二氧化碳调控稠油物性及辅助蒸汽驱增效机制研究——以新疆油田F区块为例

针对稠油蒸汽驱后期采收率低、蒸汽窜流严重等问题，研究人员开展CO2调控稠油高压物性及辅助蒸汽驱增效机制研究。通过二维可视化模型与填砂物理模拟实验，揭示CO2溶解降黏（黏度降幅27.16%）、改善乳状液界面膜等微观作用，使波及效率提升7.47%，采收率提高11.63%（达50.76%），为CCUS-EOR技术应用提供理论支撑。

　　

稠油开采面临"高黏度、低流动性"的世界性难题。在蒸汽驱开发后期，由于储层非均质性和蒸汽与原油的物性差异，蒸汽极易发生窜流（指蒸汽优先通过高渗透通道）和超覆（指蒸汽在垂向上聚集于油层顶部），导致热利用率骤降、采收率停滞在40%以下。更棘手的是，稠油中沥青质和胶质像"胶水"一样锁住原油，传统蒸汽驱难以动用低渗透区的残余油。如何破解这一困局？中国石油天然气集团公司的科研团队创新性地将碳捕集利用与封存-提高采收率(CCUS-EOR)技术引入稠油开发，通过CO₂与蒸汽的协同作用，在新疆油田F区块实现了"降黏"与"驱油"双突破。

研究采用高压物性测试、二维可视化驱替系统（结合AI图像识别）和填砂物理模型三大技术手段。其中高压物性分析系统精确测定CO₂溶解后的稠油泡点压力（首次气泡析出时的压力）和膨胀系数；可视化模型直观捕捉CO₂-蒸汽复合驱的波及动态；填砂模型则模拟实际油藏条件下的驱油效率。实验所用稠油样品取自新疆油田F区块，50℃时黏度达1386 mPa·s，四组分分析显示其含20.13%胶质和10.72%沥青质。

【CO₂对稠油物性的调控】
研究发现CO₂溶解使稠油泡点压力线性上升，当注入压力达8 MPa时，膨胀系数出现拐点。这种"气压调节"效应使原油体积最大膨胀1.32倍，黏度降低27.16%，密度降至0.907 g/cm³。电镜分析揭示CO₂能破坏沥青质聚集体结构，这种分子级改造为降黏奠定基础。

【辅助蒸汽驱微观机制】
二维模型显示，CO₂在蒸汽前缘形成"气相缓冲区"，有效抑制蒸汽指进。更关键的是，CO₂溶解后改变油水界面膜强度，使乳状液稳定性从72小时降至8小时，这种"破乳效应"显著降低毛细管阻力。微流控实验观察到CO₂分子像"微型楔子"般插入油膜，使残余油滴从孔隙壁面剥离。

【驱油效率提升】
填砂模型驱替实验表明，CO₂-蒸汽复合驱的波及效率比纯蒸汽驱提高7.47%，残余油饱和度降至历史最低。最终采收率突破50.76%，较传统蒸汽驱提升11.63%，相当于每吨CO₂可多采原油0.38吨。

这项研究首次系统阐释CO₂对稠油高压物性的调控规律，揭示其通过"体积膨胀-降黏-破乳"三重机制强化蒸汽驱的效果。更重要的是，该技术将CO₂封存与提高采收率有机结合，单井组年封存CO₂可达1.2万吨，为油田绿色转型提供新范式。目前该成果已应用于新疆油田F区块的8个井组，累计增油超3万吨，验证了CCUS-EOR技术在稠油开发中的巨大潜力。论文发表于《Geoenergy Science and Engineering》，为全球稠油藏可持续发展提供了中国方案。