缝的密度,选择合适时机进行CO_(2)转注能够极大增加各类孔隙中原油的采出程度,从而提高页岩油储层采收率。

中原油田CO_(2)吞吐技术及增产应用

中原油田部分油藏分布零散、储量小、注水困难或属稠油,而具备这些特点的油藏恰好适用于进行CO_(2)吞吐。基于中原油田CO_(2)吞吐实践,本文介绍了筛选适合CO_(2)吞吐的油藏的方法,探索了CO_(2)吞吐选井机制并总结出选井原则,确立了CO_(2)吞吐选井方法。此外,围绕4种不同特性的油藏开展了CO_(2)吞吐试验,分别实现增油348.13(t 260 d)、172.0(t 240 d)、20(t 45 d)和108(t 120 d)。本研究为通过CO_(2)吞吐提高原油采收率、开拓未来CO_(2)吞吐实施应用前景提供了有效依据。

异常高压致密油藏CO_(2)吞吐参数优化及微观孔隙动用特征--以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组为例

为改善吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油藏在衰竭开发中产量递减快、采收率低的现象,提高储层动用程度,选取3种不同孔隙类型岩心,开展一系列CO_(2)吞吐岩心实验,在明确生产压力、吞吐次数和闷井时间对吞吐效果影响的基础上,引入核磁共振分析技术,定量评价了不同孔隙结构岩心中不同孔径孔隙的原油动用程度。研究表明:目标储层3类孔隙结构岩心的吞吐采收率随生产压力、吞吐次数和闷井时间的变化规律基本相似,最佳生产压力为21 MPa,最佳吞吐次数控制在5次以内,最佳闷井时间为12 h;吞吐过程中岩心孔隙结构差异会形成不同类型的动用特征,储层物性较好的岩心,大孔隙的原油采出程度始终高于小孔隙,是总采收率的主要“贡献者”,而储层物性差的岩心在吞吐初期大孔隙的原油采出程度高于小孔隙,但在后续吞吐中小孔隙的原油采出程度迅速增加,在累计吞吐采收率中占比达到53%以上。研究成果为吉木萨尔凹陷异常高压致密油藏顺利开展CO_(2)吞吐提供了重要依据。

玛湖砂砾岩致密油藏水平井CO_(2)吞吐现场试验效果分析

新疆玛湖砂砾岩致密油藏孔隙度和渗透率极低,压裂投产后前期稳产效果较好,后期递减较大,为补充地层能量提高原油采收率,先后在玛131井区开展3口水平井CO_(2)吞吐试验。试验结果表明:CO_(2)吞吐提高原油采收率机理主要体现在增加储层能量、膨胀原油体积、降低原油黏度、萃取轻质组分、溶蚀储层矿物、增加流体流动能力等方面。合理的注入参数更有助于提高原油采收率,在进行CO_(2)吞吐开发时井底注入流压越高,焖井时间越长,波及扩散越充分,连续见油时间越早,提高采收率越明显。3口水平井X721、X92、M1114增油量分别为2161 t,1768 t,1452 t,CO_(2)吞吐在砂砾岩致密油藏中具有较好的适应性及推广应用前景。

致密砾岩油藏CO_(2)吞吐提高采收率可行性研究

基于原油与CO_(2)以及CO_(2)与储层岩石相互作用,揭示环玛湖致密砾岩油藏CO_(2)提高采收率机理。利用高温高压核磁共振系统在孔隙尺度下监测了基质岩心CO_(2)吞吐过程中原油饱和度的变化,研究CO_(2)吞吐提高采收率可行性。采用岩心压裂和驱替系统开展三维物理模拟实验研究,研究裂缝对CO_(2)吞吐提高采收率的影响。实验结果表明,CO_(2)能够有效地溶解在原油中,补充地层能量,降低原油黏度,且改善储层润湿性。基质岩心中,衰竭式开采时的原油主要产于大孔隙,CO_(2)吞吐能有效启动中孔隙和小孔隙,衰竭式开采后,三轮次的吞吐能够提高采收率23.1%左右,而第一轮次的贡献率最大,为15.1%,裂缝的存在能够增大原油与CO_(2)接触面积,减小原油渗流阻力,最终提高采收率27.1%。实验结果从孔隙尺度揭示了CO_(2)吞吐提高致密砾岩油藏采收率的可行性。

致密砾岩油藏超临界CO_(2)吞吐开发可行性

CO_(2)吞吐开发具有溶解、抽提、混相等独特的机理优势,超临界CO_(2)具有更优异的注入性、穿透性和轻质组分抽提性。为进一步认识超临界CO_(2)吞吐在致密砾岩油藏开发中提高采收率的可行性,基于超临界CO_(2)—原油相互作用实验、超临界CO_(2)原油抽提实验、超临界CO_(2)吞吐物理模拟实验等手段,揭示吞吐过程中原油性质变化与增产机理,确定了不同注入参数下的采收率。结果显示:超临界CO_(2)能有效补充地层能量,降低原油黏度和密度,抽提原油轻质和中质组分,改善原油流动性;注入0.50 PV超临界CO_(2)可提高采收率22.16%,随着超临界CO_(2)注入量的增加,采收率上升,超临界CO_(2)换油率下降;4轮次吞吐相较于单次吞吐,可提高采收率20.00%~24.00%;焖井时间120 min时采收率为22.16%,焖井时间240 min后采收率变化不大;实验结果揭示了致密砾岩油藏衰竭式开发后超临界CO_(2)吞吐提高采收率的可行性,对致密砾岩油藏开发具有指导意义。

页岩油储层裂缝对CO_(2)吞吐效果的影响及孔隙动用特征

为了分析页岩水力压裂后产生的裂缝对CO_(2)吞吐效果的影响,采用低场核磁共振测试技术,开展了不同渗透率级别页岩CO_(2)吞吐试验,研究了裂缝对不同渗透率储层CO_(2)吞吐效果的影响。研究发现,裂缝显著提高了CO_(2)吞吐初期的采油速度和采收率;但随着渗透率升高和吞吐次数增多,裂缝对采收率的影响程度逐渐降低;渗透率对裂缝岩心的吞吐效果影响明显小于无裂缝岩心,表明裂缝能够降低渗透率对CO_(2)吞吐采收率的影响;随着吞吐次数增多,裂缝提高大孔隙原油采出程度的幅度减小,而提高小孔隙原油采出程度的幅度增大,但大孔隙仍是原油的主要产出部位。研究结果表明,大孔隙原油的产出主要靠体积膨胀和溶解气驱,速度快且产量大;而小孔隙中原油的产出主要靠抽提和传质方式,过程缓慢且产量小。研究结果为评价裂缝性油藏的产油特征、改善生产动态提供了理论依据。

致密油藏含水饱和度对CO_(2)吞吐效果的影响

储层中含油饱和度的变化会影响CO_(2)与储层流体相互作用,为研究含水饱和度对砂砾岩致密油藏CO_(2)吞吐采油效果的影响,基于新疆玛湖砂砾岩致密油藏储层条件,开展不同含水饱和度下CO_(2)在油水中的溶解、膨胀以及吞吐实验。结果表明:随着含水饱和度增加,CO_(2)在油水中的溶解度从6.08 mol/L降至2.01 mol/L,膨胀体积由最高1.53倍降至1.09倍,CO_(2)与原油作用效果逐渐减弱,累计采出程度最高为20.21%;含水饱和度低于45.0%时采用CO_(2)吞吐开发效果较好;当含水饱和度低于50.3%时,以沥青质沉积为主,储层渗透率降低,超过50.3%时以矿物溶蚀为主,渗透率增加。研究成果对致密油藏的高效开发具有一定指导作用。