沈161区块注空气开发可行性实验研究

朱晓萌 李占东 吴文祥 张海翔

摘 要：针对沈161区块储层物性差，非均质性强等特点，在长期高压注水条件下未能取得很好的驱油效果，而注空气成本便宜，且低渗油藏空气驱有很多成功案例。采用室内物理模拟实验研究空气驱可行性。通过水、空气驱油实验，气驱采收率为65.56%，比水驱高13.5个百分点；细长管空气驱低温氧化实验研究和燃烧管高温氧化实验研究，确定空气驱安全时间是注入1.2 PV，实现高温氧化的点火温度应该在400 ℃以上，且越高越好。

关 键 词：低渗透；空气驱；低温氧化；高温氧化

中图分类号：TE 357 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）04-0727-03

Abstract： Because Shen 161 block reservoir has poor physical properties and strong heterogeneity， the long-term high-pressure water injection does not achieve good oil displacement effect. And the air injection is cheap， and air flooding of low permeability reservoir has a lot of successful cases. In this paper， the feasibility of air displacement was studied by indoor physical simulation experiment. Through water and air oil displacement experiments， gas flooding recovery was 65.56%，higher than that of water flooding by 13.5%； slender pipe air displacement experimental study on low temperature oxidation and combustion tube high temperature oxidation experiments determine that the air drive safety time is injected 1.2 PV， the ignition temperature of high temperature oxidation is more than 400 ℃， and the higher the better.

Key words： Low permeability； Air drive； Low temperature oxidation； High temperature oxidation

注空气驱在国外的很多油藏进行了现场实验，并且取得了很好的效果[1，2]，如：Sloss 油田、West Heidelberg 油田等。低渗油藏吸气能力远大于吸水能力，注空气比注水更容易建立起有效的压力驱替系统，起到有效补充或维持油层压力的作用。空气中的氧气与原油发生低温氧化反应，消耗掉氧气形成氮气驱，同时产生二氧化碳和大量热量，大幅度提高油藏温度[3-5]。

本文通过进行室内模拟驱油实验、细长管注空气低温氧化实验和燃烧管注空气高温氧化实验研究：确定原油经过空气驱低温氧化后所产出气体的组分与含量、氧气的消耗量以及过程的安全性等。

1 161区块地质特征

沈161块构造上位于大民屯凹陷荣胜堡洼陷的北、沈150块南、沈24块东南，是一个由南、北、西三条边界断层遮挡的向东南方向倾斜的单斜鼻状构造。目的层沙三，为一套扇三角洲前缘相沉积，储层以中细砂岩为主，平均孔隙度11.51%，平均渗透率3.08×10-3μm2。油藏埋深-2 230～-3 060 m，油藏类型为构造—岩性油藏，上报探明控制储量203×104 t，含油面积2.0 km2。原油属于稀油，原始地层压力24.5 MPa，地层温度82 ℃，目前地层压力10.2 MPa，压力系数0.39。沈161 区块为渗透率低，生产井段长，储层物性差，非均质性强的轻油油藏。在长期高压下注水条件下，开发20年，目前该区块综合含水 69.2%，采出程度只有10%，压裂、堵水等增产措施均未取得明显效果。

2 岩心空气驱驱油效率实验分析

为了确定空气驱的驱替效果，利用目标区块的天然岩心和井口原油样品，根据高压物性资料配制成地层原油样品，进行水驱与空气驱不同驱替介质驱油效率实验。为开采方式选择提供依据。实验结果如表1所示。

实验表明，在相同渗透率的条件下，气驱采收率比水驱分别高12.5%和5.07%。气驱效果明显好于水驱；相同渗透率岩心，气驱效果明显好于水驱；在驱替方式相同的条件下，低渗透岩心最终采收率高于高渗透岩心最终采收率。因为对于低渗透油藏来说，吸气能力元大于吸水能力，可以使其维持在一个很高的压力水平，同时可以形成油、气、水混相，增加了油相渗流能力。

3 细长管空气驱低温氧化实验分析

3.1 实验仪器

模型为20 m长的填砂不锈钢管，恒温箱，DX100柱塞泵，恒温系统，空气瓶，活塞容器，压力表，阀门，回压阀，高压管线，集气瓶，气相色谱仪，活油配样器。

3.2 实验注意事项

（1）根据实验的可行性，去除氧气和氮气，然后再除去C5以上组分（这部分组分在常温条件下为液态，在向配样器中转样过程中，为了保证转入气体为均一样品，这部分为液态的应该去除）

（2）研磨岩心成粒状（为了综合考虑地层岩石对低温氧化的影响因素，利用石英砂和地层砂混合，尽量消弱实验影响误差）。

3.3 实验结果分析

通过分析实验前后产出气样品的组成与含量，可以分析原油与空气的低温氧化特征。不同温度下产出气组分与含量变化如表2所示。

从图1可以看出：O2驱替过程中因低温氧化被大量消耗，驱替进行到50 h左右（0.5 PV）的时候氧气含量开始增加，产出气体中氧气含量有所上升，空气突破；当驱替时间约为130 h（1.2 PV），氧含量为3.0%，此时，生产是安全的；CO2的百分含量增加先缓后快，直到后期突破时因气体产量增加而被稀释，稍有下降；空气开始完全突破在驱替进行到1 PV左右的时候，空气突破后，产出氧气和氮气的百分含量随时间的变化可以看出，产出气体中的氮气含量上升较快，氧气含量一直很低，即使突破，氧气含量也小于5%，由于产出气中含有大量的原油溶解气，对氧气也同样产生了稀释作用；突破后氮气与氧气的比值高于突破前氮气与氧气的比值，这是因为氮气量不会增加，而氧气在驱替过程中发生氧化反应而被消耗，从而进一步说明在实验过程中发生了氧化反应。

4 燃烧管空气驱高温氧化实验分析

4.1 实验仪器

根据SY/T 6898-2012火烧油层基础参数测定方法， 本次实验采用耐高压燃烧管模型，尾气监测采用气体组分监测分析仪器和定期取气样做气相色谱的分析方法，实验压力为4 MPa。装砂内管直径6 cm，长度150 cm。

4.2 实验注意事项

实验装砂孔隙度比较小，在油砂被点燃，并且燃烧一段距离后，进口的点火器降低了温度，使第一点温度维持在500 ℃，已经低于第二点以后燃烧的温度。这时点火器只起到一个保温作用，避免热量大量的从进口端散失，当第一点温度降低到500 ℃后，燃烧前缘没有受到影响。

装入砂7 246 g，油934 g，水410 g。孔隙度0.343，含油饱和度0.78，含水饱和度0.22。模型内外都加压到4 MPa。注入空气流量644.5 mL/min，通风强度13.6 m3/（h·m2），检测出口产出气体的组分。具体数据如表3所示。

4.3 实验结果分析

通过室内物理模拟实验所绘制曲线如图2。

从原油实验各点温度随时间变化曲线可以看出：在开始加热时，前沿推进速度随着时间的增加而加快，当第一点温度降低到500 ℃后，燃烧前缘的推进出现减缓，经过一段时间，油砂中氧化积蓄的热量使油砂温度升高，前缘的推进速度又恢复正常。

从温度曲线还可以看出，在点燃油砂后，从250 ℃水的饱和温度开始，低温氧化反应强烈温度直线上升，到达400 ℃左右，温度有一个小的下降，然后上升但是速率明显降低，说明，在这个时刻适于低温氧化的组分已经消耗殆尽。剩余的是结焦物，只能在高温氧化下燃烧掉。因此，如果想实现高温氧化，达到这次实验的效果，这种原油点火温度应该在400 ℃以上，并且是越高越好。

原油燃烧一方油层，消耗200 m3空气，通过这个指标可以判断，每天注入多少空气，油层燃烧体积扩大多少。

实验中产生大量轻质组分，随产出气体散失掉了，产出油中计量不到。因此计量出的驱油效率在70%左右。从火烧后的砂中可以看到，其中不但没有油，结焦量也很少，大约只有不到10 g。产出气体中二氧化碳和一氧化碳以及燃烧生成水消耗的燃料大约75 g。因此，消耗和遗留的燃料大约85 g，此值即为燃料生成量，实际驱油效率为90%左右。要注意的是实验燃料生成量85 g，相当每方油层的燃料生成量为19.4 kg。这是一个绝对量，不随孔隙度、含油饱和度影响。就是说，燃烧每方油层必须损失掉这些燃料，剩余是驱走的。因此，不同的油层驱油效率不同。

5 结 论

（1）通过室内物理模拟实验结果可以看出，161区块注入空气驱油效果明显好于水驱，空气驱对于低渗透储层效果好于高渗透层，空气驱适合目标区块开采方式；低温氧化实验中空气驱50 h左右时空气驱发生突破安全驱替时间为130 h，注入空气量为1.3 PV； 高温氧化实验的最低温度为400 ℃，且温度越高越好。

（2）注空气实验很好的改善了低渗透油藏因为水驱而存在的问题，不仅提高了整体采收率，而且也有效的解决了注水成本过高，无效水循环等问题。值得注意的是，注空气并不是适合所有低渗透油田，在注入空气之前，要做好实用性评价，确保生产安全等事项。

参考文献：

[1]王小琳，武平仓，韩亚萍，等.西峰油田长8层注水现状及投注措施效果[J].石油勘探与开发， 2008， 35（3）： 344-348.

[2]杨正明，于荣泽，苏致新，等.特低渗透油藏非线性渗流数值模拟[J].石油勘探与开发， 2010， 37（1）： 94-98.

[3]汪艳，郭平， Li Jian，等.轻油注空气提高采收率技术[ J].断块油气田， 2008， 15（2）： 83-85.

[4]金佩强， 李维安. Buffalo油田两个相邻单元的注空气和水驱动态对比： 技术分析[J]. 国外油田工程， 2007， 23 （4）： 1-6.

[5]张亮， 王舒， 张莉，等. 胜利油田老油区CO2提高原油采收率及其地质埋存潜力评估[J]. 石油勘探与开发， 2009， 36 （6）： 737-742.