冷X块注气先导试验数值模拟研究

杨 钊， 龚 莹， 卢澍韬

（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.大庆油田有限责任公司第一采油厂第七油矿，黑龙江大庆163712）

我国低渗透油藏开发一直以注水开发为主［1］，许多油田都过早地进入中、高含水期，综合含水已经超过80%。为进一步提高低渗透油藏后期开发水平，研究更经济有效的开采方式。注空气提高采收率是一种新的增产措施［2－3］。在油层条件下，注入空气与原油接触会发生两种反应［4］：一是高温氧化反应（HTO），二是低温氧化反应（LTO）。当向油藏中注入空气时氧气与剩余油在低温条件下（接近或略高于油藏温度）自然发生氧化反应，在到达生产井以前消耗空气中的氧，主要靠反应所产生的烟道气（N2、CO2、CO等）形成烟道气驱能够较好地驱替原油［5］。空气来源广阔，不受地域和空间的限制，气源最丰富、成本最廉价，该技术国外近年来发展很快，已经成为除热采之外最重要的提高采收率的方法。矿场经验表明，它既可以作为二次采油方式，也可用于三次采油。

1 油藏地质概况

冷X块沙三段油层上报探明含油面积3.5km2，探明石油地质储量3.19×106t。冷X块沙三段纵向上有6套油层组合，冷X块油藏物性差，平均渗透率在15×10－3μm2，孔隙度15.3%；含油饱和度52.7%；油藏埋深2 500m，属于典型的深层低渗透油藏，该区块前期注水开发效果差，采出程度仅为17.1%，开展注空气驱研究具有非常重要的意义。

2 注空气前油藏开采状况

利用Petrel软件建立试验区块的精细地质模型［6－10］，划分网格为165×75×6，总网格数74 250个，网格步长Di＝Dj＝Dk＝35m，冷X区块至2012年10月共有油井54口，注入井13口。经过天然能量开采，后期注水开采，现区块注水难，见效难，井况差，油井产量低但是潜力大。

表1 冷X块数值模拟区块拟合Table1 Match history data by numerical simulation in Leng X Block

3 冷X块注空气开发动态预测

在完成地质模型建立，对地质储量及区块的生产井的生产动态进行历史拟合后［11］，对冷X块后期注空气开展不同转驱时间、不同注气量、不同注气速度进行动态预测模拟工作，并模拟计算在水气交替注入时交替周期及气液比两项因素。

预测时间从2012年5月开始至2022年5月结束，预测时间为10a。

3.1 转驱时机

在注空气生产开发中，注水开发转空气驱时机对于油田空气驱开采采收率具有一定影响，因此选取合理的转驱时机使空气驱油效率提高。为了研究转空气驱时机对空气驱开发效果的影响，设计4种方案对转驱时机进行数值模拟，见表2。

表2 不同时机转注空气数值模拟结果Table2 Result of injection air in different time by numerical simulation

随着油田注水开发的持续，油田含水不断上升，水驱开发效果减弱，含水随之上升。空气驱作为进一步的驱替方式，随油藏的含水上升起一定的抑制作用，尽早转注空气使得含水上升得到抑制，平均采油速度最大，所以对于油藏水驱转空气驱来说，尽早注入空气的效果最佳。

3.2 注气速度

注气速度在油气生产开发工艺中，直接影响油气开采的采油量和氧气突破时间，对油田安全生产有影响，为了研究注气速度对油气开采的影响设计了7 种方案，分别为0.01、0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.30PV／a，结果如图1所示。

图1 不同注气速度采出程度Fig.1 Oil recovery in different of injection air rate

由图1模拟结果可以看出，对于油田的开采并不是注入越多的空气效果就越好，而是存在一个合理的最优注气速度，注入速度太小，空气驱效果不明显，注入速度过大会导致气体过早突破，反而开发效果变差。冷X块早期注水开采后采出程度得到提升，注气速度过小，空气驱效果不明显，注气速度过大会导致气体过早突破，致使油田开发效果变差。

3.3 注气量

注气量对于注空气开采是一个非常重要的因素，当油藏注空气开采时空气与原油产生低温氧化还原反应，但是随着注气量的增加时，油藏氧气含量增加，石油里含有很多种烃类化合物，有些烃类化合物挥发性很强，燃点很低，与氧气接触易发生着火甚至爆炸，对油田安全生产存在着威胁。

在注入速度一定的情况下，模拟了注气量和产油量的变化，结果如图2所示。由图2可知，总的注气量没有达到突破条件下，随着注气量的增加，采出程度逐渐提高，当注入气体达到突破注入量的情况下区块采出程度呈现缓慢上升趋势趋于平缓状态，再增加注气量对驱替效果不明显，失去了经济效益。

图2 不同注气量累积产油量Fig.2 Cumulative oil in different volume of air injection

4 结论

注空气低温氧化（LTO）技术是提高原油采收率的有效方法，尤其对于低渗透、轻质油藏。

（1）针对低渗透油藏后期开采，注空气是有效可行的开采办法之一。冷X块注气井组注入空气开采，可以提高该区块原油采收率。

（2）数值模拟结果表明，在注水开发后转注空气开采时，随着转注空气时间延后，原油采出程度提高的越低，即越早转注空气开采，空气驱效果越好。随着注气速度与注气量的增加，累积产油量和原油采出程度都有明显的提高；但是由于注入空气突破一定量后，累积产油量和原油采出程度增加幅度小，同时过多的注入空气使得油田中氧气含量增加，与原油共存易发生化学反应，甚至产生爆炸，存在安全问题，因此注气速度与注气量为敏感的控制参数。

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