致密油藏注CO2提高采收率机理及数值模拟分析

梅华(青海油田分公司勘探开发研究院， 甘肃 敦煌 736202)

致密油藏注CO2提高采收率机理及数值模拟分析

梅华(青海油田分公司勘探开发研究院， 甘肃 敦煌 736202)

近年来注气开采已成为油气田开发中后期提高采收率行之有效的方法之一，针对于致密油藏目前以水平井为开发井型，大型体积压裂为完井方式下，注CO2提高采收率的优势逐渐展现出来，因此此类研究显得尤为重要。分析了注CO2提高采收率的开发机理，并根据研究区的实际地质特征，建立注CO2提高采收率的数值模拟，并优化了注气开采的注入速度、注入时间及焖井时间等相关参数，理论上证明了以水平井结合压裂开发的致密油藏注CO2提高采收率的可行性，为致密油藏注CO2提高采收率提供新的技术思路。

致密油藏；注气开发；注CO2；提高采收率

致密油藏属于非常规油气藏，在储层中油气连片分布，没有明显的圈闭和盖层的界限，无统一的油、气、水界面和压力系统，流体组分差异较大，储层渗透率小于或等于0.1×10-3µm2。我国致密油藏主要分布在松辽盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地等，随着开发的逐渐深入，致密油藏的开发受到极大的重视，也成为今后的重点工作[1]。致密油藏具有低孔、低渗的储层特征，采用水平井结合大型体积压裂后，储层中仍然具有较大量的剩余油，为后期提高采收率相关技术的实施提供了储量物质基础[2]。

1 注CO2开发机理

1.1 二氧化碳性质

常温常压下二氧化碳为无色无味的气体，摩尔质量为44.01g/mol，相对密度略大于空气，溶于水形成有腐蚀性的碳酸。化学性质不活泼，不可燃烧，在澄清的石灰水内发生化学反应产生CaCO3沉淀，使得液体变浑浊。标准状况下密度为1.98kg/m3，粘度为0.0138MPa·s。在不同的温度和压力下，二氧化碳可以呈固态、液态、气态以及超临界态，临界点温度为304.2K，临界压力为7.495MPa。

1.2 二氧化碳吞吐驱油机理

注CO2吞吐为非混相驱替过程，一般是在注入压力小于地层破裂压力下，将液态CO2注入地层，然后关井浸泡一定时间，再开井生产。此注CO2过程，不同时间段时CO2发挥着不同作用，其主要机理如下：

(1)CO2注入过程。在注入CO2过程，CO2溶于原油中，使得原油产生体积膨胀，并大幅降低原油黏度，原油在储层中的流动性显著提高。另外，注入的CO2溶于地层水中，使得水相黏度增大，流动性降低。因此实际上改善了油相和水相的流度比，提高驱油效率。

(2)焖井过程。焖井过程CO2逐渐充分溶于原油中，原油体积大幅膨胀，相对而言极大的增大了油相在储层中的饱和度，注入的CO2并提高地层压力，补充地层能量。同时部分溶于水的CO2产生碳酸，能溶解部分储层孔隙吼道岩石，增大储层渗透率，并抑制粘土类物质产生膨胀堵塞孔隙吼道。

(3)开井生产过程。开井生产过程CO2主要产生溶解气驱、降低原油黏度的作用。开采过程CO2从原油中大量脱出，气体瞬时移动速度增大，提高了原油的生产驱动力，并能携带部分孔隙吼道堵塞物，提高油层开采效果。

2 数值模拟研究

2.1 数值模型建立

致密油藏在开发时一般需要进行大型体积压裂，改善储层渗流能力，并扩大泄流面积，以利于提高采收率。结合研究区地质特征以及流体性质，建立数值模拟地质模型，基础参数如表1。井型为水平井(水平段为生产段，长度1000m)，取压裂裂缝半长60m，裂缝导流能力为20mD·cm，共设计裂缝条数10条。

表1 数值模拟输入参数

2.2 数值模拟结果

分别设置不同的注入速度、注入时间、焖井时间、井底流压以及注气轮次。模拟优化得到，当设置CO2注入速度为20000m3/d时，保持连续注入2个月后，关井焖井3个月，开井生产2年。并进行第二轮次的注气，施工参数与首轮次注气一致，并模拟开发10年时间，与正常衰竭开采10年结果相比，井底压力保持程度较高。总体而言，通过注CO2开采模拟得到采出程度为24.5%，而衰竭开采仅为18.6%，理论上在10年的开采过程，采收率提高了5.9%。模拟结果说明，针对于本研究区致密油藏，注CO2吞吐能有效的提高采收率，达到增产作用。

3 结语

(1)根据本研究区地质特征，进行注CO2吞吐开采数值模拟，通过设置不同的注入速度、注入时间、焖井时间以及井底流压，进行方案设计及优选评价，在注入注入速度为20000m3/d，注入时间为2个月，关井焖井3个月为最优的单轮次吞吐方案。模拟得到的注CO2开采比衰减开采在10年的开发周期中，能有效提高采收率5.9%。

(2)在实际的现场实践中，需要考虑的相关因素更多，还需要进一步的进行经济效益的评价，确保开采方案经济上的合理性和可实施性，降低施工风险，提高经济效益。

[1]方文超，姜汉桥，孙彬峰，等.致密油藏特征及一种新型开发技术[J].科技导报，2014，32(7):71-76.

[2]吴忠宝，甘俊奇，曾倩，等.低渗透油藏二氧化碳混相驱油机理数值模拟[J].油气地质与采收率，2012，19(3):67-70.

[3]廖海婴，吕成远，赵淑霞，等．用数值模拟研究低渗透油藏CO2驱影响因素[J].新疆石油地质，2011，32(5):20-22．

梅华(1989- )，女，助理工程师，从事油藏地质研究工作。