三塘湖盆地MZ区块致密油藏CO2吞吐提高采收率.pdf

三塘湖盆地MZ区块致密油藏具有中高孔隙度、特低渗透率和高含油饱和度的特征。开发初期采用水平井体积压裂获得高产，但自然递减率大，后期通过注水吞吐使得储量得到有效动用，但经过多年开发后注水吞吐效果逐轮变差，目前采出程度仅5.6%。为进一步提高采收率，开展了5口水平井CO2吞吐试验。结果表明：CO2在致密油提高采收率中主要发挥溶胀、增能、降黏、萃取轻质组分、提高流体流动能力等作用；在注入、焖井及生产全过程，CO2作用机理会发生变化，从而造成原油性质的变化；CO2在提高原油采收率的同时还具有较高的埋存率，兼具经济效益和社会效益，在致密油藏开发中具有较好的适应性和推广应用前景。关键词：三塘湖盆地；MZ区块；致密油藏；CO2吞吐；提高采收率；驱油；埋存率中图分类号：TE357 文献标识码：A2018 Xinjiang Petroleum Geology.Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License收稿日期：2022-10-12 修订日期：2022-12-26基金项目：中国石油前瞻性基础性技术攻关项目（2021DJ1106）第一作者：李世瑞（1990-），男，甘肃兰州人，工程师，油气田开发，（Tel）0902-2772872（E-mail）Enhanced Oil Recovery by CO2 HuffnPuff in Tight Oil Reservoirs in Mazhong Block，Santanghu BasinLI Shirui，ZHAO Kai，XU Jiangwei，Murzhaty ASKUR，XU Jinlu，ZHANG Xing(Santanghu Oil Production Management Area,Tuha Oilfield Company,PetroChina,Hami,Xinjiang 809009,China)Abstract：The tight oil reservoirs in the MZ block of the Santanghu basin are characterized by mediumhigh porosity,ultralow permeability,and high oil saturation.In the initial development stage,high production rate was achieved by virtue of volume fracturing in horizontal wells,but declined greatly.In the late stage,the reserves were effectively produced through water huffnpuff.After years of development,the effect of water huffnpuff became worse.The current recovery percent of reserves is only 5.6%.For further enhancing the oil recovery,CO2 huffnpuff experiments were conducted in five horizontal wells.The results show that CO2 plays a pivotal role in enhancing recovery in tight oil reservoirs through the mechanisms such as swelling,energy augmentation,viscosity reduction,light component extraction,and fluid mobility improvement.The impact of CO2 varies throughout the injection,soaking,and production stages,leading to alteration in crude oil properties.CO2 can enhance oil recovery and also demonstrate a high storage rate,offering both economic and social benefits.CO2 huffnpuff is adaptable and promising for tight oil reservoir development.Keywords：Santanghu basin;MZ block;tight reservoir;CO2 huffnpuff;EOR;oil displacement;storage rate致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的热点1，二十一世纪以来，借助页岩气水平井体积压裂技术，致密油勘探开发取得突破性进展。但受致密储集层低压、低渗及微纳米级孔喉发育的影响，经过水平井体积压裂获得短期高产后，产油量快速递减，储量动用率低，亟需提高原油采收率2。致密油衰竭式开发后期普遍采取的提高采收率技术包括注水开发、注化学剂开发和注气开发3。研究表明，相比水驱，气驱可有效弥补水驱难以动用微小孔隙中原油的不足，驱油效果更好4。其中，CO2驱油不仅可提高原油采收率，还可有效地质埋存，兼具经济效益和社会效益，在各大油田得到了广泛应用5，取得了良好的效果。本文针对三塘湖盆地致密油藏多轮次注水吞吐后增产效果变差难题，开展了CO2吞吐提高采收率机理研究和矿场实践，通过研究 CO2吞吐前后原油组分、黏度、膨胀系数、生产动态特征等变化规律，揭示CO2吞吐提高致密油采收率机理和地下埋存情况，为该类型油藏开发提供借鉴。1 油藏特征及开发现状三塘湖盆地MZ致密油藏为中国成功勘探开发的首个凝灰岩致密油藏，储集空间以基质微孔、脱玻化晶间微孔、溶蚀微孔和微裂缝为主，储集层天然裂缝发育，以中高角度裂缝为主，裂缝被方解石充填或半充填，平均裂缝密度为33条/米。基质平均孔隙度为15.5%，渗透率为0.36 mD，含油饱和度为69.1%，具有中高孔、特低渗、高含油饱和度和低气油比的致密第44卷 第5期李世瑞，等：三塘湖盆地MZ区块致密油藏CO2吞吐提高采收率油藏特征。其中，地层原油密度为0.880.91 g/cm3，黏度为97.4351.0 mPas，凝固点为1525，含蜡量为19%29%，气油比为10.818.7 m3/t，油藏平均地层温度为67.6，地层压力为21.35 MPa，地层压力系数为1.013，饱和压力为 2.655.66 MPa，原油体积系数为1.041.06，属于异常低温正常压力系统油藏。MZ致密油藏于 2013年采用水平井体积压裂技术投入开发，先后开展了基础井网建设、井网加密、注水吞吐、蓄能压裂、井组渗吸加驱替等。截至2021年底，水平井共计145口，日产油量为260 t，采油速度为0.5%，采出程度为5.6%。近年来，随着压裂和多轮次注水的实施，油水置换效率逐轮降低，效果减弱。2 CO2驱油机理气液两相间的组分传质是气驱开发的独特现象。地层温压下，CO2多为超临界状态，其与原油组分间的传质，是实现驱油增产的主要作用6。CO2注入地层后，随着注入压力的增大，CO2在原油中的溶解度逐渐增大，油气间的传质作用加剧，直至气液两相界面消失，接近或达到混相状态后，靠溶解气驱作用驱替出原油，其提高采收率以驱油为主7。CO2具有膨胀原油体积、增加地层能量、溶解降黏、溶解气驱、萃取轻质组分、降低油水界面张力、改善渗流通道、提高置换效率以及改变岩石相对渗透率的作用，以溶胀、增能和降黏为主8-15。致密油藏储集层纳米-微米孔喉占比大，常规水驱无法动用微小孔隙内的原油，而CO2驱可动用微孔隙中原油，具有更好的驱油效果16-18。3 矿场试验及分析为提高致密油藏开发效果，在MZ区块5口水平井开展CO2吞吐提高采收率试验，其中，M56-7H井开展试验较早，数据资料丰富。3.1 M56-7H井CO2吞吐试验M56-7H井位于 MZ区块中部，原油地质储量为11.8104 t，储集层平均孔隙度为15.2%，平均渗透率为 0.16 mD，原油黏度为 465.9 mPas。2014 年 2 月15 日开钻，4 月 28 日完钻，水平段目的层为二叠系条湖组。2014年6月8日压裂投产，初期日产油量为14.3 t，衰竭式开发1年后，日产油量降至2.5 t。20152021年，先后开展了5轮增能压裂和1轮注水吞吐，累计增油5 188 t（图1）。增油效果总体上逐轮变差，第1轮增油1 892 t，最后一轮仅增油536 t。2021年10月21日实施CO2吞吐，CO2注入速度为72 t/d，累计注入量为2 025 t，焖井时间为20 d。2022年1月17日开井，油井日产油量从吞吐前2.5 t上升至14.8 t（图2）。截至2022 年 7 月 18 日，累计增油 921 t，阶段换油率为0.45，阶段提高采收率0.8%，增油效果较好。图1 M56-7H井历次措施后生产曲线Fig.1.Production curves after multiple stimulations in Well M567H 2014 05 31-2015 04 16-2016 03 01-2017 01 15-2017 12 01-2018 10 17-2019 09 02-2021 06 03-2022 04 19-?/?-?-?/t3020100020406080100?/%2020 07 18-?202033 05-3.2 CO2吞吐矿场试验分析3.2.1 原油全烃组分变化M56-7H井CO2吞吐前后原油样品组分变化表明，CO2吞吐初期，产出原油中轻质组分C3C6基本被抽提完，过渡组分C7C14被抽提较多，中质组分C15C29和较重质组分C30+增加（图3），说明在这一阶段CO2驱油的主要机理是溶胀效应，中质和重质组分能够被CO2驱替出来。随着生产时间的延长，CO2作用效果减弱，更容易流动的轻质组分增加，逐步恢复至吞吐前水平。3.2.2 原油黏度变化采用 CO2吞吐后，初期原油黏度和含蜡量均升高，随生产时间延长，原油黏度和含蜡量逐渐降低，最终恢复至吞吐前水平（表1）。其主要原因为初期由于CO2增能作用，地层压力高于最小抽提压力，CO2抽提作用占主导，原油中的轻质组分被大量抽提导致近井地带原油黏度和含蜡量升高；随着生产时间延长，地层压力逐渐降低至小于最小抽提压力时，CO2溶解膨胀作用占主导，使得原油黏度和含蜡量均降低。5732023年新 疆 石 油 地 质图3 CO2吞吐前后原油样品不同时期组分变化曲线Fig.3.Variations of oil components before and after CO2 huffnpuff0123456C1C2C3C4C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18C19C20C21C22C23C24C25C26C27C28C29C30C31C32C33C34C35C36C37C38C39C40C41C42C43C44C45?/%?17 d?45 d?53 d图2 M56-7H井CO2吞吐前后生产曲线Fig.2.Production curves before and after CO2 huffnpuff in Well M567H?CO2?/t3020100020406080100?/%20201192-2021 11 12-20201212-20201232-20201252-20207 122-?/?-?-?3.2.3 产量变化M56-7H 井 CO2吞吐后，初期井底流压、气油比快速减小，日产油量不稳定，随着生产时间延长，日产油量先增大后减小，井底流压持续下降，气油比波动下降到接近 0（图 4）。依据前人研究，将 CO2吞吐开发划分为 4 个阶段19：自喷初期气体返排阶段（17 d），主要受裂缝及大孔隙中未扩散溶解的连续相 CO2快速返排的影响，井口大量产气，基本不产油，井底压力快速下降；自喷后期产气携油阶段（834 d），此阶段受近井地带微裂缝、小孔隙及基质中大量游离 CO2的影响，近井地带基质中剩余油与游离 CO2长时间接触并充分溶胀，随着井底压力的降低，膨胀原油被游离CO2反向驱替后携带产出，表现为大段气、小段油的气驱特征，且产油速率与气油比波动大；转抽初期高速产油阶段（3560 d），该阶段驱替方式由游离气驱向溶解气驱转变，溶解气驱作用强，表现为低气油比和高产油量特征；转抽后期产油减缓阶段（60 d以后），该阶段溶解气驱进入后期，产油速率逐渐减小，直至溶解气驱失效恢复至吞吐前水平。3.2.4 泡沫油流特征M56-7H井CO2吞吐后，现场所取原油样品具有明显的泡沫油流特征，无明显气液分离界面，原油在储集层中具有较好的流动性。其原因在于当地层压力低于泡点压力时，由于黏滞力大于重力，从原油中逸出的溶解气能以微小气泡分散在原油中形成泡沫油，促进CO2在原油中的混相驱替。泡沫油可显著降低地层中稠油的黏度，使稠油流动而被气体弹性驱替，充分体现了CO2溶解降黏及气驱作用20。3.2.5 CO2埋存效果M56-7H井CO2吞吐后产出水pH值稳定在7.1左表1 CO2吞吐前后原油样品黏度和含蜡量的变化Table 1.Viscosity and wax content of oil samples before and after CO2 huffnpuff阶段投产吞吐前自喷转抽后递减期稳产期含蜡量/%16.414.622.121.613.712.6动力黏度/mPas465.9443.01 379.01 862.01 173.0542.5574第44卷 第5期李世瑞，等：三塘湖盆地MZ区块致密油藏CO2吞吐提高采收率右，说明CO2没有大量进入产出液，地下埋存率较高。井口伴生气量监测证实，生产初期井口 CO2气量较高，日产气量为400500 m3，随着生产时间延长，井口气量快速递减，开采135 d后，井口基本监测不到伴生气（图5）。生产阶段累计产气量为30 364 m3，CO2累计注入量为2 025 t，CO2埋存率为97.1%。010203040506005101520253035404516111621263136414651566166717681869196101 106 111 116 121 126 131?()/mt3-1?/t?/d?/MPa图4 M56-7H井生产动态参数变化曲线Fig.4.Production performance of Well M567H4 结论（1）CO2在提高致密油采收率时主要发挥溶胀、增能、降黏、萃取轻质组分、提高流体流动能力等作用。CO2吞吐初期以抽提作用为主，表现为原油黏度升高，重质组分增加；吞吐中后期以溶解气驱和溶胀增能作用为主，表现为原油黏度下降，轻质组分增加。泡沫油流是CO2吞吐后典型的生产特征，能显著降低原油黏度，提高油水流度比。（2）CO2吞吐开发可划分为自喷初期气体返排阶段、自喷后期产气携油阶段、转抽初期高速产油阶段和转抽后期产油减缓阶段4个阶段，每个阶段的CO2作用机理和生产特征各不相同。（3）CO2提高采收率模式以驱油为主，CO2吞吐对致密油提高采收率具有较好的适应性和推广前景。参考文献：1 李登华，刘卓亚，张国生，等.中美致密油成藏条件、分布特征和开发现状对比与启示 J.天然气地球科学，2017，28（7）：1 126-1 138.LI Denghua，LIU Zhuoya，ZHANG Guosheng，et al.Comparison and revelation of tight oil accumulation conditions，distribution characteristics and development status between China and U.S.J.Natural Gas Geoscience，2017，28（7）：1 126-1 138.2 肖汉敏，罗永成，赵新礼，等.水平井CO2缝间驱替产能影响因素 J.新疆石油地质，2022，43（4）：479-483.XIAO Hanmin，LUO Yongcheng，ZHAO Xinli，et al.Factors influencing productivity of horizontal wells with CO2 interfracture flooding J.Xinjing Petroleum Geology，2022，43（4）：479-483.3 付京，姚博文，雷征东，等.北美超低渗致密油藏提高采收率技术现状 J.西南石油大学学报（自然科学版），2021，43（5）：166-183.FU Jing，YAO Bowen，LEI Zhengdong，et al.Enhanced oil recovery of ultra low permeability tight reservoirs in North AmericaJ.Journal of Southwest Petroleum University（Science&Technology Edition），2021，43（5）：166-183.4 钱坤，杨胜来，窦洪恩，等.特低渗油藏不同CO2注入方式微观驱油特征 J.新疆石油地质，2020，41（2）：204-208.QIAN Kun，YANG Shenglai，DOU Hongen，et al.Microscopic characteristics of oil displacement with different CO2 injection modes in extralow permeability reservoirs J.Xinjiang Petroleum Geology，2020，41（2）：204-208.5 胡永乐，郝明强，陈国利，等.中国CO2驱油与埋存技术及实践J.石油勘探与开发，2019，46（4）：716-727.HU Yongle，HAO Mingqiang，CHEN Guoli，et al.Technologies and practice of CO2 flooding and sequestration in China J.Petroleum Exploration and Development，2019，46（4）：716-727.6 钱坤，杨胜来，窦洪恩，等.注CO2过程中流体性质变化及驱油机理实验研究 J.石油科学通报，2019，4（1）：69-82.图5 M56-7H井CO2吞吐后井口伴生气量变化曲线Fig.5.Associated gas volume at the wellhead after CO2 huffnpuff in Well M567H0100200300400500020406080100120140160?/m3?/d5752023年新 疆 石 油 地 质QIAN Kun，YANG Shenglai，DOU Hongen，et al.Interaction of the CO2oil system and displacement mechanisms during CO2 floodingJ.Petroleum Science Bulletin，2019，4（1）：69-82.7 曹绪龙，吕广忠，王杰，等.胜利油田CO2驱油技术现状及下步研究方向 J.油气藏评价与开发，2020，10（3）：51-59.CAO Xulong，LYU Guangzhong，WANG Jie，et al.Present situation and further research direction of CO2 flooding technology in Shengli oilfield J.Reservoir Evaluation and Development，2020，10（3）：51-59.8 刘笑春，黎晓茸，杨飞涛，等.长庆姬塬油田黄3区CO2驱对采出原油物性影响 J.油气藏评价与开发，2019，9（3）：36-40.LIU Xiaochun，LI Xiaorong，YANG Feitao，et al.Effect of CO2 flooding on physical properties of produced crude oil in Huang 3 block of Changqing oilfield J.Reservoir Evaluation and Development，2019，9（3）：36-40.9 李阳.低渗透油藏CO2驱提高采收率技术进展及展望 J.油气地质与采收率，2020，27（1）：1-10.LI Yang.Technical advancement and prospect for CO2 flooding enhanced oil recovery in low permeability reservoirsJ.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2020，27（1）：1-10.10 杨勇.胜利油田特低渗透油藏CO2驱技术研究与实践 J.油气地质与采收率，2020，27（1）：11-19.YANG Yong.Research and application of CO2 flooding technology in extralow permeability reservoirs of Shengli oilfieldJ.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2020，27（1）：11-19.11 朗东江，伦增珉，吕成远，等.页岩油注二氧化碳提高采收率影响因素核磁共振实验 J.石油勘探与开发，2021，48（3）：603-612.LANG Dongjiang，LUN Zengmin，LYU Chengyuan，et al.Nuclear magnetic resonance experimental study of CO2 injection to enhance shale oil recovery J .Petroleum Exploration and Development，2021，48（3）：603-612.12 张东，刘显太，刘彦东，等.CO2驱合理注入量计算方法 J.油气地质与采收率，2020，27（1）：107-112.ZHANG Dong，LIU Xiantai，LIU Yandong，et al.Calculation method of reasonable injection amount of CO2 flooding J.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2020，27（1）：107-112.13 张涛，李德宁，崔轶男，等.板桥油田特高含水期水平井CO2吞吐参数优化及实施 J.油气藏评价与开发，2019，9（3）：51-56.ZHANG Tao，LI Dening，CUI Yinan，et al.Optimization and implementation of CO2 huff and puff parameters of horizontal wells in Banqiao oilfield during extra high water cut periodJ.Reservoir Evaluation and Development，2019，9（3）：51-56.14 聂法健，毛洪超，王庆，等.中原油田CO2驱提高采收率技术及现场实践 J.油气地质与采收率，2020，27（1）：146-151.NIE Fajian，MAO Hongchao，WANG Qing，et al.CO2 flooding for enhanced oil recovery technology and field practice in Zhongyuan oilfield J.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2020，27（1）：146-151.15 黄程，霍丽如，吴辰泓.基于非常规油气开发的CO2资源化利用技术进展及前景 J.非常规油气，2022，9（1）：1-9.HUANG Cheng，HUO Liru，WU Chenhong.Progress and prospect of CO2 resource utilization technology based on unconventional oil and gas development J.Unconventional Oil&Gas，2022，9（1）：1-9.16 施雷庭，张玉龙，叶仲斌，等.玛湖砂砾岩致密油藏水平井CO2吞吐现场试验效果分析 J.油气藏评价与开发，2021，11（6）：871-877.SHI Leiting，ZHANG Yulong，YE Zhongbin，et al.Field test effect analysis of CO2 huff and puff for EOR of horizontal wells in tight glutenite reservoir of Mahu oilfield J.Petroleum Reservoir Evaluation and Development，2021，11（6）：871-877.17 苏玉亮，陈征，唐梅荣，等.致密储层不同驱替方式下超临界CO2蓄能返排效果实验研究 J .油气地质与采收率，2020，27（5）：79-85.SU Yuliang，CHEN Zheng，TANG Meirong，et al.Experimental study of supercritical CO2 storage flowback under different displacement methods in tight reservoirsJ.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2020，27（5）：79-85.18 魏兵，张翔，刘江，等.致密油藏提高采收率现场试验进展和启示 J.新疆石油地质，2021，42（4）：495-505.WEI Bing，ZHANG Xiang，LIU Jiang，et al.Progress and enlightenment of EOR field tests in tight oil reservoirsJ.Xinjing Petroleum Geology，2021，42（4）：495-505.19 汤翔，李宜强，韩雪，等.致密油二氧化碳吞吐动态特征及影响因素 J.石油勘探与开发，2021，48（4）：817-824.TANG Xiang，LI Yiqiang，HAN Xue，et al.Dynamic characteristics and influencing factors of CO2 huff and puff in tight oil reservoirsJ.Petroleum Exploration and Development，2021，48（4）：817-824.20 李士伦，孙雷，陈祖华，等.再论CO2驱提高采收率油藏工程理念和开发模式的发展 J.油气藏评价与开发，2020，10（3）：1-14.LI Shilun，SUN Lei，CHEN Zuhua，et al.Further discussion on reservoir engineering concept and development model of CO2 floodingEOR technology J.Reservoir Evaluation and Development，2020，10（3）：1-14.（编辑 李菁）576