稠油油藏N2、CO2辅助蒸汽吞吐开采效果实验研究

林 辉

(中海油能源发展有限公司工程技术分公司 天津300457)

稠油油藏N2、CO2辅助蒸汽吞吐开采效果实验研究

林 辉

(中海油能源发展有限公司工程技术分公司 天津300457)

蒸汽吞吐是稠油油藏开发最有效的手段之一。而N2和CO2辅助吞吐与蒸汽吞吐相比具有明显的提高采收率的效果。在相同注入体积下，注蒸汽、CO2和N2复合吞吐较单纯注蒸汽吞吐的产量增加500,mL以上。因此，蒸汽、CO2和N2辅助吞吐开采对于稠油油藏开发具有重要的指导意义。

蒸汽吞吐 复合 采油指数

0 引 言

蒸汽吞吐是稠油油藏开发的一种既经济又有效的开采技术。[1]然而，蒸汽吞吐普遍存在吞吐周期高、采油量递减速度快、含水率增加、油汽比降低、地层能量不足等问题。[2-3]N2和CO2辅助蒸汽吞吐与传统的蒸汽吞吐相比具有明显提高采收率的效果，CO2可以进一步溶解稠油，减低原油粘度，N2能够补充地层能量，扩大蒸汽波及范围，产生隔离层，减少热损失，同时有助于控制汽窜，气体注入的同时可以降低蒸汽分压，提高井底蒸汽干度，降低界面张力等机理。所以，蒸汽和N2、CO2复合吞吐开采稠油可以提高原油产量，延长蒸汽吞吐寿命，降低含水率，提高油汽比。

1 实 验

1.1 高压吞吐物理模拟实验系统

高压吞吐物理模拟实验系统主要由高压填砂模型(配置温度和压力传感器、控温加热套和保温层)、中间容器(吞吐注入过程中的流体缓冲容器)、蒸汽发生器、CO2中间容器、N2中间容器、油气水计量装置、计量泵、压力计及数据采集和控制系统组成。流程如图1所示，其中填砂模型的尺寸为 Ф100×650,mm，最高工作温度为250,℃，最高工作压力为30,MPa，配备4个测温点和2个测压点。为了防止出砂，需要在填砂模型上下端安装筛网。

1.2 实验准备

实验初始温度为地层温度45,℃，实验压力为地层压力9,MPa，采用定压注入，定压采出。

实验用砂样是根据渤海A油田地层砂样的粒度分析结果配制的模拟地层砂。

实验用水样是按渤海A油田地层水的矿化度配制的模拟地层水，矿化度为18,094,mg/L。

实验用油样是根据渤海A油田的稠油样品分析结果采用辽河油田稠油配置的模拟地层原油。

实验用气样是工业用的N2、CO2和天然气，纯度在95%,以上；蒸汽是由蒸汽发生器产生，温度为240,℃。

图1 高压吞吐物理模拟实验系统流程图Fig.1 High throughput physical simulation system flow chart

1.3 实验步骤及方法

用配制的模拟地层砂装填高压填砂模型；恒温45,℃，模型上端恒速10,mL/min向模型注入模拟地层水直到另一端采出水稳定，计算模型孔隙度，并恒温放置24,h；恒温45,℃，模型上端恒速10,mL/min向模型注入模拟油驱替水，建立束缚水饱和度，直到下端采出液含水率为0，并恒温放置24,h；在油藏温度45,℃条件下，注入端根据实验设计方案以设计的速度注入高温蒸汽、N2、CO2，另一端根据压力变化通过中间容器排水，记录压力变化。待完成注入量后，注入端阀门关闭焖井，记录压力及温度变化。打开注入端阀门采出，记录采出过程中采出油、水、气及压力体积的变化。

2 注入不同流体对吞吐开采效果的影响

2.1 实验方案设计

在油藏条件下，采用高压吞吐物理模拟实验系统及实验方法，开展了4组吞吐模拟实验，其中，稠油粘度为21,000,mPa·s，具体方案见表1，分别从填砂模型下端以10,mL/min的速度注入350,mL蒸汽(240,℃)、蒸汽(240,℃)＋CO2、蒸汽(240,℃)＋N2、蒸汽(240,℃)＋CO2＋N2，焖井30,min后采出，记录采出油、气、水及压力变化。

表1 不同注入流体的实验方案Tab.1 Experimental program for different injection fluids

2.2 实验结果及分析

通过上述实验得到结果如表2所示。其中，蒸汽＋CO2＋N2的平均采油指数由蒸汽吞吐的2.93,mL/(MPa×min)提高到了7.14,mL/(MPa×min)，是单纯蒸汽吞吐的2.44倍；CO2和N2辅助蒸汽吞吐的平均采油速度超过了单纯蒸汽吞吐采油速度的8倍；在相同气体注入量下，注入CO2和N2辅助蒸汽吞吐后，增产油量提高500,mL左右，增产效果十分明显；同时汽油比也较单纯注蒸汽有明显降低。主要是由于注入CO2和N2溶解于原油进一步降低了原油粘度，增加了地层能量和流动压差，同时气体携带热量大，扩大了加热范围，使得气体辅助蒸汽吞吐的开采效果较单纯蒸汽吞吐有明显提高；其中，CO2在原油中的溶解度高于N2，使得蒸汽＋CO2吞吐的增产效果更明显，蒸汽＋CO2＋N2刚好介于蒸汽＋CO2和蒸汽＋N2两者之间，从经济效益和开采效果分析，蒸汽＋CO2＋N2更适用于稠油开采。

表2 不同注入流体吞吐实验结果Tab.2 Injection fluid throughput results

图2 蒸汽吞吐与蒸汽＋N2＋CO2开采效果Fig.2Steam stimulation and steam＋N2＋CO2extraction effect

从图2中不难看出，N2和CO2复合蒸汽吞吐的采油指数与蒸汽吞吐的趋势相同，较蒸汽吞吐达到了更高的采油指数，延长了吞吐开采的寿命。

3 注入方式对吞吐开采效果的影响

采用上述的实验方法及实验设备，饱和渤海油田普通稠油(1,600,mPa·s)在油藏温度56,℃、实验压力10,MPa条件下进行了不同注入方式的N2、CO2、蒸汽(240,℃)混注的吞吐实验，即：先注蒸汽(240,℃)后注N2＋CO2段塞，先注N2＋CO2段塞后注蒸汽(240,℃)，N2、CO2、蒸汽(240,℃)混注，吞吐模拟实验结果如表3。

表3 不同注入方式吞吐模拟实验结果Tab.3 Simulation result of different injection modes’ throughput

从实验结果可以看出，同样的注入速度和注入量下，N2、CO2、蒸汽(240,℃)混注的平均采油指数为106.2,mL/(MPa×min)最高，增产原油824,mL较段塞注入效果明显，换油率最高。

图3 蒸汽、N2、CO2不同注入方式的开采效果Fig.3 Exploitation effects of steam, N2, CO2injection in different ways

4 结 论

在相同注入体积时，蒸汽＋N2＋CO2较蒸汽吞吐增产原油501.17,mL，汽油比由0.36减低到0.31，采油速度达到33,mL/min，是蒸汽吞吐的7.25倍，平均采油指数达到7.14，是蒸汽吞吐的2.44倍。从采出动态上看，CO2和N2辅助蒸汽吞吐较蒸汽开采水的返排速度更快，采油寿命更长，具有更好的开采效果。

在不同注入方式下，蒸汽、CO2、N2混注吞吐开采方式的平均采油指数、增产油量、换油率、油汽比等参数都要优于段塞式注入方式。所以，蒸汽、CO2和N2混注吞吐开采效果最好。

从室内实验研究的角度，相对于传统的蒸汽吞吐，CO2和N2辅助蒸汽吞吐可以提高油汽比，提高采油速度，从而达到提高原油产量的目的，可以更好地应用于油田开发实践。■

［1］ 任立新，吴晓东. 蒸汽吞吐伴注CO2特超稠油藏开发方法研究[J]. 西南石油大学学报，2011，33(5)：136-140.

［2］ 曾玉强，刘蜀知. 稠油蒸汽吞吐开采技术研究概述[J]. 特种油气藏，2006，13(6)：5-9.

［3］ 陈荣灿. 稠油注蒸汽加氮气吞吐试验研究[J]. 特种油气藏，1999，6(3)：60-64.

［4］ 付美龙，熊帆. 二氧化碳和氮气及烟道气吞吐采油物理模拟实验[J]. 油气地质与采收率，2010，17(1)：68-73.

Exploitation Effects of Heavy Oil Reservoir Using Steam Stimulation and Steam Stimulation Plus N2and CO2

LIN Hui
(CNOOC EnerTech Drilling & Production Co.，Tianjin 300457，China)

Steam stimulation is one of the most effective means of heavy oil reservoir exploitation. Compared with steam stimulation, steam stimulation plus N2and CO2has obvious effect in productivity increasing. Under the same injection volume, the injection of steam, CO2and N2complex throughput has increased the productivity by 500 mL comparing with that of single steam stimulation. Thus, steam plus CO2and N2throughput for heavy oil reservoir exploitation has an important guiding significance.

steam stimulation；composite；productivity index

TP23

：A

：1006-8945(2016)10-0047-03

2016-09-06