气驱提高原油采收率技术研究应用进展

李　斌，翟　波，李凤新，张阳勇，罗新占，钟　虹

(新疆石油工程设计有限公司，新疆　克拉玛依　834000)



气驱提高原油采收率技术研究应用进展

李斌，翟波，李凤新，张阳勇，罗新占，钟虹

(新疆石油工程设计有限公司，新疆克拉玛依834000)

介绍了气驱提高采收率的机理，并分析其影响因素，综述了CO2驱、氮气驱、天然气驱和空气驱的研究应用进展。气驱具有高效驱油、成本低廉的独特优势，不但能够解决低渗透油藏开发面临的难题，而且进一步提高水驱、聚合物驱后油藏的采收率。同时，气驱技术存在一些不容忽视的局限性和不利因素，所以要加强注气驱提高采收率的理论和实验研究，为进一步提高原油采收率打下基础。

气驱；CO2驱；氮气驱；天然气驱；空气驱；提高采收率

油藏开采分为三个阶段，“一次采油”阶段利用油藏本身的天然能量采出原油；“二次采油”阶段通过注入流体(水)保持油藏压力提高原油的采收率；“三次采油”包括除常规注水注气外的所有强化采油措施。目前我国大部分原油产量都来自于提高采收率技术(EOR/IOR)。随着油田开发的深入，油井含水率不断升高，注水开发中暴出的问题日益突出，开发难度越来越大，开发成本越来越高。

注气驱是继水驱、聚合物驱、蒸气驱之后提高原油采收率的又一重要途径，目前在国外已成为除热采之外发展较快的提高采收率方法。气驱包括CO2、N2、天然气、空气及烟道气等的混相驱和非混相驱[1]。

1　注气提高原油采收率机理及其影响因素

1.1气驱提高原油采收率机理

气驱采油可分为混相驱和非混相驱两种方式，混相是指当两种或多种流体按任何比例混合时，没有相界面形成，保持单一均质相，若有相界面存在，则认为是非混相的[3]。混相驱提高采收率的机理是驱替介质与地层原油在油藏条件下形成混相，消除界面使得多孔介质中的毛细管力降至零，从而驱替出因毛细管效应所圈闭的原油，混相驱理论上采收率可达100%，但在油田实际开发过程中受油藏非均质性、重力分离及粘性指进等因素的影响，采收率大幅降低。

混相驱的驱油效果优于非混相驱，但要达到混相压力极高，采油条件苛刻，现场一般采用非混相驱。非混相驱过程中一部分气体溶于油藏流体中，一部分保留为上相，形成两相体系。其中上相向前运移，与更多的油藏流体接触，从油藏流体中抽提出部分轻烃组分形成混相驱替带。非混相驱的主要采油机理是[2-6]：

(1)降低原油的黏度。CO2或天然气等注入油层后，随着压力升高，注入气的溶解度增大，原油的黏度随之降低，流动性增强。

(2)混相效应。注入气与原油混相以后，萃取原油中的轻烃组分，形成注入气和轻烃的混合油带降低界面张力、有效驱替原油。

(3)补充地层的压力。气驱可将地层流体压力维持在一定的水平上，例如：使其处于露点压力、泡点压力、现有地层压力上，保持单一的相态、或使产油井具有一定的产液能力。

(4)扩大波及系数。非混相驱中一部分气体溶解在油中，另一部分则呈游离态，气体的重力超覆作用可显著扩大油层中的垂向波及系数，将水驱时难以动用的顶部油层剩余油驱替出来。

1.2气驱提高原油采收率的影响因素

影响注气采收率的客观因素主要包括以下五方面[7]：

(1)油层物性，包括渗透率、孔隙度、油水粘度比；

(2)原始地质储量的品质，包括单储系数、储量丰度；

(3)储层构造复杂程度；

(4)储层非均质程度，包括渗透率变异系数、油层连通率、平面非均质性等；

(5)储层能量状态，包括溶解气油比、原油体积系数及注气时的地层压力、含油饱和度等。

2　气驱提高原油采收率技术的研究及应用

2.1CO2驱

CO2驱油是一种很具发展潜力的提高采收率技术，据国际能源机构评估认为，全球适合CO2驱油开发的资源约为3000～6000亿桶。CO2可从工业设施如发电厂、化肥厂、水泥厂、化工厂、炼油厂、天然气加工厂等排放物中回收，既实现了温室气体的减排，又可达到增产油气的目的。

CO2驱的注入方式有连续注入、水气交替、CO2吞吐等，其中周期注气结合了连续注气、水气交替和注气吞吐的优点，能够增大CO2的波及系数，改善层间矛盾，适合于特低渗透油藏[8]。在CO2驱之前，需要经过充分细致的研究和先导试验来评价CO2混相驱的可行性。主要包括油藏筛选、室内实验评价、油藏数值模拟、经济风险评价、先导试验，同时，可行性评价时还需要考虑CO2对储层、扰流、腐蚀、钙质与沥青质沉积等的影响[9]。

美国的CO2驱是继蒸汽驱之后的第二大提高采收率技术，据美国68个CO2驱项目的统计[10]，CO2驱的采收率提高幅度为7%～22%。密西西比州Little Creek油田于1973年开始注CO2混相驱，总采出程度提高35.1%；德克萨斯州Seminole Unit-Main Pay Zone油田于2000年开始注CO2驱，增产原油129.5×104t/a；肯塔基州Big Sinking油田采用CO2吞吐开采，5年累计注气595×104m3，增产原油2.43×104t[11]。加拿大Kelly-Snyder油田与Weyburn油田先后开展了CO2驱油，其中，Kelly-Snyder油田4PA区块和17PA区块采收率分别提高9%和5.5%，在CO2驱转后续水驱，采收率进一步增加。

我国先后在江苏、中原、大庆、胜利等油田进行了注CO2驱油现场试验[12-15]。胜利油田已开展了多个区块的注CO2驱研究，并于2008年在高89-1块实施了CO2驱先导试验，先导试验区总井数24口，其中油井14口、注入井10口。2008年1月开始试注，稳定注气压力4 MPa。日注液态CO240 t，地层能量逐步恢复，由注入前的23.2 MPa上升到26.3 MPa，日产原油量由25.5 t上升至45 t，取得了较好的开发效果[16]。

2.2氮气驱

氮气驱作为一种驱油方法因其资源、地域不受限制，且随着制氮技术的不断进步和制氮成本的不断降低，越来越体现出其巨大的优越性，尤其是在注水难以实现有效开发的低渗透油藏、凝析气油藏和正向构造油藏。

美国和加拿大在注氮气方面一直处于领先地位，已形成一套从制氮气、注氮气和脱氮气的完整体系。据美国《油气杂志》统计[17]，2002年正在实施的N2驱项目6个，其中美国4个、墨西哥1个、委内瑞拉1个，计划实施的有2个。美国Painter油田1980年开始注氮气和水，从油藏顶部注入氮气，重力作用使氮气前沿稳定地推进，提高垂向扫掠系数，同时向水层注水防止原油向水层运移，预计最终可采原油量1548×104t，占原油地质储量的68%，采收率提高41%[18]。

由于氮气较低的导热系数(0.0205 W/m·K)和较大的压缩性，具有较好隔热的作用，适用于注蒸汽热采技术的隔热助排措施。在油套环空注入温度为80～100 ℃的氮气，油管注入蒸汽，氮气和蒸汽混合进入地层后焖井，油井采油时氮气体积膨胀促进油水返排，增加油井产量，延长油井生产周期。辽河油田采用氮气-蒸汽混合驱热采技术改善稠油开采效果，通过注入氮气，补充了地层能量，氮气检测结果表明，其波及范围比较均匀，能起到调解汽窜、改善吸汽剖面的作用。从1998-2003年期间，辽河油田先后开发了氮气隔热助排、氮气泡沫调剖工艺技术和蒸汽-氮气混合驱等技术，累计增产原油54322 t，创造效益6308万元[19]。辽河油田杜66块经多轮次吞吐后，单井产量只有1 t左右。1998年，曙光采油厂在杜66块曙1-47-30井实施氮气隔热助排技术，注入氮气11.7×104m3，注入蒸汽800 m3，井口压力由1.5 MPa上升到7 MPa，产液量由原来的2 m3/d增加到20 m3/d，油井采出液含水率大幅度下降[20]。

2.3天然气驱

相比于其他注气采油技术，天然气注入油层后更容易达到近混相、甚至混相驱替。影响天然气驱开发效果的因素主要包括：含油饱和度、注入气组成、压力保持水平、注入速度、段塞大小、首段塞大小和水气比等[21-24]。

许振华等[22]研究了中原桥口油田南八仙浅层桥69-08井注天然气驱，其注入气为含甲烷89.3%的天然气，细管法测得该油藏最低混相压力为18.0 MPa；混相驱与非混相驱相比，气体突破时间延长、采出程度高，注入压力对混相驱过程的影响也较小。文南油田文72块沙三中深层低渗透油藏注天然气物模驱油实验结果表明：与常规的注水驱采油相比，连续注气可显著地提高注入能力，使含水率显著下降，最终采出程度提高22.08%[23]。但在天然气驱水气交替注入时，每次由注水转注气时容易形成天然气水合物，影响注气工作的正常进行。

2.4注空气采油

注空气采油过程不仅具有一般气驱的作用，同时空气中的O2和原油接触后发生低温氧化反应，产生的热量能够有效加热油层，原油氧化后生成烃类氧化物具有表面活性，可降低油水界面张力、提高洗油效率。因此，注空气采油过程包含了烟道气驱、CO2驱、原油低温氧化反应放热等多种提高采收率机理[24-25]。

注空气采油项目已被列入美国国家能源部特别资助的提高采收率项目，现场注空气驱配套技术完善。从1967年开始，Amoco、Gulf和Chevron公司在美国先后对不同的水淹轻质油油藏开展了注空气现场试验，增油效果显著[26]。

注空气采油过程受油层条件、原油性质和操作参数等因素的影响，TOTAL公司开展了注空气提高采收率驱替实验研究，结果表明氧气消耗量、CO与CO2生成量与油藏温度有关，与空气中氧气含量的多少没有太大关系[27]。与热采和化学驱技术相比，注空气采油技术操作成本更低、油藏适应性更广、最终采收率和经济效益更高、对环境的影响更小[28]。

目前，注空气采油主要存在两个问题[29]：首先是安全问题，在空气驱实施过程中，当氧气含量过高时会发生爆炸危险，需要合理控制注气速度和注气量，使得注入地层的氧气能被充分氧化消耗掉，保证生产井中的氧气含量在安全范围内；其次是在长期注空气过程中原油被氧化，原油密度和粘度增加，流动性变差。严格控制氧气注入量、注气速度以及焖井时间，并在井下加助剂降粘等将是解决以上问题的主要出路。

3　结论及建议

受国际油价持续走低的影响，如何降低油田开发成本将是油田工作者关注的重点。气驱以其高效的驱油、成本低廉的独特优势，成为提高原油采收率技术的发展趋势，气驱不但能够解决低渗透油藏开发面临的难题，而且进一步提高水驱、聚合物驱后油藏的采收率。

注气开发技术在发挥其优势的同时，存在一些不容忽视的局限性和不利因素：①易发生指进，非均质性油藏的气窜严重，波及效率低；②注CO2和空气存在腐蚀问题；③沥青质沉积问题等。因此针对不同油藏要因地制宜，选择不同的气源和驱替类型及注入方式，并且可结合气水交替注入技术和泡沫驱技术严格控制气窜，此外还需要建立包括注入工艺、动态监测、防气窜和注采调控技术等一套完整的注气配套技术。

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Research Progress on Gas Injection Technology for Enhanced Oil Recovery

LIBin，ZHAIBo，LIFeng-xin，ZHANGYang-yong，LUOXin-zhan，ZHONGHong

(Xinjiang Petroleum Engineering Co., Ltd., Xinjiang Kramay 834000, China)

The mechanism of Gas flooding was described, and its influencing factors were analyzed, some advances in research and application were summarized, including CO2flooding, nitrogen flooding, natural gas flooding and air flooding. Gas flooding has some advantages, including high efficient and low cost. It can not only solve the develop problem of low permeability, but also further improve the recovery after water flooding or polymer flooding. At the same time, there are some undeniable limitations and disadvantages, so the theoretical and experimental must be strengthened to lay foundation for further enhance oil recovery.

gas flooding; CO2flooding; nitrogen flooding; natural gas flooding; air flooding; EOR

TE3

A

1001-9677(2016)012-0047-03