CN108828136B - 一种室内co2驱油规律的定性定量分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，首先对岩心抽真空、注满地层水，再注入原油，记录CO2注入量、原油采出量以及气体采出量，然后以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立产出特征曲线，该发明通过建立气油比与CO2注入量的关系曲线，并分析采出液颜色变化以及采出液中C3‑C8的质量百分比变化，来定性定量的将CO2驱油过程划分为三个不同阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段，然后再根据不同阶段中的参数指标变化来判别CO2驱油、气窜规律及提高采收率机理，对CO2驱油具有重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法。
背景技术
早在20世纪50～60年代，在美国、加拿大进行了大量气驱现场实验，因气源丰富，CO2混相驱在美国、加拿大等国家已经成为一项重要且成熟的提高原油采收率的方法；70年代，CO2驱技术有了很大的发展，美国和前苏联等国家都进行了大量的CO2驱工业性试验，并取得了明显的经济效益，采收率可以提高15％～25％，随着更多的CO2气藏的发现和原油价格的攀升；90年代，CO2驱技术日趋成熟，根据1994年油气杂志的统计结果，全世界有137个商业性的气体混相驱项目。其中55％采用的是烃类气体， 42％采用的是CO2，其他气体混相驱仅占3％。过去十年中，美国CO2驱油项目在砂岩和碳酸岩油藏中的增长趋势很快，而且还有望在美国的砂岩油藏中继续增长。
随着我国油气资源勘探与开发的不断深入，许多高渗透的油藏资源的开发方案已经十分完善，而非常规的油气资源的开发还处于探索阶段。在我国新发现的储量中，低渗油藏所占比重很大，低渗油田的合理、高效开发日益重要。在低渗油田注水开发中，存在注水压力高、注水成本高、单井产能低等一系列问题。由于CO2具有注入性好、溶胀降粘、提高驱替效率等作用，近年来国内开始探讨低渗油田CO2开发的可行性和有效性。对于特低渗透油藏，长庆油田、大庆油田以及胜利油田等矿场注CO2试验表明，CO2对特低渗透油藏有着很好的适应性。将CO2注入地下，不仅可以提高原油采收率实现经济效益，还可以将温室气体CO2埋存与地下保护环境，实现双赢。然而在开发过程中，由于不利的流度比以及油藏的非均质性，这些都会导致CO2气体过早的突破，形成气窜，从而造成无效的CO2注气，这将会大大的降低CO2的驱油效率。因此，研究CO2驱油过程中的气体窜逸过程中的规律十分重要。
对CO2驱过程中的气窜规律影响最显著的因素之一就是储层的非均质性。储层的非均质性主要分为两大类：一类储层的宏观非均质性，包括油层平面上的非均质性和垂向上的非均质性；另一种是储层的微观非均质性。具有储层特征非均质性储层是影响油气藏油、水渗流、气及油气采收率的主要内在原因。渗透率在油田开发中，是非均质性的集中体现，储层采收率的主要影响因素是各个层系渗透率的不同空间位置组合以及各个层系渗透率的各向异性，各个层系的渗透率分布不同就是体现了储层非均质。CO2驱过程中，因为地层非均质性的影响，会导致CO2大部分优先沿着高渗层流动，并且在高渗层很快形成窜流通道，CO2的波及效率就会被极大的降低，伴随着CO2的驱油效果也会极大的降低，并且随着地层非均质性越强，CO2气窜就会越严重，最终CO2驱的采收率会极大的越低。
目前还没有关于室内CO2驱气窜规律的判别方法，特别是当见气后如何区分气窜前以及气窜后这两个阶段并没有明确的判别方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不能明确判别关于室内CO2驱气窜规律的问题，提出一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，通过建立气油比与CO2注入量的关系曲线，根据采出气油比的数值大小以及采出液颜色的变化划分CO2气窜过程中不同阶段，然后在根据不同阶段中的变化来判别气窜规律。
本发明的技术方案是提供了一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，包括以下步骤：
步骤1)选取岩心进行烘干、抽真空，然后向岩心的孔隙内注满地层水；
步骤2)模拟现场CO2驱油的温度和压力，向岩心的孔隙入口中注入原油，直到岩心的孔隙出口出来的全部是原油为止；
步骤3)开始向岩心的孔隙入口注入CO2,同时记录CO2注入量、岩心孔隙出口的产油量、产气量，并计算采出气油比；
步骤4)以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立两者的关系曲线；
步骤5)当只要求定性判别时，根据采出气油比随CO2注入量的变化和采出液颜色的变化将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤6)当要求定量判别时，根据采出气油比随CO2注入量的变化、采出液颜色以及采出液中C3-C8的质量百分比，将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤7)在室内定性定量的判别CO2驱的三个阶段，当到达气窜阶段时即可停止采油，从而指导CO2驱油过程。
所述步骤2)中的实验温度范围为20℃-120℃，压力范围为2MPa-35MPa，通过控制实验温度和压力以实现气态CO2非混相驱替、超临界CO2非混相驱替、超临界CO2近混相驱替和超临界CO2混相驱替。
所述CO2注入岩心中的过程分为纯CO2段塞、CO2和原油的混合段塞以及纯原油段塞三个渗流区域，在无气采油阶段，纯原油段塞到达岩心出口端，只产油不产气；在见气阶段，CO2和原油的混合段塞到达岩心出口端，油气同产，且采出气油比稳定增加；在气窜阶段，CO2和原油的混合段塞末端到达岩心出口端，大量的CO2携带少量原油产出，最终纯CO2段塞到达岩心出口端。
所述采出气油比通过岩心出口段同一时刻的气体采出量和原油采出量的比值得到。
所述无气采油阶段采出液颜色为纯黑色，所述见气阶段采出液颜色褐色或红棕色，所述气窜阶段中采出液颜色为黄色。
所述无气采油阶段采出气油比为0，所述见气阶段采出气油比为0～500m3/m3，所述气窜阶段采出气油比大于500m3/m3。
所述无气采油阶段中采出液中C3-C8的质量百分比小于60％，见气阶段中采出液中C3-C8的质量百分比分别为60％-90％，气窜阶段中采出液中C3-C8的质量百分比大于 90％。
所述见气阶段可分为两个阶段：采出气油比从0变为200m3/m3时，，采出液颜色为褐色，采出液中C3-C8的质量百分比为60％-80％；采出气油比从200m3/m3变为500 m3/m3时，采出液颜色变为红棕色，且采出液中C3-C8的质量百分比为80％-90％。
所述采出液中C3-C8的质量百分比采用液相色谱仪测定。
本发明的有益效果：
本发明提供的这种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法通过建立气油比与CO2注入量的关系曲线，并分析采出液颜色变化以及采出液中C3-C8的质量百分比，来定性定量的将CO2驱油过程划分为三个不同阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段，无气采油阶段采出液为纯原油，见气阶段为CO2和原油的混合物，且采出气油比稳定增加升高，到达气窜阶段时只有少量的原油被该CO2带出，最终只有CO2逸出，通过这种定性定量的分析来判别CO2驱油、气窜规律及提高采收率机理，对CO2驱油具有重要的指导意义。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是实施例2中5MPa压力下采用天然露头均质岩心进行CO2连续气驱的驱替动态曲线图；
图2是实施例3中15MPa压力下采用天然露头均质岩心进行CO2连续气驱的驱替动态曲线图；
图3是实施例4中15MPa压力下采用渗透率级差为20的非均质岩心进行CO2连续气驱的驱替动态曲线图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种如图1所示的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，包括以下步骤：
步骤1)选取岩心进行烘干、抽真空，然后向岩心的孔隙内注满地层水；
步骤2)模拟现场CO2驱油的温度和压力，向岩心的孔隙入口中注入原油，直到岩心的孔隙出口出来的全部是原油为止，实验温度范围为20℃-120℃，压力范围为 2MPa-35MPa，通过控制实验温度和压力以实现气态CO2非混相驱替、超临界CO2非混相驱替、超临界CO2近混相驱替和超临界CO2混相驱替；
步骤3)开始向岩心的孔隙入口注入CO2,同时记录CO2注入量、岩心孔隙出口的产油量、产气量，并计算采出气油比，所述采出气油比通过岩心孔隙出口同一时刻的产气量和产油量的比值得到；
步骤4)以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立两者的关系曲线；
步骤5)当只要求定性判别时，根据采出气油比随CO2注入量的变化和采出液颜色的变化将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
所述无气采油阶段采出液颜色为纯黑色，所述见气阶段采出液颜色褐色或红棕色，所述气窜阶段中采出液颜色为黄色；
步骤6)当要求定量判别时，根据采出气油比随CO2注入量的变化、采出液颜色以及采出液中C3-C8的质量百分比，采出液中C3-C8是指分子式中碳的原子数为3-8的有机物，然后将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
所述无气采油阶段采出气油比为0，所述见气阶段采出气油比为0～500m3/m3，所述气窜阶段采出气油比大于500m3/m3；
所述无气采油阶段中采出液中C3-C8的质量百分比小于60％，见气阶段中采出液中C3-C8的质量百分比分别为60％-90％，气窜阶段中采出液中C3-C8的质量百分比大于 90％；
所述见气阶段可分为两个阶段：采出气油比从0变为200m3/m3时，，采出液颜色为褐色，采出液中C3-C8的质量百分比为60％-80％；采出气油比从200m3/m3变为500 m3/m3时，采出液颜色变为红棕色，且采出液中C3-C8的质量百分比为80％-90％；
所述采出液中C3-C8的质量百分比采用液相色谱仪测定；
步骤7)在室内定性定量的判别CO2驱的三个阶段，当到达气窜阶段时即可停止采油，从而指导CO2驱油过程。
所述CO2注入岩心中的过程分为纯CO2段塞、CO2和原油的混合段塞以及纯原油段塞三个渗流区域，在无气采油阶段，纯原油段塞到达岩心出口端，只产油不产气；在见气阶段，CO2和原油的混合段塞到达岩心出口端，油气同产，且采出气油比稳定增加；在气窜阶段，CO2和原油的混合段塞末端到达岩心出口端，大量的CO2携带少量原油产出，最终纯CO2段塞到达岩心出口端。
本发明提供的这种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法通过建立气油比与CO2注入量的关系曲线，并分析采出液颜色变化以及采出液中C3-C8的质量百分比，来定性定量的将CO2驱油过程划分为三个不同阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段，无气采油阶段采出液为纯原油，见气阶段为CO2和原油的混合物，且采出气油比稳定增加升高，到达气窜阶段时只有少量的原油被该CO2带出，最终只有CO2逸出，通过这种定性定量的分析来判别CO2驱油、气窜规律及提高采收率机理，对CO2驱油具有重要的指导意义。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，选取天然露头均质岩心，进行CO2连续气驱实验研究，设定回压为5MPa，分析其驱替过程中的气油比变化。具体步骤如下：
步骤1)选取天然露头均质岩心进行烘干、抽真空，然后向岩心的孔隙内注满地层水；
岩心的视体积通过其长宽高计算，岩心的孔隙体积计算时，先对岩心抽真空，再向其入口注入地层水，直到岩心出口出来地层水为止，注入的地层水的体积即为岩心的孔隙体积；
步骤2)控制实验温度为油藏温度86.2℃，将岩心出口端压力通过回压阀控制在5MPa，向岩心入口中注入原油，直到岩心出口出来的全部是原油为止；
步骤3)以1mL/min的恒定注入速度开始向岩心入口注入CO2，同时记录采出液颜色、CO2注入量、岩心孔隙出口的产油量、产气量，并计算采出气油比，如表1所示；
步骤4)以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立两者的关系曲线，如图1所示；
步骤5)根据采出气油比随CO2注入量的变化，结合采出液颜色变化以及采出液中C3-C8的质量百分比，将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤6)通过步骤5)即可得到，出口端产出气油比>500m3/m3时出现气窜，停止实验，从而指导CO2驱油过程。
表1均质岩心CO2连续气驱实验结果(5MPa)
对曲线划分阶段，从注入量从0PV开始到0.75PV,出口端未见气体产出，为无气采油期，生产气油比曲线与水平轴重合,且采出液颜色为纯黑色，采出液中C3-C8的质量百分比小于60％；注入量从0.75PV开始到0.96PV，气油比缓慢上升，气油比从 0变为200m3/m3，且采出液颜色变浅，为褐色，采出液中C3-C8的质量百分比为 60％-80％，注入量从0.96PV到1.04PV，气油比迅速升高，且气油比从200m3/m3变为 500m3/m3，采出液颜色进一步变浅，颜色为红棕色，采出液中C3-C8的质量百分比为80％-90％，此阶段为见气阶段；注入量从1.04PV到1.10PV，气油比急速增大，而气油已经大于500m3/m3，此阶段为气窜阶段，采出液颜色变透明，呈黄色，采出液中C3-C8的质量百分比大于90％。
通过研究不同气油比可以看出，在气油比为0-200m3/m3时采出程度为8.75％，而气油比在200-500m3/m3以及气油比大于500m3/m3时的采出程度分别为1.45％和0.52％。不难发现，在气油比为0-200m3/m3时占最终采出程度的比例很大，气油比为0-200m3/m3时对最终采出程度影响很大。
实施例3：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，选取天然露头均质岩心，进行CO2连续气驱实验研究，设定回压为15MPa，分析其驱替过程中的气油比变化。
步骤1)选取天然露头均质岩心进行烘干、抽真空，然后向岩心的孔隙内注满地层水；
岩心的视体积通过其长宽高计算，岩心的孔隙体积计算时，先对岩心抽真空，再向其入口注入地层水，直到岩心出口出来地层水为止，注入的地层水的体积即为岩心的孔隙体积；
步骤2)控制实验温度为油藏温度86.2℃，将岩心出口端压力通过回压阀控制在15MPa，向岩心入口中注入原油，直到岩心出口出来的全部是原油为止；
步骤3)以1mL/min的恒定注入速度开始向岩心入口注入CO2，同时记录采出液颜色、CO2注入量、岩心孔隙出口的产油量、产气量，并计算采出气油比，如表2所示；
步骤4)以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立两者的关系曲线，如图2所示；
步骤5)根据采出气油比随CO2注入量的变化，结合采出液颜色变化以及采出液中C3-C8的质量百分比，将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤6)通过步骤5)即可得到，出口端产出气油比>500m3/m3时出现气窜，停止实验，从而指导CO2驱油过程。
表2均质岩心CO2连续气驱实验结果(15MPa)
对曲线划分阶段，从注入量从0PV开始到0.75PV,出口端未见气体产出，为无气采油期，生产气油比曲线与水平轴重合,且采出液颜色为纯黑色采出液中C3-C8的质量百分比小于60％；注入量从0.75PV开始到1.18PV，气油比缓慢上升，气油比从0 变为200m3/m3，且采出液颜色变浅，为褐色，采出液中C3-C8的质量百分比为60％-80％，进一步的，注入量从1.18PV到1.46PV，气油比迅速升高，且气油比从200m3/m3增大到500m3/m3，采出液颜色进一步变浅，颜色为红棕色，且采出液中C3-C8的质量百分比为80％-90％，此阶段为见气阶段；注入量从1.46PV到1.51PV，气油比急速增大，而气油比已经大于500m3/m3，此阶段为气窜阶段，采出液颜色变透明，呈黄色，且采出液中C3-C8的质量百分比大于90％。
通过研究不同气油比可以看出，在气油比为0-200m3/m3时采出程度为39.53％，而气油比在200-500m3/m3以及气油比大于500m3/m3时的采出程度分别为6.51％和0.17％。尽管实例2与实例1均为均质岩心，由于注入压力的不同导致两者的最终采收率相差很大，通过对比气油比下的采出程度不难发现，注气压力对气窜规律的影响也是主要通过影响气油比200-500m3/m3时的采出程度，从而影响最终的采收率。
实施例4：
在实施例1的基础上，本实施例提供了一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，选取渗透率级差为20的非均质岩心，进行CO2连续气驱实验研究，设定回压为 15MPa，分析其驱替过程中的气油比变化。
步骤1)选取渗透率级差为20的非均质岩心进行烘干、抽真空，然后向岩心的孔隙内注满地层水；
岩心的视体积通过其长宽高计算，岩心的孔隙体积计算时，先对岩心抽真空，再向其入口注入地层水，直到岩心出口出来地层水为止，注入的地层水的体积即为岩心的孔隙体积；
步骤2)控制实验温度为油藏温度86.2℃，将岩心出口端压力通过回压阀控制在15MPa，向岩心入口中注入原油，直到岩心出口出来的全部是原油为止；
步骤3)以1mL/min的恒定注入速度开始向岩心入口注入CO2，同时记录采出液颜色、CO2注入量、岩心孔隙出口的产油量、产气量，并计算采出气油比，如表3所示；
步骤4)以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立两者的关系曲线，如图3所示；
步骤5)根据采出气油比随CO2注入量的变化，结合采出液颜色变化以及采出液中C3-C8的质量百分比，将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤6)通过步骤5)即可得到，出口端产出气油比>500m3/m3时出现气窜，停止实验，从而指导CO2驱油过程。
表3非均质岩心CO2连续气驱实验结果
对曲线划分阶段，从注入量从0PV开始到0.39PV，出口端未见气体产出，为无气采油期，生产气油比曲线与水平轴重合,且采出液颜色为纯黑色，采出液中C3-C8 的质量百分比小于60％；见气阶段，注入量从0.39PV开始到0.66PV，气油比缓慢上升，气油比从0变为200m3/m3，且采出液颜色变浅，为褐色，采出液中C3-C8的质量百分比为60％-80％，进一步的，注入量从0.66PV到0.83PV，气油比迅速升高，且气油比从200m3/m3增大到500m3/m3，采出液颜色进一步变浅，颜色为红棕色，且采出液中C3-C8的质量百分比为80％-90％；注入量从0.83PV到0.90PV，气油比急速增大，而气油比已经大于500m3/m3，此阶段为气窜阶段，采出液颜色变透明，呈黄色，且采出液中C3-C8的质量百分比大于90％。
通过研究不同气油比可以看出，在气油比为0-200m3/m3时采出程度为20.54％，而气油比在200-500m3/m3以及气油比大于500m3/m3时的采出程度分别为2.28％和 0.43％。尽管实例2与实例1均为均质岩心，与实施例2中的均质岩心对比，可以看出，其非均质岩心CO2驱见气阶段的采出程度明显低于均质岩心。岩心的非均质性对于气窜阶段的影响主要体现在对气油比为0-200m3/m3时采出程度的影响。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，包括以下步骤：
步骤1)选取岩心进行烘干、抽真空，然后向岩心的孔隙内注满地层水；
步骤2)模拟现场CO2驱油的温度和压力，向岩心的孔隙入口中注入原油，直到岩心的孔隙出口出来的全部是原油为止；
步骤3)开始向岩心的孔隙入口注入CO2 ,同时记录CO2注入量、岩心孔隙出口的产油量、产气量，并计算采出气油比；
步骤4)以CO2注入量作为横坐标，以采出气油比作为纵坐标，建立两者的关系曲线；
步骤5)当只要求定性判别时，根据采出气油比随CO2注入量的变化和采出液颜色的变化将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤6)当要求定量判别时，根据采出气油比随CO2注入量的变化、采出液颜色以及采出液中C3-C8的质量百分比，将步骤4)的曲线分为三个阶段：无气采油阶段、见气阶段以及气窜阶段；
步骤7)在室内定性定量的判别CO2驱的三个阶段，当到达气窜阶段时即可停止采油，从而指导CO2驱油过程；
所述无气采油阶段中采出液中C3-C8的质量百分比小于60％，见气阶段中采出液中C3-C8的质量百分比为60％-90％，气窜阶段中采出液中C3-C8的质量百分比大于90％；
所述见气阶段可分为两个阶段：采出气油比从0变为200m3/m3时，采出液颜色为褐色，采出液中C3-C8的质量百分比为60％-80％；采出气油比从200m3/m3变为500m3/m3时，采出液颜色变为红棕色，且采出液中C3-C8的质量百分比为80％-90％。
2.如权利要求1所述的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，其特征在于：所述步骤2)中的实验温度范围为20℃-120℃，压力范围为2MPa-35MPa，通过控制实验温度和压力以实现气态CO2非混相驱替、超临界CO2非混相驱替、超临界CO2近混相驱替和超临界CO2混相驱替。
3.如权利要求1所述的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，其特征在于：所述CO2注入岩心中的过程分为纯CO2段塞、CO2和原油的混合段塞以及纯原油段塞三个渗流区域，在无气采油阶段，纯原油段塞到达岩心出口端，只产油不产气；在见气阶段，CO2和原油的混合段塞到达岩心出口端，油气同产，且采出气油比稳定增加；在气窜阶段，CO2和原油的混合段塞末端到达岩心出口端，大量的CO2携带少量原油产出，最终纯CO2段塞到达岩心出口端。
4.如权利要求1所述的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，其特征在于：所述采出气油比通过岩心出口段同一时刻的气体采出量和原油采出量的比值得到。
5.如权利要求1所述的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，其特征在于：所述无气采油阶段采出液颜色为纯黑色，所述见气阶段采出液颜色褐色或红棕色，所述气窜阶段中采出液颜色为黄色。
6.如权利要求1所述的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，其特征在于：所述无气采油阶段采出气油比为0，所述见气阶段采出气油比为0～500m3/m3，所述气窜阶段采出气油比大于500m3/m3。
7.如权利要求1所述的室内CO2驱油规律的定性定量分析方法，其特征在于：所述采出液中C3-C8的质量百分比采用液相色谱仪测定。
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