注天然气提高原油采收率研究进展

张 帅 郭继香

(中国石油大学(北京)提高采收率研究院，北京 102249)

油藏开采过程一般分为三个阶段，一次采油阶段主要是依靠地层能量驱动原油流动采出；随着地层能量的降低，需要向地层注水或注气将原油驱出，称之为二次采油阶段；三次采油阶段是通过向地层注入热量或化学剂等驱出原油。二次采油阶段注水开采中后期，油井含水率不断增加，开采成本越来越高，促使人们采用注气开采替代水驱，而油田伴生天然气资源丰富，很大一部分伴生气被排空或烧掉，不仅造成巨大的资源浪费，而且会造成严重的大气污染，通过回收利用伴生气进行注天然气采油是提高原油采收率的又一重要途径。

1 注天然气提高原油采收率机理

相较于注空气和氮气采油，天然气更易溶于原油，而且天然气在原油中的溶解度远大于空气和氮气，注天然气提高采收率作用机理主要有以下几个方面[1]：

(1)降低原油黏度

天然气溶入原油后，原油黏度显著下降，溶解的天然气分子进入原油分子之间，增加了原油分子之间的距离，使原油重组分分子之间发生碰撞摩擦几率减小，从而降低了原油黏度。

(2)降低界面张力

相较于空气和氮气，天然气注入原油后更易形成混相带，注入天然气与原油混合以后，抽提效应使原油中的轻烃组分汽化，形成注入气和轻烃的混相带，降低了油气界面张力，从而有效驱替原油。

(3)使原油体积膨胀

天然气溶于原油后，原油体积膨胀，原油分子动能增加，从而降低了毛细管效应和流动阻力，提高了原油的流动能力。

(4)补充地层能量

注天然气可以补充地层压力，使地层压力维持在现有水平或者泡点、露点压力水平上，从而使油井保持现有的产液能力或使产液保持单一的相态。

(5)扩大波及系数

非混相驱中的一部分天然气溶解在原油中，而另外一部分则呈游离态，游离态天然气可以扩大油层中的纵向波及系数，将水驱时难以波及的油层顶部剩余油驱出。

(6)举升原油作用

油井生产过程中，压力下降使原油中溶解的天然气部分逸出，分散在原油中的小气泡对井筒中的原油起到举升作用，从而提高原油采收率。

2 注天然气采油应用现状

国外油田的注天然气项目美国和加拿大居多，截至2010年，美国仍在实施的天然气驱项目共有13个，均属于砂岩油藏；加拿大仍在实施的天然气驱项目共有20个，一般均采用水气交替注入方式[2]。与国外相比，我国油田注天然气采油发展较慢，受气源紧张和气体压缩设备的限制，过去很长一段时间仅限于室内实验研究和小型矿场试验。但是近二十年，随着我国注天然气技术的的快速发展，截至目前，我国已有吐哈、中原、长庆等多个油田实施了注天然气采油大型矿场试验[3-10]。

(1)吐哈油田注天然气采油项目

吐哈鲁克沁油田属于深层稠油油藏，2008年开始开展深层稠油天然气吞吐室内模拟实验研究，2011年矿场优选并实施注天然气吞吐30井次，焖井12天左右，地层存气率大于96%，油井含水率明显降低，截至2012年4月底，仍然有4口油井在增油有效期内，累计增油1.3×104吨，平均增油有效期大于120天，单井增油在300吨以上[3，4]。

(2)中原油田注天然气采油项目

中原文南油田文88块属于高压低渗油藏，2003年开始进行注气数值模拟研究和可行性研究，2006年开始进行先导试验区注天然气试验，对应的4口油井累计增油22314吨，采出程度相较于注气前提高了21.8%，2013年5月，文88-15井日注气4.58万方，2013年6月注气见效，日增油13吨，累计增油2624吨[5-9]。

(3)长庆油田注天然气采油项目

长庆靖安油田属于特低渗油藏，1996年开始开展注气开发室内模拟实验研究和可行性研究，1998年开始实施注天然气矿场试验，首先采用连续注干气非混相驱方法，注气2.5个月后，ZJ29、柳80-29、柳81-29井增油效果明显，其他油井见效周期大约为3至10个月左右，2000年转入水气交替注入阶段，部分注气后见效慢或增油幅度小的油井注水后见效显著，有效地解决了天然气气源不足的问题[10]。

3 存在的问题及研究趋势

注天然气提高原油采收率在各大油田见效明显，因此受到广泛的重视和应用，但仍存在一些问题需要进行改进和完善，注天然气采油存在的问题主要有以下几个方面：

(1)气源不足问题

目前注天然气采油使用的气源主要是天然气井产出的的高压天然气，过去由于油田伴生天然气分离、集输和压缩技术的限制，对于油田伴生气的利用较少，大部分伴生气被排空或烧掉，然而随着技术的快速发展，以及可持续发展理念的践行，现在可以有效地回收利用油田伴生天然气进行注气采油，从而解决天然气气源不足的问题。

(2)后期增油效果下降问题

注天然气油井吞吐的前三轮是增油的黄金时期，后续吞吐轮次增油效果下降，可以增加单井注气量以及采用水气交替的注入方式来补充地层能量，从而确保后续吞吐轮次的增油效果。

(3)沥青质沉积问题

注天然气时，由于抽提效应使原油中的轻烃组分汽化，容易产生沥青质沉积问题，对于稀油井可以采用注入沥青质分散剂的方法进行防治，对于掺稀开采的稠油井可以采用油气混合注入的方式进行预防。

(4)气窜问题

非均质性油藏的气窜问题严重，波及效率低下，因此针对不同的油藏要因地制宜，严格控制天然气的注入速率，并且可以结合水气交替注入方式和泡沫驱方法来控制气窜，此外，还可以建立包括注入工艺、动态监测、注采调控等一套完备的注气方案。

4 结束语

注天然气具有很好的提高原油采收率效果，目前注天然气采油在全球范围内得到了广泛的重视和应用，尽管该方法仍然存在一些问题和局限性，但是随着科学技术的发展，注天然气提高原油采收率技术会不断地改进和完善，成为提高原油采收率的重要方法。