李　斌，翟　波，李鳳新，張陽勇，羅新占，鐘　虹

(新疆石油工程設(shè)計有限公司，新疆　克拉瑪依　834000)

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氣驅(qū)提高原油采收率技術(shù)研究應(yīng)用進(jìn)展

李斌，翟波，李鳳新，張陽勇，羅新占，鐘虹

(新疆石油工程設(shè)計有限公司，新疆克拉瑪依834000)

介紹了氣驅(qū)提高采收率的機(jī)理，并分析其影響因素，綜述了CO2驅(qū)、氮?dú)怛?qū)、天然氣驅(qū)和空氣驅(qū)的研究應(yīng)用進(jìn)展。氣驅(qū)具有高效驅(qū)油、成本低廉的獨(dú)特優(yōu)勢，不但能夠解決低滲透油藏開發(fā)面臨的難題，而且進(jìn)一步提高水驅(qū)、聚合物驅(qū)后油藏的采收率。同時，氣驅(qū)技術(shù)存在一些不容忽視的局限性和不利因素，所以要加強(qiáng)注氣驅(qū)提高采收率的理論和實驗研究，為進(jìn)一步提高原油采收率打下基礎(chǔ)。

氣驅(qū)；CO2驅(qū)；氮?dú)怛?qū)；天然氣驅(qū)；空氣驅(qū)；提高采收率

油藏開采分為三個階段，“一次采油”階段利用油藏本身的天然能量采出原油；“二次采油”階段通過注入流體(水)保持油藏壓力提高原油的采收率；“三次采油”包括除常規(guī)注水注氣外的所有強(qiáng)化采油措施。目前我國大部分原油產(chǎn)量都來自于提高采收率技術(shù)(EOR/IOR)。隨著油田開發(fā)的深入，油井含水率不斷升高，注水開發(fā)中暴出的問題日益突出，開發(fā)難度越來越大，開發(fā)成本越來越高。

注氣驅(qū)是繼水驅(qū)、聚合物驅(qū)、蒸氣驅(qū)之后提高原油采收率的又一重要途徑，目前在國外已成為除熱采之外發(fā)展較快的提高采收率方法。氣驅(qū)包括CO2、N2、天然氣、空氣及煙道氣等的混相驅(qū)和非混相驅(qū)[1]。

1　注氣提高原油采收率機(jī)理及其影響因素

1.1氣驅(qū)提高原油采收率機(jī)理

氣驅(qū)采油可分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)兩種方式，混相是指當(dāng)兩種或多種流體按任何比例混合時，沒有相界面形成，保持單一均質(zhì)相，若有相界面存在，則認(rèn)為是非混相的[3]?；煜囹?qū)提高采收率的機(jī)理是驅(qū)替介質(zhì)與地層原油在油藏條件下形成混相，消除界面使得多孔介質(zhì)中的毛細(xì)管力降至零，從而驅(qū)替出因毛細(xì)管效應(yīng)所圈閉的原油，混相驅(qū)理論上采收率可達(dá)100%，但在油田實際開發(fā)過程中受油藏非均質(zhì)性、重力分離及粘性指進(jìn)等因素的影響，采收率大幅降低。

混相驅(qū)的驅(qū)油效果優(yōu)于非混相驅(qū)，但要達(dá)到混相壓力極高，采油條件苛刻，現(xiàn)場一般采用非混相驅(qū)。非混相驅(qū)過程中一部分氣體溶于油藏流體中，一部分保留為上相，形成兩相體系。其中上相向前運(yùn)移，與更多的油藏流體接觸，從油藏流體中抽提出部分輕烴組分形成混相驅(qū)替帶。非混相驅(qū)的主要采油機(jī)理是[2-6]：

(1)降低原油的黏度。CO2或天然氣等注入油層后，隨著壓力升高，注入氣的溶解度增大，原油的黏度隨之降低，流動性增強(qiáng)。

(2)混相效應(yīng)。注入氣與原油混相以后，萃取原油中的輕烴組分，形成注入氣和輕烴的混合油帶降低界面張力、有效驅(qū)替原油。

(3)補(bǔ)充地層的壓力。氣驅(qū)可將地層流體壓力維持在一定的水平上，例如：使其處于露點(diǎn)壓力、泡點(diǎn)壓力、現(xiàn)有地層壓力上，保持單一的相態(tài)、或使產(chǎn)油井具有一定的產(chǎn)液能力。

(4)擴(kuò)大波及系數(shù)。非混相驅(qū)中一部分氣體溶解在油中，另一部分則呈游離態(tài)，氣體的重力超覆作用可顯著擴(kuò)大油層中的垂向波及系數(shù)，將水驅(qū)時難以動用的頂部油層剩余油驅(qū)替出來。

1.2氣驅(qū)提高原油采收率的影響因素

影響注氣采收率的客觀因素主要包括以下五方面[7]：

(1)油層物性，包括滲透率、孔隙度、油水粘度比；

(2)原始地質(zhì)儲量的品質(zhì)，包括單儲系數(shù)、儲量豐度；

(3)儲層構(gòu)造復(fù)雜程度；

(4)儲層非均質(zhì)程度，包括滲透率變異系數(shù)、油層連通率、平面非均質(zhì)性等；

(5)儲層能量狀態(tài)，包括溶解氣油比、原油體積系數(shù)及注氣時的地層壓力、含油飽和度等。

2　氣驅(qū)提高原油采收率技術(shù)的研究及應(yīng)用

2.1CO2驅(qū)

CO2驅(qū)油是一種很具發(fā)展?jié)摿Φ奶岣卟墒章始夹g(shù)，據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)評估認(rèn)為，全球適合CO2驅(qū)油開發(fā)的資源約為3000～6000億桶。CO2可從工業(yè)設(shè)施如發(fā)電廠、化肥廠、水泥廠、化工廠、煉油廠、天然氣加工廠等排放物中回收，既實現(xiàn)了溫室氣體的減排，又可達(dá)到增產(chǎn)油氣的目的。

CO2驅(qū)的注入方式有連續(xù)注入、水氣交替、CO2吞吐等，其中周期注氣結(jié)合了連續(xù)注氣、水氣交替和注氣吞吐的優(yōu)點(diǎn)，能夠增大CO2的波及系數(shù)，改善層間矛盾，適合于特低滲透油藏[8]。在CO2驅(qū)之前，需要經(jīng)過充分細(xì)致的研究和先導(dǎo)試驗來評價CO2混相驅(qū)的可行性。主要包括油藏篩選、室內(nèi)實驗評價、油藏數(shù)值模擬、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險評價、先導(dǎo)試驗，同時，可行性評價時還需要考慮CO2對儲層、擾流、腐蝕、鈣質(zhì)與瀝青質(zhì)沉積等的影響[9]。

美國的CO2驅(qū)是繼蒸汽驅(qū)之后的第二大提高采收率技術(shù)，據(jù)美國68個CO2驅(qū)項目的統(tǒng)計[10]，CO2驅(qū)的采收率提高幅度為7%～22%。密西西比州Little Creek油田于1973年開始注CO2混相驅(qū)，總采出程度提高35.1%；德克薩斯州Seminole Unit-Main Pay Zone油田于2000年開始注CO2驅(qū)，增產(chǎn)原油129.5×104t/a；肯塔基州Big Sinking油田采用CO2吞吐開采，5年累計注氣595×104m3，增產(chǎn)原油2.43×104t[11]。加拿大Kelly-Snyder油田與Weyburn油田先后開展了CO2驅(qū)油，其中，Kelly-Snyder油田4PA區(qū)塊和17PA區(qū)塊采收率分別提高9%和5.5%，在CO2驅(qū)轉(zhuǎn)后續(xù)水驅(qū)，采收率進(jìn)一步增加。

我國先后在江蘇、中原、大慶、勝利等油田進(jìn)行了注CO2驅(qū)油現(xiàn)場試驗[12-15]。勝利油田已開展了多個區(qū)塊的注CO2驅(qū)研究，并于2008年在高89-1塊實施了CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗，先導(dǎo)試驗區(qū)總井?dāng)?shù)24口，其中油井14口、注入井10口。2008年1月開始試注，穩(wěn)定注氣壓力4 MPa。日注液態(tài)CO240 t，地層能量逐步恢復(fù)，由注入前的23.2 MPa上升到26.3 MPa，日產(chǎn)原油量由25.5 t上升至45 t，取得了較好的開發(fā)效果[16]。

2.2氮?dú)怛?qū)

氮?dú)怛?qū)作為一種驅(qū)油方法因其資源、地域不受限制，且隨著制氮技術(shù)的不斷進(jìn)步和制氮成本的不斷降低，越來越體現(xiàn)出其巨大的優(yōu)越性，尤其是在注水難以實現(xiàn)有效開發(fā)的低滲透油藏、凝析氣油藏和正向構(gòu)造油藏。

美國和加拿大在注氮?dú)夥矫嬉恢碧幱陬I(lǐng)先地位，已形成一套從制氮?dú)狻⒆⒌獨(dú)夂兔摰獨(dú)獾耐暾w系。據(jù)美國《油氣雜志》統(tǒng)計[17]，2002年正在實施的N2驅(qū)項目6個，其中美國4個、墨西哥1個、委內(nèi)瑞拉1個，計劃實施的有2個。美國Painter油田1980年開始注氮?dú)夂退?，從油藏頂部注入氮?dú)猓亓ψ饔檬沟獨(dú)馇把胤€(wěn)定地推進(jìn)，提高垂向掃掠系數(shù)，同時向水層注水防止原油向水層運(yùn)移，預(yù)計最終可采原油量1548×104t，占原油地質(zhì)儲量的68%，采收率提高41%[18]。

由于氮?dú)廨^低的導(dǎo)熱系數(shù)(0.0205 W/m·K)和較大的壓縮性，具有較好隔熱的作用，適用于注蒸汽熱采技術(shù)的隔熱助排措施。在油套環(huán)空注入溫度為80～100 ℃的氮?dú)?，油管注入蒸汽，氮?dú)夂驼羝旌线M(jìn)入地層后燜井，油井采油時氮?dú)怏w積膨脹促進(jìn)油水返排，增加油井產(chǎn)量，延長油井生產(chǎn)周期。遼河油田采用氮?dú)?蒸汽混合驅(qū)熱采技術(shù)改善稠油開采效果，通過注入氮?dú)?，補(bǔ)充了地層能量，氮?dú)鈾z測結(jié)果表明，其波及范圍比較均勻，能起到調(diào)解汽竄、改善吸汽剖面的作用。從1998-2003年期間，遼河油田先后開發(fā)了氮?dú)飧魺嶂拧⒌獨(dú)馀菽{(diào)剖工藝技術(shù)和蒸汽-氮?dú)饣旌向?qū)等技術(shù)，累計增產(chǎn)原油54322 t，創(chuàng)造效益6308萬元[19]。遼河油田杜66塊經(jīng)多輪次吞吐后，單井產(chǎn)量只有1 t左右。1998年，曙光采油廠在杜66塊曙1-47-30井實施氮?dú)飧魺嶂偶夹g(shù)，注入氮?dú)?1.7×104m3，注入蒸汽800 m3，井口壓力由1.5 MPa上升到7 MPa，產(chǎn)液量由原來的2 m3/d增加到20 m3/d，油井采出液含水率大幅度下降[20]。

2.3天然氣驅(qū)

相比于其他注氣采油技術(shù)，天然氣注入油層后更容易達(dá)到近混相、甚至混相驅(qū)替。影響天然氣驅(qū)開發(fā)效果的因素主要包括：含油飽和度、注入氣組成、壓力保持水平、注入速度、段塞大小、首段塞大小和水氣比等[21-24]。

許振華等[22]研究了中原橋口油田南八仙淺層橋69-08井注天然氣驅(qū)，其注入氣為含甲烷89.3%的天然氣，細(xì)管法測得該油藏最低混相壓力為18.0 MPa；混相驅(qū)與非混相驅(qū)相比，氣體突破時間延長、采出程度高，注入壓力對混相驅(qū)過程的影響也較小。文南油田文72塊沙三中深層低滲透油藏注天然氣物模驅(qū)油實驗結(jié)果表明：與常規(guī)的注水驅(qū)采油相比，連續(xù)注氣可顯著地提高注入能力，使含水率顯著下降，最終采出程度提高22.08%[23]。但在天然氣驅(qū)水氣交替注入時，每次由注水轉(zhuǎn)注氣時容易形成天然氣水合物，影響注氣工作的正常進(jìn)行。

2.4注空氣采油

注空氣采油過程不僅具有一般氣驅(qū)的作用，同時空氣中的O2和原油接觸后發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量能夠有效加熱油層，原油氧化后生成烴類氧化物具有表面活性，可降低油水界面張力、提高洗油效率。因此，注空氣采油過程包含了煙道氣驅(qū)、CO2驅(qū)、原油低溫氧化反應(yīng)放熱等多種提高采收率機(jī)理[24-25]。

注空氣采油項目已被列入美國國家能源部特別資助的提高采收率項目，現(xiàn)場注空氣驅(qū)配套技術(shù)完善。從1967年開始，Amoco、Gulf和Chevron公司在美國先后對不同的水淹輕質(zhì)油油藏開展了注空氣現(xiàn)場試驗，增油效果顯著[26]。

注空氣采油過程受油層條件、原油性質(zhì)和操作參數(shù)等因素的影響，TOTAL公司開展了注空氣提高采收率驅(qū)替實驗研究，結(jié)果表明氧氣消耗量、CO與CO2生成量與油藏溫度有關(guān)，與空氣中氧氣含量的多少沒有太大關(guān)系[27]。與熱采和化學(xué)驅(qū)技術(shù)相比，注空氣采油技術(shù)操作成本更低、油藏適應(yīng)性更廣、最終采收率和經(jīng)濟(jì)效益更高、對環(huán)境的影響更小[28]。

目前，注空氣采油主要存在兩個問題[29]：首先是安全問題，在空氣驅(qū)實施過程中，當(dāng)氧氣含量過高時會發(fā)生爆炸危險，需要合理控制注氣速度和注氣量，使得注入地層的氧氣能被充分氧化消耗掉，保證生產(chǎn)井中的氧氣含量在安全范圍內(nèi)；其次是在長期注空氣過程中原油被氧化，原油密度和粘度增加，流動性變差。嚴(yán)格控制氧氣注入量、注氣速度以及燜井時間，并在井下加助劑降粘等將是解決以上問題的主要出路。

3　結(jié)論及建議

受國際油價持續(xù)走低的影響，如何降低油田開發(fā)成本將是油田工作者關(guān)注的重點(diǎn)。氣驅(qū)以其高效的驅(qū)油、成本低廉的獨(dú)特優(yōu)勢，成為提高原油采收率技術(shù)的發(fā)展趨勢，氣驅(qū)不但能夠解決低滲透油藏開發(fā)面臨的難題，而且進(jìn)一步提高水驅(qū)、聚合物驅(qū)后油藏的采收率。

注氣開發(fā)技術(shù)在發(fā)揮其優(yōu)勢的同時，存在一些不容忽視的局限性和不利因素：①易發(fā)生指進(jìn)，非均質(zhì)性油藏的氣竄嚴(yán)重，波及效率低；②注CO2和空氣存在腐蝕問題；③瀝青質(zhì)沉積問題等。因此針對不同油藏要因地制宜，選擇不同的氣源和驅(qū)替類型及注入方式，并且可結(jié)合氣水交替注入技術(shù)和泡沫驅(qū)技術(shù)嚴(yán)格控制氣竄，此外還需要建立包括注入工藝、動態(tài)監(jiān)測、防氣竄和注采調(diào)控技術(shù)等一套完整的注氣配套技術(shù)。

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Research Progress on Gas Injection Technology for Enhanced Oil Recovery

LIBin，ZHAIBo，LIFeng-xin，ZHANGYang-yong，LUOXin-zhan，ZHONGHong

(Xinjiang Petroleum Engineering Co., Ltd., Xinjiang Kramay 834000, China)

The mechanism of Gas flooding was described, and its influencing factors were analyzed, some advances in research and application were summarized, including CO2flooding, nitrogen flooding, natural gas flooding and air flooding. Gas flooding has some advantages, including high efficient and low cost. It can not only solve the develop problem of low permeability, but also further improve the recovery after water flooding or polymer flooding. At the same time, there are some undeniable limitations and disadvantages, so the theoretical and experimental must be strengthened to lay foundation for further enhance oil recovery.

gas flooding; CO2flooding; nitrogen flooding; natural gas flooding; air flooding; EOR

TE3

A

1001-9677(2016)012-0047-03