关于注气提高采收率技术的调研
1 前言
随着油气田开发进入中后期,油井综合含水率上升,油田开发难度加大,注气采油逐渐成为提高原油采收率的重要方法之一。
本文对注气提高采收率技术的机理进行了分析,并进行了驱替实验调研。
调研结果表明:注气可明显改善驱油效果,提高原油采收率。
2 国内外现状
近年来,国内外注气技术发展很快,注气类型、注气方式、注气时机、适宜注气的油藏类型不断发展,已成为除热采之外发展较快的提高采收率方法。
目前,注气作为一种有效的提高采收率方法,在世界范围内得到广泛应用。
在美国和加拿大注气技术极为成熟。
在美国,注气项目中以二氧化碳混相驱为主,而加拿大以注入烃类溶剂混相驱为主导。
2006年,美国、加拿大等石油生产大国仍把蒸汽驱作为EOR(或IOR)主导技术,加拿大掀起了以蒸汽重力驱(SAGD)技术为主的开采油砂热,化学驱的应用仍很少。
注气驱仍以逐年增长的态势和显著的成效而成为当今世界石油开采中具有很大潜力和前景的技术。
在我国东部主要产油区,天然气气源紧张,供不应求,CO2气源目前还比较少。
尽管如此,注非烃气体混相和非混相驱的研究和现场先导试验一直没有停止过。
1963年首先在大庆油田作为主要提高采收率方法进行研究,1966、1969、1985、1991、1994年先后开展了注CO2
先导试验,很受重视。
华北油田在雁翎油田开展注N2非混相驱矿场试验。
吉林油田利用万金塔CO2气田的液态CO2,在吉林油田开展CO2吞吐和CO2泡沫压裂已在100井次以上。
1996年江苏油田富民油田48井开展了CO2吞吐试验,并已开展了驱替试验。
吐哈葡北油田已开始实施注气混相驱。
大港大张坨凝析气田和塔西南柯克亚凝析气田注气成功。
西南石油学院以气为特色,长期开展了油气体系的相态研究,早在1984年,为大庆、中原开展了混相驱实验,引进了当时全国第1台混相驱细管实验装置。
随后与华北油田合作,配合雁翎油田注N2试验,模拟裂缝性碳酸盐岩储层,在全国比较系统地开展了系列注N2实验。
最近又先后与大港、中原、四川、吐哈、辽河和塔西南等油田合作,针对不同油藏类型开展了系列室内混相驱试验研究,并用加拿大CMG组分模型软件,开展了单井吞吐的数值模拟研究。
除此之外,还开展了目前世界热门研究课题,如注气过程中蜡、沥青质和胶质等固溶物沉积的研究工作。
还在集团公司开发生产局主持下作了国内外注气提高采收率的系统调查。
3 国内注气提高采收率可行性分析
(1)第一次评价时CO2混相驱筛选的潜力分析中有4.8×108t地质储量适合CO2驱,而第二次评价,有1.057×109t储量适用CO2混相驱,这部分油田或区块,目前尚未找到其它提高采收率方法使用,主要是:
①储层渗透率低,埋藏深,温度高,有的油藏地层水矿化度高;
②勘探工作正向更深层发展,可能会发现更多的中、低渗透轻质油油藏、凝析气顶油藏和凝析气藏;
③我国具有巨大勘探前景的西部地区,也将会发现许多轻质油田、凝析气田和干气气田。
天然气一时还很难运到经济发达地区,应该不失时机地抓紧回注天然气(辅之以其它非烃气体,如N2、烟道气)开发油田和凝析气田。
(2)东部注气驱的开展气源问题是关键。
4 注气提高采收率的筛选准则
（1）采收率方法
现行方法主要概括为“三气”、“三水”、“三热力”。
“三气”指N2(烟道气)驱、烃类气体多次接触混相驱(蒸发气驱、凝析气驱)和一次接触混相驱、CO2驱;“三水”指胶束/聚合物、碱/表面活性剂/聚合物驱、聚合物驱或凝胶处理;“三热力”指火烧油层、蒸汽或热水驱,地面坑道采矿。
（2）CO2吞吐是一种非混相过程,也是一项油井增产措施。
它需要CO2气量少,油藏地质条件也不太苛刻,我国可先开展起来。
5 更好的将注气提高采收率技术应用于我国实践
(1)注烃类气体混相和非混相驱是低渗透油田注气驱油主要方式，这项技术在国内外已得到成功应用。
(2)注气提高采收率是一项风险较大的系统工程，因此必须根据具体油田情况进行注气驱项目的技术和经济可行性综合评价。
(3) 注气提高采收率作为低渗透油田三次采油提高采收率的关键技术，具有很大的应用潜力，必须重视这项技术的攻关研究和规模化推广应用。
（4）重视以下8项配套技术研究
①油藏描述必须细化;
②完善提高采收率方法的筛选评价技术,尤其薄弱的是注气部分;
③发展注气混相驱数值模拟技术;
④发展矿场设施和注入工艺技术;
⑤注入井剖面测定和调剖技术;
⑥混相驱过程动态监测和效果评价技术;
⑦混相驱过程防气窜和改善波及效率技术;
⑧配套建立注气混相驱室内实验评价技术。
6 注气提高采收率在国内应用实例
6.1 油藏概况
克拉玛依油田五2西克下组T2K1区块由于多年注水开发,目前地层含水已达86%,产量逐年递减,继续注水开发意义不大。
因此,发展提高采收率技术已成为保证其产量持续稳定增长的一项迫切的战略性任务。
该油藏地层压力为23.78 MPa,地层温度为46.5℃,泡点压力为20.4 MPa,气油比为114m3/t。
地层原油密度为0.796 3 g/cm3,体积系数为1.228m3/m3,气体平均溶解系数为4.97 m3/MPa。
该区块C1含量为32.19%,C2~C6含量为34.45%,C7以上含量为32.7%。
6.2 注气提高采收率机理
注烃类气体可以是甲烷（干气）、富气以及像丙烷那样的液化气，这些气体在相对低的压力下可以与油混相，或者在相对低的压力下发展成混相。
向原油油藏内部注入烃类和非烃类气体，多相流动时油气体系就会发生相间传质和传热，将使油藏体系的一系列物理化学性质发生变化，除了原油密度、粘度、压缩系数等热力学性质发生变化外，体系的饱和压力也会发生较大幅度的提高。
主要的驱油机理是体积膨胀、粘度降低、相间界面张力降低、原油密度下降、以及重力稳定驱替等，注气主要是通过提高驱油效率和扩大波及体积来实现提高采收率。
主要的优点是不伤害地层，尤其是适用于西部天然气资源丰富的低渗透油田，同时也适用于开发富气凝析气藏。
一个油藏总采收率可分解成几个独立作用的因子,即:
E R= E A E V E D
式中,
E R—总采收率;
E A—面积扫油效率,指被注入流体侵入的部分油藏面积,确定面积扫油效率的主要因素是:流体的流度k/μ、流动状态、区域的非均质性、油藏开发的范围和注入流体的总体积;
E V—垂向扫油效率,指部分被注入流体扫过的垂向面积,是油层的垂向非均质性和重力分离程度的主要函数;
E D—驱替效率,指已被驱替过的扫油区中流动原油的百分比,它是注入体积、流体粘度和岩石相对渗透率特性的一个函数。
提高采收率的方法是将上述方程中一个或几个效率提高。
注气混相驱目的在于降低注入溶剂及原油的界面张力,使界面消失,提高驱替效率(E D)。
根据不同注入气体与原油体系的特性,注气混相驱和非混相驱可分为一次接触混相、多次接触混相和非混相3种方式。
而多次接触混相又可细分为:凝析气驱和蒸发气驱。
一次接触过程的注入流体可为液化石油气(LPG,C3~C4)和乙烷(C2);多次接触过程蒸发气驱为甲烷(C1)、N2、CO2、烟道气和空气;凝析气驱为液化石油气+甲烷(C1+C3~C4)、甲烷+乙烷(C1+C2)、甲烷+乙烷+液化石油气(C1+C2+C3~C4)。
6.3 岩心驱替实验
6.3.1 长岩心驱替装置
五2西克下组T2K1区块长岩心驱替实验是在加拿大Hycal长岩心驱替装置上完成的(图1)。
流程由注入泵系统、长岩心夹持器、回压调节器、压差表、控温系统、气量计和气相色谱仪组成。
6.3.2 实验步骤
本次实验温度均为地层温度(46.5℃),压力为目前地层压力(22 MPa),驱替速度为0.125 mL/min。
实验步骤如下:
图1 长岩心驱替装置流程示意图
(1)首先按要求装好岩心,抽空,随后注地层水饱和岩心,记录饱和量。
(2)用死油驱替岩心中的水,计算束缚水饱和度和含油饱和度。
(3)用配制的油样驱替岩心中的死油,完成原始状态恢复过程。
(4)接着进行地层温度和压力下设计的3组实验:①水驱实验;②岩心平均含水86%时,氮气/水交替注入实验;③岩心平均含水86%时,氮气/泡沫水交替注入实验。
(5)每组实验所用水为注入水。
进行实验②和③时,待岩心平均含水为86%时,转为氮气/水或氮气/泡沫水交替注入。
(6)每组实验结束后清洗岩心,重复(1)~(3)步骤,形成原始状态后,然后进行下一组实验。
6.3.3 实验结果及分析
⑴水驱实验
注入水在0.5~0.6 PV之间突破,采收率为45.37%;在0.9~1.0 PV之间含水率达到100%,水驱总采收率为48.69%(图2)。
图2 水驱含水率、累计采收率变化
⑵氮气/水交替驱实验
当岩心平均含水为86%时,交替注入0.1PV的氮气和水,注入速度为0.125 mL/min,气水比为1：1。
在0.3~0.4 PV时气突破,采收率为35.6%。
气突破后,气油比交替上升。
当注入1.2 PV 时,采收率达56.82%(图3、4)。
图3 氮气/水交替驱含水率、累计采收率变化曲线
图4 氮气/水交替驱实验压差、气油比变化曲线
⑶氮气/泡沫水交替驱实验
当岩心平均含水86%时,交替注入0.1 PV的氮气和泡沫水,注入速度为0.125mL/min,气水比为1：1。
在0.6~0.7 PV时气突破,采收率为34.84%。
气突破后气油比交替上升。
当注入2.8PV时,采收率达64.02%(图5、6)。
图5 氮气/泡沫水交替驱含水率、累计采收率变化
图6 氮气/泡沫水交替驱实验压差、气油比变化
6.4 结果分析
五2西克下组T2K1区块水驱采收率适中,为48.69%。
岩心平均含水为86%后时,氮气/水交替驱以及氮气/泡沫水交替驱均使原油采收率增加。
实验结果表明:氮气/水交替驱原油采收率为56.82%,比水驱采收率提高了8.13%;氮气/泡沫水交替驱原油采收率为64.02%,比水驱采收率提高了15.33%,比氮气/水交替驱采收率提高了7.2%。
因此,五2西克下组T2K1区块进行氮气/泡沫水交替驱更接近活塞式驱替,驱油效果更好。
7 结论
（1）注气提高采收率技术已在国内外得到广泛的应用，且驱油效果明显，值得在国内推广应用。
（2）适用于注气开采的原油地质储量丰富，推动了注气提高采收率技术的不断完善和
推广。
（3）CO2吞吐需要CO2气量少，对油藏地质条件要求也不太苛刻，在我国可优先开展。
（4）通过对实验的调研发现混相交替驱替比单相驱的驱油效果更明显。
