原油间油气相渗实验.pdf

2 0 1 5年 l 2月 第 3 4卷第 6期 大庆石油地质与开发 Pe t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i ng De c ．， 2 01 5 Vo 1 ． 3 4 No ． 6 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 3 7 5 4 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 2 0 低渗油藏 C O2 ／ 原 油及 N2 ／ 原油 间油气 相渗 实验 王锐 吕成远 ， 伦增珉 ， 赵淑 霞 ， 王 海涛 ， 1 ．中国石油化工集 团公 司海相油气藏开发重点实验室 ，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．中国石化石油勘探开发研究院采收率所 ，北京1 0 0 0 8 3 摘要C O 驱以其良好的注入性和驱油效果成为低渗透油藏有效提高采收率方法。油气相渗曲线是研究 C O ， 驱 油效果的关键参数。通过非稳态油气相渗实验及 J B N方法，分别进行 了 C O ／ 原油、N ／ 原油的油气相对渗透率 实验，并从气测渗透率、黏度、界面张力等分析了2 种气体相渗曲线的差异。研究结果表明C O ， 驱过程中的油 气相渗曲线的两相共渗区要明显宽于 N 驱 ，且残余油饱和度小于 N 驱 ；随着含气饱和度的升高和含油饱和度 的降低，C O 与 N 的油相相渗比值急剧增大 ，气相相渗 比值缓慢上升；相比于 N ，C O 气测渗透率较大、黏度 和油气界面张力较低，低渗透油藏中C O 的渗流能力强于 N 。 关键词C O ；N ；油气相渗；渗透率；界面张力 中图分类号T E 3 5 7 ． 4 6 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 5 O 6 ． O l 1 4 ． O 4 EXPERI M ENTS oN CO2 ／oI L AND N2 ／oI L RELATI VE PERM EABI LI TY CURVES F OR LoW PERM EABI LI TY RES ERVoI RS WAN G Ru i ，L 0 C h e n g y u a n ，L UN Z e n g mi n ，Z HAO S h u x i a -WAN G Ha i t a o - 1 ． S i n o p e c K e y L a b o r a t o r y o f Ma r i n e O i l G a s R e s e r v o i r s P r o d u c t i o n ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a； 2 ． S i n o p e c E x p l o r a t i o nP r o d u c t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t s D u e t o t h e b e t t e r i n j e c t i v i t y a n d d i s p l a c e m e n t e f f e c t s ，C O 2 fl o o d i n g h a s b e c o m e o n e o f t h e e f f e c t i v e EOR me t h o ds f o r l o w- p e r me a b i l i t y r e s e r v o i r s ．Oi l - g a s r e l a t i v e p e r me a b i l i t y c ur v e i s t h e c r u c i a l p a r a me t e r t o e v a l ua t e t h e e f f e c t s ． Wi t h t h e h e l p o f u n s t e a d y o i l g a s r e l a t i v e p e rm e a b i l i t y a n d J B N me t h o d，t h e e x p e rime n t s o n C O2 ／ o i l a nd N2 ／o i l r e l a t i v e pe rm e a b i l i t y a r e ma d e t o a na l y z e t h e d i f f e r e nc e b e t we e n t he t wo g a s e s i n t he r e l a t i v e pe r me a b i l i - t y c u r v e s f r o m t h e p e r s p e c t i v e s o f t h e g a s me a s u r e d p e r me a bi l i t y，v i s c o s i t y，i n t e r f a c i a l t e n s i o n a n d S O o n．Th e r e s u h s s h o w t h a t t w o p h a s e C O - fl o w z o n e o f t h e CO 2 fl o o d i n g i s wi d e r t h a n t h a t o f N2 f l o o d i n g ，a n d mo r e o v e r t h e r e s i d u a l o i l s a t u r a t i o n o f t h e CO2 flo o di ng i s p r e t t y l e s s ；wi t h t h e r i s e o f t h e g a s s a t ur a t i o n a n d d r o p o f t h e o i l s a t u r a t i o n， t h e o i l p h a s e p e r me a b i l i t y r a t i o s o f t h e CO2 a nd N2 i n c r e a s e r a p i d l y，wh i l e t h e o n e o f t h e g a s p ha s e ris e s s l o wl y； c o mpa r i ng wi t h t he N2 ，t h e g a s me a s u r e d p e r me a b i l i t y o f t h e CO2 i s r a t h e r b i g g e r ，t he v i s c o s i t y a nd i n t e r f a c i a l t e n s i o n a r e p r e t t y l o we r ，S O t h e CO2 fl o w i s mu c h b e t t e r t h a n t h a t o f t h e N2 i n l o w p e rm e a b i l i t y o i l r e s e r v o i r s ． Ke y wo r d s CO2；N2；o i l - g a s r e l a t i v e p e rm e a b i l i t y；p e rm e a b i l i t y；i n t e r f a c i a l t e ns i o n 收稿 日期 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 4 改回 日期 2 0 1 5 ． 0 4 ． 1 2 基金项目国家 8 6 3 项 目 “ 二氧化碳提高石油采收率与封存关键技术研究” 2 0 0 9 A A 0 6 3 4 0 6 。 作者简介王锐，男，1 9 8 1 年生，博士，现从事低渗透油藏提高采收率技术研究。 E ma i l wa n g r u i 2 0 0 9 ． s y k y s i n o p e c ． t o m 第 3 4卷第 6期 王锐等 低渗油藏 c O ／ 原油及 N ／ 原油间油气相渗实验 l 1 5 大量 的研究结果 和矿场试验表 明 ，气驱是低 渗透油 藏 提 高 原 油 采 收率 的有 效 方 法 之 一 。 C O ， 作为一种 良好 的驱油剂 ，是应用最为广泛的气 驱技术之一。与 N 驱相 比，C O 在油藏流体 中具 有更 高的溶解度 ，可以使原油体积膨胀倍数较大 ， 并能显著降低原油黏度和界面张力 ，同时具有 比较 有利 的流动条件 ，这些作用 机理共 同导致 C O 驱 油效果要远 远优于 N ，驱_ 5 ] 。作为反 映油藏流体 多相渗流特征和驱油效果 的关键参数 ，国内外学者 对 C O ， 驱过程 中的相对渗透率 曲线 进行 了大量 的 研究。随着温度和压力的增大，气液间的界面张力 降低，残余 液相 饱 和度 和端 点值气 相相 渗增 大 。岩心相对渗透率 曲线测试和微管 中流动能 力测试结果表 明，C O 的渗 流能力要 强 于 N 。 由于 N 与原 油问的相互作用较 弱 ，将 N 作为基 准 ，比较 N ／ 油相 、C O ／ 油相的油气相渗 的差异 ， 发现 c 0 ／ 原 油的油相 相渗 明显 高于 N 。 ／ 原 油 。 将 N 作为参照基准， 研究 C O 驱过程中的相对渗 透率 ，对于认清油气相渗变化规律提供了依据。从 实验的角度出发 ，开展了 2种气体注入过程中油气 相渗 曲线测试 ，明确了相渗曲线差异的影响因素及 变化规律 。 1 N 2 ／ 原 油、C O2 ／ 原 油油气 相对渗 透 率 曲线测试 1 ． 1实验装置及方法 本实验是在高温高压油水相对渗透率仪进行流 程改进设计实现的 ，主要是在出口加上回压阀及气 体流量计 ， 该流程主要包括注入系统、恒温系统、 回压系统、计量 系统 等 1 4 q s ] 。运用上述 实验装置 ， 采用非稳态相对渗透率法 ，分别对 2组岩心进行抽 真空 、饱 和水 、油 驱水 、测定 油相渗 透 率、气 驱 油 、测定残余油饱和度状态下 的气相相渗 等实验 。 然后运用非稳态 J B N方法进行 油气 相对渗透率计 算 ，获得 C O ／ 原油、N ／ 原油间的油气相对渗透率 曲线 。 1 ． 2 N2 与 C O 驱过程中油气相渗曲线测定 选取 2块 渗透 率 接 近 的岩 心，岩 心直 径 为 2 ． 5 4 c m，长度为 1 1 c m，水测渗透率为 1 ． 4 1 0 m 。实验压力为 1 ． 0 MP a ，温度 9 7℃。分别进行 C O ／ 原油、N ／ 原油的油气相对渗透率测试。并将 相渗 曲线归一化处理 ，比较 N ／ 原油 、C O ／ 原油间 相对渗透率 比值 ，结果如 图 1 、图 2所示。 j 四 褂 蝌 靛 含 油饱和度／ ％ 图1 C 0 2 ／ N 2 油相相渗比值 F i g． 1 Re l a t i v e p e r me a b i l i t y r a t i o s b e t we e n CO2 ／ N2 a nd t he o i l 含气饱和 度／ ％ 图2 C O ／ N 气相相渗比值 F i g． 2 Re l a t i v e p e r me a b i l i t y r a t i o s b e t we e n CO2 ／ N2 a n d t h e g a s 从图 1和 图 2可知 ，在 含油 饱 和度 较 高时 C O ／ N 油相相渗 比值较低 ，当含油饱和度降低时 ， 比值急剧增大。在含气饱和度较低时 C O ／ N 气相 相渗比值较低 ，随着含气饱和度 的增大 ，气相相对 渗透率 比值缓慢增大。显然 ，与 N ／ 油相油气相渗 相比，C O 驱过程中的残余油饱和度明显偏低，即 两相相渗区变宽；在相同含气油饱和度下，油气相 对渗透率值均变大。C O ／ 原油两相 的渗流能力均 强 于 N ， ／ 原 油 。 2 C O 及 N 与原油相互作用及 其对 相 渗 曲线的影响 为了明确 N ／ 原油、C O ／ 原油间油气相对渗透 率差异的原因，分别从 2种气体渗透率测定 、气体 黏度的影响、油气界面张力等角度分析气体与原油 间的相互作用及其对油气相对渗透率曲线的影响。 2 ． 1气测渗透率差异 选用一系列岩心 ，运用 C MS 3 0 0覆压孑 L 渗 自动 测试系统 进行 C O 和 N 条件下 的 岩心渗透 率测 量 1 9 - 2 2 ] ，结果如图 3所示。 加 8 4 O 丑料犟 f 斑靛 曩 1 1 6 大庆石 油地 质与开发 料 避 一 餍 1 ． 4 岩 心渗透率／ 1 0 ～u 图3 C 0 ／ N 2 测得岩 心渗透率 比值 F i g ． 3 Co r e p e r me a b i l i t y r a t i o s m e a s u r e d b y CO a n dN2 从 图 3中可知 ，在相 同条件下 ，运用 2种气 体测得的岩心渗透率存在一定的差异 。随着渗透率 的降低 ，C O 测得 的渗透率与 N 测得 的渗 透率 比 值越大 ，表明在低渗透岩心 中，C O 与 N 测得渗 透率 的差异越 明显 ，且 C O 的渗流能力要 远远强 于 N2 。 2 ． 2气体黏度的影响 为了分析黏度对相渗的影 响，运用 G C V M1 0 0 0 型高压毛细管黏度计测试不 同压力下 C O 与 N 。 两 种气体的黏度，该黏度计能够精确测量高温高压下 的气体黏度 。实验温度 9 7 C条件 下 ，结 果如 图 4 所示 2 2 21 2 0 1 9 1 8 压 力／ MP a 图4不同压力“ ] z OO 2 ／ N 2 黏度的对 比 F i g． 4 Co n t r a s t o f CO2 ／ N 2 v i s c os i t i e s a t di f f e r e nt pr es s ur es 从图 4中可知 ，在实验压力范 围内 ，随着压 力 的增大 ，2种气体 黏度均存在不 同程度的增大 ， 但 N 的黏度仍高于 C O 。结合气测渗透率实验结 果分析 ，C O 测得 的渗透率要高于 N ，而 C O 的 黏度要低于 N 。显然 ，C O 的流度要远远大于 N ， 同样也表明 C O 的渗流能力要强于 N 。 2 ． 3油气界面张力影响 为了分析 C O ， ／ 原油、N 2 ／ 原油间界面张力 的差 异 ，运用 H T H P I F T 1 0 0 0型高温高压界面张力仪进 行实验_ 2 孓 ，该界面 张力仪能够测 量高温 高压下 的气液界面张力。实验温度 9 7℃条件下 ，结果如 图 5所示 吕 Z 吕 V ＼ 幢 压 力／ MPa 图5 不 同 压 力 下C 0 2 ／ 原 油 与N 2 ／ 原 油 界 面 张 力 对 比 Fi g ． 5 Co n t r a s t o ft h e i n t e r f a c i a l t e n s i o n s b e t we e n CO2 ／ N2 a n d t he o i l a t d i f f e r e n t p r e s s u r e s 从 图 5中可 以 看 到 ，在 实 验 压 力 范 围 内 ， C O ／ 原油 间界面张力 值要小 于 N ／ 原油界 面张力 值 ，且随着体系压力的增大 ，C O ／ 原油与 N ／ 原油 间的界面张力值均降低。显然，在油气渗流过程 中 ，C O 和 N 均为非润湿相 ，油气界面张力引起 的毛细管压力为渗流的阻力 ，C O 驱过程 中的渗 流 阻力要小 于 N ，从 而 导致 C O 的渗 流能 力 强 于 N2 。 综上所述 ，C O 驱或 N 驱过程 中的油气相对 渗透率与 2种气体的性质 以及与原油间的相互作用 有关 。在相 同条件下 ，C O 测得的渗透率大于 N ， 且其黏度要 小于 N ，使得 C O 的流度要 大于 N ， 进而导致油藏条件下 C O ／ 原油 的气相相对渗透 率 要高于 N ／ 原油 的。另外 ，C O ／ 原油间的界面张力 小于 N ／ 原油间的，导致 C O 驱替过程 中的油相渗 流阻力减小 ，油相相渗显著提升 。相 比于 N 来说 ， C O ， 与原油的相互作用更强 ，使得油气两相的渗流 能力得到有效改善，两相渗流共渗区变宽，残余油 饱 和度降低 ，驱油效率显著提高。 3结 论 1 低 渗透 油 藏 中，相 比于 N ／ 原 油 体 系 ， 第 3 4卷第 6期 王锐等 低渗油藏 C O ／ 原油及 N ／ 原油问油气相渗实验 1 1 7 C O ／ 原油的油气两相 相对渗透率 曲线 表现为残余 油饱和度较 低 ，两相 共渗 区较 宽 ，油 气相渗值较 大 。 2 在含油饱和度较高 、含气饱 和度较低 时， C O 与 N 的油相相对渗透率 比值 和气相相对渗透 率比值均较低 。当含气饱和度增大 ，含油饱和度降 低时 ，油相相渗 比值急剧增大 ，气相相渗 比值缓慢 增大。 3 C O 气测渗透率较大 、C O 黏度和油气界 面张力较低 ，导致 了低渗透油藏 中 C O 的渗流能 力强于 N ， 。 参考文献 [ 1 ]曹学 良，郭平 ，杨 学峰 ，等 ．低 渗透油藏注气提高采收率前景 分析 [ J ]．天然气工业 ，2 0 0 6， 2 6 3 1 0 0 1 0 2 ． [ 2 ]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 ， 2 0 0 6 ，2 6 1 2 3 0 ． 3 4 ． [ 3 ]郭平 ， 李苗 ．低渗透砂岩油藏注 C O 2混相条 件研究[ J ]．石 油与 天然气地质 ， 2 0 0 7 ， 2 8 5 6 8 7 - 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