发展注气提高采收率技术.pdf

第“2 2卷第 3期 2 0 0 0年8 月 西 南 石 油 学 院 学 报 ] o u ma l o f S o u t h w e s t P e n de L I m I n s t i t u Ⅷ． 2 2 Au g No． 3 2 O 0 0 文章编号1 0 0 02 6 3 4 2 0 0 0 0 3 0 0 4 1 0 5 ④4 l 一 发展注气提高采收率技术‘ 0 李士伦 ， 郭 平， 戴 磊， 孙 雷 磊 ll 南 6 3 7 0 o 1 摘要 提高采收丰 E 0 R或 I O R 研究是油气田开发永恒的主题之一。当夸世界 ， 蒸汽驱仍占主导地位。近几年由于 油价低， 化学驱下降， 而注气驱刖连续增加。中国东郜油田的储层属陆相沉乖c ， 非均质严重， 原油粘度又比较高， 台水 上升很快， 水驱采收丰比较低 ， 约3 3 ％ 近期发现的石油储量又多属低渗透及高粘度等难采储量， 发展提高采收丰技 术 已成为陆上石油 工业继续发展 的一项迫切战略任务。1 9 9 8年 ， 全 国开展 丁三次采 油潜力的二 次评 价工作 ， 捂初 步 统计， 适合于注气 0 。 2 混相驱的地质储量在 1 0 ． 5 7 1 0 0 t 以上。综合研究国外经验， 结合我国三采潜力分析和评价． 认为目前我国末部油区有条件的油田要侧重发展注非烃气驻， 而西部刖翎重发展注蛏气驱技术。发展非难 气驱的关 键在气潭， 要重视寻找天然O。 2气潭。探索发展制 、 注 、 脱 和制O 。 2 等技术 注意发展 国产的压缩机装备。 抓好注气驱先导试验和富舍凝析油的凝析气藏回注干气的试验。加强注气提高采收丰的理论和实验研究， 作好技术 储备， 培养好人 才。 ， 关 键 壹 墨 些 圭 ；堡 兰 ；墨 塑 里 壁 ， l 意 鲑 { 可 术 中图分类号 T E 3 5 7 4 5 文献标识码 A 以下结果 见表 3 。 1 世界发展注气提高采收率技术综述 表1美 国 注 气 项目 数 变 化 表 l l 回顾与展望 l 1 ． 1 注气已成为国外除热采之外发展较快的提 高采收率方法 ① 世界范 围 E OR提 高 的 产 油量 1 9 9 8年与 1 9 9 6年相比略有上升 ， 它 占世界石油总产量 2 ． 3 ％。 其中美国与 1 9 9 6 年 相比E OR产油量增长 5 ％， 这 占 全美总产油量的 1 2 ％。美 国的 O 驱产 油量 占总 F OR产油量的2 3 ． 6 ％。美国有丰富的0 气源 ， 储 量近 l 0 r n 3 。 ② 美国注气项 目数变化见表 l 。 ③ 美国 1 9 9 8与 1 9 9 6年相 比各种 E OR方法增 油量变化率和项 目变化率见表 2 。 1 ． 1 2 美国注气项 目分析 根据美 国能源部门 1 9 9 2年 4月全美采收率项 目数据库资料统计 ， 进人数据库的共有 l 3 8 8个提高 采收率项 目， 来 自 5 6 8个油田。其 中， 气 驱项 目占 E O R项 目总数 2 2 ％， 热 采项 目 3 9 ％， 化学驱项 目 3 7 ％， 其它 0 ． 5 ％。从 美 国注气项 目分析中可列出 收稿日期 2 0 ]0 0 3 0 3 作者筒介 李士伦 1 9 3 5 一 ． 男 汉族 ． 浙江绍兴人， 教授， 博士生导师． 我国著名气田凝析气田开发专家 ．享受政府特殊津贴的有突出贡 献专家， 四川省首批学术、 技术带头人， 石袖工业有囊出贡献教育专家， 长期从事气田凝析气田开发 、袖气相杰 和洼气提 高原 油采收事研究。 ． 维普资讯 西南石油学 院学 报 2 o 0 o年 1 ． 1 ． 3 以烃类溶剂为主导的加拿大工业性混相驱 目前阿尔伯达正进行的混相驱， 平均最终采收 率达到 5 9 ％。 而水平驱达到 3 2 ％， 大多数混相驱是 重力稳定驱形式。与水驱采 收率相 比， 垂 向混相驱 增加的采收率为 l 5 ％～4 0 ％的原始地质储量 ， 而水 平混相驱增加的采收率较小 ， 为 5 ％～2 O ％。 1 ． 1 ． 4 提高采收率技术和经济进步展望 许多技术继续在发展 ， 它们主要是 1 运用三维地震等综台方法测定老油田残余 袖饱和度分布和新油田的含油饱和度分布； 2 较为便宜的、 复杂结构的水平注入井 、 短 曲 率半径井， 以取代成本高的加密井 ； 3 更有 效的适应 注气驱 油藏的数值模 拟方 法 4 为防止粘性指进和改善流度 比， 研制 0 泡沫体系； 5 中东地区把烟道气通过氨溶液吸收法 回收 O 。 2 ， 以便泵入液态 O 。 2 ； 6 提出近混相驱替方式 ， 以便综合考虑界面 张力和流度作用 的影响， 从中协调两者的关系， 这样 就不一定都要把地层压力提高到混相压力和把界面 张力降低到零； 7 进行注O ／ N 2 、 C ／ C H 4 、 N 2 ／ 烃类气体等 混台气提高采收率的可行性研究； 8 轻油油藏注空气驱的可行性研究 ； 9 毛细管 和吸附对凝析气藏烃混合物分布 的影响研究。学院已对多孔介质油气体系相态研究 了近 l O年 ， 取得 r重要进展。近来 ， 在国际上也 出 现了类似的研究文章 ， 认为在细孔隙内吸附作用很 大． 特别在混合物临界点处作用更为显著 ， 与我们的 观点和结论一致 ； 1 O 注气过程中固溶物沉积研究 。在原油生 产过程中， 蜡 、 沥青质在油藏流体中的沉淀现象是一 个严重问题。 它 可导致地 层、 井眼和生产设备 的堵 塞 ， 沥青质沉淀常发生 于压力衰竭 一次采油 或用 富气 注入溶剂 、 或 O 驱替过程 中， 这是一个 非 常有意义的研究工作， 是一个研究热点， 也是一个难 度较大又十分必要的研究课题； 1 1 应用水平井进行 0 。 ， 驱机理研究； 1 2 凝析气田注水保持压力的可行性研究。 表 3 美国注气 项 目分析 煳 - 嚣 。 瓣 ⋯ 貉 嚣 1 ． 2 注气提高采收率的筛选准则 1 ． 2 ． 1 采收率方法 现行方 法 主要 概括 为“ 三气” 、 “ 三水 ” 、 “ 三热 力” 。“ 三气” 指 N 2 烟道气 驱、 烃类气体多次接触 混相驱 蒸发气驱、 凝析气驱 和一次接触混相驱、 O 驱； “ 三水” 指胶束／ 聚台 物、 碱／ 表 面活性剂儇 合物驱、 聚台物 驱或凝胶处理 ； “ 三热 力” 指火烧油 层、 蒸汽或热水驱 ， 地面坑道采矿。 烃类混相驱参考筛选准则 见表 4 ， N 2 及 烟道气 参考筛选准则见表 5 ， 0 驱参考筛选准则见表 6 。 l 2 ． 2 O 。 2 吞吐是一种非混相过程， 也是一项油井 增产措施。它需要 0 气量少， 油藏地质条件也不 太苛刻 ， 我国可先开展起来 。 1 ． 3 注气提高采收率机理 一 个油藏总采收率可分解成几个独立作用的因 子 ， 即 ER E Ev E D 式中， ER 一 总采收率 ； EA 一 面积扫油效率 ， 指被注人流体侵入的部分 油藏面积， 确定面积扫油效率的主要 因素是 流体的 流度 K 、 流动状态、 区域的非均质性、 油藏开发的 范围和注入流体的总体积； 维普资讯 第 3期 李士佗等 发展注气提高采收率技术 4 3 E 一 垂向扫油效率 ， 指部分被注入流体扫过的 垂向面积， 是油层 的垂 向非均质性和重力分离程度 的主要函数； Eo - - - - 替效率 。 指已被驱替过的扫油区中流动 原油的百分 比， 它是注入体积、 流体粘度和岩石相对 渗透率特性 的一个函数 。 寰 4 洼 烃混相 驱筛选准删 衰 5 洼 或烟道气筛选准删 类 型 原 油 帽 对 密 度 撵 度 ， m 露 提高采收率的各种方法是要把上述方程中一个 或几个效率提高。现在大庆广泛采用的聚合物化学 驱方法 ， 就是改善了的水驱 ， 目的在于提高波及体积 即 EA和 Ev ， 而注气混相驱目的在于提高 ED ， 降 低注入溶剂及原油的界面张力 ， 使界面消失， 提高驱 替效率。 根据不同注入气体与原油体系的特性， 注气混 相驱和非混相驱 可分为一次接触混相、 多次接触混 相和非混 相三种方式 。而 多次接触混相又可细分 为 凝析气驱 富气驱 和蒸发气驱 贫气驱 。一次 接触过程 的注入流体可为液化 石油气 L P G。 q c ‘ 和 乙烷 C 2 ； 多次接触过程蒸 发 气驱为 甲烷 E 1 、 N2 、 O 、 烟道气和空气 ； 凝析气驱 为 液化石 油气 甲烷 E l c 3 Q 、 甲烷 乙烷 c I Q 、 甲 烷 乙烷 液化石油气 c I C 2 qc． 。 运用三元相图可较好地描述注气过程中发生相 态的一般特征。注气过程中有关的物理化学现象和 影响因素是很 复杂的。流体混合作用有 3种机理 分子扩散作用 ， 微观对流弥散作用 ， 宏观对流弥散作 用。在非均质 锟强的储层 中， 第 3种作用要 比前 2 种强。 注入低界面张力的气 ， 由于不利的流度 比， 注入 溶剂 气 前绿不稳定， 以不规则指进穿入原油， 使其 过早突破 ， 窜入生产井。所以， 克服注气过程的粘性 指进是注气提高采收率的关键。 影响注气的因素还有孔喉大小分布 、 重力影响、 润湿性、 水锁现象等。因此在注气过程 的设计中要 特别注意界面张力 、 流度比和孔喉大小分布 3种因 素的协调。只有这样才能获得高的注气效率和采收 率。在进行注气现场试验前 ， 必须认 真地进行室 内 实验研究和注气工程设计。 1 ． 4 注气提高采收率物理模拟技术 实验研究 1 ． 4 ． 1 进行混相驱实验设计时应回答的主要问题 1 如果油藏有 足够的剩余 油， 值得进行混相 驱 ， 那么应考虑采取什么驱动类型和过程 2 如果注气值得考虑 ， 需测哪些参数 3 当油 、 气粘度比高于油 、 水粘度 比时， 为什 么注气又有成效如何使它卓有成效 4 区别混相注气、 近混相注气与非混相注气 5 向垂直稳定系统中注气或向水平系统 中注 气采取j 可 种方案 6 为减少注气开发过程的风险性 ， 需进行那 些专门实验测试 7 提供影响注气诸因素的详细研究。 8 为获得最好结果， 强调参数优化和合理化。 9 按比例放大问题和相似准则的评价。 1 O 对近期发展的方法与传统方法的比较。 1 ． 4 ． 2 混相驱实验设计着重确定的问题 1 确定 可采用的混相驱类型 其决定性 因素 有油藏压力、 溶剂的 可用性和经济性， 油藏性质 主 要包括渗透率、 厚度、 倾角、 含油饱和度、 油藏的非均 质性、 深度和储量 、 原油性质 尤其 是粘度和蜡 、 沥 青质含置 ， 棍相驱失去吸引力的主要因素有存在大 维普资讯 西南石 油学 院学报 2 O o 0年 的气顶、 有裂缝 、 埋藏深、 纵横向渗透率差别悬殊 ； 2 注入溶剂的组成 和最小混相压力 MMP 的确定 确定方法有带观察窗的高压 P vT容器 测 拟三元相图和 相图等 、 细管实 验、 岩心驱替 实验； 3 溶剂段塞 的确定 确定方 法有岩心驱替 实 验、 一维对流扩散模型的建立和计算、 油藏数值模拟 方法 ； 4 控制粘性指进 ， 提高驱油效率 研究改善的 方法 ， 如重力稳定 、 水气交替、 增大注入溶剂的量， 从 而增大溶剂体积、 泡沫 ； 5 注采井网的布置 水平油藏混相驱情况 ； 6 动态监 测 分析井 流物组成变化、 注示踪 剂、 测定压力变化、 测定产量变化。 2 我国已开发油田注气提高采收率 的潜力分析 2 ． 1 我国提高采收率技术发展的简要回顾 在我国东部主要产油区， 天然气气源紧张 ， 供不 应求， ∞ ， 气源目前还比较少。尽管如此， 注非烃气 体混相和非混相驱的研究和现场先导试验一直没有 停止过。1 9 6 3年首先在大 庆油 田作为主要提 高采 收率方法进行研究， 1 9 6 6 、 1 9 6 9 、 1 9 8 5 、 1 9 9 l 、 1 9 9 4年 先后开展了注 a 先导试验， 很受重视。 华北油田在雁翎 油田开展注 非混相驱矿场 试验。吉林油田利用万金塔 a 气 田的液态 a ， 在吉林油田开展 a 吞吐和 ∞ 2 泡沫压裂已在 1 0 0 井次以上。1 9 9 6年江苏油田富民油田 4 8井开展 了 03 2吞吐试验 ， 并已开展 了驱替试验 。 吐哈葡北油田已开始实施注气混相驱。大港大 张坨凝析气 田和塔西南柯克亚凝析 气田注气成功。 西南石油学院以气 为特 色， 长期开展了油气体系的 相态研究 ， 早在 l 9 跗 年， 为大庆、 中原开展了混相驱 实验， 引进 了当时全国第 l台混相驱细管实验装置。 随后与华北油田合作 ， 配合雁翎油 田注 试验 ， 模 拟裂缝性碳酸盐岩储层 ， 在全国 比较系统地开展 了 系列注 N， 实验。最 近又先后与大港、 中原、 四川、 吐哈、 辽河和塔西南等油 田合作， 针对不同油藏类型 开展了系列室内混相驱试验研究 ， 并用加拿大 C MG 组分模型软件， 开展了单井 吞吐的数值模 拟研 究。 除此之外 ， 还开展 了目前世界热门研究课题 ， 如注气 过程中蜡 、 沥青质和胶质等 固溶物沉积的研究工作。 还在集团公司开发生产局主持下作 了国内外注气提 高采收率的系统调查。 2 ． 2 集团公司所属油区注气提高采收率 潜力初步分析 在各油田和集团公司勘探开发研究院进行了三 次采油潜力 二次评价。l 7个油区适 用于 a 混相 驱的地质储量 1 ． 0 5 7 x1 0 t ， 占参评储量 1 0 ． 4 ％， 与 水驱相比， 平均可提高采收率 1 6 ． 3 8 ％， 增加可采储 量 I ． 7 3 xl os t 。各油区 a 混相驱技术潜力分析 中所占比例大致为 新疆 占 5 1 ． 7 5 ％； 吐哈占7 ． 5 ％； 长庆占 6 ． 8 7 ％； 辽河 占 1 1 ． 6 ％； 中原 占 l 8 ． 9 ％； 大 港占 l 8 1 ％； 其它油田占 1 ． 4 9 ％。 2 ． 3 几点认识 1 第一次评价时 O O 混相驱筛选的潜力分析 中有 4 ． 8 l 0 s t 地质储量适合 a 驱 ， 而第二次评 价， 有 1 ． 0 5 7 x1 0 9 t 储量适用 a 混相驱， 这部分油 田或区块 ， 目前尚未找到其它提高采收率方法使用 ， 主要是 ① 储层渗透率低 ， 埋藏深， 温度高 ， 有的油藏地 层水矿化度高； ② 勘探工作正向更探层发展 ， 可能会发现更多 的中、 低渗透 轻质油 油藏 、 凝析气顶油藏 和凝析气 藏 ； ③ 我国具有 巨大勘探前景的西部地区， 也将会 发现许多轻质油 田、 凝析气 田和干气气 田。天然气 一 时还很难运到经济发达地区， 应该不失时机地抓 紧回注天然 气 辅之 以其它非烃气体 ， 如 、 烟 道 气 开发油田和凝析气 田。 2 东部注气驱的开展气源问题是关键 2 ． 4 c o2 和 N 2 资源分析 2 ． 4 l 中国东部的无机成因 a 气藏 1 戴金星院士等在利用中国东部大量油气藏 田 研究资料基础上， 证明 自然界存在无机成 因气 ， 而且能形成大量 a 气藏 田 。 2 多年来我国在东部发现了一批 a 气藏 ① 松辽万金塔 a 气 田。 ② 黄骅坳陷 ， 6 0年代在北大 港潜 山构造带奥 陶系灰岩中发现了 a 气。7 0年代， 相继发现了翟 庄子气 田、 古 爱村气藏、 大 中旺气 田和齐家务 ∞ ， 气藏 。 ③ 济阳坳陷 1 9 6 6年 8月在东营断陷平方王构 造滨 l井发 现气层。7 0年代后 发现平南潜山 ∞ ， 气顶油藏， 八里泊潜 山带阳 2井、 阳 5井 a 气藏， 维普资讯 第3 期 李士伦等 发展注气提高采 收率技术 堑 近年来又在东营箕状断陷西部发现构造一岩性 C 0 气藏。 ④ 苏北黄桥气 田， 据评估地质储量为 6 ． 2 4 1 0 1 0 m3 ，预测总储量在 1 O1 1 n 以上。 ⑤ 广东三水盆地在下第 三系始 新统一古新统 发生强烈井喷 ， 日喷 0 达 5 1 0 6 m3 。 3 东部存在寻找 c。 2 气藏的有利区带。 2 ． 4 ． 2石化系统 C Oz 放空量调查研究 制氢装置 统计 了全国 1 3个企业 1 8套烃类水 蒸气转化制氢装置中有 8个企业 1 1 套装置采用化 学吸收法常规流程 ， 其 制氢生产能力为 1 _ 6 6 3 1 0 5 t ／ a ， o3 2 放空量约为 6 ． 6 51 0 t 以轻油、 重油和煤为原料的尿素厂 ， 有大量 o3 2 被放空。以重油为原料的 31 0 t 合成氨厂， 年排 放量约为 21 05 t ， 以煤为原料的 31 05 t 合成氨 厂 ， 年排放量约 2 ． 5 l 0 s t ， 以石脑油为原料的 3 1 0 t 合成氨厂 ， 年排 0 约 1 0 t 。 2 ． 4 ． 3 烟道气气源 利用航机发电和气举压缩机排出的烟道气进行 油 田注气途径可进行探讨 。 2 ． 4 ． 4 制 N2 技术介绍 1 9 8 5年第 1 代美国 Ge n e r o n空分膜投入市场 ， 是制 N2 的新技术。现在世界几家最大的气体产品 公司相继 都 已进人 中 国市 场， 他们提 供制、 注 N2 C O z 技术服务和气俸产品， 德 国 M R公司已 与油田有接触。这些公 司的中国总部大 都设 在上 海 ， 可在国内设法吸收这部分外资。 3 对发展我国注气提高采收率技术 的几点建议 3 ． 1 园地制宜地发展各种注气提高采收率技术 东部地区侧重发展注 0 和 烟道气 ， 也不 排斥国内大气管道西气东输 和从东北引进俄罗斯天 然气并在气价合适时实施注烃混相驱。 3 ． 2 重视加强天然 o3 2 气资源的勘探 积极调查和利用油 田内外、 尤其是 油田附近的 O O 2 和烟遭气资源， 立项研究脱 、 脱 c O2 和 c O2 防腐等工艺技术 问题 ， 积极探索制 、 注 N 2和脱 设备的 f 人。首先可与在中国的世 界几大气体 产品公司接触， 力争在国内解决。 3 3 解决压缩机设备立足国内问题 在认真调查基础上， 扶持国内有条件的厂家。 3 ． 4 有计划、 有步骤地开展室内实验和 现场先导试验 1 葡北油田注烃 混相驱、 塔西南柯克亚油藏 注烃非混相驱等试验， 牙哈富含凝析油凝析气田、 塔 西南柯克亚和大谁大张坨凝析气田等注气保持压力 试验等都要搞好 。 2 能解决所需气源的油田把 a 单并吞吐的 增产措施开展起来； 把注蒸汽 N2 开栗稠油的试验 开展起来； 把 0 压裂开展起来。 3 针对近混相驱 ， 注 o3 2 ／ N 2 、 C X 3 z ／ 烷 、 N 2 ／ 烃类气体等混合气、 a 泡沫体系、 注气过程中固溶 物 沥青、 蜡等 沉积以至于注空气等问题开展理论 和实验研究。 3 ． 5 重视以下 8项配套技术研究 1 油藏描述必须细化； 2 完善提高采 收率方法 的筛选评价技术， 尤 其薄弱的是注气部分 ； 3 发展注气混相驱数值模拟技术 ； 4 发展矿场设施和注人工艺技术 ； 5 注入井剖面测定和调剖技术； 6 混相驱过程动态监测和效果评价技术； 7 混相驱过程防气窜和改善波及效率技术 ； 8 配套建立注气混相驱室内实验评价技术。 建议在西南石油学院建立注气实验、 气藏工程 研究、 注气工程设计、 集输、 注、 脱 N 2 或 a 、 防腐和 经济评价等系列配套技术研究 的基地 ， 望能得到各 方面的支持。 参考文献 [ 1 ] 戴金星 中国东部无机成困气及其气藏形成条件[ M] 北京 科学出版社 ， l 9 9 8 【 2 ] P r o c e e d i n g s p e r mi a n b a s i n o l l ＆ g a s r e c o v e r y c o n f e r e n c e l CJ Mi d l a n d ， T e x a s ， US A 1 9 9 6 [ 3 ] P roc e e d i n g s ， S P E ／ D O E n i n t h s y mp o s i m a o ni mp r o v e do l l r o v e r y 【 C ] ． T u k a ， O 曲0 | I l a ， us A 1 9 9 4 【 4 j P -m e e e d i n g s ， S P E ／ D O E t e n t h s y ml x i m - n o n i m口 o i l r e o o v e r y [ C ]T u l s a ， 0 l d a h o ma ． US A 1 9 9 6 鳊辑荐红 维普资讯