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第44卷 第5期 新 疆 石 油 地 质Vol.44，No.5 2023年10月 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGYOct.2023 文章编号：1001-3873（2023）05-0613-05 DOI：10.7657/XJPG20230514不同成因岩溶储集体氮气辅助重力驱实验程洪（中国石化 西北油田分公司 采油二厂，新疆 轮台 841604）摘 要：针对塔河油田储集体复杂特点和中下部剩余油动用难题，结合地质信息和建模结果，构建了考虑储集体类型、裂缝分布及裂缝-缝洞组合关系的储集体剖面模型，开展了表层岩溶储集体、古暗河储集体和断溶储集体的驱替实验，并对油气水多相流动进行可视化分析；研究了氮气辅助重力驱前后的剩余油赋存状态，对比了不同成因岩溶储集体采收率提高程度。结果表明：对于不同成因的岩溶储集体，氮气辅助重力驱均有助于实现均衡驱替，但不同成因岩溶储集体高采收率程度存在差异，断溶储集体、表层岩溶储集体和古暗河储集体原油采收率分别提高12%、9%和7%；有助于明确储集体类型对氮气辅助重力驱的影响，为缝洞型油藏提高采收率技术发展提供支持。关键词：塔河油田；碳酸盐岩储集层；缝洞型油藏；岩溶储集体；氮气辅助重力驱；剩余油；提高采收率中图分类号：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：2022-11-30基金项目：国家自然科学基金企业创新发展联合基金（U19B6003-02-06）第一作者：程洪（1982-），男，重庆垫江人，高级工程师，博士，碳酸盐岩油气田开发，（Tel）0996-4687626（E-mail）Experimental Study on NitrogenAssisted Gravity Drainage in Karst Reservoirs of Different GenesisCHENG Hong(No.2 Oil Production Plant,Northwest Oilfield Company,Sinopec,Luntai,Xinjiang 841604,China)Abstract：The reservoirs in the Tahe Oilfield are complex and the remaining oil in the middle-lower part is difficult to recover.Based on the geological data and modeling results,a reservoir profile model considering reservoir type,fracture distribution and fracturevug configuration was constructed.This model enables the displacement experiments for surface karst reservoirs,underground river reservoirs,and faultkarst reservoirs,and also the visual analysis of oilgaswater multiphase flow.The remaining oil distribution before and after nitrogenassisted gravity drainage(NAGD)was investigated,and the differences in enhanced oil recovery(EOR)for karst reservoirs of different genesis were compared.The results show that NAGD contributes to balanced displacement for karst reservoirs of different genesis,but achieves varying efficiency of EOR-by 12%,9%,and 7%respectively for faultkarst reservoirs,surface karst reservoirs,and underground river reservoirs.The research findings help to understand the influence of reservoir types on NAGD,providing support to the advancement of EOR techniques for fracturedvuggy reservoirs.Keywords：Tahe oilfield;carbonate reservoir;fracturedvuggy reservoir;karst reservoir;nitrogenassisted gravity drainage;remaining oil;EOR塔河油田主要发育碳酸盐岩缝洞型油藏，具有埋藏深、厚度大、非均质性强和储集体发育多套的特点1-6，岩溶储集体的成因多样，储集层特点复杂7-9。塔河油田经过天然能量开发、注水开发、单井注气开发和井组注气开发后，原油采收率仍偏低，仅为18.86%。注气虽然是提高采收率的主要方式，但气驱后油藏中依然有较多的剩余油，效果并不理想。因此，诸多学者已开始探索氮气辅助重力驱的研究10-15。缝洞型碳酸盐岩储集层主要有表层岩溶、古暗河和断溶3种典型成因16-21，储集体类型对储集体内剩余油分布有重要影响22-29。以往的研究根据储集层中裂缝和溶洞的分布概率制作模型，而非基于地质体成因建模，其结构与油藏储集层有一定差距。建立基于不同成因岩溶储集体的物理模型，开展底水驱、注水驱和注气驱实验，获取储集体内剩余油分布特征，继而实施氮气辅助重力驱，定量分析氮气辅助重力驱对不同成因岩溶储集体油藏采收率的提高，为油田后续开发方案的制定提供依据。1 物理模型的建立第一步，基于地质构造信息，采用 Petrel E&P Software Platform软件，构建研究区地质模型。以井组TK667 井TK666 井TK602 井区域的地质模型为基础，构建表层岩溶储集体地质模型；以 S48 井TK411井T401井井组地质结构为基础，构建古暗河储集体二维剖面模型；以TK7-456井TK748井井组构建断溶储集体二维剖面模型。对模型中裂缝、溶洞、暗河等典型结构进行标记。2023年新 疆 石 油 地 质第二步，通过观察地质模型分析井组结构，设计连井剖面，对地质模型进行纵向切割，使剖面包含裂缝、溶洞和暗河区域。第三步，根据储集层中裂缝特征（开度、长度和走向）和溶洞特征（高度、长度、厚度等），划分出溶洞和暗河区域。第四步，利用地震蚂蚁体数据，还原二维剖面中的中小尺度裂缝，然后根据地质模型进行等比例缩放，得到面积为300 mm600 mm的二维剖面模型。第五步，以上述缝洞分布为基础，在有机玻璃板上刻蚀，得到最终的剖面物理模型（图1）。2 模拟实验2.1 实验装置及试剂实验装置主要包括气体流量控制仪、压力测量装置、模拟注水装置等。驱替泵最大工作压力为30 MPa，工作流速为0.0110.00 mL/min；活塞式中间容器最大容量为 1 L，工作压力为 032 MPa。借助该装置，可以在缝洞物理模型上开展饱和油、底水驱、注水驱、注气驱和氮气辅助重力驱实验。实验在常温常压条件下进行，通过将石蜡油和航空煤油按1 3比例混合，配制黏度约为23.8 mPas的实验模拟油。模拟地层水的矿化度为220 g/L，密度为1.032 g/cm3。标准状况下，实验所用高压氮气的黏度为0.017 8 mPas。此外，用甲基蓝将模拟地层水染为蓝色，用苏丹红将模拟油染为红色，以便于观察油水两相在不同阶段的分布变化。2.2 实验方法通过物理模型的底部入口饱和模拟油，记录饱和模拟油量；将底水槽注满模拟地层水，记录饱和地层水量，缝洞介质总体积为饱和模拟油量减去饱和地层水量；分别对不同成因岩溶储集体进行底水驱、注水驱和注气驱实验，获得储集体内最终剩余油的赋存状态，并作为氮气辅助重力驱实验的初始条件。通过底水入口向模型内注入模拟地层水，进行底水驱实验，记录各井的含水率及向模型内注入模拟地层水的压力，当任意井的顶部接口的出水含水率达到98%时，关闭该井顶部接口，该井的底水驱实验结束。之后，以该井作为注水井，其余井作为采出井，开始注水驱实验，实时记录含水率未达98%的采出井的含水率，依次关闭采出口含水率达到98%的采出井顶部接口，注水驱实验结束。保持底水入口开放，通过井的顶部接口向完成注水驱实验的注水井注入N2，进行注气驱实验，记录采出井的含水率、气油比、模型注气驱替压力和底水驱替压力，依次关闭气窜的采出井，注气驱实验结束。3 剩余油分布及其影响因素通过改变底水强度、注采层位、溶洞充填、裂缝发育等参数，分析不同成因岩溶储集体氮气辅助重力驱油特征及其影响因素。3.1 表层岩溶储集体表层岩溶储集体驱替实验中，底水主要驱替模型下部模拟油，底水驱结束后，油水界面上部及盲端洞剩余油富集。注水驱后井间油被进一步驱替，而后转入注气驱（低注高采）。注入气先向上运移至最高点，再横向运移至生产井井底，井间剩余油与生产层位下部剩余油富集（图2）。改换氮气辅助重力驱（高注低采）后，注入气驱替模拟油的3个主要路径如下：注入气向下运移，驱替注气井下部的模拟油；注入气横向运移至生产井附近，驱替生产井附近剩余油；注入气在生产井上部聚集并向下运移，将生产井附近部分剩余油向下驱替（图2）。表层岩溶储集体采用氮气辅助重力驱后，采收率a?a?b?b?c?c?图1 不同成因岩溶储集体物理模型Fig.1.Physical models of karst reservoirs of different genesis614第44卷 第5期程洪：不同成因岩溶储集体氮气辅助重力驱实验比低注高采的注气驱提高了9%（表1）。这是因为重力作用有助于实现均衡驱替，进而大幅度采出生产井底和井间的剩余油。3.2 古暗河储集体在经历底水驱、注水驱和注气驱后的古暗河储集体模型，进行高注低采氮气辅助重力驱实验，底水驱和注水驱启动的多为生产井附近模拟油。低注高采注气驱过程中，底水对生产井附近模拟油的波及面积和波及程度增加，同时注入气协助驱替井间上部的模拟油；对于高注低采的氮气辅助重力驱，注入气进一步运移，通过横向连通裂缝驱替储集体上部模拟油；部分注入气先向下运移，再经下部储集体横向运移至生产井，开采注气驱阶段未被动用的模拟油（图3）。因此，氮气辅助重力驱能够有效抑制注气井附近底水锥进，启动上层和下层古暗河储集体中的剩余油，提高采出程度。实施氮气辅助重力驱后，古暗河储集体中井间剩余油被有效启动，采收率相较于低注高采注气驱提高了7%（表1）。3.3 断溶储集体断溶储集体的溶洞较表层岩溶储集体和古暗河储集体更多，对断溶储集体依次进行底水驱、注水驱、注气驱和氮气辅助重力驱实验。底水驱阶段，底水沿断溶储集体模型平缓驱替模拟油至生产井井底；注水驱阶段，注水井附近压力聚集，生产井附近压力较低，?c?c?b?b?a?a?图3 古暗河储集体驱替物理模拟Fig.3.Physical simulation of displacement in underground river reservoir表1 不同成因岩溶储集体驱替后采收率和综合含水率变化Table 1.Recovery factor and water cut after displacement in karst reservoirs of different genesis 储集体类型表层岩溶储集体古暗河储集体断溶储集体驱替方式底水驱注水驱注气驱氮气辅助重力驱底水驱注水驱注气驱氮气辅助重力驱底水驱注水驱注气驱氮气辅助重力驱采收率/%394966751827435031406375含水率/%597780715254565961778080c?c?b?b?a?a?图2 表层岩溶储集体驱替物理模拟Fig.2.Physical simulation of displacement in surface karst reservoir6152023年新 疆 石 油 地 质生产井在底水和注入水的作用下很快水淹；注气驱阶段，注入气先向上运移，再横向运移至生产井，压制注气井上部和横向模拟油向下运动，生产井附近模拟油被采出，而造成注气井附近和井间剩余油富集（图4）。综合来看，开采初期，生产井以底水驱为主，后期以注气驱为主；整体上，注入流体以纵向流动为主，横向驱替较少，导致对井间剩余油的驱替有限。注气驱低注高采结束后实施氮气辅助重力驱，具有初期压制底水和气水协同的效应。氮气辅助重力驱提高采收率高达12%（表1）。4 结论该实验模型可有效分析不同成因岩溶储集体氮气辅助重力驱机理。对于不同成因的岩溶储集体，氮气辅助重力驱均有助于实现均衡驱替，提高剩余油采收率。其中，氮气辅助重力驱提高采收率程度在断溶储集体中最高，为12%；表层岩溶带储集体次之，为9%；古暗河储集体最低，为7%。参考文献：1 吕爱民.碳酸盐岩缝洞型油藏油藏工程方法研究：以塔河油田为例 D.山东青岛：中国石油大学（华东），2007.LV Aimin.Study of reservoir engineering methods for fracturedvuggy carbonate reservoirs：Tahe oilfield as an example 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fracturedvuggy carbonate reservoir in 67 area，Tahe oilfield D.Beijing：China University of Geosciences（Beijing），2014.11 谢军，郭贵安，唐青松，等.超深古老白云岩岩溶型气藏高效开发关键技术：以四川盆地安岳气田震旦系灯影组气藏为例 J.天然气工业，2021，41（6）：52-59.图4 断溶储集体驱替物理模拟Fig.4.Physical simulation of displacement in faultkarst reservoir?616第44卷 第5期程洪：不同成因岩溶储集体氮气辅助重力驱实验XIE Jun，GUO Guian，TANG Qingsong，et al.Key technologies for the efficient development of ultradeep ancient dolomite karst gas reservoirs：A case study of the Sinian Dengying formation gas reservoir in the Anyue gas field of the Sichuan basin J.Natural Gas Industry，2021，41（6）：52-59.12 陈园园，刘学利，杨占红，等.塔河碳酸盐岩缝洞型油藏注氮气效果评价 J.石油地质与工程，2021，35（1）：82-86.CHEN Yuanyuan，LIU Xueli，YANG Zhanhong，et al.Effect evaluation of nitrogen injection in Tahe carbonate fractured vuggy reservoir J.Petroleum Geology and Engineering，2021，35（1）：82-86.13 张慧，鞠斌山，刘中春，等.缝洞型油藏氮气辅助重力驱可行性分析 J.断块油气田，2022，29（3）：399-403.ZHANG Hui，JU Binshan，LIU Zhongchun，et al.Feasibility study on nitrogenassisted gravity drainage in fracturedvuggy reservoirsJ.FaultBlock Oil&Gas Field，2022，29（3）：399-403.14 李满亮，周洪涛，张莹.塔河油田井组注氮气提高采收率技术J.石油钻采工艺，2016，38（3）：392-394.LI Manliang，ZHOU Hongtao，ZHANG Ying.Enhancing oil recovery by nitrogen injection in well group of Tahe oilfield J.Oil Drilling&Production Technology，2016，38（3）：392-394.15 郭秀东，赵海洋，胡国亮，等.缝洞型油藏超深井注氮气提高采收率技术 J.石油钻采工艺，2013，35（6）：98-101.GUO Xiudong，ZHAO Haiyang，HU Guoliang，et al.Ultradeep wells in fracturedvuggy reservoir nitrogen injection EOR technology J.Oil Drilling&Production Technology，2013，35（6）：98-101.16 巫波，杨文东，吕晶，等.塔河油田缝洞型储集层类型综合识别J.新疆石油地质，2023，44（2）：238-244.WU Bo，YANG Wendong，LYU Jing，et al.Comprehensive identification of fracturedvuggy reservoirs in Tahe oilfieldJ.Xinjiang Petroleum Geology，2023，44（2）：238-244.17 李梦.缝洞型油藏氮气辅助重力驱机理实验研究 D.北京：中国石油大学（北京），2019.LI Meng.Experimental study on mechanism of nitrogenassisted gravity flooding in fracturedvuggy carbonate reservoirsD.Beijing：China University of Petroleum（Beijing），2019.18 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