向页岩油藏脉冲式注CO2驱油的物理模型、模拟方法及应用

本发明涉及石油工程领域，具体为一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的物理模型、模拟方法及应用。

背景技术：

随着我国经济的发展，常规油气资源越来越难以满足不断增长的需求，低渗透、致密等非常规油气资源总量非常大，分布广泛，约占全国已探明储量的2/3以上，开发潜力巨大。因此，为了满足需求，就需要加大对非常规油气资源的开发力度。

压裂技术作为低渗透、致密油气田增产的主要措施，已经在国内外得到了广泛的应用。压力脉冲可提高基质注入能力，改善油层渗流状态，增加油井产量，同时压力脉冲具有设备简单、成本低、见效快等优点。但是传统压力脉冲注水驱油方法，受到能量损耗大、传播距离短、脉冲波衰减迅速、环境污染大等问题的限制，难以得到大规模应用。co2驱是提高采收率的主要方法之一，在全球范围得到了广泛的应用。co2干法压裂技术利用co2的压缩特性，将能量积攒形成单次或多级压力脉冲，并利用co2将脉冲波的能量传递并作用到岩石上，将岩石压裂。但是上述co2干法压裂技术仍存在以下问题：co2混相驱时，co2与原油间传质以及多级接触混相过程缓慢；非混相co2驱，co2在原油中的溶解扩散速度缓慢，原油黏度较高，原油流动能力弱，co2的驱油效率低。在对超临界co2的相态特征的研究结果表明，超临界co2具有液态的压缩特性，能够作为脉冲波的载体；同时，超临界co2具有气态的流动特性，脉冲波在超临界co2中传播过程中的能量损耗更小。在混相驱时，超临界co2能够更快速地将原油中地烃类分子析出变成气相，co2与油混合成为液相，加快了混相过程，同时co2在油中具有较高的溶解能力，有助于地层油膨胀，充分发挥地层油的弹性膨胀能，推动流体流入井底，油气相互作用能够使原油表面张力减小，从而使油从页岩中流出的速率更快。在非混相驱时，超临界co2溶于原油，降低原油的黏度，使原油流动能力增强，达到更高地驱油效率。

技术实现要素：

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的物理模型、模拟方法及应用。

本发明的技术方案为：

一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的物理模型，其包括驱替泵、岩心夹持器、地层水中间容器、活原油中间容器、co2中间容器、围压泵、回压阀和油气分离计量装置，其中所述驱替泵通过管线和四通阀连接地层水中间容器、活原油中间容器和co2中间容器，围压泵与岩心夹持器相连接，岩心夹持器还与上述中间容器相连，同时回压阀还与岩心夹持器相连接。

进一步的，还包括回压泵、压力传感器和气体流量计。

进一步的，其中所述驱替泵为可编程控制的isco泵；co2中间容器为无活塞的容器且存储有超临界co2。

进一步的，所述岩心夹持器内装入岩心，并在岩心夹持器的前后通道上连接有压力传感器，用以检测流入、流出岩心夹持器流量的压力。

进一步的，所述围压泵连接在岩心夹持器上来控制岩心周围的压力。所述回压泵连接在与岩心夹持器相连的回压阀上，其控制流体从岩心夹持器内通过回压阀排出。油气分离计量装置连载在回压阀上，用以将通过回压阀排出的流体进行油气分离并通过连接在油气分离计量装置上的气体流量计来测量所产生的气体。

一种运用上述物理模型向页岩油藏脉冲式注co2驱油的模拟方法：选定目标油藏，在室内模拟岩心环境并通过程序控制驱替泵注入超临界co2做周期变化，迅速增加或减小流量形成压力脉冲波，实现脉冲注入进行驱油。

进一步的，将烘干后的岩心装入岩心夹持器并用真空泵把岩心中的空气抽出，用驱替泵将地层水注入岩心至饱和状态，将温度与回压升高，同时升温过程中从回压阀排出膨胀的地层水来保持岩心内压力，当岩心温度稳定后，保持回压稳定，用含气原油驱替地层水来建立束缚水饱和度。

进一步的，以压力脉冲方式将超临界co2注入岩心驱油，至不再产出原油为止。

一种向页岩油藏脉冲式注co2以提高采收率/抑制气窜的方法：在一个以co2驱为开发方式的区块单元中选定注采井组，选取一种注气方式以脉冲式注入超临界co2进行驱油，直至采油的收益低于脉冲式注气成本时，停止注气。

进一步的，所述的选定以co2驱为开发方式的注采井组，其生产井的井底流压应至少高于超临界co2的临界压力。

进一步的，所述的压力脉冲波频率为0.002hz-100hz，为低频脉冲波。

进一步的所述的注气方式为下列方式中的任意一种：(1)注气井以压力脉冲方式注气，同时生产井进行开采；(2)注气井以压力脉冲方式注气的同时生产井关井，停止脉冲式注气后生产井开始采油，直至生产井井产量下降；(3)注气井以压力脉冲方式注气的同时生产井关井，停止脉冲式注气后生产井进行闷井特定时间，然后生产井开始采油，直至生产井产量下降；(4)注气井以压力脉冲方式注气的同时生产井关井，当注入井井底流压升高至预定水平后，注气井以压力脉冲方式注气的同时生产井开始采油，直至发生严重气窜或生产井井底流压下降至预定水平。

本发明的有益之处在于，超临界co2具有液态的压缩特性，能够作为脉冲波的载体；且脉冲波在超临界co2中传播过程中的能量损耗更小；超临界co2在混相驱时能更快地析出气相并与油混合成为液相，加快了混相过程，同时减小了原油表面张力从而使油的流出速率更快；在非混相驱时，超临界co2能够降低原油黏度提高原油流动能力。因此本发明能够提高页岩油藏的采收率并有效抑制气窜。

附图说明

图1为本发明的一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的物理模型结构图。

图2为本发明的一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的模拟方法的压力脉冲波形变换图。

图3为本发明的一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的模拟方法的脉冲注气和恒速注气在不同注入量时生产气油比曲线图。

图4为本发明的一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的模拟方法的脉冲注气和恒速注气在不同注入量时换油率曲线图。

图5为本发明的一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的模拟方法的脉冲注气和恒速注气在不同注入量时驱油效率曲线图。

图中，1-驱替泵，2-地层水中间容器，3-活原油中间容器，4-co2中间容器，5-岩心夹持器，6-围压泵，7-压力传感器，8-回压阀，9-回压泵，10-油气分离计量装置，11-气体流量计。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例为一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的物理模型，模型结构图见附图1，其中包括驱替泵1、中间容器、岩心夹持器5、围压泵6、压力传感器7、回压阀8、回压泵9、油气分离计量装置10和气体流量计11。

其中中间容器包括地层水中间容器2用来储存地层水，活原油中间容器3用来储存活性原油，co2中间容器4用来储存超临界co2且为无活塞的容器，这样可以减少活塞运动阻力对脉冲波的阻碍。

其中驱替泵1通过管线和四通阀连接地层水中间容器2、活原油中间容器3和co2中间容器4。

岩心夹持器5连接在中间容器上，以便将中间容器中的液体注入到岩心中，且在岩心夹持器前后安装压力传感器7来测量液体流入和流出的压力。将岩心固定在岩心夹持器5内，使其在处理过程中保持稳定。

回压阀8连接在岩心夹持器之后，用来在升温过程中通过连接在回压阀8上的回压泵9的作用来使膨胀的地层水从回压阀8中排除，以此来保持岩心内压力。

油气分离计量装置10连接在回压阀上，在采油过程中进行油气分离并通过连接在其上的气体流量计11来测量驱出原油中的气体含量。

本实施例中的物理模型能够较真实地模拟出目标油藏的岩心环境，进而对所选岩心进行压力脉冲注超临界co2驱油处理，同时也能够方便快捷地在驱油过程中测量气体与原油的数据。

实施例2

本实施例为一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的物理模拟方法，其以国内某地渗透油藏条件为背景，目标油藏的地层平均渗透压为9.13md，平均孔隙度为21.15％，平均原始地层压力为32mpa，平均地层温度95℃。含气原油气油比126，细管法测定的含气原油最小混响压力为22.5mpa。

通过程序控制驱替泵注入超临界co2做周期变化，迅速增加或减小流量形成压力脉冲波，实现脉冲式注入。

压力脉冲波的波形变化情况详见附图2，由附图2可见，压力随周期性注入流量的变化而进行周期性的起伏变化，形成振幅、周期一定的压力脉冲波。

本实施例的物理模拟方法的具体步骤为：

(1)将烘干后的岩心装入岩心夹持器，用真空泵将岩心中的空气抽出，用驱替泵将地层水注入岩心至饱和状态，将温度升高至95℃，回压升至32mpa，升温过程中从回压阀排出膨胀的地层水来保持岩心内压力；

(2)岩心内温度稳定后，保持回压稳定在32mpa，用含气原油驱替地层水来建立束缚水饱和度。

(3)以压力脉冲方式将超临界co2注入岩心驱油，至不再采出原油为止。

(4)重复步骤(2)饱和油，进行恒速注co2驱油实验，并将结果与本方法进行比较。

其中，步骤(1)所述岩心长度为30.2cm，直径为25mm，渗透率为11.67md。

其中，步骤(3)所述压力脉冲驱替的流量为0.5ml/min，驱替压差为3.1-4.2mpa。压力脉冲波的频率为40hz，工作压力为32-36.5mpa。

其中，所述增幅是本实验瞬时流量相对平均流量增减的变化幅度。

其中，步骤(4)所述恒速驱替的流量为0.05ml/min。

对比脉冲式注入超临界co2与恒速注过程，在不同注入量时的生产气油比、换油率、驱油效率见附图3、附图4、附图5。由附图3、附图4、附图5可见，脉冲式注入超临界co2驱相对于恒速或恒压co2驱，生产气油比见气时间更晚，换油率更大，最终采收率更高。结果表明，脉冲式注入超临界co2驱更晚发生气窜，说明脉冲式注入超临界co2有抑制气窜的作用。

实施例3

本实施例为一种向页岩油藏脉冲式注co2驱油的应用：在一个以co2驱为开发方式的区块单元中选定注采井组，以脉冲式注入超临界co2进行驱油，直到采油的收益低于脉冲式注气成本时，停止注气。

其中选定的实施脉冲式注入超临界co2的注采井组生产井的井底流压应至少高于超临界co2的临界压力。

在实施脉冲式注co2驱油过程中，压力脉冲为低频压力脉冲且频率为0.002hz-100hz。

在注采过程中，注气井以压力脉冲方式注入超临界co2的同时生产井关井，当注入井井底流压升高至预定水平后，注气井以压力脉冲方式注入超临界co2的同时生产井开始采油，直至发生严重气窜或生产井井底流压下降至预定水平。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。