塔河油田缝洞型油藏单井注氮气采油机理及实践

惠　健，刘学利，汪　洋，杨占红，陈　勇

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐830011）

塔河油田缝洞型油藏单井注氮气采油机理及实践

惠健，刘学利，汪洋，杨占红，陈勇

（中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐830011）

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏储集层类型特殊、开发难度大，前期通过实施单井及单元注水，在一定程度上取得了良好的增油效果；随着注水量增加，开发效果逐渐变差，大量剩余油富集在缝洞单元高部位，注水无法波及。针对此类剩余油，开展了注氮气吞吐驱油实验研究，结合数值模拟技术，论证了注氮气能有效动用这部分剩余油。注入地层中的氮气与原油混合并发生重力分异，将高部位剩余油向下置换并采出，注入氮气在原油中溶解也能起到一定的降低原油黏度、补充地层能量的作用。该项技术2012年开始在塔河油田奥陶系缝洞型碳酸盐岩油藏开展现场试验，已投产试验井123口，累计产油16.13×104t，增油效果显著，验证了缝洞型碳酸盐岩油藏注气吞吐置换剩余油是一项可行的提高采收率技术。

塔河油田；缝洞型油藏；注氮气提高采收率；机理；现场试验

塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏埋藏深，储集空间以大型洞穴为主，裂缝是主要的连通通道[1]，流体在储集层中的流动表现为管流特征[2]。针对部分缝洞单元开发过程中能量不足和含水率上升导致的产量快速递减、采出程度低等问题，形成了单井缝洞单元注水替油[3-4]、多井缝洞单元注水驱油的开发模式[5-7]，有效提高了油藏采出程度。对于相对封闭的单井缝洞单元，当注入水无法波及溶洞高部位时，会有大量剩余油以“阁楼油”的形式存在。研究表明，向单井缝洞单元中注入氮气，建立人工气顶，能够在补充地层能量的同时，有效置换高部位剩余油[8]，压低油水界面，从而提高原油采出程度，应用该项技术在塔河油田缝洞型油藏现场取得了良好的增油效果。

1　缝洞型油藏注气提高采收率机理

1.1人工气顶置换原油作用

缝洞型碳酸盐岩油藏单井注气吞吐提高采收率设想的初衷是希望利用氮气比原油密度低、在原油中溶解度小、压缩性好的特点，使注入到缝洞储集层中的氮气在重力分异作用下，向溶洞高部位运移并聚集形成气顶，将原油驱替至井底附近采出。为了验证该作用机理，分别采用数值模拟技术及单井单元平板模型完成了采油过程模拟。

由图1可看出，向单井缝洞单元注入氮气后，油水界面整体降低，残丘高部位含气饱和度增加，对应含油饱和度降低，顶部剩余油得以采出。

图1　单井缝洞单元注氮气初期和结束后含油饱和度和含气饱和度分布

以塔河油田典型单井缝洞单元地震剖面为原型，设计加工了单井缝洞体可视化平板物理模型[9]，并开展底水驱油及注氮气吞吐模拟。平板模型纵向上雕刻有多个溶洞体，溶洞间通过交错的裂缝连通，以此模拟储集原油的单井缝洞及下部与其相连通的水体。

水驱实验阶段，油水界面平稳上升，表现为活塞式驱替特征[10]，出口端含水率90%时模型原油采收率为49.1%，由于油井只与溶洞低部位连通，水驱末期溶洞上部有较大注入水难波及的空间（图2）。

图2　水驱末期油水分布状态

从井筒向模型中注入氮气并稳定一段时间，气体向溶洞顶部运移并聚集，将此前水驱难波及的剩余油置换到下部，达到了有效动用剩余油的目的（图3），注氮气吞吐阶段原油采出程度提高了42.6%，达到91.7%，表现出典型的未充填溶洞储集体开采特征。

图3　注氮气结束后油气水分布状态

1.2注氮气降黏作用

在地层温度压力条件下，向原油样品中注入氮气，原油体系饱和压力逐渐升高，原油黏度和密度逐渐降低[11]。如图4所示，原油中的溶解氮气从0增加到0.15 m3/m3，地层原油黏度从10.78 mPa·s降至10.30 mPa·s，表明氮气溶解在原油中降低了原油的黏度，提高了原油的流动性。

图4　饱和压力下原油中溶解氮气量与原油黏度关系

注入氮气还会使原油组成发生改变，随着氮气吞吐轮次增加，氮气抽提出原油中间烃组分[12]，地面原油脱气后重组分略有增加，原油密度变大（图5）。

图5　注氮气前后地面原油组成变化

1.3注氮气补充地层能量作用

利用数值模拟方法研究了注氮气补充地层能量效果，氮气在原油中溶解度不高，因此在油藏中具有较强的弹性膨胀能力，能有效地起到补充地层能量的作用，数值模拟结果如图6所示。

2　现场试验及效果评价

2.1单井注氮气试验

2012年4月塔河油田缝洞型油藏第一口注氮气试验井TK404井开始注氮气，首轮注入778 m3液氮，之后注水360 m3作为顶替液，阶段产油2 659 t；后期分3轮次注入氮气5 025 m3（地下体积），注水2 070 m3，阶段产油3 685 t.累计注氮气6 674 m3，采油6 344 t，提高采出程度1.23%，取得了明显的增油效果。

2.2整体效果评价

截至2014年3月，塔河油田单井注氮气已投产试验井123口，日产油793 t，综合含水率70.53%，注气累计产油16.13×104t，气换油率0.58 t/m3.其中81口井注氮气稳定产油3个月以上，单井单周期平均增油1 302 t，气换油率0.79 t/m3.18口井单周期产油大于2 000 t，单井平均产油4 090 t.气换油率大于1 t/m3的注气井25口，气换油率在0.3~1.0 t/m3的注气井55口，气换油率小于0.3 t/m3的注气井32口。

图6　缝洞单元注氮气前后地层能量变化

3　结论

（1）在缝洞型碳酸盐岩油藏中注入氮气后，油气发生重力分异形成次生气顶，水驱无法动用的高部位剩余油向下运移并采出，这是缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气提高采收率的作用机理。

（2）注氮气能起到一定程度的溶解降黏和补充地层能量作用。

（3）塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏单井注氮气试验增油效果显著，已投产的123口试验井平均日产油水平达到793 t，累计产油16.13×104t，阶段提高采出程度0.41%，初步证实了缝洞型碳酸盐岩油藏注氮气提高采收率是可行的。

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Mechanism and Practice of Nitrogen Injection for EOR in Fractured⁃Vuggy Carbonate Reservoir in Tahe Oilfield,Tarim Basin

HUI Jian,LIU Xueli,WANG Yang,YANG Zhanhong,CHEN Yong
(Research Institute of Exploration and Development,Northwest Oilfield Company,Sinopec,Urumqi,Xinjiang 830011,China)

The fractured⁃vuggy carbonate reservoirs in Tahe oilfield are characterized by special reservoir types and difficult exploitation. The previous single well water injection and element pattern water flooding obtained better oil incremental effects to some extent.However, the development effect was getting poor with the continuous water flooding for the plentiful oil that water flooding can’t sweep was re⁃mained in high parts of fractured⁃vuggy units.This paper studied and proved the possibility of nitrogen huff and puff process for the re⁃mained oil by means of numerical simulation technique.When injecting nitrogen gas into the formation,it will mix up with the crude oil and appear gravitational segregation to replace downward and produce the oil,also,the injected nitrogen dissolved in the remained oil can play a role of reducing the oil viscosity and complementing the formation energy or pressure.This technology has been applied to 123 wells in Ordovician fracture⁃vuggy carbonate reservoirs in Tahe oilfield since 2012,and the cumulative oil production amounted to 16.13×104t. It is verified that it is afeasible EOR technology for such areservoir.

Tahe oilfield;fractured⁃vuggy reservoir;EOR by nitrogen injection;mechanism;field test

TE357.7

A

1001-3873（2015）01-0075-03DOI：10.7657/XJPG20150114

2014-09-22

2014-12-01

国家科技重大专项（2011ZX05049）

惠健（1978-），男，陕西清涧人，高级工程师，博士，油藏开发，（Tel）0991-3160433（E-mail）huijian_pp@126.com.