氮?dú)廨o助蒸汽吞吐技術(shù)研究及在大慶稠油油藏的應(yīng)用

賈 娜

（中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163318）

大慶油田稠油區(qū)富拉爾基區(qū)塊主要目的層薩二、三組油層深度470 m，砂巖膠結(jié)疏松，含油飽滿的砂巖一般呈砂糖狀松散狀態(tài)，有效孔隙度23.0%～39.49%，空氣滲透率（62～3 650）×10-3μm2，平均含油飽和度為64.2%，地面原油密度為0.8923～0.9396 g／m3，地面原油粘度為841～4242 mPa·s。

1 氮?dú)廨o助蒸汽吞吐提高采收率機(jī)理

1.1 改善油藏物性

用含重油巖心進(jìn)行了注氮?dú)怛?qū)油實(shí)驗。實(shí)驗巖心孔隙度34%，滲透率2 000×10-3μm2。對巖樣分別注入0.14，0.5，1.5倍孔隙體積的氮?dú)夂螅徒M分發(fā)生變化。從表1中可以看出，氮?dú)馀c重油樣品不斷接觸，輕烴和中間烴被抽提，甲烷含量由45.02%降為2.60%，乙烷和丙烷也明顯下降，重?zé)N（庚烷以上）的含量由22.44%增至60.20%。實(shí)驗表明氮?dú)庠诔碛椭械娜芙舛仍?0 m3／m3以下，一般可使地層原油體積膨脹5%；同時飽和了氮?dú)獾脑捅人柡偷獨(dú)獾脑驼扯纫停獨(dú)?油界面張力大大低于油-水界面張力，界面張力的降低改善驅(qū)油滲流條件；另外氮?dú)鈱τ蛯又休p質(zhì)組分及高溫裂解組分的萃取，使得氮?dú)狻⑤p質(zhì)組分與蒸汽的混合體在油層中有可能形成近混相或部分混相作用，從而改善蒸汽吞吐效果［1-5］。

1.2 補(bǔ)充地層能量

氮?dú)鉃榉悄鰵怏w，不溶于水，微溶于油，其壓縮系數(shù)是二氧化碳的三倍，具有比其他氣體（二氧化碳、甲烷、煙道氣）更高的膨脹性；由于這些特點(diǎn)，氮?dú)膺M(jìn)入地層后，能及時補(bǔ)充地層能量，增加地層壓力［6-8］。應(yīng)用CMG 軟件，模擬了單注蒸汽和蒸汽與氮?dú)饣熳⒌膬煞N情況下的近井地帶的壓力場分布，結(jié)果表明，蒸汽與氮?dú)饣熳⒌慕貛У膲毫σ哂趦H注蒸汽的。氮?dú)庾⑷氲貙雍?，能局部提高地層壓力，有利于保持地層彈性能量。同時溶解在原油中的氮?dú)飧纳圃椭械臐B流阻力，呈游離狀態(tài)的氮?dú)庑纬蓮椥则?qū)，增加了驅(qū)動能量，補(bǔ)充地層能量，有利于回采。

表1 注氮?dú)夂髽悠返捏w積分?jǐn)?shù)變化 %

1.3 擴(kuò)大蒸汽波及體積，提高熱利用率

應(yīng)用CMG 軟件模擬了氮?dú)廨o助蒸汽吞吐結(jié)束后與常規(guī)蒸汽吞吐結(jié)束后的溫度場，對比結(jié)果表明，氮?dú)廨o助蒸汽吞吐時，由于氮?dú)馀c蒸汽間的密度差，其會將向上超覆的蒸汽與油層頂部的頁巖蓋層隔離開，從而減少了向上覆蓋層的熱損失，提高注入熱量利用率［9-11］。同時氮?dú)鈹y帶部分熱量迅速進(jìn)入油層深部和上部，增加了蒸汽的波及體積，使井間油層內(nèi)的剩余油區(qū)得到動用。

2 氮?dú)廨o助蒸汽吞吐數(shù)值模擬研究

2.1 氮?dú)馀c蒸汽的注入方式研究

模擬計算了3種注入方式即：只注蒸汽、先注氮?dú)夂笞⒄羝?、氮?dú)馀c蒸汽同時注入。計算結(jié)果表明（表2），蒸汽和氮?dú)馔瑫r混注并不是最好的注入方式。這是由于在開始時氮?dú)馕磁c蒸汽完全混合，不能滲入地層深部，采氣率較高，所以增產(chǎn)效果不如先注氮?dú)夂笞⒄羝?。通過數(shù)值模擬研究得出，先注氮?dú)夂笞⒄羝_發(fā)效果最好，比氮?dú)馀c蒸汽同時注入增油125 m3，比只注蒸汽的增油679 m3。

2.2 氮?dú)馀c蒸汽配比研究

為了確定加氮?dú)饬?，模擬了氮?dú)馀c蒸汽體積比分別為：15∶1，20∶1，25∶1，30∶1，35∶1，40∶1，45∶1時累積產(chǎn)油量，如表3所示。計算結(jié)果表明，隨著混溶比的增加，產(chǎn)油量不斷增加，當(dāng)混溶比超過35∶1時，隨著混溶比的增加，增產(chǎn)幅度下降，最佳混溶比為35∶1。

2.3 氮?dú)夂侠碜⑷胨俣妊芯?/h3>

模擬了4 種注氮速度，即2 000 Nm3／d，3 000 Nm3／d，4 000 Nm3／d，5 000 Nm3／d的吞吐效果，見表4。可見氮?dú)庖? 000 Nm3／d的速度注入時，產(chǎn)油量最大。

表2 氮?dú)馀c蒸汽的注入方式對開發(fā)效果的影響

表3 氮?dú)馀c蒸汽的配比對開發(fā)效果的影響

表4 氮?dú)庾⑷胨俣葘﹂_發(fā)效果的影響

3 礦場試驗效果分析

在室內(nèi)實(shí)驗及數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，在大慶油田富拉爾基稠油區(qū)塊進(jìn)行了礦場試驗。選擇原油粘度為4 000 mPa·s（20 ℃），吞吐5～7周期的油井。根據(jù)油井條件，確定設(shè)計參數(shù)，求出氮?dú)庥昧浚ＷC混溶比在35∶1左右，注汽速度為3 000 Nm3／d。截止到2010年12月現(xiàn)場共試驗16井次。與上周期對比，實(shí)施油井注氮?dú)獯胧┖螅芷诋a(chǎn)油、油汽比都有大幅度提高，措施效果顯著。措施井注氮前大部分生產(chǎn)效果極差，周期油汽比低于開采經(jīng)濟(jì)極限油汽比。實(shí)施注氮?dú)夂?，增加了周期產(chǎn)油量，生產(chǎn)天數(shù)延長了51 d，油汽比提高了0.105～0.137，回采水率提高12%～141%，與注氮?dú)馇坝途a(chǎn)效果相比，取得了較好的效果（如圖1、圖2、表5）。

4 結(jié)論

（1）氮?dú)廨o助蒸汽吞吐時，溶解在原油中的氮?dú)飧纳圃椭械臐B流阻力，呈游離狀態(tài)的氮?dú)庑纬蓮椥则?qū)，增加了驅(qū)動能量，補(bǔ)充地層能量，有利于回采。

圖1 Well 1井氮?dú)廨o助蒸汽吞吐與單注蒸汽吞吐產(chǎn)油量對比

圖2 Well 2井氮?dú)廨o助蒸汽吞吐與單注蒸汽吞吐產(chǎn)油量對比

表5 well1井和well2井氮?dú)廨o助蒸汽吞吐增油量

（2）氮?dú)廨o助蒸汽吞吐時，氮?dú)鈹y帶部分熱量迅速進(jìn)入油層深部和上部，增加了蒸汽的波及體積。

（3）氮?dú)廨o助蒸汽吞吐降低蒸汽吞吐熱損失。氮?dú)鈱?dǎo)熱系數(shù)低，注蒸汽過程中，由光油管注入蒸汽，油套環(huán)空注入氮?dú)?，可減小井筒熱損失。同時由于氮?dú)馀c蒸汽間的密度差，氮?dú)鈺⑾蛏铣驳恼羝c油層頂部的頁巖蓋層隔離開，從而減少了向上覆蓋層的熱損失。

（4）氮?dú)廨o助蒸汽吞吐時按照以下參數(shù)開發(fā)效果最好：先注氮?dú)夂笞⒄羝?，氮?dú)馀c蒸汽的注入體積比例30∶1～35∶1，氮?dú)獾淖⑵俣? 000 m3／d。

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