储层矿物类型对致密油藏CO_2驱替效果的影响_吕利刚.pdf

大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 2 月 第 42 卷第 1 期Feb.，2023Vol.42 No.1DOI：10.19597/J.ISSN.1000-3754.202111007储层矿物类型对致密油藏CO2驱替效果的影响吕利刚1 张涛2 李杰1 孙建伟2 郑海亮1 王刚3（1.中国石油长庆油田公司第一采气厂，陕西 靖边718500；2.中国石油长庆油田公司第二采气厂，陕西 榆林719000；3.西安长东石油科技有限公司，陕西 西安710014）摘要：为明确致密砂岩储层中石英、伊利石和绿泥石对CO2驱油效率及孔隙动用特征的影响，分别选取以石英、伊利石、绿泥石为主要矿物类型的3种岩心，开展核磁共振扫描分析下的CO2驱替实验，定量评价每种类型岩心在不同CO2注入压力下小孔隙、大孔隙的原油采出程度，并分析了产出水中离子质量浓度变化。结果表明：目标储层以石英型和黏土矿物型为主，其中黏土矿物以伊利石和绿泥石为主；石英型岩心的CO2驱替过程中，当CO2注入压力小于等于最小混相压力时，大孔隙的原油动用程度大于小孔隙，当CO2注入压力大于最小混相压力时，小孔隙的原油动用程度增加，而大孔隙的原油动用程度下降；伊利石型岩心大、小孔隙的原油采出程度最大，驱油效果最好，绿泥石型岩心大孔隙的原油采出程度很高，小孔隙的原油采出程度非常低，整体驱油效果最差；随着CO2注入压力的增加，石英型岩心产出水中金属离子质量浓度大幅增加，伊利石型、绿泥石型岩心溶蚀后的钙、镁等离子产生沉淀，且绿泥石型岩心沉淀量最大，最易堵塞小孔隙。研究成果为致密砂岩油藏CO2驱提供了参考和依据。关键词：致密油藏；CO2驱替；矿物；孔喉结构；核磁共振；注入压力中图分类号：TE341 文献标识码：A 文章编号：1000-3754（2023）01-0159-10Influence of reservoir mineral types on CO2 displacement effect of tight reservoirL Ligang1，ZHANG Tao2，LI Jie1，SUN Jianwei2，ZHENG Hailiang1，WANG Gang3（1.No.1 Gas Production Company of PetroChina Changqing Oilfield Company，Jingbian 718500，China；2.No.2 Gas Production Company of PetroChina Changqing Oilfield Company，Yulin 719000，China；3.Xi an Changdong Petroleum Technology Co Ltd，Xi an 710014，China）Abstract：In order to clarify the impact of quartz,illite and chlorite in tight sandstone reservoir on CO2 displacement efficiency and pores producing characteristics,3 types of cores containing mainly quartz,illite and chlorite are used in CO2 displacement experiment with NMR scanning analysis to quantitatively evaluate recovery degree of oil in small and large pores of each type of core under different CO2 injection pressure and analyze mass concentration change of ions in produced water.The results show that the target reservoir is mainly quartz type and clay mineral type,and clay minerals are mainly illite and chlorite.In the process of CO2 displacement of quartztype core,oil in large pores has higher producing degree of oil than that in small pores when CO2 injection pressure is lower than minimum miscible pressure and producing degree of oil in small pores increases when CO2 injection pressure is higher than minimum miscible pressure.Illitetype core has the highest recovery degree of oil in large and small pores and optimum displacement effect.Chloritetype core has high recovery degree of oil in large pores and low 收稿日期：2021-11-02 改回日期：2022-01-05基金项目：国家科技重大专项“鄂尔多斯盆地大型低渗透岩性地层油气藏开发示范工程”（2016ZX05050）。第一作者：吕利刚，男，1979年生，高级工程师，从事气田开发与气藏工程研究。E-mail：llgang_通信作者：王刚，男，1974年生，工程师，从事油气田开发地质研究。E-mail：2023 年大庆石油地质与开发recovery degree of oil in small pores,with the poorest overall displacement effect.With the increase of CO2 injection pressure,mass concentration of metal ions in produced water of quartztype core increases greatly,dissolved calcium and magnesium ions in illite and chlorite type cores precipitate,and chloritetype core has the largest precipitation amount and may block small pores.The research provides reference and basis for CO2 flooding in tight sandstone reservoir.Key words：tight reservoir；CO2 displacement；mineral；pore throat structure；nuclear magnetic resonance（NMR）；injection pressure0引言作为一种提高致密油藏原油采收率的有效方法，CO2驱替已经在国内外多个油田得到了成功应用12。由于致密储层具有渗透率极低、孔隙结构复杂、非均质性严重等特点，导致常规衰竭开发和水驱开发效果很差34。CO2作为温室气体的主要组成部分，将其注入储层不但能够缓解对环境的污染、减少碳排放、还能达到提高油藏采收率、埋存CO2的目的56。在CO2提高原油采收率及被封存的同时，注入储层的CO2还会与岩石矿物相互作用，引起岩石矿物成分及孔隙结构发生变化，进而影响CO2驱替及埋存效果78。研究表明910，CO2能够溶蚀岩石中的蒙脱石、高岭石和方解石等矿物，造成岩石孔隙结构发生变化。H.Yin等11通过研究发现，超临界态的CO2注入岩心后，岩心中的矿物成分和孔隙结构均会发生变化，其中黏土矿物和碳酸盐矿物的含量降低，同时由于CO2的萃取或溶解作用以及CO2吸附引起的颗粒表面膨胀，会导致岩石颗粒的比表面积减小，平均孔隙半径增大；Y.Pan等12指出，CO2的相类型对CO2与岩石之间的相互作用也有明显影响，超临界态CO2对岩心孔隙结构的影响要比气态或液态的CO2更为显著，且孔隙结构参数的变化与岩心中的矿物类型有关，在有水存在的环境中超临界态CO2会与水作用生成碳酸，导致岩石中的碳酸盐和硅酸盐矿物在溶蚀和碳化反应的共同作用下发生溶解，引起地层水中Ca2+、Mg2+、Na+、K+和Al3+等离子质量浓度不同程度的增大。目前大部分关于CO2与岩石相互作用的研究主要集中在CO2、岩石、原油或者CO2、岩石、地层水，很少有学者考虑在CO2、岩石、原油、地层水的共同作用下研究不同类型矿物岩心影响下的CO2驱替效果。随着低场核磁共振技术的不断进步，从微观孔隙尺度来描述不同孔径孔隙的原油采出程度得以实现，从而能够定量表征岩心中剩余油分布特征1314。本文基于低场核磁共振原理，在明确实验岩心孔喉结构、矿物类型及含量的基础上，选取3种主要矿物类型的岩心，通过岩心CO2驱替实验，对不同CO2注入压力下岩心小孔隙、大孔隙的原油采出程度进行定量评价，并对产出水中离子质量浓度变化的原因进行分析。研究成果有助于从微观孔隙的角度明确岩心矿物类型对CO2驱油效果的影响，为致密油藏开发提供指导和参考。1CO2驱替实验1.1实验岩心实验岩心取自鄂尔多斯盆地华庆油田 H3 区块延长组长7段储层，测定孔隙度和渗透率后，再从每块岩心上切割厚度约 2 cm 的切片，对切片进行氩离子抛光处理，然后进行扫描电镜和 X 射线衍射实验。由表 1 可知实验岩心平均孔隙度为 7.1%，平均渗透率为 0.04210-3 m2，矿物类型主要为黏土（平均质量分数为 44.8%）和石英（平均质量分数为 26.6%），其中黏土矿物又以伊利石和绿泥石为主，质量分数分别为 21.9%、17.8%，蒙脱石的质量分数仅为 5.1%。1#5#岩心的矿物类型以石英为主，平均质量分数为 41.3%；6#11#岩心的矿物类型以伊利石为主，平均质量分数为 35.7%；12#16#岩心的矿物类型以绿泥石为主，平均质量分数为 38.2%。从这 3 类矿物岩心中分别挑选出含量较高的2块岩心，开展CO2驱替实验。1.2实验流体实验原油取自长7段储层地面脱气原油，地面条件下（温度 25、压力 0.1 MPa）原油密度为831 kg/m3，黏度为 5.82 mPas。原油组成为：C1C5的摩尔分数为 13.7%，C6C10的摩尔分数为20.7%，C11C20的摩尔分数为 39.2%，C20+的摩尔分数为 26.4%。根据原油 4 组分（芳香烃、饱和烃、胶质和沥青质）分析结果，原油中沥青质的质160第 42 卷 第 1 期吕利刚 等：储层矿物类型对致密油藏CO2驱替效果的影响量分数为 0.36%（后续实验中可以排除沥青质沉积对实验结果的影响）。目标区油井稳定生产时的气油比为 28 m3/m3，泡点压力仅为 7.2 MPa，因此岩心实验中采用地面脱气原油即可。根据原油与 CO2的细管实验结果（连续3次测量最小混相压力，相邻 2 次测定结果误差小于 5%）可知，目标储层条件下（温度67、压力25.8 MPa）CO2驱油的最小混 相 压 力 为 16.3 MPa，当 前 目 标 储 层 压 力 为25.8 MPa，说明在当前储层压力下 CO2与原油可以发生混相。实验地层水为根据储层地层水配制的等矿化度模拟实验水，模拟水矿化度为 11 760 mg/L。为了避免实验过程中水中氢离子对核磁信号的干扰