2013年4月 大庆石油地质与开发 Petroleum Geology and Oilield Developmentf in Daqing Apr.,2013 第32卷第2期 Vo1.32 No.2 DOI:10.3969/J.ISSN.1000—3754.2013.02.023 特低渗透油藏水驱后氮气驱油实验 魏浩光 马 坤 岳湘安。 (1.中国石化石油工程技术研究院,北京100101;2.中国软件与技术服务股份有限公司,北京102200 3.中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京 102200) 摘要:利用物理模拟实验,开展了特低渗透油藏水驱后氮气驱油的效果及特征研究。结果表明:氮气驱可在水 驱波及区内提高原油采收率3.4%左右,见气前与低气液比阶段是油井的主要采油期,后续注气压力梯度为注水 压力梯度的1/4~1/3;多个油层合注合采时,氮气驱波及程度低,低渗透层不具备吸气能力,气体完全进入高 渗透层;气窜在高渗透层形成后,剩余油主要分布于低渗透层。选用SCT一1复合凝胶体系对已形成气窜的高渗 透层进行封堵,调节高渗透层与低渗透层的吸气能力,封堵后的高渗透层吸气能力变弱,低渗透层剩余油被有 效开发。注气封堵结合可有效抑制气窜,提高氮气驱波及程度。 关键词:特低渗透油藏;氮气驱;提高采收率;物理模拟实验;开采特征 中图分类号:TE357.7 文献标识码:A 文章编号:1000—3754(2013)02-0118434 EXPERIMENT oF THE NITROGEN DRIVING AFTER WATER FLooDING IN ULTRA.LoW PERMEABILITY oIL RESERVoIRS WEI Haoguang ,MA Kun ,YUE Xianghn。 (1.SINOPEC Research Institute of Petroleum Engineering,Beijing 100101,China;2.China National Software&Service Co.,Ltd.,Beijing 102200,China;3.MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum,Beiifng 102200,China) Abstract:With the help of the physical simulation experiments,the effects and characteristics of subsequent nitro- gen displacement after the water flooding in ultra-low permeability oil reservoirs are investigated and studied.The results show that the displacement recovery factor can be enhanced by 3.4%or SO within the water swept area.The oil production is mainly conducted during the periods of non—gas and low gas—liquid ratio,the pressure gradient of subsequent gas injection is 1/4—1/3 of that of the water flooding;when commingling of the injection and produc— tion of many oil layers,the swept degree of the nitrogen flooding is rather low,there is no ability of gas inhalation for the low—permeability oil reservoirs,while the case is just on the contrary f0r those high—permeability ones;after the gas channeling is conducted in the high—permeability oil reservoirs,the remained oil is mainly distributed in the low—permeability ODeS.The gas—crossed high—permeability reservoirs are plugged by SCT一1 combined gel system to adjust the inhalation abilities of the above two kinds of reservoirs.Finally the ability of the high-permeability reser— voirs becomes weaker,and in the meantime the remained oil in the low.permeability reservoirs is effectively devel- 收稿日期:2012-09-24 改回日期:2012—10-27 基金项目:国家科技重大专项“油田开采后期提高采收率新技术”(201 1 ZX05009-004)。 作者简介:魏浩光,男,1982年生,工程师,从事复杂油气藏固完井与采收率研究。 E—mail:weihaoguang@163.com 第32卷第2期 魏浩光等:特低渗透油藏水驱后氮气驱油实验 ・1 19・ oped.To slim up,the combination between the gas injection and plugging can effectively inhibit the gas channeling and improve the swept degree of the nitrogen flooding. Key words:ultra-low permeability oil reservoir;nitrogen lfooding;enhanced oil recovery(EOR);physical simu— lation experiment;production characteristic 氮气的黏度低,注入性好,注气能有效保持油藏 压力¨-2 J。氮气分子直径小,与岩石壁面间的相互 作用很弱,具备进入致密基质并驱替其中原油的能 力。氮气还具有不腐蚀管材、气源广等特点 J。所 以,氮气驱油技术成为特低渗透油藏水驱后较有潜 力的接替技术。在美国,有3O多个油田利用氮气驱 提高采收率 J。由于受地层条件、原油性质等因素 影响,中国特低渗透油田注氮气项目应以非混相驱 为主 。由于注水开采效果不好,中原油田、雁翎 油田、江汉油田等相继开展了特低渗透油藏注氮气 矿场试验 。结果表明注氮气能有效维持地层压 力,提高特低渗透油藏开发效果。由于气体流度高, 易发生窜流,波及效率低,前人主要依据水气交替注 人的方法来控制气相的流度,但气水交替的注入性 很差,油相渗透率低,采油速度也很低_1 UI“J。 利用物理模拟实验,研究了特低渗透油藏水驱 后注氮气开采效果,并分析了驱替过程中的动态特 征以及气体的注人性。还研究了多个油层合注合采 时,水驱后氮气驱油的波及特征、窜流特性、剩余 油分布特征,并探索如何有效抑制气窜、提高氮气 驱波及程度的方法。 1实验材料与方法 1.1实验仪器与设备 2PBOOC型平流泵、恒温箱、精密温度传感器、 压力传感器、回压阀、中间容器、高压氮气瓶、岩 心夹持器、油水分离与计量仪、气体计量仪等。 1.2实验流体 安塞油田长6储层脱气原油,50 cC时黏度 6 mPa・S。模拟地层水为CaC1 水型,矿化度 9O g/L,黏度0.6 mPa・S。氮气纯度为99.9%。 SCT-1复合凝胶为淀粉与丙烯酰胺共聚接枝体系, 成胶前体系黏度为1.2 mPa・S 12]。 1.3实验温度与压力 模拟地层温度50℃,模拟地层压力10 MPa。 1.4物理模型 1.4.1均质模型 为了研究特低渗透油藏水驱后转氮气驱的开采 特征以及在波及区内的采收率,设计了2组均质模 型,水驱含水率达到98%后转注氮气,进行气驱 油开采实验,模型物性见表1。 表1均质模型物性参数 Table 1 Physical parameters of the homogeneous model 1.4.2层间非均质模型 利用层间非均质模型研究特低渗透油藏水驱后 转氮气驱开发时,多个油层合注合采条件下的波及 特征、剩余油分布特征以及封窜方法。按照目前层 系划分与组合原则,单个层系渗透率级差应控制在 5~10 1引。实验模型为2个均质模型并联在一起, 能有效模拟隔夹层发育的层间非均质油藏,渗透率 级差为4.5,模型物性见表2。 表2层间非均质模型物性参数 Table 2 Physical parameters of the interlayer heterogeneous model 所有模型在实验过程中的驱替速度均为 0.05 mL/min。 2实验结果与分析 2.1均质模型 2.1.1采收率 均质模型实验结果表明,模型1和模型2水驱 后再转注氮气分别提高采收率2.9%和3.9%,平 均提高采收率幅度为3.4%。说明注水开采的特低 渗透油藏,氮气驱可以作为接替开采方式。 注氮气开采特低渗透油藏,油气间的界面张力 小于油水间的界面张力(约1/4),从而减小了毛 管阻力的作用,能启动一些被细小喉道控制的原 油。氮气的流度高,气体分子与岩石壁面的相互作 ・120・ 大庆石油地质与开发 2013拄 用弱,也有利于气体进入油藏岩石的局部致密区。 同时,高压氮气储存了丰富的弹性能,逐渐膨胀的 氮气在油藏深部能进入局部致密区。由此可见,氮 气驱是一种以提高微观波及效率为主要驱油机理的 驱替方式。 2.1.2开采动态 根据物理模型的开采动态特征(图1、图2), 可以将注气开发生产过程分为见气前、低气液比与 中高气液比(大气压条件下的气液比)3个阶段。 见气前阶段内采出程度最高,气驱前缘还没有发生 突破,氮气发挥了很好的驱油效果。 \ 瓣 注入孔隙度体积倍数 图1模型l开采动态 Fig.1 Production perf0rⅢances of Model 1 注入孔隙体积倍数 图2模型2开采动态 Fig.2 Production performances of Model 2 以模型1为例,水驱后转注氮气开发,在见气 前阶段采油量占注气总采油量的53.0%。气驱前 缘突破后,采油井见气,进人低气液比阶段(气 液比≤1 000)。低气液比阶段内仍能采出不少的原 油,是注气开发的重要生产期。模型1转气驱后, 在低气液比阶段的采油量占注气总采油量的 29.0%。中高气液比阶段(气液比>1 000),油井 的产能低,是注气开发的后期阶段。气体在油藏内 已经形成稳定的优势流场,以气体无效流动为主, 驱油效果不能充分发挥出来,并最终形成气体窜 流。阶段采出程度低,只能采出少量原油。 2.1.3注入性 模型1与模型2均以速度为0.05 mL/min注水 开采时,注水压力梯度分别为42 MPa/m和 76 MPa/m;含水率达到98%时转注氮气,注入速 度保持不变,注气压力梯度分别为10 MPa/m和 25 MPa/m。氮气的黏度低,气体在多孑L介质中流 动时存在滑脱效应,气油界面张力比油水界面张力 低1/4,这些因素都非常有利于气体的注入性。水 驱后的注气压力梯度约为注水压力梯度的1/4~ 1/3。 2.2层间非均质模型 2.2.1波及特征与窜流特性 特低渗透层间非均质模型水驱后注氮气开采实 验结果表明,即使层间渗透率级差只有4.5,至气 窜在高渗透层中产生时,氮气完全进入高渗透层, 气体没有波及到低渗透层。 受固体表面力场的作用,油、水被吸附在岩石 孔道壁面上形成边界流体层,使有效流动半径变 小。边界流体层厚度与特低渗透油藏岩石喉道半径 处于同一数量级,是关于水动力学参数的函数。渗 透率越低,边界流体层厚度占喉道半径比例就越 大,液体渗透率损失率就越大 ’ 。而岩石渗透 率都是由气测渗透率实验得到的。特低渗油藏注气 开发前,其中的原始流体只有油和水,即使同一层 系内的气测渗透率级差不大,但实际的渗透率级差 是非常大的。所以,注入的氮气不能波及到低渗透 层,完全进入了高渗透层。 当生产进入高气液比阶段后,气体在高渗透层 中的优势通道内发生了明显的窜流。剩余油主要分 布在低渗透层,如何有效开采这类原油对提高注气 采收率有非常重要的意义。 2.2.2封窜方法及效果 为了增加低渗透层的吸气量,进一步提高注氮 气开采的原油采收率,实验选用SCT一1复合凝胶作 为封窜剂,该体系为淀粉与丙烯酰胺共聚接枝体 系,在成胶前堵剂的黏度只有1.2 mPa・s,具有 良好的注人性。采用笼统注人方式,依据堵剂自身 良好的注入选择性实现只堵高渗透层不堵低渗透 层。向模型中注入0.03 PV的堵剂,再注入0.1 PV 的水段塞,将SCT一1顶替至储层模型中。候凝12 h 第32卷第2期 魏浩光等:特低渗透油藏水驱后氮气驱油实验 ・121・ 后,继续用氮气驱的方式开采。 图3和图4说明,在对气窜通道实施封堵后的 (2)按目前层系划分与组合的经验来开发特 低渗透油藏,水驱后氮气驱油的波及程度低,气体 很难进入同一层系内的低渗透层位。高渗透层中形 成气窜后,用凝胶体系对高渗透层进行封堵,低渗 透层可被有效开发。注气封堵结合的方法能提高特 低渗透储层的注气波及程度。 (3)注氮气的高流度比必然引起指进,并形 成气窜,使氮气驱提高采收率的幅度受限,应当进 氮气驱阶段,致密低渗透层与高渗透层的气体吸人 体积比增大,高渗透层的吸气能力很弱,致密低渗 透层的剩余油被启动。至氮气驱结束时,低渗透层 的采收率达到了50%,层间非均质模型的采收率 由封窜前的23.22%提高到47.85%。表明SCT一1 复合凝胶体系对气窜通道的封堵非常有效,达到了 预期的封堵目标。 ・ 注入孔隙体积倍数 图3封窜后低渗透层与高渗透层的气体吸人体积比 ●Fig.3 Intaken gas volume ratio between the low—perⅢeabi1ity layers and high—perⅢeabi1ity ones after plugging 60 4O \ 褂 20 0 2.5 注入孔隙体积倍数 图4封堵后氮气驱的采收率 Fig.4 Recoveries of the nitrogen flooding after plugging 3结 论 (1)气驱是一种以提高微观波及效率为主要 驱油机理的驱替方式,可以作为特低渗透油藏注水 开采的接替开采方式,在注气波及区内可提高原油 采收率3.4%左右。注气开采过程中,见气前及低 气液比阶段是主要的开采期。后续注氮气的压力梯 度只有注水压力梯度的i/4—1/3。 一步研究注气工艺,充分发挥氮气进入致密层位或 者区域的能力,从而最大程度地提高气驱油效果。 参考文献: [1]岳湘安,王尤富,王克亮.提高石油采收率基础[M].北 京:石油工业出版社,2007:151—174. 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