CN109267977A - 一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺、实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺、实验装置及方法，封窜工艺第一步用高强度的凝胶(PLS)封堵裂缝，第二步用泡沫来改善基质非均质性，进而提高原油采收率的方法。工艺思路为确定两级封窜体系的适应性界限，然后开展注入量、注入速度、注入轮次、注入时机等工艺参数进行优化研究，最终确定出其最佳的适用条件以及注入工艺参数，对目标油藏提高原油采收率具有重要指导意义，同时为国内同类油藏CO2驱防气窜提供一种工艺思路。
Description
技术领域
本发明涉及石油开采技术领域，具体涉及一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺、实验装置及方法。
背景技术
国内低渗、特低渗油藏投入开发后暴露出许多矛盾，如自然产能低、地层能量不足、地层压力下降快等，而注水补充能量因油藏地质条件的限制受到很大制约，因此采收率均较低。CO2驱油技术在低渗油田开采方面有着无法比拟的优势，在多数油田有很好的应用前景，但对于非混相驱，CO2注入后流度比大，波及系数低，气体容易沿着高渗条带窜流到出口，大大降低驱油效率，因此气窜问题是CO2驱油技术在矿场应用中非常突出的问题。
文献调研表明，国外开展的CO2驱气窜防治技术相关研究较少，一般应用在非混相驱，主要特征为渗透率10mD以上，海相沉积，相对均质。防气窜工艺主要集中在水气交替技术(WAG)、CO2泡沫技术、PAM凝胶/颗粒凝胶、CO2增稠技术、预制凝胶颗粒(WSP)技术、微泡扩大波及体积技术等方面，国内防气窜研究起步较早的吉林油田，在黑59、黑79、小井距等区块开展了水气交替试验，积极探索CO2驱气窜防治技术适应性，形成了防控结合的治理技术。从黑59区块CO2驱水气交替现场效果看，针对以孔隙为主、存在裂缝的渗流通道来说，水气交替试验起到了一定延缓气窜发生的效果，但不能有效根本解决气窜发生的问题。CO2驱气窜防治技术目前仍然处于积极探索中。同时吉林油田配套研究CO2泡沫驱、凝胶，目前还处于探索阶段。
长庆油田油藏多属低渗、特低渗、超低渗油藏，CO2驱油技术应用前景广泛。2017年首次在长庆油田黄3区实施CO2气驱试验，通过对前期试验井组注采井示踪剂测试分析，并结合扫描电镜资料结论，认为黄3区CO2驱试验区渗流通道类型以孔隙为主，存在微裂缝。注CO2驱油过程中，上述类型渗流通道都可能出现气窜问题。根据国内外应用情况看出，主要开展单一的防气窜技术进行试验，而且没有达到预期效果。针对黄3区储层特点，用单一的技术很难防止气窜的发生，结合泡沫防窜体系无法有效封堵裂缝，而PLS凝胶可以封堵裂缝，但封堵后仍有较大提升空间。
发明内容
本发明目的是针对目标油藏存在非均质性强，微裂缝发育等特点，提出了一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺、实验装置及方法，工艺方法即第一步用高强度的凝胶(PLS)封堵裂缝，第二步用泡沫来改善基质非均质性，进而提高原油采收率的方法。工艺思路为通过先确定两级封堵体系的适应性界限，然后完成两级封堵体系的各种工艺参数(注入量、注入速度、注入轮次、注入时机等)的优化，来实现提高原油采收率的目的。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验方法，包括以下步骤：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空去空气；
(c)向岩心夹持器中通入饱和地层水，测定岩心的孔隙体积、孔隙度；
(d)设定地层温度为85℃，恒温12小时以上，计算水测渗透率；
(e)向岩心夹持器中通入变流速饱和油，待岩心夹持器出口端恒定出油之后，结束通入饱和油，计算饱和油体积；
(f)设定岩心夹持器出口端回压15MPa，恒速注入CO2，地层注入速度为1mL/min；
(g)岩心夹持器出口端生产气油比达到200～1500m3/m3时，注入凝胶，注入量为0.4～1FV，并关井24～30h，注入速度分别为0.5～1.5mL/min；
(h)接着进行气驱，岩心夹持器出口端生产气油比达到200～1500m3/m3时，注入泡沫，注入量为0.2～1PV，注入速度分别为0.5～1.5mL/min，并关井24～30h；
(i)然后继续气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积，计算气驱采收率。
步骤a)中的实验用岩心包括天然露头砂岩心或不同渗透率级差的人造非均质岩心。
步骤c)中饱和地层水为长庆油田CO2驱试验区地层水。
步骤e)中饱和油为采用该区块脱水脱气原油与煤油配制出与井流物组分组成相似的模拟油。
一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验装置，包括恒温箱，恒温箱内包括凝胶注入单元、泡沫注入单元、二氧化碳注入单元、岩心夹持器、气液分离装置、液体容器和气体计量装置；凝胶注入单元、泡沫注入单元和二氧化碳注入单元的一端与高压恒速泵连接，另一端通过与岩心夹持器一端连接，岩心夹持器另一端与气液分离装置连接，气液分离装置分别连接液体容器和气体计量装置。
作为本发明的进一步改进，所述的凝胶注入单元、泡沫注入单元和二氧化碳注入单元均通过第一六通阀与高压恒速泵连接；所述的凝胶注入单元、泡沫注入单元和二氧化碳注入单元均通过第二六通阀与岩心夹持器连接，第二六通阀上还连接有传感器，传感器与上位机连接。
作为本发明的进一步改进，所述的岩心夹持器通过回压阀与气液分离装置连接。
一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺，包括以下步骤：
当生产气油比达到500m3/m3时，进行两级封窜：第一步用凝胶封堵裂缝，注入量为1.0FV；第二步用泡沫来改善基质非均质性，注入量为0.2PV。
作为本发明的进一步改进，凝胶和泡沫的注入速度为1ml/min。
作为本发明的进一步改进，两级封窜体系时，采用多轮次注入方式进行注入凝胶和泡沫。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的两级封窜工艺的方法，即第一步用高强度的凝胶(PLS)封堵裂缝，第二步用泡沫来改善基质非均质性，进而提高原油采收率的方法。通过两级封堵体系对裂缝岩心具有很好的适应性。
本发明的实验方法随着凝胶的注入量的增加，各个阶段的采收率逐渐增加，当凝胶的注入量为1.0FV时，采收率最佳。当出口端生产气油比达到500时开始注入两级防窜体系。两级封窜体系的注入速度对最终的采收率影响不大，综合考虑，推荐注入速度为1ml/min(0.7m/d)。两级封窜体系时，多轮次注入体系时效果较好。
附图说明
图1是CO2驱替实验装置示意图；
图2是两级封窜体系适应性界限实验条件，当裂缝条件下气驱动态曲线图；
图3是两级封窜体系注入量优化实验，采出程度与注入量的折线图；
图4是两级防窜体系注入时机优化实验，采出程度与注入时机的折线图；
图5是两级封窜体系注入速度优化实验，两级封窜体系的注入速度与采出程度的柱状图。
图6是两级防窜体系泡沫注入轮次优化实验，不同注入段塞比与采出程度的柱状图。
其中，1-恒温箱，2-高压恒速泵，3-凝胶注入单元，4-泡沫注入单元，5-二氧化碳注入单元，6-第一六通阀，7-第二六通阀，8-岩心夹持器，9-回压阀，10-气液分离装置，11-气体计量装置，12-液体溶剂，13-传感器，14-上位机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种CO2驱防气窜两级封窜工艺的实验装置，包括恒温箱1，恒温箱1内包括凝胶注入单元3、泡沫注入单元4、二氧化碳注入单元5、岩心夹持器8、气液分离装置10、液体容器12和气体计量装置11，凝胶注入单元3、泡沫注入单元4和二氧化碳注入单元5的一端均通过第一六通阀6与高压恒速泵2连接，另一端通过第二六通阀7与岩心夹持器8连接，岩心夹持器8另一端通过回压阀9与气液分离装置10连接，气液分离装置10分别连接液体容器12和气体计量装置11，第二六通阀7上还连接有传感器13，传感器13与上位机14连接。
本发明还提供了一种CO2驱防气窜两级封窜工艺的实验方法，通过以下实施例进行说明：
实施例1
(1)两级防窜体系适应性界限实验方法
选取6组不同渗透率级差(均质、5、10、15、20、裂缝)的人造非均质岩心，进行连续气驱实验以及气窜控制实验。实验流程图如图1所示，实验步骤如下：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空约4小时；
(c)饱和地层水，测定孔隙体积、孔隙度；
(d)按图1所示连接好设备，设定地层温度为85℃，恒温12小时以上，水测渗透率；
(e)变流速饱和油，待出口端恒定出油之后，饱和油结束，计算饱和油体积；
(f)设定出口端回压15MPa，恒速注入CO2，地层注入速度为1mL/min。
(g)出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入凝胶，注入量为1FV，并关井24h。
(h)接着进行气驱，出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入泡沫，注入量为0.2PV。
(i)然后气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积等实验数据，计算气驱采收率。
实施例2
(2)两级防窜体系注入量优化实验方法
选取3组人造填砂裂缝非均质岩心，进行连续气驱实验以及气窜控制实验。实验流程图如图1所示，实验步骤如下：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空约4小时；
(c)饱和地层水，测定孔隙体积、孔隙度；
(d)按图1所示连接好设备，设定地层温度为85℃，恒温12小时以上，水测渗透率；
(e)变流速饱和油，待出口端恒定出油之后，饱和油结束，计算饱和油体积；
(f)设定出口端回压15MPa，恒速注入CO2，地层注入速度为1mL/min。
(g)出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入凝胶，注入量分别为0.4FV，0.6FV，1FV，并关井24h。
(h)接着进行气驱，出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入泡沫，注入量为0.2PV。
(i)然后气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积等实验数据，计算气驱采收率。
实施例3
(3)两级防窜体系注入时机优化实验方法
选取4组人造填砂裂缝非均质岩心，进行连续气驱实验以及气窜控制实验。实验流程图如图1所示，实验步骤如下：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空约4小时；
(c)饱和地层水，测定孔隙体积、孔隙度；
(d)按图1所示连接好设备，设定地层温度为85℃，恒温12小时以上，水测渗透率；
(e)变流速饱和油，待出口端恒定出油之后，饱和油结束，计算饱和油体积；
(f)设定出口端回压15MPa，恒速注入CO2，地层注入速度为1mL/min。
(g)出口端刚刚见气以及生产气油比达到200、500、1000m3/m3时，注入凝胶，注入量为1FV，并关井24h。
(h)接着进行气驱，出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入泡沫，注入量为0.2PV。
(I)然后气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积等实验数据，计算气驱采收率。
实施例4
(4)两级防窜体系注入速度优化实验方法
选取3组人造填砂裂缝非均质岩心，进行连续气驱实验以及气窜控制实验。实验流程图如图1所示，实验步骤如下：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空约4小时；
(c)饱和地层水，测定孔隙体积、孔隙度；
(d)按图1所示连接好设备，设定地层温度为85℃，恒温12小时以上，水测渗透率；
(e)变流速饱和油，待出口端恒定出油之后，饱和油结束，计算饱和油体积；
(f)设定出口端回压15MPa，恒速注入CO2，地层注入速度为1mL/min。
(g)出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入凝胶，注入量为1FV，并关井24h，注入速度分别为0.5、1.0、1.5mL/min。
(h)接着进行气驱，出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入泡沫，注入量为0.2PV，注入速度分别为0.5、1.0、1.5mL/min，关井30min。
(I)然后气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积等实验数据，计算气驱采收率。
实施例5
(5)两级防窜体系注入轮次优化实验方法
选取3组人造填砂裂缝非均质岩心，进行连续气驱实验以及气窜控制实验。实验流程图如图1所示，实验步骤如下：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空约4小时；
(c)饱和地层水，测定孔隙体积、孔隙度；
(d)按图1所示连接好设备，设定地层温度为85℃，恒温12小时以上，水测渗透率；
(e)变流速饱和油，待出口端恒定出油之后，饱和油结束，计算饱和油体积；
(f)设定出口端回压15MPa，恒速注入CO2，地层注入速度为1mL/min。
(g)出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入凝胶，注入量分别为1FV，并关井24h。
(h)接着进行气驱，出口端生产气油比达到1500m3/m3时，注入泡沫，分别分一轮次、二轮次以及三轮次注入，注入量为0.2PV，关井30min。
(I)然后气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积等实验数据，计算气驱采收率。
其中，所述步骤a)中的实验岩心：实验用岩心包括天然露头砂岩心、不同渗透率级差(5、10、15、20、25、裂缝)的人造非均质岩心、岩心规格为4.5×4.5×30cm3。
所述步骤c)中地层水为长庆油田CO2驱试验区地层水。
所述步骤e)中饱和油为采用该区块脱水脱气原油与煤油配制出与井流物组分组成相似的模拟油。
所述步骤f)中CO2为高纯CO2，纯度为99.99％。
图2不同渗透率级差下气驱动态曲线图(裂缝)，从图中可以看出，随着非均质性的增强，总的采收率以及一次、二次以及三次气驱阶段的采出程度是逐渐降低的。虽然各个阶段以及总采出程度是逐渐降低的，但并没有出现如泡沫封堵体系一样，当非均质程度到达一定程度时会出现陡然下降。这说明两级封堵体系对裂缝岩心具有很好的适应性。
图3采出程度与注入量的折线图，从图中可以看出，随着凝胶的注入量的增加，各个阶段的采收逐渐增加，当凝胶的注入量为1.0FV时，采收率最佳。两级封窜体系中的凝胶主要是解决裂缝中的窜逸问题，因此只有当注入凝胶足够多时才能产生明显的封堵效果。
图4采出程度与注入时机的折线图，从图中可以看出，总的采收率随着注入时机的推迟呈现出先增加后减小的趋势，而一次气驱阶段采出程度是逐渐增加的。这是因为根据前面的研究结果，大量的原油会在见气阶段采出，过早的注入防窜体系会大大降低见气阶段的采出程度，而过晚注入防窜体系，则会由于气窜通道完全形成，大量的高速气体从出口端涌出，导致防窜体系难以达到封窜效果。因此存在一个最佳的注入时机，综合考虑，推荐当出口端生产气油比达到500时开始注入两级防窜体系。需要说明的是，由于CO2沿裂缝中窜逸严重，因此裂缝性岩心模型的生产气油比上升速度较快，不易准确确定“出口端生产气油比达到500”的时机，因此针对裂缝中的气体窜逸，建议当出口端/井口生产气油比达到500左右时，即可实施两级封窜工艺。
图5两级封窜体系的注入速度与采出程度的柱状图，从图中可以看出，不同两级封窜体系的注入速度下，最终的采收率以及各个阶段的采出程度均相差不大。两级封窜体系的注入速度并未对最终的采收率产生明显的影响。
图6不同注入轮次与采出程度的柱状图，从图可以看出，在注入量不变的情况下，随着注入轮次的增多，最终的采出程度逐渐增加。两级封窜体系中多轮次的注入泡沫有利于非均质性的改善。
本发明还提供了一种CO2驱防气窜两级封窜工艺，即第一步用高强度的凝胶(PLS)封堵裂缝，第二步用泡沫来改善基质非均质性，进而提高原油采收率的方法。工艺思路为确定两级封窜体系的适应性界限，然后开展注入量、注入速度、注入轮次、注入时机等工艺参数进行优化研究，最终确定出其最佳的适用条件以及注入工艺参数。即取得以下几个认识(结论)：通过对两级封窜体系的各种工艺参数进行优化研究，表明两级封窜体系能够适应各种复杂类型的非均质油藏。通过对两级封窜体系的注入量进行优化研究，推荐注入量为1.0FV凝胶+0.2PV泡沫。两级封窜体系的注入速度对最终的采收率影响不大，综合考虑，推荐注入速度为1ml/min(0.7m/d)。两级封窜体系的注入时机同样很重要，当生产气油比达到500m3/m3时注入防窜体系效果最佳。两级封窜体系时，多轮次注入体系时效果较好。对目标油藏提高原油采收率具有重要指导意义，同时为国内同类油藏CO2驱防气窜提供一种工艺思路。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)选取满足渗透率要求的岩心，烘干，测量长宽高，计算视体积；
(b)将岩心放入岩心夹持器中，加环压，抽真空去空气；
(c)向岩心夹持器中通入饱和地层水，测定岩心的孔隙体积、孔隙度；
(d)设定地层温度，恒温处理，计算水测渗透率；
(e)向岩心夹持器中通入变流速饱和油，待岩心夹持器出口端恒定出油之后，结束通入饱和油，计算饱和油体积；
(f)设定岩心夹持器出口端回压15MPa，恒速注入CO2；
(g)岩心夹持器出口端生产气油比达到200～1500m3/m3时，注入凝胶，注入量为0.4～1FV，并关井24～30h，注入速度分别为0.5～1.5mL/min；
(h)接着进行气驱，岩心夹持器出口端生产气油比达到200～1500m3/m3时，注入泡沫，注入量为0.2～1PV，注入速度分别为0.5～1.5mL/min，并关井24～30h；
(i)然后继续气驱，直至出口端生产气油比>3000m3/m3时为止，记录注入压力、出口端液体与气体体积，计算气驱采收率。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验方法，其特征在于，步骤a)中的实验用岩心包括天然露头砂岩心或不同渗透率级差的人造非均质岩心。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验方法，其特征在于，步骤c)中饱和地层水为长庆油田CO2驱试验区地层水。
4.根据权利要求1所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验方法，其特征在于，步骤e)中饱和油为采用该区块脱水脱气原油与煤油配制出与井流物组分组成相似的模拟油。
5.一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验装置，其特征在于，包括恒温箱，恒温箱内包括凝胶注入单元、泡沫注入单元、二氧化碳注入单元、岩心夹持器、气液分离装置、液体容器和气体计量装置；凝胶注入单元、泡沫注入单元和二氧化碳注入单元的一端与高压恒速泵连接，另一端通过与岩心夹持器一端连接，岩心夹持器另一端与气液分离装置连接，气液分离装置分别连接液体容器和气体计量装置。
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验装置，其特征在于，所述的凝胶注入单元、泡沫注入单元和二氧化碳注入单元均通过第一六通阀与高压恒速泵连接；所述的凝胶注入单元、泡沫注入单元和二氧化碳注入单元均通过第二六通阀与岩心夹持器连接，第二六通阀上还连接有传感器，传感器与上位机连接。
7.根据权利要求5所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺的实验装置，其特征在于，所述的岩心夹持器通过回压阀与气液分离装置连接。
8.一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺，其特征在于，包括以下步骤：
当生产气油比达到500m3/m3时，进行两级封窜：第一步用凝胶封堵裂缝，注入量为1.0FV；第二步用泡沫来改善基质非均质性，注入量为0.2PV。
9.根据权利要求8所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺，其特征在于，凝胶和泡沫的注入速度为1ml/min。
10.根据权利要求8所述的一种二氧化碳驱防气窜两级封窜工艺，其特征在于，两级封窜体系时，采用多轮次注入方式进行注入凝胶和泡沫。
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