縫洞型油藏不同注入氣體最小混相壓力計算方法

朱桂良，劉中春，宋傳真，張 慧

(中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083)

0 引 言

塔河油田縫洞型油藏經過彈性能開發、底水能量開發、注水開發， 2012年開始轉為注氣吞吐及氮氣驅替開發，取得較好效果，但對于注氣機理的研究處于初級階段，注入氣發生混相的機理尚不明確[1-15]。部分學者對常規砂巖油藏的最小混相壓力進行了研究，提出了關于最小混相壓力的計算公式[16-20]，但塔河油田油品性質差異大，稀油和稠油均有分布，上述公式并不適用。因此，基于室內實驗，研究塔河油田特定油品在不同注入氣體情況下的混相情況，并建立塔河油田不同油品性質、不同注入氣體的最小混相壓力計算公式。

1 最小混相壓力測試

1.1 測試方法

目前確定最小混相壓力的方法主要有實驗測定法、數值模擬法和經驗公式法等。細管實驗是研究油藏注氣混相條件的重要手段，目前已經成為行業內公認的測定氣驅最小混相壓力的通用方法。設計制作了細管實驗裝置，主要包括注入系統、細管模型、回壓調節器、壓力監測系統、溫度控制系統、產出油(氣)計量系統。實驗裝置最大工作壓力為80 MPa，最高工作溫度為180 ℃。細管實驗的主體是一根內部裝填石英砂或玻璃珠的耐高溫耐高壓不銹鋼盤管，放置于恒溫空氣浴中。高溫高壓條件下，注入氣驅替細管模型中的地層原油，在過渡帶中注入氣與地層原油發生組分交換。在合適的壓力條件下，注入氣與原油達到多次接觸動態混相，該過程與油層中發生的氣驅油過程相似，從而可以確定最小混相壓力。

1.2 實驗材料

實驗用原油為在塔河油田獲取的4種油樣，其中，2種為稀油，2種為稠油，具體原油性質見表1。油田現場注氣主要采用CO2或N2，結合塔河油田實際生產情況，研究了注入氣體為N2、N2+ CO2復合氣(N2與CO2的含量比分別為80∶20、50∶50、30∶70)及CO2與原油的最小混相壓力。

表1 塔河油田4種取樣原油參數

2 實驗結果分析

2.1 最小混相壓力確定準則

細管實驗判斷混相的通用準則為：注入1.2倍孔隙體積氣體時的驅油效率(原油采出程度)大于90%，且隨著驅替壓力的升高，驅油效率沒有明顯增加?；诖?，利用實驗測得4種油樣在5種注入氣達到1.2倍孔隙體積時的驅油效率，繪制不同壓力下，注入1.2倍孔隙體積時驅油效率的關系曲線，混相前與混相后的2條直線段的交點對應的壓力值即為最小混相壓力(圖1)。

圖1 最小混相壓力確定方法示意圖

2.2 最小混相壓力測試結果

根據細管實驗結果，基于混相準則，確定了塔河油田4個油樣的最小混相壓力(表2)。由表2可知，稀油最小混相壓力較小，稠油最小混相壓力較大，隨著油藏溫度升高，最小混相壓力升高，CO2比例大于50%的復合氣才能與原油混相。

3 縫洞型油藏最小混相壓力計算方法

3.1 常規計算方法

目前，針對CO2驅最小混相壓力預測的經驗公式較多，且每個公式所考慮的影響因素也不同[16-30]。如Alston關聯式(式1)，考慮了溫度、輕質組分、重質組分、C1、CO2及N2的影響，但未考慮CO2與N2比例的影響，與其他公式相比，考慮較為全面。因此，在Alston公式的基礎上改進，形成了塔河縫洞型油藏注氣最小混相壓力計算公式。

(1)

式中：MMP為最小混相壓力，MPa；T為溫度，℃；MWC7+為C7+的分子質量，g/mol；Xvol為C1和N2組分的摩爾分數，%；Xint為C2—C6及CO2的摩爾分數，%。

表2 4種油樣最小混相壓力測試結果

3.2 改進計算方法

引入CO2占注入氣體(CO2與N2的復合氣)比值R，建立了N2和CO2不同比例混合氣最小混相壓力計算公式：

(2)

式中：X、a、b、c、d為待確定參數；R為CO2占復合氣的比例。

為了方便求解，將式(2)兩邊取對數，得到：

(3)

將4種油樣的原油組分、溫度及最小混相壓力等結果(表1、2)帶入式(3)中，利用多元回歸方法求取各變量參數，最終確定X、a、b、c、d分別為e-6.8018、2.234、2.499 4、0.430 7、-0.873 9，則塔河油田縫洞型油藏注氣最小混相壓力的計算公式為：

(4)

4 方法應用

W-1井是塔河油田一口生產井，經過前期彈性開發和注水開發后，井間剩余油富集，后期采用注氣開發。注氣方案設計前，利用式(4)計算了不同注入氣的最小混相壓力(圖2)。由圖2可知，當油藏壓力為62 MPa時， CO2占注入氣的比例超過60%時才能實現混相，因此，最終注氣方案中N2與CO2的比例為40∶60。注氣方案實施后，取得較好的注氣效果，換油率達到0.5 t/m3。實例應用表明，利用文中建立的縫洞型油藏最小混相壓力的計算方法，能夠有效地指導現場注氣方案的制訂。

圖2 W-1井不同注入氣最小混相壓力計算結果

5 結 論

(1) 基于細管實驗原理，設計了塔河縫洞型碳酸鹽巖油藏注氣最小混相壓力測試實驗，明確了塔河油田不同油樣在N2、N2+ CO2復合氣(N2與CO2的含量比分別為80∶20、50∶50、30∶70)及CO2等5種注入氣中的混相特征及不同壓力下的最小混相壓力。

(2) 在常規計算方法分析的基礎上，利用最小混相壓力測試結果，基于Alston關聯式，引入CO2占注入復合氣比值R，通過多元回歸方法，建立了適合塔河油田縫洞型油藏不同油品性質、不同注入氣體下的最小混相壓力計算方法。

(3) 用建立的縫洞型油藏不同注入氣最小混相壓力計算方法，明確了注入氣混相機理，為現場注氣方案的設計提供重要的參考依據。實例應用表明，W-1井油藏壓力為62 Pa時，注氣方案采用CO2與N2的比例為60∶40，現場實施后，取得較好效果，換油率達到0.5 t/m3。