李立健，孙 雷，李华彦，杨 彬

(1．西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500;2．中国石油华北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘 062550)

断层封闭的小断块油藏，难以或无法完善井区注采井网开发。注气被认为是有效提高这类油藏采收率的最具潜力的方法之一［1－3］。F油田断块小，油藏类型多，储层岩性多属含砾砂岩，地层流体原始溶解气油比高，油质轻，粘度小。因此，除采取注水开发方式外，利用该油田所具有的高纯CO2气藏气，探索注气开发方式改善和提高油田的采收率［4］，更是一项具有控制温室气体减排的技术储备研究。本文就该油田L区块开展了注水、注气、气水交替、衰竭等开发方式进行了长岩心驱替实验，并对长岩心驱替机理进行了数值模拟研究［5－7］。

1 研究思路

先通过对配制的地层原油进行高压物性分析，得到原油的饱和压力、体积系数、黏度和密度等基本参数;通过地层原油体系注CO2驱流体配伍性相态实验研究，明确目标油藏注CO2驱油过程增溶、膨胀、降黏等相态配伍性，最后通过长岩心实验装置进行一维物理模拟实验研究，分别进行衰竭实验、注水驱实验、注CO2驱实验、注CO2段塞+水驱实验，并结合数值模拟研究，评价各种驱替方式，探究注气驱替机理。

2 实验准备

2.1 长岩心驱替实验装置

室内注气注水驱长岩心物理模拟实验装置主要设备包括:长岩心夹持器、地层流体复配器、恒温空气浴、高压驱替泵、回压控制器、气量计等核心设备。另外还包括一些附属设备，如增压机、电子天平、密度计、油、气相色谱仪等。实验流程如图1所示。

图1 注气驱替及水驱替实验测试流程

图2 CO2对原油膨胀系数和体积系数的影响

图3 CO2对地层原油黏度的影响

2.2 实验岩心

实验所需岩心是从F油田取得储层岩心样品，岩心样品运至实验室后，进行岩心打磨、修整、清洗和烘干，然后进行基础孔渗实验测试，岩心之间用滤纸隔开，并按调和平均进行排序。

3 实验结果分析

3.1 注CO2膨胀实验结果

图2为注入CO2后原油膨胀系数和体积系数的变化情况。结果表明地层原油注入CO2后膨胀能力增强，随着注入量的增加，原油中不断溶解CO2，饱和压力增加，体积系数增大。当注入量为58%时，饱和压力增加到18.87 MPa，膨胀系数为1.48，即地层原油膨胀了1.48倍。图3表明注入CO2后地层原油的粘度下降较明显。由此可见，注入CO2有利于改善原油的物性，达到增溶降粘驱油的目的。

3.2 长岩心驱替实验结果

在地层条件下进行了4组长岩心实验:衰竭实验，注水驱，注CO2驱，注CO2段塞+水驱实验。实验结果见表1和图4、图5。

表1 L9区块长岩心驱替实验结果对比

图4 不同开采方式采出程度对比

图5 不同开采方式含水率变化

3.3 结果对比

比较各组实验累计采出程度，驱替效果差别比较明显。

(1)L区块长岩心衰竭实验采出程度最低，为19.13%，注CO2驱采出程度最高，达到70.78%，其次分别为注CO2段塞+水驱和水驱。

(2)L区块地层原油较轻，地层条件下黏度较小(1.33 mPa·s)，注 CO2混相压力为 21.88 MPa，因此20 MPa注CO2可以达到近混相驱，驱替效率高，在CO2气源有限的情况下，也可考虑注CO2前置段塞+水驱替的方式，也能有效提高地层原油采收率。

4 L区块注气长岩心驱替机理数值模拟研究

4.1 长岩心驱替实验的模型

长岩心模拟所取岩心常规物性数据一致。共12块岩心拼接成直径为2.54 cm、长度为86.24 cm的岩心组，岩心之间用滤纸连接，每块岩心按调和平均方式排列，调和平均渗透率:44.94×10－3μm2。根据实际的岩心排列方式和孔渗参数，模拟网格一端为注入井，注入速度为0.06 mL/min，另一端为生产井，保持压力为实验压力，模拟研究长岩心水驱、气驱后水驱，气驱以及衰竭开采的效果。运用CMG的GEM组份模型建立一维长岩心模拟模型。

4.2 水平模型不同开发方式下采出程度对比

首先对比了水平长岩心模型(不考虑水体)衰竭开采、注水开采和注CO2开采的累计采油。模拟结果如图6所示。

由模拟结果可知，注CO2驱累计采油最高，达到86.9%，水驱居中，为54.7%;衰竭式开发采出程度最小，为15.1%。其中除CO2驱模拟结果与实验结果误差较大外，水驱和衰竭开采模拟效果较好。

图6 不同开发方式采出程度对比

4.3 水体倍数对衰竭开发的影响

建立了倾角为18°，底部存在水体的长岩心模型。模拟研究了不同水体倍数下衰竭式开发效果。模拟结果如图7所示。

由模拟结果可见:没有水体时采出程度在14.67%，这和水平模型基本一致。水体对衰竭式开发采收率影响较大，随着水体倍数的增加，采出程度增加，基本上呈线性增加。当水体倍数为25时，衰竭时采出程度为20%，比无水体的采收率增加5.33%。可见，水体对L9区块的衰竭开发影响较大，边底水是重要的驱替动力。

图7 不同水体倍数采出程度对比曲线

5 结论

(1)膨胀实验中，CO2能较好的改善原油的物性。随着CO2的注入，膨胀效果和降粘效果较为明显，地层流体与CO2具有良好的配伍性，适合于注CO2提高采收率;

(2)不同注入方式长岩心驱替实验和数值模拟研究中，衰竭实验采出程度最低，注CO2驱采出程度最高，其次分别为注CO2段塞+水驱和水驱。由于在目前地层压力下注CO2可达到近混相驱，驱替效率高，在CO2气源有限的情况下，也可考虑注CO2段塞+水驱替的方式，也能有效提高地层原油采收率。

(3)建立的带倾角和水体的长岩心驱替模型研究表明，边底水是该区块重要的驱替动力，现场实施时应引起重视。

［1］ 李士伦，孙雷，郭平，等．再论我国发展注气提高采收率技术［J］．天然气工业，2006，26(12):30 －34．

［2］ 沈平平，江怀友，陈永武，等．CO2注入技术提高采收率研究［J］．特种油气藏，2007，14(3):1 －4．

［3］ 郭平，孙雷，孙良田，等．不同种类气体注入对原油物性影响研究［J］．西南石油学院学报，2000，22(3):57 －61．.

［4］ 李仕伦，张正卿，冉新权，等．注气提高石油采收率技术［M］．成都:四川科学技术出版社，2001:67－69．

［5］ 汤勇．注气混相及近混相驱提高原油采收率机理研究［D］．成都:西南石油大学，2003．

［6］ 何更生．油层物理［M］．北京:石油工业出版社，1994:35－46．

［7］ 杜建芬，刘伟，郭平，等．低渗透油藏气水交替注入能力变化规律研究［J］．西南石油大学学报(自然科学版)．2011，10(5):15－17．