板南断块位于板桥油田南部，北大港断裂构造带东北倾末端，主要包括板64、板14-1、板70-18三个断块^[1-2]。板南断块埋深小于2 500 m，孔隙度介于18%~40%，渗透率介于（90~3 145）×10^-3μm²，地层原油黏度介于50~100 mPa·s，是高孔高渗的普通稠油油藏。油藏构造断裂复杂、小幅度构造发育，储层薄而且变化快，纵向上含油气层系较多，底水能量活跃。受油藏构造制约，难以形成有效的注采系统。为改善油藏开发效果，2018年12月对板14-1断块水平井45H开展了CO₂吞吐矿场先导性试验。截至2019年4月，吞吐水平井45H日产油量由1.6m³/d提高至4.73 m³/d，含水率由98.1%降低至62.5%，CO₂吞吐改善油井产能效果明显，可在板桥油田板南断块推广该技术。

CO₂吞吐作为一种投资小、适用范围广的有效增产手段，在补充地层能量的同时，控制底水锥进，与地层原油发生混相，提高油井采收率。冀东、胜利等油田已成功开展了CO₂吞吐矿场试验，初步取得了较好的增产效果^[3-5]。根据国内外已进行CO₂吞吐的矿场施工效果来看，CO₂吞吐技术在普通稠油油藏，高含水时期的水驱油藏，特别是在油层连通性差、非均质性强、难以形成有效注采系统的小断块油藏具有良好的应用前景^[6-7]。

钟立国、鞠斌山、杨胜来等研究表明，吞吐区块地质特征和水平井的相关参数直接对CO₂吞吐效果起作用^[8-10]。为了弄清各静态参数对板桥油田板南断块水平井CO₂吞吐效果的影响，本文从CO₂吞吐的作用机理出发，根据板南断块的一般地质特征，运用CMG数值模拟软件研究各因素对开发效果的影响，系统分析CO₂吞吐效果对不同静态参数的敏感性，为板桥板南断块油藏水平井CO₂吞吐技术的推广提供依据和指导。

CO₂吞吐技术是指在一定的压力条件下将CO₂注入地层，然后关井“浸泡”一段时间，让CO₂充分与地层原油接触、扩散、混相后再开井回采的过程。CO₂通过萃取原油中的轻质和中间组分，与原油互溶，降低原油黏度，减小界面张力^[11]。回采时，随着压力的下降，CO₂与原油分离形成“泡沫流”或以类似于溶解气驱的效果使原油被采出。同时，随着CO₂注入量的不断增加，水平井周围底水被逐渐驱回水区，减缓了底水锥进程度，并由此大幅度地降低含水率，提高原油的最终采收率。

在地层条件下，由于未被原油溶解的CO₂密度较高，其在“浸泡”期间能气化或萃取原油中的轻质和中间成分。特别是部分经膨胀仍未脱离地层水束缚的残余油，在与游离的CO₂发生相间传质后，使原油中的胶质和沥青质沉淀，残余油中的轻质和中间组分与CO₂形成CO₂–富气相，使其在回采时被CO₂携带采出，从而提高了原油采收率。

根据热力学相似相溶原则，CO₂能够与原油互溶，大幅度降低原油的黏度。Monger T G、王守岭等研究表明注入足量的CO₂溶于油中可以使得原油黏度降低到原来的10%~20%，减小原油的渗流阻力，从而提高原油的流动能力^[12-13]。

地层条件下CO₂通过分子扩散作用与原油互溶，在达到近混相或者混相的情况下，原油与注入的CO₂会形成混相流体，降低界面张力，甚至可降为零，从而提高CO₂的驱油效率。理论上来说，在完全混相的情况下，原油采收率可达到100%^[14-15]。

当CO₂注入到地层之后，部分CO₂溶解于原油中，原油体积膨胀，这样不但补充了前期开釆的地层能量损失，还起到一定的保压效果。同时，注入的CO₂在返排过程中会起到一定的溶解气驱效果，更容易将原油采出。

随着CO₂注入量的不断增加，在气驱作用下，水平井周围地层水被驱回水区，含水饱和度快速降低，水锥高度逐渐下降，有效地控制底水锥进。此外，庞辉等人的研究表明，在CO₂吞吐开井回采过程中，随着地层压力的下降，一部分溶解在地层水中的CO₂逸出，加上地层水的体积随压力降低而膨胀，导致地层水流到狭小的孔隙时，产生所谓的贾敏效应，使得地层水不易流出，起到控水作用^[5]。

为进行静态参数对CO₂吞吐效果影响的研究，根据板南断块地层特征、流体性质和实验数据，采用商业数值模拟软件CMG的GEM模块，建立常规稠油油藏水平井CO₂吞吐模型，数值模型如图 1所示。模型网格总数为67×27×60= 108 540，网格步长为5 m×5 m×1 m。

图 1(Fig. 1)

图 1 数值模型示意图

为在板桥油田板南断块推广实施水平井CO₂吞吐技术，需明确静态参数对CO₂吞吐效果的影响。影响水平井CO₂吞吐效果的主要因素有储层孔隙度、渗透率、原油黏度，以及水平井的长度和避水高度^[8-10]。在所建立的数值模拟模型基础上，采用控制变量法对比不同储层及水平井参数下，水平井开井生产至含水率98%时的累计增油量和换油率，从而确定各因素对CO₂吞吐效果的影响。

在相同的油藏渗透率、地层原油黏度、水平井长度及避水高度条件下，分析对比孔隙度分别为20%，25%，30%，35%，40%时的开发效果。由图 2可知，累计增油量及换油率均随着孔隙度的增加呈现先增加后减小的趋势，在孔隙度为35%时取得最大值。分析其原因是随着孔隙度的增加，原油流动空间变大，更容易被采出；但是当孔隙度过大会使得注入气体CO₂的指进现象变严重，驱油效果变差。但是总体来看累计增油量及换油率变化范围较小，可认为孔隙度对CO₂吞吐效果影响较小。因此，板南断块适宜注CO₂吞吐的区块孔隙度为30%~35%。

图 2(Fig. 2)

图 2 不同油藏孔隙度下累计增油量和换油率变化曲线

在相同的孔隙度、地层原油黏度、水平井长度及避水高度条件下，分析对比油藏渗透率分别为100×10^-3μm²、700×10^-3μm²、1 300×10^-3μm²、1 900×10^-3μm²、2 500×10^-3μm²时的开发效果。由图 3可知，随着储层渗透率的增加，累计增油量和换油率均呈现出先增加后缓慢减小的趋势，并在渗透率为1 900×10^-3μm²时取得最大值。分析其原因是：渗透率的增加使得原油流动系数增大，原油被有效排驱，但过高的渗透率会使得气体沿高渗优势通道产生窜流，与原油接触不充分，同时也会由于早期气窜而影响驱油效率。但是总体来看累计增油量及换油率变化范围较小，可认为渗透率对CO₂吞吐效果影响较小。因此，板南断块适宜注CO₂吞吐的区块渗透率为（1 300~1 900）×10^-3μm²。

图 3(Fig. 3)

图 3 不同油藏渗透率下累计增油量和换油率

在相同的孔隙度、渗透率、水平井长度及避水高度条件下，分析对比地层原油黏度分别为50、65、80、95、105 mPa·s时的开发效果。由图 4可知，地层原油黏度越低，CO₂吞吐的累计增油量和换油率就越高，开发效果越好。分析其原因是：地层原油黏度越低，CO₂在其中的溶解度越大，原油流动能力越强，CO₂吞吐效果越好。总体来看累计增油量及换油率变化范围较大，可认为地层原油黏度对CO₂吞吐效果影响较大。因此，板南断块适宜注CO₂吞吐的区块地层原油黏度为50~65 mPa·s。

图 4(Fig. 4)

图 4 不同原油黏度下累计增油量和换油率

在相同的渗透率、孔隙度、地层原油黏度及水平井避水高度条件下，分析对比水平井长度分别为110、150、190、230、270 m时的开发效果。由图 5可知，随着水平井长度的增加，注CO₂吞吐的累计增油量和换油率不断增加；当水平井长度为230 m时曲线开始出现明显的拐点，累计增油量和换油率增幅变小。水平井长度的增加会使得单井的控制面积增加，但水平井段过长的同时会使得气体和原油接触不充分，也可能会导致气窜从而大大降低注气吞吐的采出程度。但是总体来看累计增油量及换油率变化范围较小，可认为水平井长度对CO₂吞吐效果影响较小。因此，板南断块适宜注CO₂吞吐的水平井长度为200~230 m。

图 5(Fig. 5)

图 5 不同水平井长度下累计增油量和换油率

在相同的孔隙度、渗透率、地层原油黏度及水平井长度条件下，分析对比水平井避水高度分别为2、4、6、8、10 m时的开发效果。由图 6可知，随着避水高度的增加，CO₂吞吐的累计增油量和换油率也都不断增大。分析其原因是：随着水平井避水高度的增加，油井见水时间逐渐变晚，原油采出程度不断增加；但是避水高度过高会使得水平井控制程度降低，不利于剩余油开采。总体来看累计增油量及换油率变化范围较大，可认为水平井避水高度对CO₂吞吐效果影响较大。因此，板南断块适宜注CO₂吞吐的水平井避水高度为4~6 m。

图 6(Fig. 6)

图 6 不同水平井避水高度下的累计增油量和换油率

（1）CO₂萃取原油中轻质和中间组分、在地层原油中溶解后的降黏和膨胀作用及改善界面张力、控制底水锥进是水平井CO₂吞吐提高油井产能的主要机理。

（2）地层原油黏度及水平井避水高度对底水稠油油藏CO₂吞吐效果影响较大，油藏孔隙度、渗透率和水平井长度的影响较小。

（3）板桥油田板南断块适宜注CO₂吞吐区块的孔隙度为30%~35%，渗透率为（1 300~1 900）×10^-3μm²，原油黏度为50~65 mPa·s，适宜的水平井长度为200~230 m，避水高度4~6 m。