氣體混相驅(qū)影響因素及不同注入氣特性分析

張叢迪

（西安石油大學(xué)，陜西西安 710065）

國(guó)內(nèi)油田多數(shù)都是屬于陸相沉積，平面、垂直非均質(zhì)性強(qiáng)，原油黏度較高[1]。這些油田的水驅(qū)采收率一般較低，只能達(dá)到約30 %，含水率卻已高達(dá)約80 %，因此，提高采收率的技術(shù)就尤為重要，注入氣體形成混相來(lái)驅(qū)油是在提高采收率技術(shù)中繼水驅(qū)、聚合物驅(qū)、蒸汽驅(qū)應(yīng)用之后又一個(gè)重要的手段[2]。

早期油藏枯竭生產(chǎn)必然導(dǎo)致地層壓力的下降，當(dāng)壓力降到飽和壓力之下時(shí)，原油開始脫氣，這時(shí)是否適合開展注氣驅(qū)油就需要對(duì)油藏進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[3]。確定某一類油藏是否可以進(jìn)行混相氣驅(qū)是需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)狀況、油藏的物性、原油物性、注入氣篩選等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)來(lái)確定，因?yàn)橛吞飳?shí)際生產(chǎn)中，各個(gè)因素都會(huì)對(duì)混相驅(qū)的采收率、最小混相壓力（MMP）、波及范圍、洗油效率等產(chǎn)生或大或小的影響，本文通過(guò)對(duì)油藏物性、原油物性、注入氣三大方面對(duì)混相驅(qū)的影響因素總結(jié)，明確在混相驅(qū)過(guò)程中，各個(gè)因素實(shí)際的影響機(jī)制以及不同注入氣的特性。

1 儲(chǔ)層物性影響因素

1.1 油藏溫度

溫度對(duì)MMP 具有較大的影響，隨著溫度的升高，MMP 升高。其原因是：在壓力不變的條件下，油藏溫度升高會(huì)導(dǎo)致氣體的密度降低，進(jìn)而導(dǎo)致單位體積氣體的萃取能力減弱，若要達(dá)到混相的效果，就必須增加壓力。而無(wú)論原油中輕質(zhì)組分和重質(zhì)組分的比例如何，只要油藏溫度增加，原油的混相壓力就上升，因此，高溫油藏對(duì)氣體混相驅(qū)是不利的。

1.2 滲透率

對(duì)于低滲透率的油藏，由于地層中流動(dòng)性較差，所以注入氣與原油有充分的時(shí)間來(lái)達(dá)成混相，而高滲油藏，注氣雖然一定程度也能夠出現(xiàn)混相驅(qū)替，但更容易導(dǎo)致初期出現(xiàn)氣竄現(xiàn)象，最終造成驅(qū)油效率偏低[4]。雖然不同滲透率的油田，在采用注氣混相驅(qū)油都能取得一定效果，但結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益來(lái)分析，高滲油藏采用注水開發(fā)比注氣開發(fā)效益更好；而低滲油藏采用水驅(qū)采油比較困難，因此采用注氣混相采油效益更好[5]。

1.3 油藏縱向非均質(zhì)性

注氣混相驅(qū)油時(shí)，縱向非均質(zhì)性比平面非均質(zhì)性更重要，尤其是在使用小溶劑段塞式混相驅(qū)時(shí)，由于縱向非均質(zhì)性差異，相比低滲油層，溶劑更容易進(jìn)入高滲油層中，而在低滲透率的油層中，一些小段塞又會(huì)被橫、縱向分散作用所稀釋，最終導(dǎo)致低滲油層中的混相驅(qū)效果較差[6]。如果油藏的各個(gè)油層之間連通性較好，流動(dòng)的勢(shì)能差會(huì)導(dǎo)致層間溶劑與原油的交滲流動(dòng)，還有重力分異的影響，在這種情況影響下，高滲透率的油層位于油藏的下半部分時(shí)，進(jìn)行混相驅(qū)的效果是要比高滲透油層在頂部的要好，且在一定情況下，還好于一般均勻油藏[7]。

1.4 油藏流體飽和度

進(jìn)行混相驅(qū)可行性評(píng)價(jià)的油藏，其油藏的原油飽和度是決定混相驅(qū)方案中經(jīng)濟(jì)可行性的關(guān)鍵指標(biāo)。原油飽和度的下限取決于注入的驅(qū)替相的成本、一定時(shí)間內(nèi)的油價(jià)、油層及原油物性[8]。理論上原油飽和度越高越好，如果飽和度過(guò)低，驅(qū)替過(guò)程中波及范圍不大的情況下，原油是很難被驅(qū)替出來(lái)的，一般能達(dá)到60 %左右的體積波及系數(shù)是在混相驅(qū)中表現(xiàn)較好的，在評(píng)價(jià)混相驅(qū)可行性時(shí)，要求油藏的含油飽和度不能低于25 %，而非混相驅(qū)油藏的下限為50 %左右[9]。如果油藏存在的原生水飽和度低，則非常有利于混相氣驅(qū)，孔隙體積一般都較小，若原始油藏的含水飽和度相對(duì)較高，則說(shuō)明地層很致密，也可能是黏土及頁(yè)巖的比例較高，或兩者都有。

1.5 邊、底水

水相的影響，主要在于它能夠溶解一定量的氣體，進(jìn)而導(dǎo)致與油形成混相的氣體量減少，這個(gè)影響隨著油藏壓力和含水量上升而增加，且隨著含鹽量的增加而減少。

1.6 驅(qū)替前緣壓力

1.7 重力影響

1.7.1 重力對(duì)水平油藏的影響 重力影響主要表現(xiàn)在兩方面：密度的不同會(huì)引起溶劑超覆原油水流動(dòng)；烴相間在注入水與溶劑前緣后方會(huì)由于重力作用而發(fā)生對(duì)流分離，這種條件下，油藏厚度增加對(duì)驅(qū)替影響不利。

1.7.2 重力對(duì)傾斜油藏中重力的影響 而對(duì)于一些特殊構(gòu)造的油藏，反而可以利用其構(gòu)造提高波及效率及采收率，比如可在傾斜構(gòu)造的油藏中利用重力的影響進(jìn)而提高采收率，通過(guò)將溶劑注入到構(gòu)造上部位，采用低流量生產(chǎn)，使得密度比較小的溶劑可以有充分的時(shí)間與原油來(lái)分離，也能夠一定程度上抑制指進(jìn)現(xiàn)象[11]。

2 原油物性的影響因素

2.1 原油脫氣程度

室內(nèi)細(xì)管實(shí)驗(yàn)的驅(qū)替壓力一般都大于飽和壓力，而針對(duì)驅(qū)替壓力小于飽和壓力的情況，由于該條件下需考慮地層原油的脫氣，情況較為復(fù)雜，目前還沒有開展對(duì)應(yīng)的細(xì)管實(shí)驗(yàn)。在求取MMP 時(shí)，當(dāng)驅(qū)替壓力與飽和壓力間差值越大，得到的MMP 越小。其原因主要包括兩個(gè)方面：（1）地層原油在壓力低于飽和壓力開始脫氣時(shí)，兩者壓差越大，原油脫氣越嚴(yán)重，當(dāng)井開始生產(chǎn)時(shí)，隨著脫氣程度的增加，地層中氣體更易形成連續(xù)相，較早突破，影響原油流動(dòng)；（2）當(dāng)壓力低于飽和壓力時(shí)，較輕氣體首先脫出，而原油中的較重組分比例相對(duì)增加，注入氣體需要與更多的原油接觸，才能與原油達(dá)到混相，使得混相帶形成的時(shí)間滯后，影響驅(qū)替效果。

2.2 原油黏度

如果利用注黏度較低的干氣或者濕氣來(lái)進(jìn)行混相驅(qū)替開發(fā)，會(huì)由于注入量過(guò)大而縮短開發(fā)的周期，其原因是在驅(qū)替中，氣體黏度低，容易引起黏性指進(jìn)，進(jìn)而導(dǎo)致驅(qū)油效率降低，所以注氣開發(fā)必須考慮原油與注入氣之間黏度差的大小[12]。使用富氣段塞進(jìn)行驅(qū)替的成本比較高，油藏傾角較低的情況下，要求原油黏度低于1 mPa·s 最好，其最高上限為5 mPa·s；如果使用干氣來(lái)進(jìn)行多次接觸混相驅(qū)時(shí)，原油黏度最高上限為3 mPa·s。重力驅(qū)替的黏度要求與實(shí)際油藏縱向上的滲透率大小有關(guān)[13]。

2.3 原油密度

一般重質(zhì)烴類含量較多的原油密度也比較高，黏度較大，因此，注氣開發(fā)時(shí)，氣體與原油的黏度差就很大，容易造成黏性指進(jìn)現(xiàn)象，因而，要求使用氣體混相驅(qū)的油藏中原油的密度要小于876 kg/m3。如果使用干氣進(jìn)行混相驅(qū)，因?yàn)楦蓺馐遣粩噍腿≡椭蠧2～C6組分，使自身不斷富化，最終達(dá)到混相狀態(tài)，所以，要求油藏中C2～C6組分越高越好，采用汽化氣驅(qū)時(shí)要求原油密度不能大于825 kg/m3，而非混相驅(qū)替則對(duì)原油密度要求寬松一些，原油密度在876 kg/m3～1 000 kg/m3都可以。

2.4 原油組分

油藏中，氣體混相驅(qū)油實(shí)際上是注入氣不斷萃取原油中的輕質(zhì)烴及中質(zhì)烴來(lái)達(dá)到混相的。因此，原油的輕質(zhì)烴或中間烴的組分及組成對(duì)混相驅(qū)的MMP 影響比較重要。原油組分組成復(fù)雜多樣，必須對(duì)原油的各個(gè)組分進(jìn)行詳細(xì)分析才能明確對(duì)MMP 是如何影響的。

以注CO2混相驅(qū)為例，MMP 隨原油中N2的摩爾組成的增加而增大，且二者呈直線關(guān)系。原油中甲烷的存在導(dǎo)致MMP 增加，且隨著甲烷含量的增加，MMP 增大；且在0～40 %范圍內(nèi)，兩者呈直線關(guān)系，超出這個(gè)范圍，MMP 隨甲烷含量增幅增大。隨著原油中C2的摩爾含量增加，MMP 降低，同時(shí)降低幅度隨原油中C2的摩爾含量增加而增大；當(dāng)原油中無(wú)C5～C10組分時(shí)，MMP最大，原油中該組分的存在使MMP 降低，且該組分含量越高，MMP 越低，同時(shí)降低幅度隨原油中該組分的摩爾含量增加變緩；原油中C11～C14的存在對(duì)MMP 影響明顯，當(dāng)原油中無(wú)C11～C14時(shí)，MMP 最??；原油中C11～C14的存在使MMP 增大，且隨著原油中C11～C14的摩爾含量增加，MMP 增大，且二者幾乎呈線性關(guān)系；CO2驅(qū)油過(guò)程中，MMP 與原油中甲烷和氮?dú)獾哪柡砍烧?。MMP 隨著原油中甲烷及氮?dú)鉂舛葴p小而降低，且在一定范圍內(nèi)，甲烷和氮?dú)獾臐舛扰cMMP 呈直線關(guān)系。因此，原油中輕質(zhì)組分的比例很重要。MMP 與原油中C1～C10含量成反比，即原油輕質(zhì)組分越多，MMP 越小，達(dá)到混相驅(qū)要求的地層壓力就越低，與原油中C11+含量成正比。

3 注入氣體類型影響

3.1 CO2

CO2與其他注入氣相比，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與N2、烴類氣體相比，注CO2進(jìn)行混相驅(qū)時(shí)所需要達(dá)到的MMP 是三者中最低的，因而利用CO2進(jìn)行混相驅(qū)油應(yīng)用最為廣泛，由于CO2從CO2礦藏、發(fā)電廠等地方能夠大量獲得，且還具有一定的環(huán)境保護(hù)意義，因而在油田注氣開發(fā)時(shí)，需要大量同類氣體的情況下，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，CO2比烴類混相劑更加有性價(jià)比，但在物性方面，其黏度較低、密度較小，使用CO2進(jìn)行混相驅(qū)會(huì)由于其物性的影響而在波及系數(shù)方面很難達(dá)到令人滿意的程度，在與CO2密度相似的油藏中驅(qū)替時(shí)，可以有效降低與原油的重力分異作用，如果地層中存在可流動(dòng)地層水時(shí)，其與地層水間的密度差足以使它們之間重力分異[14]。

5.仰口線蟲病。根據(jù)該病的流行病學(xué)、臨床癥狀和病理變化，一般可做出初步診斷，但要確診需做實(shí)驗(yàn)室診斷鑒別。糞便經(jīng)漂浮法顯微鏡下檢查蟲卵，新鮮鉤蟲卵具有一定特征性：色彩深，發(fā)黑，蟲卵兩端鈍圓，兩側(cè)平直，內(nèi)有8～16個(gè)卵細(xì)胞。

適合驅(qū)油的油層條件：

（1）儲(chǔ)層巖石可以是砂巖、石灰?guī)r、白云巖和燧石灰?guī)r；

（2）油層深度大于600 m，溫度無(wú)影響；

（3）原油相對(duì)密度為0.795 g/cm3～0.96 g/cm3；

（4）原油黏度0.15 mPa·s～0.188 mPa·s。

使用CO2進(jìn)行混相驅(qū)油的特性是：混相壓力較低、可降低原油黏度、使原油體積膨脹、降低界面張力等[15]；缺點(diǎn)是使用受資源的限制，且存在結(jié)垢、腐蝕的問(wèn)題。

3.2 N2

使用N2進(jìn)行混相驅(qū)，其特點(diǎn)是：N2是惰性氣體且沒有腐蝕性，不會(huì)與CO2作驅(qū)替劑一樣造成腐蝕問(wèn)題，N2的密度在相同溫度和壓力下是小于氣頂氣密度的[16]，黏度與之接近，這可以緩解重力驅(qū)替過(guò)程中的黏性指進(jìn)，同時(shí)它不溶于水，少量溶于油，膨脹性良好，造成的彈性能量大，且其來(lái)源較廣，價(jià)格較低，在注氣提高采收率過(guò)程中受到人們的重視。

N2驅(qū)主要有以下幾方面應(yīng)用：

（1）重力穩(wěn)定驅(qū)替。N2與其他注入氣相比，它密度最小，在油和水中也是微溶，這種特質(zhì)使其在進(jìn)行重力穩(wěn)定驅(qū)油方面有非常大的優(yōu)勢(shì)[17]。

（2）開采凝析氣藏。開發(fā)凝析氣藏時(shí)，必須讓油藏壓力持續(xù)保持在露點(diǎn)壓力之上，避免低于露點(diǎn)而出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象，造成油藏采收率降低[18]，而注氮?dú)馍a(chǎn)既能保持油藏壓力，避免出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象，又能進(jìn)行混相驅(qū)替，最終提高原油的采收率。

（3）用來(lái)驅(qū)替CO2、富氣或其他溶劑段塞。使用CO2、富氣等其他段塞雖然效率高于氮?dú)?，但其成本同樣高于氮?dú)?，因此，在條件允許的情況下，可使用氮?dú)馔苿?dòng)段塞來(lái)進(jìn)行混相驅(qū)，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3.3 烴類氣體

烴類混相驅(qū)存在的問(wèn)題是：（1）烴類氣體密度和黏度都小于原油，因而在使用烴類氣體進(jìn)行混相驅(qū)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)比水驅(qū)更嚴(yán)重的竄流及重力分異現(xiàn)象，而且注烴類氣體驅(qū)替的波及效率非常低，雖然其洗油效率較好，但會(huì)被非常低的波及效率所抵消。（2）溶劑段塞易破裂。溶劑段塞的前緣和后緣都存在混合作用，而指進(jìn)現(xiàn)象又進(jìn)一步加劇了這種作用，這會(huì)稀釋很小的段塞，使其沒有混合能力。

烴類氣體的選擇又很多，可以選擇干氣、富氣或者液化氣，想要在較低壓力下達(dá)到混相狀態(tài)，而這些烴類氣體在這方面都有很好的表現(xiàn)，其主要是通過(guò)融入原油使之膨脹、降低原油的黏度和利用重力進(jìn)行穩(wěn)定驅(qū)替等機(jī)制來(lái)驅(qū)油的，烴類氣體驅(qū)油是不會(huì)對(duì)地層造成傷害，因而在西部天然氣市場(chǎng)不太好的一些油田可以考慮使用這些氣體進(jìn)行回注采油，烴類氣體也可以在開發(fā)富氣凝析氣藏時(shí)使用。

4 結(jié)語(yǔ)

不同油田的地層物性、原油物性都不同，因此每個(gè)油田的混相壓力受其實(shí)際條件的影響，也都有大有小，在實(shí)際評(píng)價(jià)氣體混相驅(qū)油可行性過(guò)程中，需要利用本油田相關(guān)參數(shù)理論計(jì)算本油田的混相壓力，或在本油田地層條件下，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得出本油田的實(shí)際混相壓力，為混相驅(qū)可行性評(píng)價(jià)和因地制宜地制定工作方案提供參考。

注入氣體進(jìn)行混相驅(qū)油都會(huì)造成原油混相壓力的上升，其中注CO2最容易引起原油膨脹且混相壓力上升最??；注烴類氣體可以有效降低原油密度；CO2和烴類氣體在降黏方面表現(xiàn)都比較出色。注CO2開發(fā)在膨脹系數(shù)、混相壓力、降黏方面都有非常好的表現(xiàn)，在油田實(shí)際進(jìn)行注氣開發(fā)時(shí)，注CO2開發(fā)相比于其他氣體，優(yōu)勢(shì)較大。