非常规岩性油藏氮气驱技术研究与试验

乞迎安，汪小平，杨 开，田 鑫，陈志会

(中油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010)

1 可行性研究

1.1 氮气驱增油机理

氮气因与油水间存在密度差异而产生重力分异作用[1－2]，气体沿垂向裂缝或高渗孔道上浮至油层顶部，并占据顶部空间，形成次生气顶，将注水难以波及到的顶部裂缝、微孔隙中的油气置换出来，并在重力作用下运移至油井采出。

在温度119℃及压力30 MPa条件下，氮气与油的界面张力为8.9 mN/m，远低于水和油的界面张力(30.5 mN/m)，以及氮气与水的界面张力(49.4 mN/m)[3]。由于水可以进入的最小缝宽是氮气的14倍[4]，氮气比水更易进入窄裂缝、微孔隙中，置换出更多的油气。此外，氮气还具有降低原油黏度、补充地层能量、封堵水窜通道的作用。

1.2 油藏条件可行性分析

小12－13井位于黄沙坨油田构造主体部位，2012年7月投产，2013年5月转注，转注前采出程度为31%。井区所处位置油层厚度大，剩余油相对富集，注采井间连通性好。因此，将小12－13井组确定为试验井组。将该井组储层参数与国内外氮气驱油藏推荐标准[5](表1)对比可知，该井组油藏参数满足氮气驱油藏筛选标准。火山岩油藏氮气驱虽未检索到相关借鉴文献，但具有双重介质的碳酸盐岩油藏在国内试验已有成功先例[6]，因此，确认火山岩油藏氮气驱技术可行。

表1 小12－13井组地质条件气驱可行性评价

2 气驱技术研究与方案设计

2.1 设计思路

黄沙坨油田氮气驱先导试验设计为“氮气泡沫+气水混合”的双段塞。为防止形成气窜，第1段塞设计为氮气泡沫驱方式，泡沫视黏度高，在多孔介质形成贾敏效应，对高渗透通道产生封堵作用[7]。第2段塞设计为气水混注方式，注水可降低注气压力，保证氮气的有效注入，同时，混注方式也有助于抑制气窜发生。

2.2 段塞参数确定

2.2.1 发泡剂的筛选

通过实验，对 SAS、ABS、SDS、AES 4 种发泡济进行了筛选[8]。经过200℃温度下的处理后对发泡剂进行了室内评价实验，检测发泡剂在不同浓度下的发泡体积与半析水周期。实验结果表明(图1、2)，SDS具有良好的发泡性、耐高温性与泡沫稳定性，因此，优选SDS作为黄沙坨油田氮气驱先导试验的发泡剂。此外，通过实验还确定了发泡剂合理使用浓度为0.5%。

图1 200℃处理后发泡剂发泡体积随浓度变化曲线

图2 200℃处理后泡沫半析水期随浓度变化曲线

2.2.2 气液比实验研究

模拟黄沙坨油田油藏储层物性，基质渗透率取值为 0.9 ×10－3μm2，裂缝渗透率为 12.0 ×10－3μm2，孔隙度为7.9%，实验用油取自黄沙坨油田，原油密度为0.83 g/cm3，黏度为5.42 mPa·s。借鉴文献[9]的研究，利用长岩心模型驱替实验装置，在温度为96℃，注入压力为16.0～18.5 MPa，气液比分别为1∶1、2∶1和3∶1的条件下进行水驱后氮气泡沫驱室内实验，计算氮气泡沫驱提高采收率幅度。实验结果表明气液比为2∶1时，采收率提高幅度最大，达到18.1%(图3)。

图3 不同气液比与提高采收率幅度关系曲线

2.2.3 注采方式数模研究

利用数值模拟软件CMG2010－STARS，构建40×36×9型网格模型，探究小12－13井组在构造不同位置氮气驱实验效果。模拟结果表明，在相同注入量下，“低注高采”气驱方式注采井间的波及体积最大，油藏动用程度最高。

试验井组所在的小25块油藏具有一定倾角和垂向渗透性。吸水剖面测试结果表明，油藏下部动用程度大，吸水强度高，上部吸水效果差[10]。采用低部位注气，高部位开采的方式，有利于氮气向上挤压，捕集零散剩余油，驱替路径延长，还有利于气窜控制。

2.3 注入井口及井身管柱设计

黄沙坨油田目前地层压力在20 MPa以上，为保证气驱注入过程安全，设计满足高压注入的井口和工艺管柱。工艺管柱配置了Y521－148封隔器，工作压差达到50 MPa，实现对环空的有效封隔。注汽井口设计为KQ65－35型采油(气)井口装置，工作压力达到35 MPa。

3 现场试验

3.1 注入情况

2013年5月，在黄沙坨油田小12－13井组上开展了氮气驱试验，2014年1月结束，共分为4个阶段:空白水驱、氮气泡沫驱、间歇停注和气水混驱。

累计注入标准状况下氮气量为334.6×104m3，折算地下体积为24850 m3。累计注水量为12124.1 m3，处理半径约为51.1 m。平均注气压力为19.4 MPa(表2)。

表2 小12－13氮气驱注入参数统计

3.2 效果分析

3.2.1 测试资料分析

为分析氮气驱试验效果，在试验前后对示踪剂、井底压力、采出液发泡剂浓度、采出气组分等多项关键参数进行了录取。措施后平均注水压力上升6 MPa，视吸水指数下降4 m3/(d·MPa)，氮气泡沫驱对优势水流通道产生封堵作用。示踪剂检测显示，措施后主裂缝水流推进速度由水驱时36.2 m/d减缓至12.7 m/d，说明氮气泡沫驱能明显控制水流沿主裂缝方向窜进;测试注水井底压力为38.1 MPa，氮气泡沫压力为43.6 MPa，压力升高5.5 MPa，说明注入的氮气能有效弥补井组地下亏空，保持地层压力。经产出气取样分析，氮气浓度均在10%以下，采出液检测发泡剂浓度均在0.07%以下，说明采用先“氮气泡沫”后“气水混注”的双段塞注入方式合理，有效抑制了气窜与水窜的发生。

3.2.2 增油效果及经济效益分析

小12－13井组对应生产井共开井12口，其中有10口井见到明显增油效果，一线井见效率为87.5%，井组单井见效率达到83.3%，与气驱前对比，日产液基本保持稳定，最高日增油14.3 t/d，含水降幅达6.8%。截至2014年9月底，平均日增油8.2 t/d，含水降低4.3%，累计净增油3517 t，有效期达到425 d。累计投入氮气、发泡剂等费用合计687.15×104元，阶段创效1445.79×104元，阶段投入产出比为1.0∶2.1。

4 结论

(1)在正韵律沉积的低渗透油藏，氮气驱依靠自身物理渗流特性，表现出与水驱不同的驱替路径和技术优势。氮气驱增产机理不是单一的，而是综合作用的结果，主要增产机理为重力分异作用。

(2)氮气密度小、黏度低，易气窜，采用氮气泡沫与气水混注方式可有效抑制气窜的发生。

(3)试验结果表明，具有双重介质特征的黄沙坨火山岩油藏在水驱过后，采用低注高采的氮气驱方式技术可行。

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