浅析稠油注空气辅助蒸汽吞吐研究与应用

李冰(重庆科技学院石油与天然气工程学院,重庆 401331)

我们发现注空气采油技术能够解决稠油油藏进入开发中后期，高周期、低压力、低油汽比等矛盾问题，具有良好的应用前景。2008年我们在稠油吞吐井开展了注空气采油先导试验，并获得成功。到目前为止，注空气采油技术经历了先导试验、扩大试验两个阶段：先导实验阶段（2008年—2011年）进行了安全理论研究开展了药剂配方筛选研制，进行了现场小试。扩大试验阶段（2012年—）开展了系统机理研究进行了配套技术研究与完善扩大了现场试验规模。先导实验初期进行了安全理论研究，选择了比较适合的三种方法，划定爆炸极限范围，进行了注空气全过程的计算，结果表明不会发生爆炸事故。我们确定计算方法是按爆炸性气体完全燃烧时化学理论浓度计算、碳原子数计算、经验公式计算，取三种结果中最大爆炸上限和最小爆炸下限作为极限范围，认为井口尾气不能爆炸。

1 注空气机理研究

1.1 氧化机理研究

开展高温高压反应釜、填砂管模型等实验，采用色谱/质谱和核磁共振等分析手段，详细测定注空气低温氧化过程中的油气及储层的变化：反应温度及放出热量、反应后的产物、反应对原油和储层的影响。

稠油低温氧化反应温度及放热量：采取热重法、差示扫描量热法研究，认为稠油低温氧化反应温度为100-300℃。稠油低温氧化反应热为30-100KJ/mol（O2）

反应后的油样：用高分辨率离子回旋共振质谱仪分析低温氧化前后油样，初步推断：氧化后主要产物为酮、醛和酯等化合物。主要是低温氧化反应。

反应后的气样：氧化的气相产物中除了未反应的N2外，主要是余O2、CO2和CO，并有少量烃气、SO2和H2S生成。反应消耗大量氧气，不同温度和压力下，空气与稠油反应120小时后，氧气浓度均低于4%。

反应对原油的影响：组分变化：稠油低温氧化后具有胶质含量降低，沥青质含量增大的特征。重质组分增大了3-5%：胶质含量降低2-5%;沥青质含量增大了5-10%，未产生焦炭。粘度变化：0.25MPa、温度在50-120℃时，氧化油粘度增大10%-30%。

反应对储层的影响：氧化反应后填砂模型的平均渗透率降低了4%，残余油增加了0.68%。

1.2 增产机理研究

气体增压助排作用：增压效果明显，对不同压力的模型，注入等量空气后，可提高模型压力5%—100%，随着实验压力降低，模型增压幅度增大。

助排效果明显：采油速度提高42.7%、回采水率提高7.2%。气体提高热效率作用：加热腔和高压区体积分别为单独注蒸汽的4.1倍和3.2倍；提高高渗透层启动压力。

调整剖面：空气抑制蒸汽超覆，提高热效率。气体微观重力驱油作用：空气+蒸汽与稠油之间存在重力差异，对倾斜油藏起到重力驱油作用。

石油气爆炸极限研究：甲烷爆炸上限：16.95%，甲烷爆炸下限：4.76%，临界氧含量：12.35%。考虑稠油区块气窜因素，为确保安全生产，确定预警氧含量为5%。现场试验由单井试验逐步向井组区域性试验乃至区块整体试验发展。平面上，选择采出程度高、地层压力低的区域整体实施；纵向上，根据油层发育情况，选择潜力较大油层实施。

1.3 技术适用条件

结合室内实验结果和现场试验效果，总结归纳出曙光油田目前的技术适用条件：依据室内实验，注气强度一般设计为3000Nm3/m。为优选注气强度，进行注气强度调整试验。试验结果表明：提高注气强度，注汽压力明显升高，单井平均增产幅度增大。建议注气强度在2000-3000Nm3/m左右较好，根据措施井的储层发育、地层压力等情况，可以做适当调整。在大量现场试验中，相关油井尾气均未检测到氧气。因此，进行了催化剂减量试验，催化剂减少30-50%。仅在个别邻井尾气中明显见到氧气（含量＜2%），其余试验井的相关油井均未发现氧含量异常

2 注空气现场管理

2.1 空压机

润滑油闪点低，在汽化、积碳后，高温导致爆炸。管线腐蚀，连接不实，导致空气泄漏，高压伤人。润滑油必须经过国家权威部门检测合格方可使用（闪点在148.3℃以上），定期排污。b、管线试压15MPa，不刺不漏，每2小时巡检一次。

2.2 注气（汽）井

高温、高压伤人。井下油气回流与空气混合引起爆炸。a、井口安装压力表，悬挂警示牌。b、现场操作人员定时巡检，按时录取压力资料。c、加装单流阀，防止油气回流。

2.3 相关的监测油井

井现场施工中安全值定为5%以下，警戒值为3%。

4 结语

（1）加深相关机理研究，研发并形成适合不同油藏特性的系列催化剂配方体系；

（2）不断进行技术攻关，形成以保压增能为主，以防砂、防气（汽）窜、化学辅助驱油、举升等为辅的技术体系；

（3）进一步完善安全保障措施，实现氧含量实时监测全覆盖和工业化应用后，尾气集中无害化处理；

（4）扩大技术应用范围，逐步应用到稀油压水锥、水平井泡沫调剖等复合工艺中。

[1]顾永华,何顺利,田冷,吕志凯.注空气提高采收率数值模拟研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版).2010(05).