注氣驅(qū)油技術(shù)的研究與應(yīng)用

劉 洋，聶 偉，孫 驥，張 偉，譚 學(xué)，石麗斌

（中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司井下作業(yè)分公司，河北 任丘 062552）

與國外相比，我國天然氣驅(qū)技術(shù)起步較晚。近年來，隨著中原、大慶、華北等油田的現(xiàn)場試驗，我國的氣驅(qū)開發(fā)技術(shù)因地制宜，多元化發(fā)展。中國在氣體驅(qū)油方面取得了重要進(jìn)展。常見的氣體來源包括氮氣和二氧化碳。氮氣是最常見的氣體之一，不易燃燒、無毒、無腐蝕性。由于氮氣是空氣的主要成分，通過一定的技術(shù)手段可以很容易地獲得氮氣原料，原料成本低廉。同時氮氣是一種惰性氣體，在常溫下很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因此在驅(qū)油過程中不會與獲得的油氣資源發(fā)生反應(yīng)；注入儲層的CO2在多次接觸后與原油結(jié)合形成混相帶。CO2溶解原油體積增大，粘度降低，界面張力降低，流動性增加。原來束縛在地層水和巖石孔隙表面，不具備生產(chǎn)條件的原油，變成可流動原油，從而顯著提高驅(qū)油效率。

1 注氣驅(qū)油

在油田注水開發(fā)過程中，由于低滲透地層滲透率低、地層吸水能力差等因素的影響，注水難度大，產(chǎn)量低。如果生產(chǎn)作業(yè)人員不能及時補充地層能量，油田注水效果將難以達(dá)到預(yù)期。結(jié)合油田注水開發(fā)現(xiàn)狀，為及時解決目前低滲透油藏“不注不出”的問題，建議采用合理的注氣技術(shù)，為地層提供良好的補充能量。

氮氣的地層體積系數(shù)隨壓力的增大而均勻減小。在相同溫度下，氮氣的體積系數(shù)大于二氧化碳的體積系數(shù)。注入同樣體積的氣體，氮氣將比二氧化碳置換更多的石油和天然氣。氮氣的粘度低于二氧化碳和天然氣，但與二氧化碳和天然氣相比，氮氣具有較高的壓縮性和膨脹性。它還具有溫度和壓力可以改變自身密度的特點。這一特點可以有效地挖出地下油氣資源，顯著提高驅(qū)油效率。同時，注氮驅(qū)油技術(shù)受鹽度影響小，對解決注水困難或水敏油藏的諸多問題具有重要意義。就成本而言，氮氣具有廣泛的氣源，無需管道運輸即可在當(dāng)?shù)孬@得?，F(xiàn)有氮氣生產(chǎn)、分離和注入技術(shù)及設(shè)備完全可以滿足需要，且成本低于CO2注入、烴類氣體、干氣等，綜上所述，建議采用氮氣為主的注氣技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，減少環(huán)境污染。

2 注氣驅(qū)油現(xiàn)場增產(chǎn)技術(shù)

2.1 水、氣交替注入

水、氣相互交替的注入方法，相比單一的連續(xù)注氣和注水方式交替注入能夠提高原油的采收率，具有一定的優(yōu)勢:①通過水氣交替注入，降低油層殘余油飽和度，驅(qū)油效率升高；②通過水氣交替注入降低水相流度，降低水油流度比，水驅(qū)波及體積增加；③水氣交注可以降低氣相的流度，避免或減少產(chǎn)生氣竄；④利用重力分異作用，水氣交替注入還能夠使氣體波及正韻律厚油藏水驅(qū)過后的油層上部的剩余油。

單純的氣驅(qū)能夠使油藏剩余油飽和度顯著降低。由于氣體的密度較低，流動的能力較高，從而能夠非常容易波及到油層頂部的剩余油。連續(xù)注入氮氣可以保證油層中氮氣驅(qū)替連續(xù)推進(jìn)，但氮氣消耗量過大，成本高，同時易發(fā)生氣竄。因此通常采取水氣交替注入的方式，調(diào)節(jié)水和氣的比例對于達(dá)到最好的驅(qū)替效率是非常重要的。水氣注入比要結(jié)合注入井和受效井的實際情況進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能取得最好的宏觀驅(qū)替效率和微觀驅(qū)替效率，取得最高的原油采收率[1]。

2.2 氮氣吞吐

氮氣吞吐是將氮氣注入地層，并在燜井一段時間后開井生產(chǎn)。由于溶解氣體驅(qū)油和原始膨脹、降粘等機理，地層中的氮氣與原油一起流出井口，完成“吞吐”過程。氮氣吞吐工藝簡單易行，投資少，見效快。

在此基礎(chǔ)上，還可以采用氮氣+降粘劑吞吐冷采降粘技術(shù)。常規(guī)冷采降粘技術(shù)作用范圍小，降粘不均勻。氮氣可以將降粘劑推向儲層深處，增加降粘劑與稠油的接觸面積，提高降粘劑的降粘效果。同時，氮氣注入可以攪拌降粘劑，形成類似氣溶膠的效果。氣溶膠的優(yōu)點如下：①降粘劑在氮氣中均勻分布；②降粘劑粒徑均勻；③廣泛的降粘處理；④與原油充分接觸。這樣可以有效降低原油的粘度，顯著提高原油的流動能力。

2.3 氮氣泡沫復(fù)合驅(qū)

常用的氮氣泡沫驅(qū)有氮氣泡沫熱水驅(qū)、氮氣泡沫和水交替驅(qū)、氮氣泡沫調(diào)驅(qū)等幾種形式，其作用機理大體相同。

氮氣泡沫是氮氣分散在活性液體中，由水、氮氣和起泡劑組成的液、氣二相體系，使其具有調(diào)剖作用。氮氣的注入補充了地層能量，其“攜帶推進(jìn)”作用增加了液相驅(qū)油劑的流動性，但其單獨作用時易發(fā)生氣竄；起泡劑溶液在一定程度上降低了油水界面張力、增加了剩余油的流動性，泡沫的生成控制了氮氣的氣竄，增加了液相驅(qū)油劑的流度；氮氣泡沫在高滲通道中產(chǎn)生較高的阻力，能封堵邊水的竄流通道，迫使邊水轉(zhuǎn)向低滲通道，改善了吸水剖面，擴大了波及體積。

2.4 氮氣/二氧化碳復(fù)合驅(qū)技術(shù)

注入儲層的CO2在多次接觸后與原油結(jié)合形成混相帶。原油在CO2中的體積膨脹、粘度降低、界面張力降低和流動性顯著提高了驅(qū)油效率?？紤]到二氧化碳?xì)庠春透g設(shè)備的問題，單純注入二氧化碳并不是一種理想的驅(qū)油方式。氮氣驅(qū)油機理為彈性膨脹能，但與原油混相壓力高，增產(chǎn)效果弱，氮氣氣源充足，成本低。如果采用二氧化碳和氮氣混合注入，可以充分發(fā)揮二氧化碳和氮氣的雙重特性，有效降低注氣生產(chǎn)成本，同時解決設(shè)備腐蝕問題。

在低滲透油藏中，采用一次注入合理的二氧化碳作為前置，然后注入氮氣的驅(qū)油方法，可以達(dá)到全注二氧化碳的效果。二氧化碳和氮氣的聯(lián)合驅(qū)油不僅可以解決低滲透油藏的注水問題，而且可以解決二氧化碳的消耗問題。因此，它是一種具有發(fā)展前景的三次采油方法，對低滲透油藏和特低滲透油藏的開發(fā)具有一定的現(xiàn)實意義和長遠(yuǎn)意義。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 京30-2井氮氣復(fù)合驅(qū)

京30-2井屬冀中坳陷廊固凹陷牛北斜坡構(gòu)造京30斷塊，京30區(qū)塊上報探明Ⅰ類儲量，其中孔店組礫巖新增石油地質(zhì)儲量77×104t，含油面積0.7km2，奧陶系灰?guī)r復(fù)算石油地質(zhì)儲量71×104t，含油面積0.7km2。京30-9井投產(chǎn)一段時間后，受儲層非均質(zhì)性影響，邊底水推進(jìn)不均衡、注入水單向單層突進(jìn)等影響，導(dǎo)致該井含水迅速上升，采收率下降。

為恢復(fù)該井產(chǎn)能，提出采用氮氣復(fù)合驅(qū)油技術(shù)，將氮氣與不同化學(xué)藥劑組合后注入地層，利用氮氣特有的滲流特性推動次動型、被動型儲層中的剩余油，提高動用程度，改善原油流動性，實現(xiàn)油流匯聚。

該井采用氮氣復(fù)合驅(qū)油施工，累計注入氮氣100×104m3，泡沫液及清水360m3，施工過程中同期生產(chǎn)的京30-9井日產(chǎn)油7～8t，含水0，效果非常顯著，受到建設(shè)方的高度贊揚和好評。

3.2 霸22井氮氣泡沫

霸22井2017年以來一直處于關(guān)停狀態(tài)，關(guān)停前日產(chǎn)油量僅1t左右，含水達(dá)96%，油井高度水淹，油水界面整體上移，常規(guī)機械堵水措施效果差。分析區(qū)塊儲層發(fā)育特點、水淹特征和剩余油分布規(guī)律，決定通過注入一定體積的氮氣泡沫增加地層能量，壓制底水，提高原油彈性能量，降低含水，從而提高油井產(chǎn)量。

措施前，本井停井，無產(chǎn)量。實施第一輪注氮氣增產(chǎn)，共注入氮氣90×104m3，泡沫液200m3。施工過程中，油壓穩(wěn)定在16MPa,施工壓力如圖1所示。措施后，開井生產(chǎn)，開井1h即見純油。3mm油嘴，油壓2.8MPa，日產(chǎn)液量22.63t，日產(chǎn)油量22.6t，平均含水0.13%。措施峰值增油量為26.92t，階段累增油2146t，生產(chǎn)曲線如圖2所示。措施試驗成功，增油效果明顯。

圖1 霸22井注氣施工壓力曲線

圖2 霸22井注氣后生產(chǎn)曲線

3.3 霸102X2井氮氣吞吐

霸102X2井區(qū)的主要目的層為奧陶系。初期日產(chǎn)純油25.4t，不含水；2013年6月份見水后一直間開生產(chǎn)至2020年8月，措施前日產(chǎn)純油0.81t，不含水；經(jīng)分析霸102X2井受斷層的遮擋作用，上傾方向存在“閣樓油”，有一定的增產(chǎn)物質(zhì)基礎(chǔ)，具有氮氣吞吐措施潛力。

2020年11月11日～12月10日注氮氣90×104m3，注入壓力14MPa，注頂替液時壓力為4MPa；燜井后壓力恢復(fù)至8MPa后逐步下降至4.5MPa，燜井26d，施工壓力如圖3所示。。燜井后5mm油咀開井生產(chǎn)，措施后初期日產(chǎn)43.33t，含水5.3%?，F(xiàn)為3mm油咀生產(chǎn)，每日間開4～6h，累計產(chǎn)油714t，生產(chǎn)曲線如圖4所示。

圖3 霸102X2井施工曲線

圖4 霸102X2井注氣效果曲線

4 結(jié)論

（1）華北油田在注水開發(fā)過程中經(jīng)常出現(xiàn)注水困難、產(chǎn)量遞減快等問題，對于開采難度較高的稠油油藏、低滲透油藏、特低滲透油藏等與注水相比，氣體更容易注入地層，因此建議采用注氣提高采收率。

（2）注氣開發(fā)能更大程度地提高低滲透油層原油采收效率，氮氣二氧化碳復(fù)合驅(qū)或配合泡沫液及其它化學(xué)藥劑等可能達(dá)到更高效率的驅(qū)替。

（3）注氣前要對井況、井史等進(jìn)行仔細(xì)認(rèn)真的分析，包括井身結(jié)構(gòu)、井下工具、注水情況、等。盡量直接注氣不動管柱，但也要避免未采取前期處理措施而導(dǎo)致注氣壓力過高，無法注入的問題。