水氣交替提高采收率技術(shù)進(jìn)展

潘佳瑩，閆 健，佀彬凡，孫曉東，王 立，朱文杰

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065； 2.長(zhǎng)慶油田分公司第十二采油廠，甘肅 慶陽(yáng) 745000

水氣交替（WAG）注入技術(shù)是一種利用水和氣體交替注入油藏，提高油藏采收率的技術(shù)，其原理是結(jié)合水驅(qū)和氣驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)控制流度比和改善宏觀驅(qū)油效率，提高油藏的可動(dòng)用程度和驅(qū)替效率。WAG 注入技術(shù)自1957 年首次由Mobil在加拿大阿爾伯塔省的一個(gè)砂巖油藏中應(yīng)用以來(lái)，已經(jīng)在世界各地的許多油田得到了廣泛的推廣和實(shí)施，取得了顯著的效果［1］。WAG 注入技術(shù)具有降低注入成本、減少環(huán)境污染和提高油氣利用率等優(yōu)勢(shì)，是一種經(jīng)濟(jì)有效地提高油藏采收率的技術(shù)。

WAG 注入技術(shù)是一種復(fù)雜的多相流動(dòng)過(guò)程，需要綜合運(yùn)用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法進(jìn)行深入的研究和探索。

本文在總結(jié)歸納WAG 注入技術(shù)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析比較WAG注入技術(shù)的不同方案和參數(shù)，評(píng)價(jià)WAG 注入技術(shù)的性能和效果，指出水氣交替注入技術(shù)存在的問(wèn)題并提出改進(jìn)措施，對(duì)WAG注入技術(shù)的發(fā)展方向和研究重點(diǎn)進(jìn)行展望，以期為WAG技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。

1 水氣交替類(lèi)型與驅(qū)油機(jī)制

經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)油藏實(shí)際情況，基于不同特征的油藏以及彌補(bǔ)傳統(tǒng)水氣交替驅(qū)的缺點(diǎn)，水氣交替技術(shù)已經(jīng)演變出多個(gè)類(lèi)型。水氣交替技術(shù)根據(jù)注入方式的不同分為WAG注入、水氣同時(shí)（SWAG）注入和混合水氣交替（HWAG）注入。在WAG注入中，根據(jù)注入流體類(lèi)型及氣體混相狀態(tài)的不同，最常見(jiàn)的劃分為水氣交替混相驅(qū)和水氣交替非混相驅(qū)。目前水氣交替注入的氣體主要包括CO2、蒸汽、烴類(lèi)氣體和N2等，注入的液體主要包括水、低礦化度水、聚合物、表面活性劑、乳化劑和納米顆粒等。水氣交替技術(shù)的分類(lèi)如圖1所示。

圖1 水氣交替技術(shù)的分類(lèi)

1.1 按照注入方式分類(lèi)

文獻(xiàn)［2］記載：1963 年， Seeligson Field 油田應(yīng)用了同時(shí)注入水和壓縮氣體的技術(shù)，雖然這個(gè)過(guò)程沒(méi)有明顯的周期性，但在文獻(xiàn)中通常被歸類(lèi)為水氣交替注入的一種類(lèi)型。該技術(shù)的實(shí)施過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段是同時(shí)注入水和濃縮氣體，第二階段轉(zhuǎn)為注入水和干燥氣體。與單純注水相比，同時(shí)注入水和濃縮氣體可以顯著提高原油產(chǎn)量和采收率。在第一階段結(jié)束時(shí)，采收率約增加了5%；在第二階段結(jié)束時(shí)，采收率約增加了10%。

1998 年，水氣交替技術(shù)開(kāi)始在大慶油田薩爾圖區(qū)塊應(yīng)用，取得了顯著的效果，提高了原油產(chǎn)量和采收率，降低了水氣比和采出成本。截至2016年，該區(qū)塊共實(shí)施水氣交替技術(shù)的井?dāng)?shù)達(dá)到了1 170 口，累計(jì)注入天然氣約1.5 億m3，累計(jì)增產(chǎn)原油約1.2 萬(wàn)t，平均增產(chǎn)率在10%以上［3-5］。

WAG 注入和SWAG 注入是利用水和氣體的交替或同時(shí)注入來(lái)改善油藏的驅(qū)油效率［6］。它們的作用機(jī)制有一些相似之處，都是利用水和氣體的不同流動(dòng)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)油藏的三維驅(qū)替，水可以抑制氣體的竄流，氣體可以降低原油的黏度，從而提高原油的驅(qū)替效率。如果氣體是混相的，還可以降低或消除油氣間的界面張力，實(shí)現(xiàn)微觀上的混相驅(qū)油。

WAG 注入的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以減少氣體注入量、節(jié)約資源成本，而且可以調(diào)節(jié)水氣比、注入量及注入周期等參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；其缺點(diǎn)是需要更多的井筒空間，增加了操作復(fù)雜度，還可能使?jié)B透率級(jí)差更大，在某種程度上降低了驅(qū)替效率［2，7-8］。SWAG 注入的優(yōu)點(diǎn)是可以提高注入效率，減少注入壓力，加快油氣突破時(shí)間，提高原油產(chǎn)量；其缺點(diǎn)是需要更多的設(shè)備和管道，增加了投資成本，而且可能產(chǎn)出更多的水，增加處理費(fèi)用［7］。

1.2 按照流體類(lèi)型分類(lèi)

1.2.1 水和蒸汽交替（WASP）注入

水和蒸汽交替（WASP）注入是一種提高熱油藏開(kāi)采效率的方法，具有降低蒸汽的需求量、增加油氣產(chǎn)量、延長(zhǎng)油田壽命等優(yōu)點(diǎn)。WASP 注入可以在高溫高鹽的條件下保持穩(wěn)定，提高油水相對(duì)滲透率，減少水的流失［9］。Bautista 等［10］在West Coalinga 油田的一個(gè)蒸汽驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目中應(yīng)用WASP注入技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的蒸汽驅(qū)相比，WASP 注入可以節(jié)省約40%的蒸汽成本，提高約20%的累積產(chǎn)油量。WASP 注入技術(shù)曾在West Coalinga 油田進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，以此解決蒸汽注入過(guò)程中的蒸汽突破問(wèn)題，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WASP 注入技術(shù)可以改善儲(chǔ)層的置換效果［11］。在WASP 注入技術(shù)中，蒸汽是可凝結(jié)的，而在傳統(tǒng)的WAG 注入過(guò)程中，氣相通常是不可凝結(jié)的。更重要的是，蒸汽還攜帶熱能，可以更好地降低原油的黏度，從而提高油的產(chǎn)量，減小流度比。

1.2.2 納米顆粒和氣體交替（NWAG）注入

在伊朗Ahwaz 油田中使用SiO2納米顆粒和N2交替注入的方法，以提高碳酸鹽巖油藏的采收率［12］，結(jié)果表明，SiO2納米顆?？梢愿纳朴筒氐臐?rùn)濕性，降低油水界面張力，增加毛細(xì)管數(shù)，提高微觀驅(qū)替效率。Cao 等［13］建立數(shù)值模擬模型研究鋁酸鈉納米顆粒和CO2交替注入的方法，該方法可提高重質(zhì)油油藏的采收率［14］。NWAG 注入可以增加注入水的黏度，降低氣體相的流動(dòng)性，改善流體的驅(qū)替平衡，有效抑制氣體在孔隙中的運(yùn)移，從而提高驅(qū)油效率。

1.2.3 泡沫輔助WAG（FAWAG）注入

泡沫輔助WAG 注入技術(shù)最早由Bond 和Holbrook 于1958 年提出［15］。泡沫在增油過(guò)程中的主要作用是降低氣相的流動(dòng)性，從而提高采油效率并延緩?fù)黄茣r(shí)間［16-17］。Ghaseminezhad 等［18］比較了純水注入、WAG 注入以及同時(shí)注入CO2和不同濃度的表面活性劑溶液的效果后發(fā)現(xiàn)，在二次采油中，泡沫輔助WAG注入的油產(chǎn)量明顯高于其他注入方案。影響泡沫輔助WAG 注入效果的因素還包括泡沫強(qiáng)度、泡沫穩(wěn)定性以及表面活性劑的吸附能力［19］。其中，泡沫強(qiáng)度對(duì)氣液流度比影響較大，泡沫強(qiáng)度越高，流度比越低［20］。泡沫穩(wěn)定性是指泡沫在注入過(guò)程中保持其形態(tài)和性能的能力，它決定了泡沫在儲(chǔ)層中的傳播范圍和持續(xù)時(shí)間，泡沫穩(wěn)定性越高，其對(duì)氣液流動(dòng)的控制能力越強(qiáng)。表面活性劑的吸附?jīng)Q定了表面活性劑在儲(chǔ)層中的分布和回收，表面活性劑的吸附性越低，則其利用率越高，可降低經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本［21］。

泡沫輔助WAG注入雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但是泡沫輔助WAG注入的效果受到表面活性劑類(lèi)型、濃度、礦化度、溫度、壓力、氣水比、流速、儲(chǔ)層巖石類(lèi)型、孔隙結(jié)構(gòu)和含油飽和度等因素的影響。同時(shí)，泡沫輔助WAG 注入的機(jī)制和模型還不完善，缺乏可靠的預(yù)測(cè)工具和標(biāo)準(zhǔn)。此外，泡沫輔助WAG 注入的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)還不充分，缺乏驗(yàn)證其可行性和經(jīng)濟(jì)性的證據(jù)。

1.2.4 聚合物交替氣體（PAG）注入

為了克服早期氣體突破和重力分層的問(wèn)題，對(duì)WAG 注入過(guò)程進(jìn)行的另一種改進(jìn)是聚合物交替氣體（polymer-WAG 或PAG）注入［22］。位于渤海灣的隨州36-1 油田在聚合物驅(qū)后采用PAG 注入技術(shù)，在分析油藏中剩余油的含量和分布基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和優(yōu)化PAG 注入的方案。通過(guò)正交設(shè)計(jì)，從16個(gè)預(yù)測(cè)方案中得到了PAG 注入的最優(yōu)參數(shù)，分別是氣體注入量為0.3 PV，注入速率為0.03 PV/a，氣液比為1∶2，交替周期為30 d。結(jié)果顯示，與聚合物驅(qū)相比，PAG 可以提高約5%的采收率［23］。

Li 等［24］以美國(guó)北伯班克油田的TR78 區(qū)塊作為研究對(duì)象，比較了PAG 注入、WAG 注入和連續(xù)注氣（CGI）的性能，并優(yōu)化了PAG 注入過(guò)程中的聚合物濃度和注入周期后發(fā)現(xiàn)：與WAG 注入相比，PAG 注入使采收率從7.3%提高到21.6%。由此證實(shí)了在高度非均質(zhì)的油藏中，使用PAG 注入技術(shù)對(duì)提高采收率有較好的效果。

Abbas 等［25］利用數(shù)值模擬軟件STARS-CMG建立了一個(gè)均質(zhì)高滲透率油藏模型，采用單井注入單井采出（P-I）的驅(qū)替方式，比較了水驅(qū)、CO2驅(qū)、WAG、聚合物驅(qū)和PAG 等提高采收率（EOR）方法的可能性和效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與水驅(qū)相比，CO2驅(qū)、WAG、聚合物驅(qū)和PAG分別可以提高采收率3%、6.8%、15%和19.6%?？梢?jiàn)，PAG 的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在減少氣體竄流、改善驅(qū)油效率，并且還有利于CO2在油藏中的封存，減少溫室氣體排放。

1.3 按照混相狀態(tài)分類(lèi)

按混相狀態(tài)分類(lèi)可以把水氣交替技術(shù)分為水氣交替混相驅(qū)和水氣交替非混相驅(qū)。當(dāng)注入的氣體與儲(chǔ)層原油近乎或完全混相時(shí)，這種技術(shù)效率更高。與非混相的注入相比，混相或近乎混相的注入通常具有更高的采收率［26］。

混相驅(qū)是指注入的氣體與原油能夠形成單相或準(zhǔn)單相的混合物，從而降低油的黏度和流動(dòng)度比，提高油的流動(dòng)性和驅(qū)替效率?；煜囹?qū)需要使油藏壓力高于最小混相壓力（MMP），實(shí)現(xiàn)混相狀態(tài)，其主要應(yīng)用于陸上油田的密集井網(wǎng)，也有少數(shù)應(yīng)用于海上油田的稀疏井網(wǎng)［8］。

非混相驅(qū)是指注入的氣體與原油不能形成單相或準(zhǔn)單相的混合物，而是以?xún)上嗷蛉嗟男问酱嬖凇７腔煜囹?qū)適用于氣源匱乏或油藏性質(zhì)不利于實(shí)施重力穩(wěn)定氣驅(qū)的情況，主要用于改善驅(qū)替前緣穩(wěn)定性和提高波及效率［27］。

2 WAG注入技術(shù)的影響因素

2.1 水的礦化度

Sauerer 等［28］通過(guò)實(shí)測(cè)10 種不同原油和4 種不同礦化度水的油水界面張力，分析不同離子對(duì)油水界面張力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著地層水礦化度的增加，油水界面張力先降低后升高，形成了一個(gè)最低值。這是因?yàn)榈貙铀械碾x子與原油中的表面活性物質(zhì)發(fā)生相互作用，導(dǎo)致界面張力的變化。礦化度越低，油水界面張力越小，油水相滲能力越強(qiáng)。

Ghorbani 等［29］研究低礦化度水驅(qū)對(duì)儲(chǔ)層潤(rùn)濕性的影響，并分析低礦化度水與合成油接觸后的相行為后發(fā)現(xiàn)，低礦化度水驅(qū)并沒(méi)有改變合成油的組成，并且礦化度越低，巖石表面電荷越小，潤(rùn)濕性越接近中性或親油性，更有利于降低殘余油飽和度。

Rostami 等［30］利用高壓高溫毛細(xì)管黏度計(jì)測(cè)量不同礦化度水與原油接觸后的黏度變化后發(fā)現(xiàn)，低礦化度水驅(qū)能夠降低原油的黏度，從而提高原油的可動(dòng)性，低礦化度水驅(qū)能夠釋放出更多的表面活性物質(zhì)，從而改變?cè)偷牧髯冃再|(zhì)，而且礦化度越低，氣體在水中的溶解度越高。

2.2 滯后效應(yīng)

滯后效應(yīng)是指在水氣交替注入過(guò)程中，油、水和氣的相對(duì)滲透率和毛細(xì)管壓力隨著飽和度的變化而發(fā)生滯后的現(xiàn)象，其主要原因是油、水和氣之間的相互作用，如黏彈性、表面活性和溶解度等。

滯后效應(yīng)影響水氣交替注入的機(jī)制主要有以下方面［31-33］：

1） 降低油的相對(duì)滲透率，從而降低油的流動(dòng)性和采收率；

2） 增加水和氣的相對(duì)滲透率，導(dǎo)致水和氣的竄流，降低溶劑利用率；

3） 影響最佳WAG 注入比的確定和WAG 注入驅(qū)替的優(yōu)化設(shè)計(jì)；

4） 控制油、水和氣的分布和流動(dòng)方向，降低縱向和水平驅(qū)替效率；

5） 影響油、水和氣的相平衡和相行為，從而影響油的溶解度、膨脹度和黏度等物性；

6） 改變油、氣、水的相界面張力，從而改變毛細(xì)管壓力和滲透率的關(guān)系。

2.3 油藏非均質(zhì)性

Khan 等［32］用2D 和3D 扇區(qū)模型進(jìn)行高分辨率組分模擬，采用調(diào)整過(guò)的狀態(tài)方程（EoS）描述流體性質(zhì)，比較均質(zhì)油藏和非均質(zhì)油藏中水氣交替驅(qū)油的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與均質(zhì)油藏相比，非均質(zhì)油藏在進(jìn)行水氣交替注入時(shí)見(jiàn)效更快，但期望最終采收率（EUR）更低，氣體突破更早，氣油比（GOR）和含水率（WCT）更高；在小井距下，均質(zhì)油藏中的氣體指進(jìn)和重力分層效應(yīng)小于非均質(zhì)油藏，但在大井距下則相反。在非均質(zhì)油藏中，高滲透率儲(chǔ)層顯示出明顯的氣體超越，導(dǎo)致縱向驅(qū)油效率差。

孟凡坤等［34］基于Buckley-Leverett 方程，建立了考慮滲透率非均質(zhì)性和相對(duì)滲透率非線性的低滲透油藏CO2水氣交替注入數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值模擬分析不同的滲透率非均質(zhì)性系數(shù)、相對(duì)滲透率指數(shù)和水氣比對(duì)CO2水氣交替注入能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滲透率非均質(zhì)性和相對(duì)滲透率非線性對(duì)CO2水氣交替注入能力有顯著影響，且存在最佳水氣比使得CO2水氣交替注入能力達(dá)到最大。

2.4 潤(rùn)濕性

潤(rùn)濕性是控制多孔介質(zhì)中流體流動(dòng)和分布的主要因素之一，儲(chǔ)層的潤(rùn)濕性會(huì)影響到關(guān)鍵的變量。

儲(chǔ)層潤(rùn)濕性決定了油水界面的接觸角和表面張力，使其可以影響毛細(xì)管壓力的大小和分布［35］。儲(chǔ)層潤(rùn)濕性可以改變油水相的相對(duì)滲透率曲線的形狀和位置，從而改變油水相的流動(dòng)能力和流動(dòng)比例。當(dāng)儲(chǔ)層是強(qiáng)親水性時(shí)，水作為潤(rùn)濕相會(huì)占據(jù)小孔隙并覆蓋所有巖石表面，油作為非潤(rùn)濕相會(huì)位于大孔隙的中心。當(dāng)儲(chǔ)層是強(qiáng)親油性時(shí)，油水的位置和分布會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。當(dāng)儲(chǔ)層是混合潤(rùn)濕性時(shí)，大孔隙中存在連續(xù)的親油孔道，可以使水驅(qū)后的殘余油飽和度降低［36-37］。儲(chǔ)層潤(rùn)濕性通過(guò)影響油水相的界面張力和黏滯力，可以改變油水相的流動(dòng)穩(wěn)定性和彌散系數(shù)［38］。儲(chǔ)層潤(rùn)濕性還會(huì)改變油水相的微觀分布方式，從而影響油水相的有效流動(dòng)區(qū)域和滲流路徑［39］。在WAG注入中，潤(rùn)濕性條件還會(huì)影響到采收率、注入效率、最佳WAG比例和三相相對(duì)滲透率等方面［40］。

Hachem 等［41］以硅烷改變巖石潤(rùn)濕性的方法，減少水氣交替過(guò)程中水注入時(shí)遇到的氣體阻塞，提高注入能力，通過(guò)測(cè)量接觸角和進(jìn)行離心試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硅烷處理可以有效地使砂巖和石灰?guī)r表面更加疏水；同時(shí)在砂巖和石灰?guī)r巖心中進(jìn)行了核心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)硅烷處理，在水氣交替循環(huán)后，水相相對(duì)滲透率分別提高了45%和65%。

2.5 WAG比例

Khan 等［42］開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于計(jì)算不同WAG 比例、黏度重力比和流度比下的非均質(zhì)油藏的分析模型，研究發(fā)現(xiàn)：WAG 比例越小，采收率越高；在低WAG比例和低水平滲透率非均質(zhì)性下，油藏傾角的增加和縱向滲透率各向異性會(huì)提高縱向驅(qū)油效率。但是該模型忽視了潤(rùn)濕性對(duì)WAG 效率的影響，潤(rùn)濕性在很多情況中被認(rèn)為是影響WAG性能的主要因素，特別是在高WAG 比例條件下［43］，因?yàn)樵诟遅AG 比例下采出的油量較少。在水濕油藏中，這種效應(yīng)尤其嚴(yán)重，高WAG 比例條件下獲得的采收率最??；而在混濕和油濕介質(zhì)中，WAG 比例對(duì)驅(qū)油效率影響較小，可以獲得較高的采收率［44］。

Christie 等［45］通過(guò)不同的黏性-重力比來(lái)模擬不同的WAG 比例條件對(duì)WAG 注入效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，WAG 比例對(duì)采收率有顯著的影響，而且存在一個(gè)最優(yōu)的WAG比例，可以使采收率達(dá)到最大，即當(dāng)WAG 比值為0.5 時(shí)，采收率最高；而當(dāng)WAG比為0或1時(shí)，采收率最低。

Kootiani 等［46］發(fā)現(xiàn)，WAG 比例和流量對(duì)驅(qū)替效率有顯著影響，且存在一個(gè)最佳WAG 比例，使得驅(qū)替效率達(dá)到最大，當(dāng)流量為0.5 mL/min 時(shí)，最佳的WAG 比值為0.5；當(dāng)流量為1 mL/min時(shí)，最佳的WAG 比值為0.67。這是因?yàn)榱髁繒?huì)影響油相和氣相的飽和度分布，所以最佳的WAG比值與流量有關(guān)。但是，他們只研究了一定范圍內(nèi)的WAG比例和流量，沒(méi)有探索其他可能的組合和優(yōu)化方案，所以該結(jié)論只能體現(xiàn)一定的普遍性和實(shí)用性。

3 挑戰(zhàn)與對(duì)策

不論是在油田現(xiàn)場(chǎng)，還是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行水氣交替提高采收率研究總是伴隨著挑戰(zhàn)與問(wèn)題。在一般情況下，水氣交替技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和采取的對(duì)策包括以下方面。

3.1 氣體提前突破

氣體提前突破是指在注入氣體驅(qū)油過(guò)程中，注入的氣體在到達(dá)生產(chǎn)井之前就突破了巖心，導(dǎo)致驅(qū)油效率降低，成本增加［47］。氣體提前突破可以分為毛細(xì)管突破和機(jī)械突破兩類(lèi)。

毛細(xì)管突破是由于毛細(xì)管效應(yīng)引起的氣體突破，當(dāng)注入的氣體壓力超過(guò)了巖心中的毛細(xì)管壓力時(shí)，氣體就會(huì)從裂縫或孔隙中進(jìn)入飽和水的巖心，形成連續(xù)的氣相通道［48-49］。該現(xiàn)象主要發(fā)生在低滲透巖心中。

機(jī)械突破是指由于巖心的物理變化引起的氣體突破，當(dāng)注入的氣體壓力超過(guò)了巖心的強(qiáng)度時(shí)，氣體就會(huì)導(dǎo)致巖心發(fā)生裂縫或塌陷，形成新的氣相通道［48，50］。該現(xiàn)象主要發(fā)生在高滲透巖心中。

在Brage 油田中，應(yīng)用WAG 技術(shù)3 個(gè)月后，發(fā)生氣體突破現(xiàn)象，觀察到了驅(qū)替效率降低［51］，這主要是因?yàn)樯a(chǎn)井和注入井之間存在薄而高滲的儲(chǔ)層。Erivwo 等［52］在Ogini 油田研究不同的WAG 注入方案和參數(shù)對(duì)提前突破的影響，最終得到改善措施的建議，如調(diào)整WAG的比例、周期、順序等參數(shù)；添加聚合物、泡沫等化學(xué)劑；注入低鹽度水或低滲透率水；在WAG 過(guò)程中使用智能完井控水（AICD）技術(shù)。

3.2 設(shè)備問(wèn)題的挑戰(zhàn)

應(yīng)用WAG 注入技術(shù)時(shí)需要使用一些特殊的設(shè)備和儀器，如氣體壓縮機(jī)、水泵、流量計(jì)、壓力計(jì)、溫度計(jì)、混合器和分配器等，這些設(shè)備和儀器在WAG注入過(guò)程中可能會(huì)遇到一些挑戰(zhàn)：①設(shè)備的選擇和配置；②氣體泄漏、腐蝕、結(jié)垢、堵塞和水合物等；③設(shè)備技術(shù)限制。

在Snorre 油田，由于腐蝕導(dǎo)致的管道環(huán)空泄漏對(duì)壓縮機(jī)的維護(hù)造成了高昂的運(yùn)行成本［53］。在Cornea 油田，當(dāng)WAG 比例為1∶1 時(shí)，原油產(chǎn)量最高。然而，由于壓縮機(jī)的限制，無(wú)法獲得最佳的WAG 比例［54］。在Al-Shaheen油田，存在壓縮機(jī)的可靠性問(wèn)題［55］。在Gullfaks 油田，初估原油采收率能增加8%～10%，然而，在WAG 注入過(guò)程中，WAG 比例卻發(fā)生了變化，主要是受到了壓縮機(jī)容量的限制［56］。因此，在WAG注入中氣體壓縮機(jī)建議措施有以下方面：①氣體壓縮機(jī)需要根據(jù)油藏的最小混溶壓力（MMP）和注入速率來(lái)確定壓縮比和功率；②氣體壓縮機(jī)需要考慮氣體的成分、溫度、濕度和雜質(zhì)等因素；③氣體壓縮機(jī)需要定期進(jìn)行檢查、維護(hù)和更換。

在Statfjord 油田，由于CO2與水反應(yīng)產(chǎn)生了酸性溶液，使油管出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕和裂縫［6］。CO2和水的混合物的pH越低、溫度越高、流速越快，越容易腐蝕設(shè)備［57］。改善腐蝕的措施包括［58-59］：①使用耐腐蝕性高的金屬材料，或者在設(shè)備表面涂上防腐層。②添加一些緩蝕劑，如氨、胺和硫酸鹽等，以抑制金屬和CO2的反應(yīng)。③控制CO2的壓力和溫度，以降低CO2的活性和腐蝕速率。

在Minas 油田應(yīng)用N2WAG 注入技術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，油管出現(xiàn)了塑性變形和應(yīng)力松弛，這主要是由于高溫高壓下的N2引起了油管的熱膨脹［33］。在Zakum 油田應(yīng)用CO2WAG 注入技術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，油管出現(xiàn)了裂縫和泄漏，主要原因是CO2與水和鹽反應(yīng)產(chǎn)生了碳酸鹽結(jié)晶［60］。為了預(yù)防或減少這類(lèi)問(wèn)題，需要選擇合適的油管材料，如耐腐蝕合金（CRA），或者在油管內(nèi)壁涂上防垢劑。此外，還需要定期檢測(cè)和維護(hù)油管的完整性以及控制注入氣體的壓力和溫度［61］。

3.3 瀝青質(zhì)的沉積

瀝青質(zhì)沉積會(huì)降低儲(chǔ)層的滲透率和孔隙度，還會(huì)降低井筒的滲透率和流動(dòng)能力，甚至?xí)淖儍?chǔ)層潤(rùn)濕性及原油物性，大大影響WAG注入的驅(qū)油效率和注入能力［62-63］。

2006 年，Khanifar 等［64］對(duì)阿布扎比一處油田使用氣體、水和WAG 注入方案進(jìn)行生產(chǎn)，以PVT實(shí)驗(yàn)和高壓過(guò)濾器來(lái)評(píng)估不同壓力和溫度下的瀝青質(zhì)沉積量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在WAG 注入過(guò)程中會(huì)有顯著的瀝青質(zhì)沉積。Cho 等［65］使用組分模擬方法研究瀝青沉積對(duì)CO2-LPG WAG 注入的影響后發(fā)現(xiàn)，LPG的加入加速了瀝青沉積，降低了氣體的流動(dòng)性。Ahmadi 等［66］對(duì)不同的WAG 注入方案進(jìn)行了研究，具體包括水、熱水、N2、CO2、伴生氣和4 種WAG（CO2/水、N2/水、伴生氣/水和伴生氣/熱水），以尋找最有效的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，伴生氣與水交替沉積的瀝青質(zhì)最少。

WAG 注入中改善瀝青質(zhì)沉積的措施有以下方面［66-67］：

1）優(yōu)化注入的壓力和溫度，避免超過(guò)瀝青質(zhì)沉積的臨界點(diǎn)，從而減少瀝青質(zhì)的析出和沉積；

2）優(yōu)化注入的周期、比例和速率，以適應(yīng)不同的儲(chǔ)層條件和流體性質(zhì)，從而控制瀝青質(zhì)的溶解度和流動(dòng)性；

3）使用表面活性劑等防止或溶解瀝青質(zhì)沉積，從而保持儲(chǔ)層和井筒的滲流能力。

4 結(jié)論與建議

1）各種WAG 注入技術(shù)的礦場(chǎng)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究均表明，WAG 注入技術(shù)具有很好的提高采收率的性能，是一項(xiàng)成熟的提高采收率的技術(shù)。因此，可以通過(guò)開(kāi)發(fā)不同的WAG種類(lèi)來(lái)改變液相、氣相和操作條件來(lái)進(jìn)一步提高采收率。

2）潤(rùn)濕性和注入水礦化度是影響WAG 效果的重要因素，礦化度越低，油水界面張力越小，巖石表面電荷越小，氣體在水中的溶解度也越高。潤(rùn)濕性會(huì)影響油水界面的接觸角和表面張力、毛細(xì)管壓力的大小和分布、油水相的相對(duì)滲透率曲線、流動(dòng)能力和流動(dòng)比例、流動(dòng)穩(wěn)定性和彌散系數(shù)、微觀分布方式和滲流路徑等。

3）在WAG 中，一般認(rèn)為WAG 比例為1∶1 時(shí)采收率最高，但潤(rùn)濕性和注入速率等因素也會(huì)對(duì)最佳WAG比例產(chǎn)生影響。

4）WAG 注入技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)包括氣體提前突破、設(shè)備問(wèn)題和瀝青質(zhì)的沉積，可通過(guò)調(diào)整WAG 比例、控制氣體的壓力和溫度、選材和維護(hù)設(shè)備以及使用表面活性劑等方法來(lái)改善。

5）WAG 的研究需要評(píng)估不同類(lèi)型油藏的可行性并進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)在數(shù)值模擬方面需要更深入的研究，包括考慮相對(duì)滲透率滯后、三相流動(dòng)、混溶性和組分變化等因素，還可以發(fā)展機(jī)器學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì)和智能管理WAG 過(guò)程、改進(jìn)氣體壓縮機(jī)、混合膠凝物處理、降低黏度的WAG（VRWAG）和聚合物添加劑等相關(guān)技術(shù)。