沈161區(qū)塊注空氣開發(fā)可行性實(shí)驗(yàn)研究

朱曉萌 李占東 吳文祥 張海翔

摘 要：針對(duì)沈161區(qū)塊儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在長期高壓注水條件下未能取得很好的驅(qū)油效果，而注空氣成本便宜，且低滲油藏空氣驅(qū)有很多成功案例。采用室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)研究空氣驅(qū)可行性。通過水、空氣驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，氣驅(qū)采收率為65.56%，比水驅(qū)高13.5個(gè)百分點(diǎn)；細(xì)長管空氣驅(qū)低溫氧化實(shí)驗(yàn)研究和燃燒管高溫氧化實(shí)驗(yàn)研究，確定空氣驅(qū)安全時(shí)間是注入1.2 PV，實(shí)現(xiàn)高溫氧化的點(diǎn)火溫度應(yīng)該在400 ℃以上，且越高越好。

關(guān) 鍵 詞：低滲透；空氣驅(qū)；低溫氧化；高溫氧化

中圖分類號(hào)：TE 357 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）04-0727-03

Abstract： Because Shen 161 block reservoir has poor physical properties and strong heterogeneity， the long-term high-pressure water injection does not achieve good oil displacement effect. And the air injection is cheap， and air flooding of low permeability reservoir has a lot of successful cases. In this paper， the feasibility of air displacement was studied by indoor physical simulation experiment. Through water and air oil displacement experiments， gas flooding recovery was 65.56%，higher than that of water flooding by 13.5%； slender pipe air displacement experimental study on low temperature oxidation and combustion tube high temperature oxidation experiments determine that the air drive safety time is injected 1.2 PV， the ignition temperature of high temperature oxidation is more than 400 ℃， and the higher the better.

Key words： Low permeability； Air drive； Low temperature oxidation； High temperature oxidation

注空氣驅(qū)在國外的很多油藏進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，并且取得了很好的效果[1，2]，如：Sloss 油田、West Heidelberg 油田等。低滲油藏吸氣能力遠(yuǎn)大于吸水能力，注空氣比注水更容易建立起有效的壓力驅(qū)替系統(tǒng)，起到有效補(bǔ)充或維持油層壓力的作用?？諝庵械难鯕馀c原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，消耗掉氧氣形成氮?dú)怛?qū)，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳和大量熱量，大幅度提高油藏溫度[3-5]。

本文通過進(jìn)行室內(nèi)模擬驅(qū)油實(shí)驗(yàn)、細(xì)長管注空氣低溫氧化實(shí)驗(yàn)和燃燒管注空氣高溫氧化實(shí)驗(yàn)研究：確定原油經(jīng)過空氣驅(qū)低溫氧化后所產(chǎn)出氣體的組分與含量、氧氣的消耗量以及過程的安全性等。

1 161區(qū)塊地質(zhì)特征

沈161塊構(gòu)造上位于大民屯凹陷榮勝堡洼陷的北、沈150塊南、沈24塊東南，是一個(gè)由南、北、西三條邊界斷層遮擋的向東南方向傾斜的單斜鼻狀構(gòu)造。目的層沙三，為一套扇三角洲前緣相沉積，儲(chǔ)層以中細(xì)砂巖為主，平均孔隙度11.51%，平均滲透率3.08×10-3μm2。油藏埋深-2 230～-3 060 m，油藏類型為構(gòu)造—巖性油藏，上報(bào)探明控制儲(chǔ)量203×104 t，含油面積2.0 km2。原油屬于稀油，原始地層壓力24.5 MPa，地層溫度82 ℃，目前地層壓力10.2 MPa，壓力系數(shù)0.39。沈161 區(qū)塊為滲透率低，生產(chǎn)井段長，儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)的輕油油藏。在長期高壓下注水條件下，開發(fā)20年，目前該區(qū)塊綜合含水 69.2%，采出程度只有10%，壓裂、堵水等增產(chǎn)措施均未取得明顯效果。

2 巖心空氣驅(qū)驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)分析

為了確定空氣驅(qū)的驅(qū)替效果，利用目標(biāo)區(qū)塊的天然巖心和井口原油樣品，根據(jù)高壓物性資料配制成地層原油樣品，進(jìn)行水驅(qū)與空氣驅(qū)不同驅(qū)替介質(zhì)驅(qū)油效率實(shí)驗(yàn)。為開采方式選擇提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

實(shí)驗(yàn)表明，在相同滲透率的條件下，氣驅(qū)采收率比水驅(qū)分別高12.5%和5.07%。氣驅(qū)效果明顯好于水驅(qū)；相同滲透率巖心，氣驅(qū)效果明顯好于水驅(qū)；在驅(qū)替方式相同的條件下，低滲透巖心最終采收率高于高滲透巖心最終采收率。因?yàn)閷?duì)于低滲透油藏來說，吸氣能力元大于吸水能力，可以使其維持在一個(gè)很高的壓力水平，同時(shí)可以形成油、氣、水混相，增加了油相滲流能力。

3 細(xì)長管空氣驅(qū)低溫氧化實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

模型為20 m長的填砂不銹鋼管，恒溫箱，DX100柱塞泵，恒溫系統(tǒng)，空氣瓶，活塞容器，壓力表，閥門，回壓閥，高壓管線，集氣瓶，氣相色譜儀，活油配樣器。

3.2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的可行性，去除氧氣和氮?dú)?，然后再除去C5以上組分（這部分組分在常溫條件下為液態(tài)，在向配樣器中轉(zhuǎn)樣過程中，為了保證轉(zhuǎn)入氣體為均一樣品，這部分為液態(tài)的應(yīng)該去除）

（2）研磨巖心成粒狀（為了綜合考慮地層巖石對(duì)低溫氧化的影響因素，利用石英砂和地層砂混合，盡量消弱實(shí)驗(yàn)影響誤差）。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過分析實(shí)驗(yàn)前后產(chǎn)出氣樣品的組成與含量，可以分析原油與空氣的低溫氧化特征。不同溫度下產(chǎn)出氣組分與含量變化如表2所示。

從圖1可以看出：O2驅(qū)替過程中因低溫氧化被大量消耗，驅(qū)替進(jìn)行到50 h左右（0.5 PV）的時(shí)候氧氣含量開始增加，產(chǎn)出氣體中氧氣含量有所上升，空氣突破；當(dāng)驅(qū)替時(shí)間約為130 h（1.2 PV），氧含量為3.0%，此時(shí)，生產(chǎn)是安全的；CO2的百分含量增加先緩后快，直到后期突破時(shí)因氣體產(chǎn)量增加而被稀釋，稍有下降；空氣開始完全突破在驅(qū)替進(jìn)行到1 PV左右的時(shí)候，空氣突破后，產(chǎn)出氧氣和氮?dú)獾陌俜趾侩S時(shí)間的變化可以看出，產(chǎn)出氣體中的氮?dú)夂可仙^快，氧氣含量一直很低，即使突破，氧氣含量也小于5%，由于產(chǎn)出氣中含有大量的原油溶解氣，對(duì)氧氣也同樣產(chǎn)生了稀釋作用；突破后氮?dú)馀c氧氣的比值高于突破前氮?dú)馀c氧氣的比值，這是因?yàn)榈獨(dú)饬坎粫?huì)增加，而氧氣在驅(qū)替過程中發(fā)生氧化反應(yīng)而被消耗，從而進(jìn)一步說明在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了氧化反應(yīng)。

4 燃燒管空氣驅(qū)高溫氧化實(shí)驗(yàn)分析

4.1 實(shí)驗(yàn)儀器

根據(jù)SY/T 6898-2012火燒油層基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定方法， 本次實(shí)驗(yàn)采用耐高壓燃燒管模型，尾氣監(jiān)測(cè)采用氣體組分監(jiān)測(cè)分析儀器和定期取氣樣做氣相色譜的分析方法，實(shí)驗(yàn)壓力為4 MPa。裝砂內(nèi)管直徑6 cm，長度150 cm。

4.2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)裝砂孔隙度比較小，在油砂被點(diǎn)燃，并且燃燒一段距離后，進(jìn)口的點(diǎn)火器降低了溫度，使第一點(diǎn)溫度維持在500 ℃，已經(jīng)低于第二點(diǎn)以后燃燒的溫度。這時(shí)點(diǎn)火器只起到一個(gè)保溫作用，避免熱量大量的從進(jìn)口端散失，當(dāng)?shù)谝稽c(diǎn)溫度降低到500 ℃后，燃燒前緣沒有受到影響。

裝入砂7 246 g，油934 g，水410 g?？紫抖?.343，含油飽和度0.78，含水飽和度0.22。模型內(nèi)外都加壓到4 MPa。注入空氣流量644.5 mL/min，通風(fēng)強(qiáng)度13.6 m3/（h·m2），檢測(cè)出口產(chǎn)出氣體的組分。具體數(shù)據(jù)如表3所示。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)所繪制曲線如圖2。

從原油實(shí)驗(yàn)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線可以看出：在開始加熱時(shí)，前沿推進(jìn)速度隨著時(shí)間的增加而加快，當(dāng)?shù)谝稽c(diǎn)溫度降低到500 ℃后，燃燒前緣的推進(jìn)出現(xiàn)減緩，經(jīng)過一段時(shí)間，油砂中氧化積蓄的熱量使油砂溫度升高，前緣的推進(jìn)速度又恢復(fù)正常。

從溫度曲線還可以看出，在點(diǎn)燃油砂后，從250 ℃水的飽和溫度開始，低溫氧化反應(yīng)強(qiáng)烈溫度直線上升，到達(dá)400 ℃左右，溫度有一個(gè)小的下降，然后上升但是速率明顯降低，說明，在這個(gè)時(shí)刻適于低溫氧化的組分已經(jīng)消耗殆盡。剩余的是結(jié)焦物，只能在高溫氧化下燃燒掉。因此，如果想實(shí)現(xiàn)高溫氧化，達(dá)到這次實(shí)驗(yàn)的效果，這種原油點(diǎn)火溫度應(yīng)該在400 ℃以上，并且是越高越好。

原油燃燒一方油層，消耗200 m3空氣，通過這個(gè)指標(biāo)可以判斷，每天注入多少空氣，油層燃燒體積擴(kuò)大多少。

實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生大量輕質(zhì)組分，隨產(chǎn)出氣體散失掉了，產(chǎn)出油中計(jì)量不到。因此計(jì)量出的驅(qū)油效率在70%左右。從火燒后的砂中可以看到，其中不但沒有油，結(jié)焦量也很少，大約只有不到10 g。產(chǎn)出氣體中二氧化碳和一氧化碳以及燃燒生成水消耗的燃料大約75 g。因此，消耗和遺留的燃料大約85 g，此值即為燃料生成量，實(shí)際驅(qū)油效率為90%左右。要注意的是實(shí)驗(yàn)燃料生成量85 g，相當(dāng)每方油層的燃料生成量為19.4 kg。這是一個(gè)絕對(duì)量，不隨孔隙度、含油飽和度影響。就是說，燃燒每方油層必須損失掉這些燃料，剩余是驅(qū)走的。因此，不同的油層驅(qū)油效率不同。

5 結(jié) 論

（1）通過室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，161區(qū)塊注入空氣驅(qū)油效果明顯好于水驅(qū)，空氣驅(qū)對(duì)于低滲透儲(chǔ)層效果好于高滲透層，空氣驅(qū)適合目標(biāo)區(qū)塊開采方式；低溫氧化實(shí)驗(yàn)中空氣驅(qū)50 h左右時(shí)空氣驅(qū)發(fā)生突破安全驅(qū)替時(shí)間為130 h，注入空氣量為1.3 PV； 高溫氧化實(shí)驗(yàn)的最低溫度為400 ℃，且溫度越高越好。

（2）注空氣實(shí)驗(yàn)很好的改善了低滲透油藏因?yàn)樗?qū)而存在的問題，不僅提高了整體采收率，而且也有效的解決了注水成本過高，無效水循環(huán)等問題。值得注意的是，注空氣并不是適合所有低滲透油田，在注入空氣之前，要做好實(shí)用性評(píng)價(jià)，確保生產(chǎn)安全等事項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小琳，武平倉，韓亞萍，等.西峰油田長8層注水現(xiàn)狀及投注措施效果[J].石油勘探與開發(fā)， 2008， 35（3）： 344-348.

[2]楊正明，于榮澤，蘇致新，等.特低滲透油藏非線性滲流數(shù)值模擬[J].石油勘探與開發(fā)， 2010， 37（1）： 94-98.

[3]汪艷，郭平， Li Jian，等.輕油注空氣提高采收率技術(shù)[ J].斷塊油氣田， 2008， 15（2）： 83-85.

[4]金佩強(qiáng)， 李維安. Buffalo油田兩個(gè)相鄰單元的注空氣和水驅(qū)動(dòng)態(tài)對(duì)比： 技術(shù)分析[J]. 國外油田工程， 2007， 23 （4）： 1-6.

[5]張亮， 王舒， 張莉，等. 勝利油田老油區(qū)CO2提高原油采收率及其地質(zhì)埋存潛力評(píng)估[J]. 石油勘探與開發(fā)， 2009， 36 （6）： 737-742.