轻质油藏注空气提高采收率的影响因素研究

喜恒坤

（中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010）

轻质油藏注空气提高采收率的影响因素研究

喜恒坤

（中国石油辽河油田公司，辽宁盘锦 124010）

针对WX轻质油藏，采用数值模拟和物理模拟方法进行了轻质油藏注空气、天然气动态驱油实验，结果表明，较高的油藏温度、压力及较低的注入压差有利于注入空气与原油发生氧化反应，提高轻质油藏注入空气的采油效果。由于原油的低温氧化效应，以及气体对原油中轻质组分的抽提作用增强了空气驱的驱油能力，空气驱提高采收率幅度与天然气驱基本相当。综合提高采收率成本和经济效益等因素，注空气驱技术有助于提高WX轻质油藏的开发效果。

轻质油藏；注空气；氧化作用；驱替实验；提高采收率

轻质油藏注空气提高采收率技术又称为低温氧化（LTO）提高采收率技术。轻质油藏注空气是使氧气与原油在低温条件下（接近或高于油藏温度）自然发生氧化，在达到生产井以前消耗掉空气中的氧，主要靠反应所产生的烟道气（N2、CO2），还有少量的CO气体和碳氢化合物的轻组分，形成烟道气驱［1－3］。

对不同的轻质油藏，注空气提高采收率机理不尽相同，因此有必要对具体油藏开展相应的实验和理论研究。针对 WX油藏开展了注空气低温氧化开采实验评价，探讨了各因素对开发效果的影响并为现场试验提供了理论基础。

1 模型的建立

1.1 实验油藏特性

选择WX轻质油藏进行注空气模拟，油藏地层压力20.7 0MPa，地层温度76.0℃。由表1可知，该油藏具备注空气低温氧化工艺的油藏条件［4］。

表1 轻质油藏注空气可行性对比

1.2 网格建立

填砂氧化管模型：设计管长为0.807 m，横截面为正方形，边长为0.049 m，平均孔隙度为0.414，渗透率为12 700×10－3μm2。网格划分为I×J×K网格1×1×12，网格步长DI＝DJ＝0.049 m，DK＝0.067 m，孔隙体积PV＝7.96×10－4m3，含油饱和度为60.1%。在第一个网格块设置一口定量注入井，最后一个网格块设置一口定压生产井。

细管模型：设计管长为18.0m，横截面为正方形，边长为0.003 m，平均孔隙度为0.279，渗透率为21.38×10－3μm2。网格划分为I×J×K网格40× 1×1，网格步长DI＝0.450 m，DJ＝DK＝0.003 m。在第一个网格块设置一口定量注入井，最后一个网格块设置一口定压生产井。所有实验是在恒定温度76.0℃下进行的，分别模拟了细管实验压力点20、26、30、35、40和45 MPa时的注空气驱替情况。

2 实验结果与分析

研究表明，在较低的注入速度下（0.2 HCPV／d），油层温度基本恒定。因此，通过STARS模拟器进行油藏注空气低温氧化驱油的恒温模拟。

2.1 油藏温度对采收率的影响

在同一注入速度下（0.2 HCPV／d），分别选择三个温度点：70.0、76.0、120.0℃在地层压力20.70 MPa条件下进行模拟研究，得到累积采液量随注入时间的变化曲线，如图1所示。随着油藏温度的上升，累积采液量逐渐增多且增幅不断扩大，相比70.0℃油藏条件，120℃条件下获得的采液量明显提高，由此说明，温度是影响轻质油藏注空气开采效果的关键因素。分析认为，高的油藏温度增加了原油与氧气的反应活性，产生更多的热量，使得CO2、CO含量增大，加强了烟道气驱效果。同时可以看出，温度越高，气体突破前采收率上升越快，即在相同的注入速度下，升高温度有利于缩短获得相同采收率时注空气驱油的时间。

图1 不同温度下采液量对比曲线

2.2 油藏压力对采收率的影响

选取地层压力20.70、21.20 MPa，分别模拟了注空气驱油过程中的气体抽提作用，并对比了累计采液量随注入时间的变化。温度设定为76.0℃，注空气速度0.2 HCPV／d，得到36 h时气体中轻质组分含量变化曲线如图2。累积采液量变化曲线如图3所示。由图2、图3可以看出，随着压力的升高，氧化管各网格处气体中轻质组分含量均有不同程度增加，且最高浓度剖面出现前移；同时，在较高油藏压力条件下，空气驱累计采液量有所增加。分析认为，压力升高促进了原油的低温氧化反应［5］，使得CO2、CO的浓度增加，进而加强了烟道气对轻质组分的抽提效应。而这种效应在氧化反应前缘区的富氧段更为明显，导致高浓度轻质组分剖面前移，使得抽提效应能够在更大油藏范围内发挥作用，提高采收率。同时，增大压力能够增强体系的混相能力，也有利于改善开采效果。

2.3 注入压差对采收率的影响

在氧化管模拟中，改变出口压力参数，在 WX油藏温度条件下研究了不同注入压差对驱油动态及采收率的影响，结果如表2所示。随着注入压差的增加，气体突破时间缩短，突破气体含氧量增大，气体突破时原油采收率降低。分析认为，较小的注入压差延长了氧气在油层中的滞留时间，使得原油与氧气的反应更为充分［6］，提高了氧气的利用率，从而导致产出气中氧气含量更大幅度的降低和更好的驱油效果。同时，随着注入压差的减小，空气注入速度也随之降低，这样就延缓了气体突破时间，提高了驱油效率。

图2 气相中轻质组分含量

图3 不同压力下采液量对比曲线

表2 不同注入压差条件下空气驱效果

2.4 注入空气对原油密度影响

利用细管模型，模拟了20 MPa和40 MPa压力下，当注入0.35 HCPV空气时刻原油密度的变化情况，如图4所示。从图4可以看出，在不同压力下的同一注入时刻，原油密度随空气注入方向逐渐上升。分析认为，越接近注入点的细管部分，氧气浓度越高，原油的氧化作用越充分，能够产生更多的CO2，CO等气体溶于原油，从而导致其密度下降更明显，表现出典型的烟道气驱特征［7］；另一方面，原油低温氧化的热效应使得原油体积膨胀，也从一定程度上导致了其密度下降。从图4中还可以看出，对于细管模型的同一网格位置，40 MPa注入压力条件下原油密度下降的幅度更大，这是由于压力的升高有利于提高低温氧化反应的活性并改善混相效应。

2.5 空气、天然气对驱油效果影响

引入细管模型进行注空气和天然气的驱油效果研究；提高氧气与原油的接触反应时间，研究不同气体对采收率的影响［8］。

图4 原油密度变化曲线

驱替过程中，驱替速度均设定为0.125 mL／min。根据对所选取的6个压力点的模拟，得到累积采收率与注入压力的关系，如表3所示。

从表3中可以看出，随着压力的增大，注空气和注天然气驱采收率逐渐上升，混相驱效果逐渐明显。通过计算求得，当注空气和注天然气驱油的采收率达90%时的最小混相压力分别是39.2 MPa和34.6 MPa。在WX油藏压力下，注空气和注天然气驱都能获得较高采收率，二者总采收率基本相当。分析认为，注天然气提高采收率的主要机理是混相驱效应和天然气对原油轻质组分的抽提作用，而WX油藏压力低于注天然气驱的最小混相压力，因此，WX油藏注天然气驱油为非混相驱替过程，严重地限制了其提高采收率的能力；相比之下，虽然 WX油藏注空气驱油也属于非混相驱替过程，但其通过原油低温氧化反应产生的烟道气溶胀驱动效应和热效应，能够较好地改善驱油效果，缩小与注天然气提高采收率能力的差距。

表3 WX油藏细管实验驱油效果对比

3 结论

（1）轻质油藏注空气时，提高温度、增大压力可以促进原油的低温氧化反应并增强混相效应；减小注入压差能够在提高氧气利用率的同时延缓气体突破时间，从而提高最终采收率。因而，在高温地层采用高注入压力、低压差开发工艺能够改善轻质油藏注空气开发效果。

（2）WX油藏实际地层压力小于注天然气驱的最小混相压力，无法最大限度地发挥注天然气混相驱的增产优势；同等条件下，注空气驱能够获得较好的驱油效果，而且具备气源丰富、成本低的优势，更适于WX油藏的增产开发。

［1］李士伦，张正卿，冉新权，等.注气提高石油采收率技术［M］.成都：四川科学技术出版社，2001：182－275.

［2］Mitra S，Bhushan P V，Kumar S，et a.Feasibility of air injection in a light oil field of western India［R］.SPE126234，2010.

［3］张旭.轻质油藏注空气提高采收率技术机理研究［D］.成都：西南石油大学，2003.

［4］王杰祥，徐国瑞，付志军，等.注空气低温氧化室内实验与油藏筛选标准［J］.油气地质与采收率，2008，15（1）：69－71.

［5］L A Adetunji，R Teigland，J Kleppe.Light－oil airinjection performance：sensitivity to critical parameters［R］.SPE96844，2005.

［6］王杰祥，来轩昂，王庆，等.中原油田注空气驱油试验研究［J］.石油钻探技术，2007，35（2）：5－7.

［7］张旭，刘建仪，孙良田，等.注空气低温氧化提高轻质油气藏采收率研究［J］.天然气工业，2004，24（4）：78－80.

［8］曹维政，罗琳，张丽平，等.特低渗透油藏注空气、N2室内试验研究［J］.大庆石油地质与开发，2008，27（2）：113－117.

编辑：李金华

TE357

A

1673－8217（2012）03－0104－03

2012－01－10

喜恒坤，工程师，1977年生，2000年毕业于西南石油学院，工程硕士学位，现从事蒸汽驱采油工艺技术工作。