延长油田CO2驱储层物性变化规律

姚振杰，黄春霞，马永晶，王伟，汤瑞佳

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075；2.陕西延长石油集团炼化公司延安炼油厂，陕西 延安 727406）

延长油田CO2驱储层物性变化规律

姚振杰1，黄春霞1，马永晶2，王伟1，汤瑞佳1

（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安 710075；2.陕西延长石油集团炼化公司延安炼油厂，陕西 延安 727406）

CO2驱油可有效动用低渗透、特低渗透油藏，目前延长油田已经开展了CO2驱矿场先导试验，并取得了一定的成果。文中根据延长油田储层物性特征，针对CO2注入储层引起孔隙度、渗透率及润湿性等物性特征的变化，进行了CO2驱储层物性变化规律的实验研究。结果表明：延长油田靖边CO2试验区储层矿物中，不同程度的含有斜长石、石英、钾长石、浊沸石、方解石及黏土矿物，其中以斜长石和黏土矿物为主，其次是石英和钾长石，还有少量的浊沸石和方解石；在一定的压力范围内，随着注入压力增大储层孔隙度变化率先升高后降低；随着CO2与储层反应时间的增加，储层渗透率恢复值是增大的；随着注入压力的不断增大，储层渗透率降低；CO2与储层接触后储层的亲水性增强，有利于提高原油采收率。

CO2驱；储层物性；变化规律；延长油田

0 引言

随着工业技术的不断发展，以CO2为主的温室气体不断排放到大气中，引发全球气候变暖、温室效应等一系列问题，已经引起各国的重视［1-2］。目前，国内外开始运用CO2进行驱油，不仅可以埋存CO2，同时可以提高原油采收率［3-4］。随着市场对原油需求量的增加，勘探开发难度的不断增加，需要动用低渗透、特低渗透储层。CO2具有易溶于原油并使原油体积发生膨胀增加弹性能，降低原油黏度改善流度比，降低界面张力等特点［5］，可有效动用低渗透、特低渗透油藏［6-7］。我国大庆油田、吉林油田、江苏油田等进行了CO2驱矿场试验，取得了一定的效果［8-11］。

延长油田所属区块是我国典型的特低渗透油藏，目前延长油田已经在乔家洼油区和油沟油区开展了CCUS（CO2捕集、输送、驱油与封存）项目。注入的CO2气体溶于地层水会形成酸，酸会溶蚀储层矿物及胶结物，伴随着新矿物的沉积，同时会发生微粒的运移，使储层孔隙结构、渗透率及润湿性等物性特征发生变化。本文根据延长油田开展的CO2驱油现场试验，研究了CO2驱储层物性变化规律。

1 实验条件

1.1 仪器与材料

仪器：恒温箱，黏度计，驱替泵，岩心夹持器，压力传感器，X射线衍射仪，真空泵等。

材料：1）实验用水为延长油田靖边采油厂CO2试验区地层水，使用前经0.22 μm微孔过滤，除去杂质，矿化度71.34 g/L，pH值为5.5，水型为CaCl2型。2）高纯CO2气体（>99.95%）。3）实验所用岩心为延长油田靖边采油厂CO2试验区的天然岩心。

1.2 实验方案

1）运用X射线衍射仪对储层岩石进行全岩分析。2）对比天然岩心薄片在不同注入CO2压力下孔隙度变化。3）测定天然岩心在不同反应时间、不同注入CO2压力下岩心渗透变化。4）研究天然岩心与CO2接触前后润湿性变化。

2 实验结果及分析

2.1 储层岩石矿物组成

运用X射线衍射仪对延长油田靖边采油厂CO2试验区的岩心进行全岩分析。储层岩石矿物组成：斜长石体积分数为30.1%；石英体积分数为18.7%；钾长石体积分数为18.2%；浊沸石体积分数为4.4%；方解石体积分数为0.5%；黏土矿物体积分数为28.1%。

注入的CO2溶于地层水，形成酸，可以与储层矿物和填隙物发生反应，可能会形成次生通道，出现新矿物沉积。另外，流体的冲刷作用也可能使微粒发生运移，最终导致储层孔隙度、渗透率及润湿性等发生变化。

2.2 储层孔隙度变化

为了研究CO2对储层岩石孔隙度的影响，测定了延长油田岩心薄片在不同压力下CO2与储层岩石反应前后孔隙度变化（见图1）。孔隙度变化率为反应前后孔隙度差与反应前孔隙度的比值。

注入CO2，在有地层水条件下，随着注入压力的不断升高，孔隙度变化率不断增大。当压力达到10 MPa的时候，孔隙度变化率达到最大值23%；当注入压力大于10 MPa时，随着压力的增加，孔隙度变化率降低。由于CO2溶解于地层水中可以形成酸，随着反应压力的增加，CO2对储层矿物产生溶解作用，同时会产生沉淀，可能会发生微粒的运移。

图1 CO2与岩石反应前后储层孔隙度变化

实验开始，随着反应压力的增加，孔隙度变化率逐渐增加，CO2对储层矿物的溶解起主要作用，会产生少量的沉淀。另外，压力较低，微粒可能发生轻微的运移或不运移。随着反应压力的继续增加，伴随着CO2对储层矿物的溶解，产生的沉淀会堵塞储层孔道，同时微粒在孔隙喉道中发生运移并发生堵塞，使得储层孔隙度变化率有所降低。

2.3 储层渗透率变化

2.3.1 反应时间

在围岩压力为7 MPa，温度为44℃时，反应时间对渗透率的影响见表1。注入CO2前后对储层渗透率伤害用渗透率恢复值表示，渗透率恢复值是注入CO2后水测渗透率与注入CO2前水测渗透率的比值。

表1 不同反应时间条件下岩心物性的变化

表1表明，随着反应时间的增加，CO2对储层渗透率的伤害逐渐减弱。

CO2在有地层水条件下，可以溶解储层矿物，同时也会产生沉淀，溶解产生的微粒会发生运移。随着反应条件的不同，溶解储层矿物、沉淀的堵塞及微粒运移共同作用导致了储层渗透率发生变化。反应时间是6 h时，CO2对储层矿物溶解程度还不够，产生的沉淀和微粒降低了储层渗透率；随着反应时间的增加，CO2对储层的溶解起了主要作用，储层的孔隙喉道增加，沉淀和微粒对储层渗透率的伤害减弱。总之，随着反应的时间的不断增加，CO2对储层渗透率的伤害是降低的。

2.3.2 反应压力

围岩温度44℃，反应时间为24 h时，不同反应压力下注入CO2对岩心物性的影响见表2。由表2可以看出，随着注入压力的增加，储层渗透率恢复值是降低的。当反应时间相同，注入压力增加时，CO2对储层的伤害是增强的。CO2对储层产生溶解作用，溶解产生的沉淀及溶解产生的微粒发生运移。随着注入压力的不断增加，储层流体的冲刷作用越来越强，微粒运移起了主要作用，运移的微粒堵塞了储层孔道，导致储层渗透率降低。

表2 不同反应压力条件下岩心物性的变化

2.4 岩石润湿性变化

为研究CO2对试验区储层润湿性的影响，测定了试验区岩心薄片与CO2作用前后润湿接触角的变化（见表3）。4号岩心的压力为无水压力。

表3 CO2作用前后储层润湿性的变化

储层注入CO2后，润湿接触角降低，储层的亲水性增强。这是因为CO2注入储层后溶解于地层水形成酸，酸与储层反应生成的盐会溶解于水中。盐在水中电离出带电离子，由于带电离子具有同性相斥、异性相吸的特性，当带电离子以斥力为主时，对储层岩石表面的薄水膜起到稳定作用，储层表现出强亲水性。储层注入CO2，亲水性增强，有利于提高驱油效果。

3 结论

1）储层注入CO2后，压力低时，溶蚀起主要作用，压力高时，微粒会发生运移并堵塞孔道。随着注入压力的增大，储层孔隙度变化率先增大后降低。

2）随着CO2与储层反应时间的增长，CO2对储层的不断溶蚀，储层的渗透率恢复值是增加的；随着注入压力的不断增加，微粒运移起了主要作用，运移的微粒堵塞了储层孔道，使得储层渗透率降低。

3）CO2注入储层，同地层水和岩石发生反应产生带电离子。当带电离子以斥力为主时，对岩石表面薄水膜起到稳定作用，储层亲水性增强，有利于提高原油采收率。

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（编辑 杨会朋）

Physical property variation law of CO2flooding reservoir,Yanchang Oilfield

YAO Zhenjie1,HUANG Chunxia1,MA Yongjing2,WANG Wei1,TANG Ruijia1
(1.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum(Group)Co.Ltd.,Xi′an 710075,China;2.Yan′an Oil Refinery,Yanchang Petroleum(Group)Refining&Petrochemical Company,Yan′an 727406,China)

CO2flooding can develop low permeability and ultra-low permeability reservoirs effectively;now Yanchang Oilfield has carried out CO2flooding field test and has obtained certain achievement.In this paper,according to the characteristics of Yanchang Oilfield and the changes of physical characteristics such as porosity,permeability and wettability(caused by CO2injection),the experiment on the physical property changes were carried out.The experimental results show that CO2test area contains plagioclase, quartz,potash feldspar,laumonite,calcite and clay minerals,and the main minerals are composed of plagioclase and clay mineral content,followed by quartz and potassium feldspar,a small amount of laumonite and calcite;within a certain range of pressure,the reservoir porosity rate increases first,then decreases;with the increase of CO2and reservoir response time,the reservoir permeability recovery value increases;with the increase of injection pressure,the reservoir permeability decreases;the hydrophilic enhancement after water contactwith the reservoir improves the oilrecovery.

CO2flooding;reservoir physical property;variation law;Yanchang Oilfield

国家重点研发计划项目“碳捕集、封存、利用的示范及新一代技术研发”（2016YFE0102500）；陕西省科技统筹创新工程计划项目课题“陕北致密砂岩油藏CO2驱提高采收率关键技术研究及先导试验”（2014KTZB03-02）

TE341

：A

10.6056/dkyqt201701014

2016-08-10；改回日期：2016-11-07。

姚振杰，男，1985年生，工程师，硕士，2013年毕业于东北石油大学油气田开发工程专业，现从事油田开发及提高采收率技术方面的科研工作。E-mail：155239211@qq.com。

姚振杰，黄春霞，马永晶，等.延长油田CO2驱储层物性变化规律［J］.断块油气田，2017，24（1）：60-62.

YAO Zhenjie，HUANG Chunxia，MA Yongjing，et al.Physical property variation law of CO2flooding reservoir,Yanchang Oilfield［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2017，24（1）：60-62.