Effect of stress sensitivity on displacement efficiency in CO2 flooding for fractured low permeability reservoirs

Carbon dioxide flooding is an effective means of enhanced oil recovery for low permeability reservoirs. If fractures are present in the reservoir, CO2 may flow along the fractures, resulting in low gas displacement efficiency. Reservoir pore pressure will fluctuate to some extent during a CO2 flood, causing a change in effective confining pressure. The result is rock deformation and a reduction in permeability with the reduction in fracture permeability, causing increased flow resistance in the fracture space. Simultaneously, gas cross flowing along the fractures is partially restrained. In this work, the effect of stress changes on permeability was studied through a series of flow experiments. The change in the flowrate distribution in a matrix block and contained fracture with an increase in effective pressure were analyzed. The results lead to an implicit comparison which shows that permeability of fractured core decreases sharply with an increase in effective confining pressure. The fracture flowrate ratio declines and the matrix flowrate ratio increases. Fracture flow will partially divert to the matrix block with the increase in effective confining pressure, improving gas displacement efficiency.     

渗透率及压力对低渗油藏CO2驱油效率的影响

注CO2开发油气田是一种有效提高油气采收率的技术手段,但由于CO2区油成本较高,分析储层是否适合注CO2,其驱油方式的可行性研究至关重要。地层渗透率和压力保持水平对CO2驱油效率影响较大,因此,通过室内长岩心物理模拟实验,研究了在不同渗透率和压力保持水平条件下CO2驱油效率、驱替压差及气体突破时机的变化情况。结果表明：驱替过程中驱替压差随渗透率的降低而增大,驱油效率和气体突破时间也都随渗透率降低而增大;随压力保持水平升高,CO2突破时间越长,驱油效率也越高。     

裂缝性致密油藏超临界CO2泡沫驱规律实验研究

超临界CO2泡沫可以有效降低CO2流度,提高封堵强度,抑制CO2在裂缝性致密油藏岩心中的窜流。在接近油藏条件下对8种起泡剂进行评价,优选出稳定性最好的起泡剂;研究不同气液比、裂缝开度及注入方式下超临界CO2泡沫的岩心渗流特征,分析水驱和气驱后超临界CO2泡沫驱油规律。结果表明:质量分数为0.5%时,起泡剂HY-2稳定性最好;气液比为1.0时对裂缝性致密岩心封堵效果最好,对裂缝开度在39.80~82.67μm时有较好的适应性,气液同时注入更有利于提高超临界CO2泡沫封堵效果,在水驱或气驱基础上,超临界CO2泡沫驱可使采收率提高20%以上。因此,一定条件下的超临界CO2泡沫驱对裂缝性致密油藏提高采收率有显著效果。     

N2对非纯CO2驱油效果的影响

N2是驱油用CO2中常见的杂质气体,N2的存在会影响最小混相压力（MMP）和CO2驱的效果.采用延长油田原油和岩心进行了细管实验和岩心驱替实验,注入4种摩尔分数分别为0,5％,10％,15％的N2与CO2混合气体,根据细管实验确定MMP;采用高于纯CO2的MMP 20％的压力和等于MMP 50％的压力进行岩心驱替实验.细管实验结果表明,N2的存在会显著增大MMP,CO2中含摩尔分数5％的N2会使MMP增大29.34％,10％会使MMP增大64.07％;岩心驱替实验表明,N2的混入对CO2驱产生了不利影响.对于CO2混相驱,N2的摩尔分数越高,采收率的提高值越低,N2的摩尔分数对非混相CO2驱的影响较小.     

低渗透油藏CO2驱油数值模拟方法与应用

为弄清正理庄油田樊142块CO2驱油前缘特征和驱油效果,开展CO2驱油数值模拟方法和采油井开井顺序研究。利用多相渗流理论和数值求解技术,研制全隐式CO2驱油油藏数值模拟器。运用地质和生产资料分析和数值模拟相结合的手段,研究了压力恢复阶段连续注入CO2油层中CO2的分布和前缘推进情况。发现CO2前缘存在明显指进,注入2 a后,前缘已到达樊142-6-2井,前缘距樊142-6-3井和樊141-1-1井的最短距离分别为52和45 m。低压区的樊142-8-3和樊142-7-3井先开井,生产1 a后其余4口井再开井生产为最佳方案,该方案比同时开井累积生产5 a的采收率高1.34%,增产油量为5 407 t。通过采出程度、CO2埋存率和换油率对比可以看出开井顺序对驱油效果影响显著。     

低渗透油藏CO_2驱微观波及特征

基于两相驱油机理,文中建立了考虑扩散的微观两相渗流数学方程,采用二维从简单到复杂的孔隙喉道模型,分析了均匀、非均匀孔隙喉道不考虑对流扩散和非均匀孔隙喉道考虑对流扩散条件下的微观波及特征,总结了微观剩余油模式以及润湿性对微观波及效率的影响,进一步认识了CO2在低渗透油藏中的微观渗流规律。研究结果表明:对流扩散提高了CO2驱微观波及体积;孔隙喉道内部剩余油分布模式主要为柱状、楔形和膜状;随着润湿角的增加,微观波及体积明显降低,因而可以通过改变储层润湿性来提高低渗透储层微观波及体积。     

低渗透油藏CO2驱试井解释方法

针对低渗透油藏CO2驱试井解释方法不明晰的问题,基于多区复合模型渗流理论,考虑低渗透油藏存在启动压力梯度与压力敏感以及CO2驱替过程中流体性质变化的特点,建立低渗透油藏CO2驱试井解释改进模型,并运用数值差分方法进行求解。同时,综合SPSA优化搜索算法对压力曲线和压力导数曲线同时进行拟合,最终形成一套低渗透油藏CO2驱试井曲线自动拟合与参数解释方法。对矿场实际试井曲线解释参数变化规律进行分析,结果表明:考虑低渗透油藏特性对储层渗透率解释值有较大影响,优化后渗透率解释值比初始解释值增加了37.97%;而导压系数、压缩系数变化指数等相关参数解释值受流体分布非均质性影响程度较强,分别较初始解释值降低了16.94%和21.97%。矿场实际数据的应用效果显示,提出的试井解释方法可操作性强,适用性较好。     

低渗透油藏CO2驱注入时机研究

根据吉林油田某区块的油藏条件,运用数值模拟软件,研究CO2不同注入方式下的驱油效果。数模结果显示,与水驱和连续注气方式相比,交替驱能大幅提高原油采收率。衰竭开采后进行气水交替驱时,随着注入时机的推迟,采收率先是快速增加,然后逐渐降低,不过采收率变化幅度较小。注水开发后进行气水交替驱时,随着注入时机的推迟,采收率先是快速降低,然后逐渐增加,采收率降低幅度较大。注水开发后,经过一段时间焖井,再进行气水交替驱,焖井时间与采收率关系比较复杂,最佳焖井时间可以通过数值模拟得到。     

低渗透裂缝性储层应力敏感性评价

以松辽盆地长岭凹陷腰英台油田低渗透裂缝性储层岩心为研究对象,进行了不同净围压下的应力敏感性试验,得出了该储层的临界应力值及净围压的伤害率。试验结果表明,在低渗透裂缝性多孔介质中,不同性质流体的渗透率随净围压的变化十分明显,而且其渗透率损失是不可逆的。根据试验结果有针对性地优化了压裂工艺参数及泵注程序,使得该区块压裂改造的成功率由2004年的70%提高到90%,目前已累积增产原油达1.0×104t。因此,在裂缝性低渗透储层的改造开发中应充分考虑应力敏感特性对压裂工艺和生产动态的影响,以提高该类储层的增产效果。     

低渗透油藏CO2驱气窜通道识别方法

低渗透油藏CO2驱开发过程中,面临的最大问题是容易发生气窜。针对目前尚无定量的气窜识别标准,以及现有的气窜通道体积计算方法实用性较差等问题,通过分析产出气中CO2含量的动态变化特征,将气窜类型划分为明显气窜和微弱气窜两大类,明确了见气时间确定方法,建立了气窜识别判断标准。在此基础上,利用物质守恒原理分别计算注入端和产出端的气窜通道体积,并借助气窜通道体积交会图实现对气窜通道体积的校正,从而消除单井产液比例系数或井网形状因子对气窜通道体积计算结果的影响。通过对实际气窜单井的分析和计算表明,该方法具有较强的操作性和实用性,一方面实现了对气窜类型和气窜程度的定性评价,另一方面实现了对气窜通道体积和气窜通道横截面积的定量计算,为后期合理设计封堵措施和堵剂用量提供理论依据。     

非均质多层储层中CO2驱替方式对驱油效果及储层伤害的影响

低渗透油藏注CO₂开发过程中沥青质沉淀和CO₂-地层水-岩石相互作用引起的储层堵塞加剧了非均质多层砂岩储层中驱替特征的复杂性，影响CO₂和CO₂-水交替驱（CO₂-WAG）驱油过程中流体在储层中的渗流和最终的原油采收率。研究中的CO₂和CO₂-WAG驱油实验是在混相条件下（70℃、18 MPa）模拟的具有相似物性的多层储层系统中进行的，从油气产量、剩余油分布和渗透率损害3方面评价了两种驱替方式。实验结果表明，CO₂驱后整个系统的采收率较低，产油主要来自高渗透层，剩余油分布在中、低渗透层。CO₂-WAG驱过程中CO₂突破时间较晚，整个系统的原油采收率显著改善。此外，CO₂驱后高渗透层的渗透率下降了16.1%，95.1%的下降幅度是由沥青质沉淀引起。在CO₂-WAG驱后，各层的渗透率下降幅度分别为29.4%、16.8%和6.9%，沥青质沉淀仍是主要因素，且引起的储层堵塞更严重，但高渗透层中CO₂-地层水-岩石相互作用引起的渗透率下降不容忽视，占20.7%的因素。因此，对于具有强非均质性的多层储层，CO₂-WAG具有更好的驱油效果，但是对沥青质沉淀的预防和控制措施是必要的。     

非均质油藏化学驱波及效率和驱替效率的作用

利用我国自行研制的ASP数值模拟软件及正韵律二维剖面地质模型,分别模拟了水驱、聚合物驱、三元复合驱的驱油过程,分层计算了采收率、剩余油饱和度、波及效率和驱替效率,进行了指标对比.研究结果表明,对于非均质性严重的油藏,不同层段的波及效率和驱替效率所起的作用不同.在高渗透层段,以提高驱替效率为主;在低渗透层段,以提高波及效率为主;在中等渗透层段,提高波及效率和提高驱替效率作用相当.由于水驱后,剩余油大部分集中在上部,低渗透层段是提高采收率的主要潜力层段,提高上部低渗透层段的波及效率对于提高总体采收率具有重要的作用.对于非均质性严重的油藏,先调剖再注三元复合体系段塞,这是提高化学驱油效果的重要途径.     

低渗透油藏CO2驱提高采收率技术进展及展望

CO2驱技术可以提高低渗透油藏采收率和实现CO2地质封存,在中国具有广阔的应用前景。针对中国陆相低渗透油藏复杂的地质和开发特征,系统阐述了中国石化CO2驱油理论、油藏工程优化设计、注采工程及防腐工艺、产出CO2回收利用等技术进展及矿场试验情况。分析了低渗透油藏CO2驱技术面临的挑战和技术需求,从低成本CO2捕集、输送、降低混相压力,改善CO2驱开发效果、埋存优化及监测技术和超临界CO2压裂技术等方面提出了加快CO2驱技术发展的建议。对于推动CO2驱油和埋存技术发展,提高低渗透油藏储量动用率和采收率、保障国家能源供应和低碳减排具有重要意义。     

非离子低分子表面活性剂优选及驱油效率研究

目前国内外对低渗透油藏开发的主要趋势为注气开发,又以CO2混相驱居多。我国低渗油藏以陆上沉积为主,储量大且非均质性严重,油质较重黏度高一般不易达到CO2混相。为了降低驱油混相压力,在尽量少增加成本的情况下提高驱油效率,找到了一类不溶于水但溶于超临界CO2及原油中的非离子低分子表面活性剂,通过研制复配及溶解性与降黏评价实验,找到了2种表活剂CAE、CAF。以细管实验为载体,采用高温高压配样器配置地层油进行驱油效率评价,筛选确定了一种表活剂CAE。进行溶解式驱替及段塞式驱替以确定表活剂CAE的最佳注入方式;进行不同浓度的驱替实验确定表活剂CAE的最佳注入浓度。研究表明:段塞式驱替为该活性剂的最佳注入方式,最佳浓度为0.2%;表活剂CAE在最佳驱替方式下与纯CO2相比可以提高驱油效率约13.13百分点。该研究为国内低渗透油藏相对有效地降低混相压力、提高驱油效率找到了途径,是我国低渗油藏注气开发研究中值得探索和尝试的方法之一。     

渤南油田义34块特低渗透油藏二氧化碳混相驱实验

特低渗透油藏物性差,注水开发见效难,为了探索合理的开发方式,采用渤南油田义34块特低渗透油藏地层原油,进行了二氧化碳(CO2)混相驱实验研究.通过细管实验确定了CO2驱的最小混相压力,采用长岩心物理模型对完全水驱、完全水驱后持续CO2混相驱及初始持续CO2混相驱3种方式的驱替效果进行了实验研究.结果表明,该油藏最小混相压力为30.76 MPa,在目前地层温度和压力下,3种驱替方式下的最终采收率分别为42.15%,75.0%和69.21%.研究表明,CO2混相驱油可以获得比水驱更高的原油采收率,应尽早在渤南油田义34块油藏开展CO2混相驱矿场试验.     

Profile improvement during CO2 flooding in ultra-low permeability reservoirs

Gas flooding such as CO2 flooding may be effectively applied to ultra-low permeability reservoirs, but gas channeling is inevitable due to low viscosity and high mobility of gas and formation heterogeneity. In order to mitigate or prevent gas channeling, ethylenediamine is chosen for permeability profile control. The reaction mechanism of ethylenediamine with CO2, injection performance, swept volume, and enhanced oil recovery were systematically evaluated. The reaction product of ethylenediamine and CO2 was a white solid or a light yellow viscous liquid, which would mitigate or prevent gas channeling. Also, ethylenediamine could be easily injected into ultra-low permeability cores at high temperature with protective ethanol slugs. The core was swept by injection of 0.3 PV ethylenediamine. Oil displacement tests performed on heterogeneous models with closed fractures, oil recovery was significantly enhanced with injection of ethylenediamine. Experimental results showed that using ethylenediamine to plug high permeability layers would provide a new research idea for the gas injection in fractured, heterogeneous and ultra-low permeability reservoirs. This technology has the potential to be widely applied in oilfields.     

利用试井技术确定低渗透油藏CO2驱替前缘的方法

为了认识CO2驱替过程中压力响应特征,确定驱替前缘位置,进行了CO2驱替前缘试井解释方法研究。考虑CO2驱油机理、低渗透油藏启动压力梯度、储层非均质性等因素的影响,建立了低渗透油藏多组分CO2驱试井模型。采用非结构化网格进行网格剖分,基于有限体积方法,利用牛顿迭代进行全隐式求解。根据流动形态特征,将试井曲线划分为井筒存储段、过渡段、CO2区平面径向流动段、CO2波及区流动段和CO2未波及区流动段等5个主要阶段。通过追踪流体性质变化对试井曲线的影响,进一步研究了CO2浓度变化对压力的影响,建立了驱替前缘确定方法。矿场应用实践表明,该方法可分析CO2驱替前缘位置,预测前缘推进状况,为认识低渗透油藏CO2驱开发规律和优化开发方案提供了有效手段。     

化学驱波及效率和驱替效率的影响因素研究

在对一个非均质程度严重的油藏进行波及效率和驱替效率定量描述的基础上,利用我国自行研制的ASP数值模拟软件,建立了一系列正韵律二维剖面地质模型,对比研究不同的油藏非均质性对化学驱波及效率和驱替效率的影响.在渗透率层间级差相同的情况下,高渗透层厚度与总厚度的比例不同,聚合物驱和三元复合驱的驱油效果不同;分析研究了重力作用对三元复合驱驱油效果的影响,并提出注采井距的缩小会削弱重力作用的影响.研究表明,地质模型不同,化学驱驱油效果的差异很大.对三元复合驱和聚合物驱进行油藏适应性研究,对提高水驱后采收率有着十分重要的意义.图3表2参7     

化学驱波及效率和驱替效率的影响因素研究

在对一个非均质程度严重的油藏进行波及效率和驱替效率定量描述的基础上,利用我国自行研制的ASP数值模拟软件,建立了一系列正韵律二维剖面地质模型,对比研究不同的油藏非均质性对化学驱波及效率和驱替效率的影响。在渗透率层间级差相同的情况下,高渗透层厚度与总厚度的比例不同,聚合物驱和三元复合驱的驱油效果不同;分析研究了重力作用对三元复合驱驱油效果的影响,并提出注采井距的缩小会削弱重力作用的影响。研究表明,地质模型不同,化学驱驱油效果的差异很大。对三元复合驱和聚合物驱进行油藏适应性研究,对提高水驱后采收率有着十分重要的意义。图3表2参7     

低渗油藏CO2混相驱启动压力梯度实验研究

低渗透油藏开发过程中存在启动压力梯度,CO₂混相驱过程复杂,需要进行深入研究。将CO₂混相驱过程分为原始油相带、注气前缘带、混相油带和注气后缘带,主要采取短岩心驱替实验测定启动压力梯度。研究表明,低渗透岩心的压力梯度与流量关系图都呈凹型分布,存在非线性流动和线性流动。启动压力梯度的主要影响因素有流体粘度、有效渗透率、流体密度和气油比等。启动压力梯度与岩心渗透率成幂函数变化,指数为-0.482。