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《西南石油大学》 2015年
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高倾角油藏CO_2近混相驱三次采油开发机理及矿场应用研究

张瀚奭  
【摘要】:注气提高采收率技术是三次采油的三大技术之一,C02作为一种有效的气体驱油剂,在世界范围内都显示出良好的驱油效果。同时,C02是主要温室气体之一。开展C02驱油研究,可以实现经济效益与社会效益的有机统一。本次研究的目标区块是LB油田,油藏属于高倾角低渗透油藏,注水压力高,地层能量下降较快,注水开发效果差,为此,开展了C02驱三次采油机理、控水机理及开发方案研究。目的是通过矿场实施补充地层能量,提高油藏采收率,为高倾角低渗油藏C02驱高效开发提供借鉴。研究的重点包括试验区水驱开发现状分析,地层原油高压物性及相态特征分析,C02~原油体系增溶膨胀相态配伍性研究,C02驱最小混相压力实验测试,组合长岩心物模装置C02驱油效率及控水机理研究,C02在不同矿化度地层水中溶解能力评价,饱和C02地层水贾敏效应阻水机理研究,饱和C02地层水C02脱出后微观驱替渗流特征分析。在这些研究的基础上,运用三维油藏数值模拟模型优化了CO2驱先导试验注采参数,跟踪矿场实施情况及评价效果。通过以上研究,取得以下几个方面的成果和认识:1.LB油田Es33油藏仅发育一条柏各庄断层,断层封闭性良好。断层根部油藏储层物性差,属于中低孔低渗储层,非均质性强,地层倾角大(35°-45°),注水压力高,水驱效果差,注采井网相对完善,油藏处于中含水阶段(50.07%),采出程度低(6.4%),剩余油潜力较大。油藏平均地层温度102℃,油藏断层根部原始地层压力29.5MPa,目前地层压力为24.07MPa。总体上适合实施注C02三次采油。2.原油膨胀性能中等、密度中等,原油密度随压力的降低略有降低、随温度的增加而降低,属于普通黑油。在目前地层温度和压力下注入CO2,当CO2注入量达到60%(mo1)时,地层流体饱和压力增加1.35倍,体积膨胀1.45倍,有利于增溶膨胀降粘驱油。3.通过细管实验,得到LB地层流体注C02最小混相压力为28.18MPa,目前地层压力为24.07MPa,因此在目前地层压力下C02与地层原油不能实现混相,但可以实现近混相驱替。4.组合长岩心物理模拟实验表明,在目前地层压力下C02驱与水驱相比,可提高采收率8.7%。保持较高地层压力实施C02驱能够增加C02在原油中的溶解,有利于提高驱油效率并延迟气窜。5.微观驱油实验表明,C02能够使原油体积膨胀,粘度降低,具有较强的溶解驱油能力;C02近混相驱过程中,油流主要沿连通性较好的大孔道被驱替,中小连通孔道的油也能被驱替,驱替具有不连续性。6.气柱受力分析结果表明,当孔喉半径超过3.0μm时,有效浮力大于毛管力,气体会向上运移;在远井地带,有效浮力和生产压差为同一数量级,气体上浮作用产生纵向分离效应,C02能够驱替油藏顶部剩余油,形成重力稳定驱。因此LB高倾角低渗油藏注CO2驱油机理主要是多次接触增溶膨胀降粘及重力稳定近混相驱。7.CO2在地层水中溶解能力实验观测表明,CO2在地层水中的溶解性随压力增加而增加;在细管装置中,饱和CO2的地层水在降压过程中,气体逐渐从地层水中脱出,形成两相流,贾敏效应使得岩石的渗透率明显下降;在微观模型实验中也观察到这一现象,饱和CO2地层水在压力下降过程中,C02逐渐从水中脱出,气泡汇聚到一起形成流动的气体段塞通道,在孔喉处也产生贾敏效应而增加渗流阻力。因此在CO2现场注入过程中,在注气井附近由于压力较高地层水会溶解消耗少量的CO2,采油井由于压力降落,CO2从水中脱出会导致渗流阻力增大而产生阻水控水效应。8.长岩心CO2段塞水驱实验结果表明,含水率最低处较纯水驱时下降了16.4%,采收率增加了4.7%,验证了细管装置贾敏效应实验和微观模型实验中CO2的控水机理。9.结合国内外C02驱矿场经验,提出了“混合水气交替注入联合周期生产抑制气窜”的开发模式。通过数值模拟和油藏工程研究,优化了LB油田C02驱注采参数,总结LB油田C02驱先导试验方案要点为:单井C02日注量30t/d,地层压力达28MPa以上,保证近混相;实施水气交替,单井日注水40t,1个月气和2个月水交替注入;油井实行周期生产,开2个月关1个月;油井在注水时开井生产,注气时关停;关闭4口油井,扩大注采井距,可改善注气效果;配产时见效井产量平均为注气前的1.5倍;累积C02注入量0.17HCPV,累积水注入量0.34HCPV,预计提高原油采收率5.38%,增产原油10.4×104t。10.跟踪矿场实施情况,2011年12月~2012年11月实施2口注气井,2013年5月~2015年7月,实施4口注气井,气水交替注入。累计见效油井10口,最高日产油为试验前日产油的1.38倍,计算递减增油40642t,提高采收率5.54%。综合含水40.6%,较气驱前下降9.47%。见效油井构造位置和压力监测情况分别验证了重力稳定驱和近混相驱的开发机理分析。
【关键词】:LB油田 高倾角油藏 低渗透 CO_2近混相驱 控水机理
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE357.4
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 第1章 引言11-27
  • 1.1 选题的目的和意义11
  • 1.2 国内外研究应用概况11-24
  • 1.2.1 国外CO_2驱技术应用概况11-15
  • 1.2.2 国内CO_2驱技术应用概况15-19
  • 1.2.3 CO_2驱机理研究的发展19-24
  • 1.2.4 本文研究的主要科学问题24
  • 1.3 研究内容及技术思路24-25
  • 1.3.1 主要研究内容24-25
  • 1.3.2 研究的技术路线25
  • 1.4 认识和创新点25-27
  • 1.4.1 成果和认识25
  • 1.4.2 创新点25-27
  • 第2章 LB油田水驱开发现状及CO_2驱潜力评价27-45
  • 2.1 LB油田地质特征27-37
  • 2.1.1 构造地质特征27-28
  • 2.1.2 储层地质特征28-36
  • 2.1.3 油藏工程特征36-37
  • 2.2 CO_2驱试验区的选择及先期水驱开发特征37-40
  • 2.2.1 试验区的选择37-38
  • 2.2.2 试验区先期水驱开发特征38-40
  • 2.3 CO_2三次采油潜力评价40-43
  • 2.3.1 软件法潜力评价40-42
  • 2.3.2 公式法潜力评价42-43
  • 2.3.3 数值模拟法潜力评价43
  • 2.3.4 三种方法的平均结果43
  • 2.4 小结43-45
  • 第3章 LB油田高倾角低渗油藏CO_2驱开发机理研究45-81
  • 3.1 地层原油高压物性及相态特征45-55
  • 3.1.1 实验仪器及实验流程45-46
  • 3.1.2 单次闪蒸实验46-47
  • 3.1.3 单次脱气实验47-48
  • 3.1.4 等组成膨胀实验48-50
  • 3.1.5 地层流体相图50
  • 3.1.6 多次脱气实验50-55
  • 3.2 地层流体注CO_2膨胀实验研究55-58
  • 3.3 地层流体注CO_2拟三元相图58-59
  • 3.4 CO_2驱油最小混相压力实验分析59-64
  • 3.4.1 最小混相压力实验测试59-62
  • 3.4.2 最小混相压力实验结果及分析62-64
  • 3.5 组合长岩心CO_2驱油效率分析64-70
  • 3.5.1 实验设备及流程64-65
  • 3.5.2 长岩心的准备和排序65-66
  • 3.5.3 长岩心驱替实验模拟66-70
  • 3.6 不含水状态下CO_2微观驱油渗流特征70-78
  • 3.6.1 实验准备70-72
  • 3.6.2 不含水状态下CO_2微观驱油特征72-74
  • 3.6.3 水驱后CO_2微观驱油特征74-76
  • 3.6.4 近混相、混相状态下CO_2微观驱油特征76-78
  • 3.7 高倾角油藏重力稳定驱机理分析78-79
  • 3.8 小结79-81
  • 第4章 LB油田CO_2驱控水机理研究81-91
  • 4.1 CO_2在不同矿化度地层水中的溶解能力81-85
  • 4.1.1 单次闪蒸实验81-83
  • 4.1.2 PV关系实验83-85
  • 4.2 饱和CO_2地层水贾敏效应分析85-87
  • 4.2.1 实验准备85
  • 4.2.2 饱和CO_2地层水微观流动特征85-86
  • 4.2.3 饱和CO_2地层水贾敏效应86-87
  • 4.3 饱和CO_2地层水CO_2析出后微观驱替渗流特征87-89
  • 4.4 长岩心控水机理物模实验89-90
  • 4.5 小结90-91
  • 第5章 LB油田CO_2驱先导试验方案设计91-124
  • 5.1 三维地质建模及历史拟合91-94
  • 5.2 CO_2驱开发模式94-95
  • 5.3 井距井网95-97
  • 5.3.1 合理井距95-96
  • 5.3.2 合理井网96-97
  • 5.4 单井合理注入量97-99
  • 5.5 单井合理产量99-105
  • 5.5.1 理论分析99-103
  • 5.5.2 实例验证103-105
  • 5.6 水气交替注入设计105-107
  • 5.7 油井周期生产设计107-113
  • 5.7.1 油井周期生产的影响107-109
  • 5.7.2 油井周期生产设计109-113
  • 5.8 累积注气量确定113-114
  • 5.9 先导试验方案要点及开发指标预测114-117
  • 5.10 防气窜泡沫体系研究117-118
  • 5.11 方案实施效果跟踪118-122
  • 5.12 小结122-124
  • 第6章 结论及建议124-126
  • 6.1 结论124-125
  • 6.2 建议125-126
  • 第7章 致谢126-127
  • 第8章 参考文献127-135
  • 第9章 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果135

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