吉木萨尔页岩油二氧化碳吞吐提高采收率技术研究
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方向为页岩油提高采收率技术。 通讯作者:宋兆杰(1985—) ,男,研究员,博士生导师,2007 年毕业于中国石油大学( 华东) 材料成型及控制工程专业,2014 年毕业于中国地质大学( 北京)
油气田开发专业,获博士学位,研究方向为非常规油气相态与提高采收率技术。
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
(1. Unconventional Petroleum Research Institute, China University of Petroleum ( Beijing) , Beijing 102249, China; 2. PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xinjiang 834000, China)
过测定钢球在原油中的下落时间,计算原油黏度:
μ=
( ρ-ρo ) gd2 18L
t
(1)
式中:μ 为原 油 黏 度, mPa · s; ρ 为 钢 球 密 度, kg / m3;ρo 为原油密度,kg / m3;d 为钢球直径,m;t 为钢
收稿日期:20220815;改回日期:20230320 基金项目:国家自然科学基金“ 页岩油储层纳微米孔喉中油-CO2-水多元体系相行为与流动机制研究” ( 52074319) ;中国石油战略合作科技专项“ 准噶尔
盆地玛湖中下组合和吉木萨尔陆相页岩油高效勘探开发理论及关键技术研究” ( ZLZX2020-01-08) 作者简介:曹长霄(1994—) ,男,2016 年毕业于中国石油大学( 华东) 石油工程专业,现为中国石油大学( 北京) 油气田开发专业在读博士研究生,主要研究
高压条件下,将一定体积的活油转移至 PVT
典型井数值模型,优化注气强度、闷井时间、吞吐周 期和周期注气强度等参数,分析地质、工程参数对
测试仪。 随后将一定体积的 CO2 / CH4 注 入 PVT 测试仪,提高体系压力使其完全溶解于原油中,并
CO2 吞吐提高采收率效果的影响;最后,研究不同 孔隙度条件下增油量、换油率与注气强度的关系,
递减率达到 50% 以上, 亟需转为 CO2 吞 吐 开 发。 但区块平面非均质性强,且开发时间较短,仅有 1
油样均一稳定;然后将天然气注入配样仪,气油比 为 20 m3 / m3;最后在地层温度下,提高体系压力至
口直井进行了 CO2 吞吐可行性试验,CO2 注入工 艺与页岩油水平井地质、工程参数的匹配规律尚不
50. 00 MPa,使其 高 于 原 始 地 层 压 力, 旋 转 搅 拌 2 h,确保样品处于单相状态,得到与地下原油物性相
明晰。 因此,首先开展原油 PVT 实验,对比 CO2 和 CH4 在原油中的溶解能力、膨胀原油体积能力和降 黏效果;然后,基于储层地质参数和工程参数,建立
近的活油。 1. 2. 2 注气膨胀实验
吉木萨尔页岩油储层下“ 甜点” 区为云质粉细
表 1 复配天然气组分组成
Table 1 The list of compounded gas components
组分
摩尔分数 / %
N2 CO2 CH4 C2 H6 C3 H8 IC4 H10 NC4 H10
13. 15 2. 73
65. 34 14. 78
3. 00 0. 50 0. 50
1. 2 实验方法
砂岩段,天然裂缝不发育,基质为微、纳米孔喉结 构,渗透率低,原油流动性差[20-24] 。 目前,井区通
1. 2. 1 活油配制 首先将一定量的脱气原油注入原油配样仪中,
过水平井体积压裂提高原油流动能力,原油产量年 在地层温度条件下密闭加热并旋转搅拌 2 h,保证
计算该体系的溶解气油比。 在高压条件下,将上述 体系旋转搅拌 2 h,确保气体在原油中溶解均匀。
建立注气强度-增油量-换油率综合分析图版。
然后测定该体系的饱和压力、相对体积、原油密度
1 页岩油-CO2 / CH4 高压相态特征
及地层压缩系数等参数。 改变注入气体体积,并重 复上述实验,分析不同溶解气油比下的原油高压物
置换基质中的部分原油,导致后续注水吞吐效果较 差,页岩油采收率较低[8-12] 。 因此,提高原油流动 性、增加储层能量是页岩油高效开发的关键[13] 。 与
计,TC - 01 型 柱 塞 泵, 真 空 泵, 中 间 容 器, 管 线 若 干,上述实验仪器均由江苏拓创科研仪器有限公司 提供。
常规油藏相比,页岩油储层难以建立井间驱替关系, 常采用 CO2 吞吐技术来提高页岩油开发效果[14-16] 。 CO2 在原油中的溶解、膨胀能力强,可有效增加储 层能量。 同时,CO2 溶解于原油后,可显著降低原 油黏度,提高原油流动性。 目前,CO2 吞吐提高采 收率技术在致密油藏和页岩油开发中已有一些现 场试验,如美国 Bakken 页岩油、江汉油田盐间页岩 油、长庆油田姬塬致密油等,均表现出良好的增油 增产效果[17-19] 。
DOI:10. 3969 / j. issn. 1006-6535. 2023. 03. 013
吉木萨尔页岩油二氧化碳吞吐提高Fra bibliotek收率技术研究曹长霄1,宋兆杰1,师耀利2,高 阳2,郭 佳1,常旭雅1
(1. 中国石油大学( 北京) 非常规油气科学技术研究院,北京 102249; 2. 中国石油新疆油田分公司,新疆 克拉玛依 834000)
1. 1 实验材料及设备
性变化。 1. 2. 3 原油黏度测定
实验材料:吉木萨尔下“ 甜点” 区脱气原油( 新
采用落球法测定高温高压下的原油黏度。 将
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
1 08
特种油气藏
第 30 卷
PVT 仪中的高温高压原油导入落球黏度计中,通
比为 20 m3 / m3;纯度为 99. 5% 的 CO2 气体和 CH4 气体,以及复配天然气( 表 1),均由北京氦普北分 气体有限公司提供。
发前需采用水力压裂等方式改造储层。 页岩油压
实验设备:SJ-1 型高温高压原油配样仪,TC -
裂改造过程中,压裂液在拓展裂缝的同时,会渗吸 80 型 PVT 测试仪, LQ - 03 型高温 高 压 落 球 黏 度
胶质含量为 38. 28%,沥青质含量为 11. 98%,地层 条件下( 温度为 89. 28 ℃ ,压力为 41. 25 MPa) 气油
庆油 田 古 龙、 大 港 油 田 沧 东 和 歧 口 等 页 岩 油 资 源[2-5] 。 页岩油储层物性较差,天然能量较低,衰 竭式开发产量递减快,采收率仅为 3% ~ 5%[6-7] ,开
Abstract:To address the problems of low recovery rate and poor water injection huff-n-puff effect in the depleted development of Jimsar shale oil. A study on the applicability of CO2 huff-n-puff technology in shale oil reservoirs was carried out by means of hydrocarbon phase experiments and numerical simulation methods for reservoirs to guide the implementation of CO2 huff-n-puff technology in the field. The results show that Compared with CH4 , CO2 interacts better with Jimsar shale oil. Under the conditions of formation pressure and formation temperature, the solution gas-oil ratio of CO2 in crude oil is 497. 83 m3 / m3 , the crude oil viscosity is reduced by 70. 65%, and the crude oil volume is expanded by 2. 05 times; for typical shale oil wells, multi-cycle CO2 huff-n-puff can improve the recovery rate by 9. 43 percentage points and crude oil production by 31 472. 40 t. With the shortening of fracture spacing and the increase of reservoir porosity, the effect of CO2 huff-n-puff on oil enhancement gradually becomes better, and the influence of permeability and oil saturation on the effect of CO2 huff - n - puff is relatively small. The results of the field test show that CO2 huff-n-puff can effectively enhance the recovery rate of shale oil, and the oil enhancement effect is better under the condition of no fracture disturbance. The research results have some implications for the efficient development of shale oil. Key words:shale oil; CO2 huff-n-puff; enhanced recovery; PVT experiment; numerical simulation; Jimsar
摘要:针对吉木萨尔页岩油衰竭式开发采收率低、注水吞吐效果差的问题,通过油气相态实验 和油藏数值模拟方法开展了页岩油储层 CO2 吞吐技术适用性研究,指导现场 CO2 吞吐技术实 施。 结果表明:相较于 CH4 ,CO2 与吉木萨尔页岩油的相互作用更好,在地层压力和地层温度 条件下,CO2 在原油中的溶解气油比为 497. 83 m3 / m3 ,原油黏度降低 70. 65%,原油体积膨胀 2. 05 倍;对于典型页岩油井,多周期 CO2 吞吐可提高采收率 9. 43 个百分点,原油产量可提高 31 472. 40 t。 随着裂缝间距缩短和储层孔隙度增加,CO2 吞吐增油效果逐渐变好,渗透率和含 油饱和度对 CO2 吞吐效果的影响较小。 矿场试验结果表明,CO2 吞吐可有效提高页岩油采收 率,在无裂缝窜扰条件下,增油效果更优。 研究成果对页岩油高效开发具有一定借鉴意义。 关键词:页岩油;CO2 吞吐;提高采收率;PVT 实验;数值模拟;吉木萨尔 中图分类号:TE327 文献标识码:A 文章编号: 1006-6535(2023)03-0106-09
Study on CO2 Huff-N-Puff Enhanced Recovery Technology for Jimsar Shale Oil Cao Changxiao1 , Song Zhaojie1 , Shi Yaoli2 , Gao Yang2 , Guo Jia1 , Chang Xuya1
第3期
曹长霄等:吉木萨尔页岩油二氧化碳吞吐提高采收率技术研究
1 07
0 引 言
疆油田提供) ,脱气原油密度为 0. 90 g / cm3,原油 中饱和烃含量为 41. 41%,芳香烃含量为 8. 33%,
近年来,页岩油勘探开发逐渐成为油气行业的 热点[1] 。 中国陆续发现了新疆油田吉木萨尔、大
油气田开发专业,获博士学位,研究方向为非常规油气相态与提高采收率技术。
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(1. Unconventional Petroleum Research Institute, China University of Petroleum ( Beijing) , Beijing 102249, China; 2. PetroChina Xinjiang Oilfield Company, Karamay, Xinjiang 834000, China)
过测定钢球在原油中的下落时间,计算原油黏度:
μ=
( ρ-ρo ) gd2 18L
t
(1)
式中:μ 为原 油 黏 度, mPa · s; ρ 为 钢 球 密 度, kg / m3;ρo 为原油密度,kg / m3;d 为钢球直径,m;t 为钢
收稿日期:20220815;改回日期:20230320 基金项目:国家自然科学基金“ 页岩油储层纳微米孔喉中油-CO2-水多元体系相行为与流动机制研究” ( 52074319) ;中国石油战略合作科技专项“ 准噶尔
盆地玛湖中下组合和吉木萨尔陆相页岩油高效勘探开发理论及关键技术研究” ( ZLZX2020-01-08) 作者简介:曹长霄(1994—) ,男,2016 年毕业于中国石油大学( 华东) 石油工程专业,现为中国石油大学( 北京) 油气田开发专业在读博士研究生,主要研究
高压条件下,将一定体积的活油转移至 PVT
典型井数值模型,优化注气强度、闷井时间、吞吐周 期和周期注气强度等参数,分析地质、工程参数对
测试仪。 随后将一定体积的 CO2 / CH4 注 入 PVT 测试仪,提高体系压力使其完全溶解于原油中,并
CO2 吞吐提高采收率效果的影响;最后,研究不同 孔隙度条件下增油量、换油率与注气强度的关系,
递减率达到 50% 以上, 亟需转为 CO2 吞 吐 开 发。 但区块平面非均质性强,且开发时间较短,仅有 1
油样均一稳定;然后将天然气注入配样仪,气油比 为 20 m3 / m3;最后在地层温度下,提高体系压力至
口直井进行了 CO2 吞吐可行性试验,CO2 注入工 艺与页岩油水平井地质、工程参数的匹配规律尚不
50. 00 MPa,使其 高 于 原 始 地 层 压 力, 旋 转 搅 拌 2 h,确保样品处于单相状态,得到与地下原油物性相
明晰。 因此,首先开展原油 PVT 实验,对比 CO2 和 CH4 在原油中的溶解能力、膨胀原油体积能力和降 黏效果;然后,基于储层地质参数和工程参数,建立
近的活油。 1. 2. 2 注气膨胀实验
吉木萨尔页岩油储层下“ 甜点” 区为云质粉细
表 1 复配天然气组分组成
Table 1 The list of compounded gas components
组分
摩尔分数 / %
N2 CO2 CH4 C2 H6 C3 H8 IC4 H10 NC4 H10
13. 15 2. 73
65. 34 14. 78
3. 00 0. 50 0. 50
1. 2 实验方法
砂岩段,天然裂缝不发育,基质为微、纳米孔喉结 构,渗透率低,原油流动性差[20-24] 。 目前,井区通
1. 2. 1 活油配制 首先将一定量的脱气原油注入原油配样仪中,
过水平井体积压裂提高原油流动能力,原油产量年 在地层温度条件下密闭加热并旋转搅拌 2 h,保证
计算该体系的溶解气油比。 在高压条件下,将上述 体系旋转搅拌 2 h,确保气体在原油中溶解均匀。
建立注气强度-增油量-换油率综合分析图版。
然后测定该体系的饱和压力、相对体积、原油密度
1 页岩油-CO2 / CH4 高压相态特征
及地层压缩系数等参数。 改变注入气体体积,并重 复上述实验,分析不同溶解气油比下的原油高压物
置换基质中的部分原油,导致后续注水吞吐效果较 差,页岩油采收率较低[8-12] 。 因此,提高原油流动 性、增加储层能量是页岩油高效开发的关键[13] 。 与
计,TC - 01 型 柱 塞 泵, 真 空 泵, 中 间 容 器, 管 线 若 干,上述实验仪器均由江苏拓创科研仪器有限公司 提供。
常规油藏相比,页岩油储层难以建立井间驱替关系, 常采用 CO2 吞吐技术来提高页岩油开发效果[14-16] 。 CO2 在原油中的溶解、膨胀能力强,可有效增加储 层能量。 同时,CO2 溶解于原油后,可显著降低原 油黏度,提高原油流动性。 目前,CO2 吞吐提高采 收率技术在致密油藏和页岩油开发中已有一些现 场试验,如美国 Bakken 页岩油、江汉油田盐间页岩 油、长庆油田姬塬致密油等,均表现出良好的增油 增产效果[17-19] 。
DOI:10. 3969 / j. issn. 1006-6535. 2023. 03. 013
吉木萨尔页岩油二氧化碳吞吐提高Fra bibliotek收率技术研究曹长霄1,宋兆杰1,师耀利2,高 阳2,郭 佳1,常旭雅1
(1. 中国石油大学( 北京) 非常规油气科学技术研究院,北京 102249; 2. 中国石油新疆油田分公司,新疆 克拉玛依 834000)
1. 1 实验材料及设备
性变化。 1. 2. 3 原油黏度测定
实验材料:吉木萨尔下“ 甜点” 区脱气原油( 新
采用落球法测定高温高压下的原油黏度。 将
Copyright©博看网. All Rights Reserved.
1 08
特种油气藏
第 30 卷
PVT 仪中的高温高压原油导入落球黏度计中,通
比为 20 m3 / m3;纯度为 99. 5% 的 CO2 气体和 CH4 气体,以及复配天然气( 表 1),均由北京氦普北分 气体有限公司提供。
发前需采用水力压裂等方式改造储层。 页岩油压
实验设备:SJ-1 型高温高压原油配样仪,TC -
裂改造过程中,压裂液在拓展裂缝的同时,会渗吸 80 型 PVT 测试仪, LQ - 03 型高温 高 压 落 球 黏 度
胶质含量为 38. 28%,沥青质含量为 11. 98%,地层 条件下( 温度为 89. 28 ℃ ,压力为 41. 25 MPa) 气油
庆油 田 古 龙、 大 港 油 田 沧 东 和 歧 口 等 页 岩 油 资 源[2-5] 。 页岩油储层物性较差,天然能量较低,衰 竭式开发产量递减快,采收率仅为 3% ~ 5%[6-7] ,开
Abstract:To address the problems of low recovery rate and poor water injection huff-n-puff effect in the depleted development of Jimsar shale oil. A study on the applicability of CO2 huff-n-puff technology in shale oil reservoirs was carried out by means of hydrocarbon phase experiments and numerical simulation methods for reservoirs to guide the implementation of CO2 huff-n-puff technology in the field. The results show that Compared with CH4 , CO2 interacts better with Jimsar shale oil. Under the conditions of formation pressure and formation temperature, the solution gas-oil ratio of CO2 in crude oil is 497. 83 m3 / m3 , the crude oil viscosity is reduced by 70. 65%, and the crude oil volume is expanded by 2. 05 times; for typical shale oil wells, multi-cycle CO2 huff-n-puff can improve the recovery rate by 9. 43 percentage points and crude oil production by 31 472. 40 t. With the shortening of fracture spacing and the increase of reservoir porosity, the effect of CO2 huff-n-puff on oil enhancement gradually becomes better, and the influence of permeability and oil saturation on the effect of CO2 huff - n - puff is relatively small. The results of the field test show that CO2 huff-n-puff can effectively enhance the recovery rate of shale oil, and the oil enhancement effect is better under the condition of no fracture disturbance. The research results have some implications for the efficient development of shale oil. Key words:shale oil; CO2 huff-n-puff; enhanced recovery; PVT experiment; numerical simulation; Jimsar
摘要:针对吉木萨尔页岩油衰竭式开发采收率低、注水吞吐效果差的问题,通过油气相态实验 和油藏数值模拟方法开展了页岩油储层 CO2 吞吐技术适用性研究,指导现场 CO2 吞吐技术实 施。 结果表明:相较于 CH4 ,CO2 与吉木萨尔页岩油的相互作用更好,在地层压力和地层温度 条件下,CO2 在原油中的溶解气油比为 497. 83 m3 / m3 ,原油黏度降低 70. 65%,原油体积膨胀 2. 05 倍;对于典型页岩油井,多周期 CO2 吞吐可提高采收率 9. 43 个百分点,原油产量可提高 31 472. 40 t。 随着裂缝间距缩短和储层孔隙度增加,CO2 吞吐增油效果逐渐变好,渗透率和含 油饱和度对 CO2 吞吐效果的影响较小。 矿场试验结果表明,CO2 吞吐可有效提高页岩油采收 率,在无裂缝窜扰条件下,增油效果更优。 研究成果对页岩油高效开发具有一定借鉴意义。 关键词:页岩油;CO2 吞吐;提高采收率;PVT 实验;数值模拟;吉木萨尔 中图分类号:TE327 文献标识码:A 文章编号: 1006-6535(2023)03-0106-09
Study on CO2 Huff-N-Puff Enhanced Recovery Technology for Jimsar Shale Oil Cao Changxiao1 , Song Zhaojie1 , Shi Yaoli2 , Gao Yang2 , Guo Jia1 , Chang Xuya1
第3期
曹长霄等:吉木萨尔页岩油二氧化碳吞吐提高采收率技术研究
1 07
0 引 言
疆油田提供) ,脱气原油密度为 0. 90 g / cm3,原油 中饱和烃含量为 41. 41%,芳香烃含量为 8. 33%,
近年来,页岩油勘探开发逐渐成为油气行业的 热点[1] 。 中国陆续发现了新疆油田吉木萨尔、大