溶解气回注提高致密油藏采收率效果及敏感性

针对致密油藏水平井产量递减快,衰竭开发采收率低等问题,提出了衰竭开发后期回注溶解气提高采收率的方法。基于新疆玛湖凹陷百口泉组地质油藏特征,建立了致密油藏多级压裂双水平井机理模型,系统研究了上述方法在致密油藏中的生产特征及敏感性。结果表明,溶解气回注可以有效提高致密油藏采收率,缓解水平井产量递减的速度。采出程度随注入量、注入速度及吞吐轮次逐渐增加;气体分子的扩散作用可增加基质的受效范围,扩大气体的作用半径;弱非均质性储层(变异系数 0.2)采用溶解气吞吐提高采收率效果最佳。敏感性分析结果表明,吞吐轮次对注溶解气提高采收率的影响最大,其次是注入时间、注入速度、扩散系数、焖井时间。另外,建立的代理模型可准确预测和优化致密油藏注溶解气提高采收率效果。

超临界CO2在致密油藏中的扩散前缘预测

国内外大部分学者认为超临界CO2在致密油藏中的扩散是吞吐提高采收率的关键因素之一。通过设计基质-裂缝模型结合压降法搭建了测定超临界CO2在饱和油岩芯中扩散系数的实验装置,系统研究了压力、储层物性等油藏条件对超临界CO2扩散系数及浓度分布的影响规律,建立了超临界CO2浓度场及扩散前缘的预测方法。实验结果表明,超临界CO2在致密岩芯(0.06 mD)中的扩散系数为10-12 m2/s数量级,扩散系数随着初始注气压力的升高而增大,最终趋于平缓,但在临界压力点附近出现最大扩散系数;扩散系数随基质渗透率和孔隙度增大而增大,随岩芯迂曲度的增大而快速递减。经过900 d扩散,扩散前缘仅前进了0.095 m,因此,在致密油藏CO2吞吐现场作业周期内忽略扩散作用是合理的。在扩散后期,CO2浓度梯度越来越小,扩散速度逐渐降低。

微-纳米受限空间原油-天然气最小混相压力预测方法

微-纳米受限空间原油-天然气的最小混相压力(MMP)对致密/页岩油储层注天然气提高采收率参数优化、方案设计及产能预测至关重要,但至今尚缺少获取该参数的可靠方法。针对这一关键问题,提出一种微-纳米受限空间原油-天然气界面张力(IFT)计算方法,通过原油-天然气相平衡计算得到Parachor模型参数从而计算出IFT,并基于界面张力消失法(VIT)预测MMP。该方法改进了气液平衡计算及Peng-Robinson状态方程,考虑了毛细管压力并修正了流体的临界压力和临界温度,简化了传统计算方法,并将气/液相压力考虑到平衡常数Ki的迭代公式中。通过设计8组不同组分天然气并以长庆油田原油和拟注入天然气为实例,分别计算了孔隙半径r_(p)为5000 nm、1000 nm、500 nm、100 nm、10 nm时的IFT和MMP。计算结果表明,压力越高,IFT越小;在r_(p)为100~5000 nm时,原油-天然气体系的IFT和MMP基本不受r_(p)的影响;当r_(p)≤100 nm时,IFT和MMP显著降低,MMP最大降幅达38.76%,说明致密/页岩油储层注天然气提高采收率相比常规储层注天然气更容易混相。原油-天然气体系的MMP与C2—C4含量呈现负相关性,且r_(p)越小,MMP递减速度越快,最大降幅达57.33%(r_(p)=10 nm,C2—C4摩尔分数增至40%)。将计算结果与文献报道数据进行对比,进一步验证了模型的可靠性。

油藏条件对超临界CO2扩散行为及浓度场分布的影响

超临界CO2(scCO2)在原油中的扩散行为直接决定了其吞吐提高采收率的效果,尤其对于致密页岩等非常规油藏。本文根据压降法搭建了测定scCO2在原油体相中扩散系数的实验装置,系统研究了压力、温度、原油黏度等油藏条件对scCO2扩散系数及浓度分布的影响规律,并建立了scCO2浓度场及扩散前缘的预测方法。研究结果表明,scCO2在原油体相中的扩散系数为10-8 m^2/s数量级,扩散系数随着初始注气压力的升高而增大,最终趋于平缓;升高温度促进了CO2分子的扩散,但在临界温度点附近出现最大扩散系数;扩散系数随原油黏度增加快速递减。经过0.4 h扩散,扩散前缘可以完全抵达高度为2.8 cm的油相底部,10 h后scCO2能够完全充满整个油相空间,在扩散后期,CO2浓度梯度越来越小,扩散速度逐渐降低。

泡沫对基质裂缝双重介质系统渗透性的影响

泡沫作为一种两相分散软物质体系,在非均质油藏调剖、裂缝性油藏防窜及非常规油藏压裂酸化中得到日趋广泛的应用。但泡沫体系在基质裂缝系统运移过程中,会导致局部捕集、滞留、堆积等现象,影响系统尤其是基质的渗透能力。研究以表面活性剂泡沫和纤维素纳米纤丝(NCF)强化泡沫为对象,建立了评价泡沫体系对基质裂缝双重介质系统渗透性影响的评价方法,并阐明了两类泡沫的运移和分布规律。实验采用4个级别渗透率(0.13∼239.60 mD)的岩芯,建立了压差、基质侵入深度、残余阻力因子与渗透率的关系。研究发现,泡沫体系可以顺利通过23.00 mD的岩芯,不会影响基质渗透能力;当泡沫侵入低渗透和致密基质(低于3.13 mD)后,由于物理吸附、机械滞留等作用,基质渗透率显著下降,NCF泡沫和表面活性剂泡沫对基质渗透性的影响程度接近。另外,NCF起泡液主要滞留在裂缝壁面,尤其是在渗透率不高于8.5 mD的基质裂缝系统中,起泡液整体滤失量少,去除表面堆积后,基质渗透率可以快速恢复。研究结果可为泡沫在基质裂缝系统尤其是低渗/致密基质中运移和分布规律提供参考,为评价泡沫对系统渗透能力的影响提供方法。

超临界二氧化碳与页岩相互作用机制

超临界二氧化碳与页岩相互作用机制及规律对页岩油气开发非常重要。目前缺少对超临界二氧化碳注入页岩储层后页岩润湿性、孔隙度和渗透率变化规律的研究。为了明确在不同条件下经过超临界二氧化碳浸泡处理后页岩矿物成分和微观结构的变化规律,以四川盆地龙马溪地区页岩为研究对象,对其总有机碳含量、矿物成分、表面形貌及低压N2和CO_(2) 吸附进行了测试。通过对不同浸泡时间、压力和含水条件下页岩处理前、后的物理性质和微观结构进行定量表征,研究了超临界二氧化碳对页岩孔隙度、渗透率以及润湿性的影响。研究结果表明:①随着浸泡时间和浸泡压力的增加,页岩中的黏土矿物和碳酸盐矿物(方解石和白云石)含量降低,石英含量增加,有机质含量降低明显。②扫描电镜图像显示页岩中微观孔隙结构变化受萃取作用、溶蚀作用和吸附膨胀作用共同影响。页岩中微观孔隙结构的变化导致了页岩孔隙度和渗透率的改变。页岩渗透率变化受到黏土矿物、碳酸盐矿物和有机质含量的影响。③超临界二氧化碳浸泡处理后页岩的润湿性发生改变,随着浸泡时间和压力的增加,页岩-水接触角增大,页岩的润湿性由强水湿转变为弱水湿和中等润湿。

固液界面特征对致密/页岩储层渗吸行为的影响——以延长组7段+8段致密储层和龙马溪组页岩为例

油/水/岩石间的固液界面特征是影响致密/页岩储层渗吸行为的关键,尤其对于界面张力达到超低且具有增溶乳化作用的渗吸体系,亟待明确其界面作用机制与渗吸行为的关系。以延长组7段+8段致密储层和龙马溪组页岩储层为研究对象,构筑了模拟地层水、常规表面活性剂(AES)、可形成纳米乳液的表面活性剂体系(nE-S)、含油核的预制纳米乳液(nE)及原位微乳液(mE-FS)5种典型渗吸液。深入开展了界面相互作用、渗吸物理模拟、归一化采收率模型、标度方程及渗吸数学模型的系统研究。研究结果表明:(1)mE-FS具有超低界面张力和增溶能力,可以显著改善岩石表面润湿性,大幅度提高渗吸采收率;(2)渗吸采收率mE-FS>nE>nE-S>AES>模拟地层水;(3)mE-FS渗吸采收率与岩心渗透率线性相关,渗透率越低,渗吸效果越差;(4)综合考虑界面张力和润湿性变化建立了适用范围宽的无因次时间标度模型;(5)将增溶系数引入渗吸理论数学模型建立了不同界面性质渗吸液的渗吸距离与时间的线性关系。

纳米纤维高稳泡沫在裂缝中的生成和运移规律

致密油藏水平井(井周/井间)裂缝窜流导致开发中、后期能量补充不"均衡"甚至无法补充。通过实验设计研发了基于纳米纤维(NCF)的高稳泡沫体系,并系统研究了高稳泡沫的宏观/微观性质;通过实验室构建的裂缝模型,研究了高稳泡沫在裂缝中的生成和运移规律。研究结果表明,起泡液在质量分数为4.2%的盐水中高度分散,与地层水配伍性好,NCF可以有效抑制泡沫液膜脱水,减缓泡沫失稳过程,泡沫半衰期提高4.5倍;高稳泡沫可以在裂缝中快速生成然后运移至裂缝深部,从而降低裂缝的渗流能力,防止气窜,气液比为2∶1的高稳泡沫产生的流动阻力最大;裂缝开度越小,泡沫生成的速度越快,流动阻力越高,产生高渗流阻力的区域越宽;高稳泡沫在裂缝中的流动阻力和裂缝渗透率呈现良好的线性关系。基于NCF高稳泡沫在裂缝中的流动特征,进一步构建了泡沫流动阻力与气液线速度关系图版。

碳酸水-原油体系中CO2分子的扩散行为

CO2分子在油水相间的扩散传质行为对于致密油藏注CO2提高采收率具有重要意义。通过融合实验测定数据和理论扩散模型,利用试错法同时确定了碳酸水-原油二元体系中CO2分子在油、水两相中的扩散系数。重点研究了油水混合体系的初始压力对扩散系数的影响规律,深入探讨了扩散过程中油水相密度、CO2浓度、油水界面移动以及CO2在油相中扩散前缘位置的变化过程。研究结果表明:(1)随着CO2从水相扩散进入油相,碳酸水-原油体系压力增大,60℃下,扩散10 h,初始压力分别为15.39 MPa、19.25 MPa和22.82 MPa(实验1—实验3)体系,压力增加24%~31%;(2)在两相界面附近,水相密度及水相中CO2浓度逐渐降低,而油相密度及油相中的CO2浓度逐渐升高,导致油相体积膨胀,水相体积收缩,两相界面向水相方向移动;(3)初始压力越高,扩散系数越大。实验1—实验3水相和油相中CO2扩散系数的增幅分别为52.0%和9.2%,表明水相中CO2扩散系数对初始压力更敏感;(4)初始压力越高,相同扩散时间内CO2在油相中的扩散前缘运移越远,扩散100 h后,实验1—实验3前缘位置运移距离分别为4.11 cm、4.32 cm和4.43 cm。

孔隙介质中超临界CO_(2)泡沫稳态传输机制及数值模拟方法

CO_(2)泡沫是降低气相流度,扩大气体波及体积和提高CO_(2)封存效率的现实手段,其孔隙介质中的稳态传输行为对表征泡沫流变特征和流度控制能力至关重要。针对超临界CO_(2)泡沫稳态传输机制不清的问题,建立了模拟超临界CO_(2)泡沫长期稳态流动的实验装置及方法,系统研究了气液表观流速、泡沫质量对其传输行为的影响规律,绘制了稳态压力梯度等值线图版,创建了表征低干度区域上翘行为的液膜拖拽力函数模型,建立了描述孔隙介质中超临界CO_(2)泡沫稳态传输机制的数值模拟方法。研究结果表明:①在渗透率为302 mD的孔隙介质中,超临界CO_(2)泡沫稳态传输产生的压力梯度在0.620~1.872 MPa/m;②超临界CO_(2)泡沫的稳态传输不符合传统的高、低干度机制,低干度区域压力梯度等值线上翘,即随着液相流速增大,压力梯度逐渐降低;③在传统隐性泡沫结构模型的基础上,引入液膜拖拽力函数模型,可以准确描述超临界CO_(2)泡沫的稳态传输机制,特别是低干度区域的上翘行为;④在高、低干度区域,超临界CO_(2)泡沫均表现出剪切变稠的流变特征。