页岩油储层注CO2提高采收率实验及数值模拟研究
当今石油工业正在逐步实现从“常规”向“非常规”跨越，实现非常规油气—页岩油的高效开发可以解决常规油气资源剩余储量短缺的问题从而保障我国能源安全。但实际开发页岩油在“水平井+体积压裂”的基础上仍然出现采收率低，产量递减快的现象，基于该开发现状，根据页岩油储层基本特征，分析页岩油藏不同提高采收率方式的可行性，在推动实现“双碳目标”（碳达峰、碳中和）的背景下，综合对比分析得出注CO2方式有利于推动碳捕获、利用与封存(CCUS)进程，并且更加适合于页岩油藏。 本文首先以室内实验为基础，对页岩油勘探开发基础—储层基本物性特征:孔隙度、渗透率、矿物组成、微观孔隙结构（微观形貌）、孔径分布进行了研究分析。其次基于缺少从微观孔隙尺度揭示页岩储层注CO2驱油行为特征的现状，结合核磁共振技术进行了CO2驱替、CO2吞吐物理模拟实验。利用核磁共振横向弛豫研究从微观孔隙尺度分析了各主要影响因素对注CO2驱油的影响。阐述了不同孔隙中原油的采出程度、微观孔隙动用特征（原油动用特征）以及剩余油分布特征。其中持续多压力点CO2驱替实验模拟了在真实地层补充能量的条件下，CO2驱替从非混相到近混相再到混相的动态转变过程。最后通过数值模拟的研究方法，结合基础物性研究结果以及注CO2物模实验结果建立注CO2数值模拟岩心模型，在对比研究衰竭开采、CO2驱、CO2吞吐开采效果的基础上分别进行CO2驱替/吞吐影响因素敏感性分析。研究表明: (1)鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩储层物性较差，属于低孔、特低渗—特低孔、超低渗范畴，孔隙发育程度差、孔隙结构复杂，具有强烈的非均质性，微小纳米级孔隙(T2＜ 10ms，r＜40nm)占总孔隙体积比例较高。(2)页岩油储层CO2驱替效率受驱替压力、驱替时间、渗透率、孔隙度、储层温度的影响。累积采出程度随驱替时间的增加以自然对数的形式增加;累积采出程度随驱替压力的增加以自然对数的形式增加;采出程度随渗透率、储层温度的增加而增加;在相同时间条件下，采出程度随着孔隙度的增加而减小。(3)从非混相驱到近混相驱，最后到混相驱，在持续多压力点驱替条件下，CO2首先与大孔中的原油形成混相状态，其次是与中孔，最后是与微孔，累积采出程度呈现“阶梯式”增长趋势，不同孔隙的累积采出程度也呈现出不同的“阶梯式”增长趋势，不同驱替状态下采收率的增长幅度依次减小。非混相驱主要动用大孔、中孔中的原油，混相驱可以有效动用微孔的原油。(4) CO2吞吐效率受吞吐轮次、注入压力、注入速度、焖井时间的影响。累积采出程度随着吞吐轮次、注入压力的增加而增加，实验最终累积采出程度可达43.88％;单轮次采出程度随着吞吐轮次的增加而减小，实验优化最佳吞吐轮次为3～4次;采出程度随着注入速度的增加先增加后减小;采出程度随着焖井时间的增加先增加后稳定不变，模拟优化最佳焖井时间为12h。前三轮吞吐主要动用大孔中的原油，相对动用程度为61.72％～70.34％;第四轮吞吐主要动用中孔的原油，相对动用程度为55.02％;第五轮吞吐主要动用微孔的原油，相对动用程度为59.72％。(5)随着注CO2驱油的进行，大孔中的剩余油饱和度最低（低于10％），中孔次之，微孔最高。 从微观孔隙尺度揭示注CO2原油动用特征及规律，分析不同因素对驱油效率的影响程度，有利于进一步认识注CO2动用页岩油过程，从而为页岩油储层注CO2高效开发提供重要的理论支持与指导。
页岩油;注二氧化碳驱油;采收率;数值模拟
西安石油大学
硕士
油气田开发工程
陈军斌
2022
中文
TE357.7
2023-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）