輕質(zhì)油藏注空氣提高采收率的影響因素研究

喜恒坤

（中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010）

輕質(zhì)油藏注空氣提高采收率的影響因素研究

喜恒坤

（中國(guó)石油遼河油田公司，遼寧盤錦 124010）

針對(duì)WX輕質(zhì)油藏，采用數(shù)值模擬和物理模擬方法進(jìn)行了輕質(zhì)油藏注空氣、天然氣動(dòng)態(tài)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，較高的油藏溫度、壓力及較低的注入壓差有利于注入空氣與原油發(fā)生氧化反應(yīng)，提高輕質(zhì)油藏注入空氣的采油效果。由于原油的低溫氧化效應(yīng)，以及氣體對(duì)原油中輕質(zhì)組分的抽提作用增強(qiáng)了空氣驅(qū)的驅(qū)油能力，空氣驅(qū)提高采收率幅度與天然氣驅(qū)基本相當(dāng)。綜合提高采收率成本和經(jīng)濟(jì)效益等因素，注空氣驅(qū)技術(shù)有助于提高WX輕質(zhì)油藏的開發(fā)效果。

輕質(zhì)油藏；注空氣；氧化作用；驅(qū)替實(shí)驗(yàn)；提高采收率

輕質(zhì)油藏注空氣提高采收率技術(shù)又稱為低溫氧化（LTO）提高采收率技術(shù)。輕質(zhì)油藏注空氣是使氧氣與原油在低溫條件下（接近或高于油藏溫度）自然發(fā)生氧化，在達(dá)到生產(chǎn)井以前消耗掉空氣中的氧，主要靠反應(yīng)所產(chǎn)生的煙道氣（N2、CO2），還有少量的CO氣體和碳?xì)浠衔锏妮p組分，形成煙道氣驅(qū)［1－3］。

對(duì)不同的輕質(zhì)油藏，注空氣提高采收率機(jī)理不盡相同，因此有必要對(duì)具體油藏開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和理論研究。針對(duì) WX油藏開展了注空氣低溫氧化開采實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，探討了各因素對(duì)開發(fā)效果的影響并為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)。

1 模型的建立

1.1 實(shí)驗(yàn)油藏特性

選擇WX輕質(zhì)油藏進(jìn)行注空氣模擬，油藏地層壓力20.7 0MPa，地層溫度76.0℃。由表1可知，該油藏具備注空氣低溫氧化工藝的油藏條件［4］。

表1 輕質(zhì)油藏注空氣可行性對(duì)比

1.2 網(wǎng)格建立

填砂氧化管模型：設(shè)計(jì)管長(zhǎng)為0.807 m，橫截面為正方形，邊長(zhǎng)為0.049 m，平均孔隙度為0.414，滲透率為12 700×10－3μm2。網(wǎng)格劃分為I×J×K網(wǎng)格1×1×12，網(wǎng)格步長(zhǎng)DI＝DJ＝0.049 m，DK＝0.067 m，孔隙體積PV＝7.96×10－4m3，含油飽和度為60.1%。在第一個(gè)網(wǎng)格塊設(shè)置一口定量注入井，最后一個(gè)網(wǎng)格塊設(shè)置一口定壓生產(chǎn)井。

細(xì)管模型：設(shè)計(jì)管長(zhǎng)為18.0m，橫截面為正方形，邊長(zhǎng)為0.003 m，平均孔隙度為0.279，滲透率為21.38×10－3μm2。網(wǎng)格劃分為I×J×K網(wǎng)格40× 1×1，網(wǎng)格步長(zhǎng)DI＝0.450 m，DJ＝DK＝0.003 m。在第一個(gè)網(wǎng)格塊設(shè)置一口定量注入井，最后一個(gè)網(wǎng)格塊設(shè)置一口定壓生產(chǎn)井。所有實(shí)驗(yàn)是在恒定溫度76.0℃下進(jìn)行的，分別模擬了細(xì)管實(shí)驗(yàn)壓力點(diǎn)20、26、30、35、40和45 MPa時(shí)的注空氣驅(qū)替情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

研究表明，在較低的注入速度下（0.2 HCPV／d），油層溫度基本恒定。因此，通過STARS模擬器進(jìn)行油藏注空氣低溫氧化驅(qū)油的恒溫模擬。

2.1 油藏溫度對(duì)采收率的影響

在同一注入速度下（0.2 HCPV／d），分別選擇三個(gè)溫度點(diǎn)：70.0、76.0、120.0℃在地層壓力20.70 MPa條件下進(jìn)行模擬研究，得到累積采液量隨注入時(shí)間的變化曲線，如圖1所示。隨著油藏溫度的上升，累積采液量逐漸增多且增幅不斷擴(kuò)大，相比70.0℃油藏條件，120℃條件下獲得的采液量明顯提高，由此說明，溫度是影響輕質(zhì)油藏注空氣開采效果的關(guān)鍵因素。分析認(rèn)為，高的油藏溫度增加了原油與氧氣的反應(yīng)活性，產(chǎn)生更多的熱量，使得CO2、CO含量增大，加強(qiáng)了煙道氣驅(qū)效果。同時(shí)可以看出，溫度越高，氣體突破前采收率上升越快，即在相同的注入速度下，升高溫度有利于縮短獲得相同采收率時(shí)注空氣驅(qū)油的時(shí)間。

圖1 不同溫度下采液量對(duì)比曲線

2.2 油藏壓力對(duì)采收率的影響

選取地層壓力20.70、21.20 MPa，分別模擬了注空氣驅(qū)油過程中的氣體抽提作用，并對(duì)比了累計(jì)采液量隨注入時(shí)間的變化。溫度設(shè)定為76.0℃，注空氣速度0.2 HCPV／d，得到36 h時(shí)氣體中輕質(zhì)組分含量變化曲線如圖2。累積采液量變化曲線如圖3所示。由圖2、圖3可以看出，隨著壓力的升高，氧化管各網(wǎng)格處氣體中輕質(zhì)組分含量均有不同程度增加，且最高濃度剖面出現(xiàn)前移；同時(shí)，在較高油藏壓力條件下，空氣驅(qū)累計(jì)采液量有所增加。分析認(rèn)為，壓力升高促進(jìn)了原油的低溫氧化反應(yīng)［5］，使得CO2、CO的濃度增加，進(jìn)而加強(qiáng)了煙道氣對(duì)輕質(zhì)組分的抽提效應(yīng)。而這種效應(yīng)在氧化反應(yīng)前緣區(qū)的富氧段更為明顯，導(dǎo)致高濃度輕質(zhì)組分剖面前移，使得抽提效應(yīng)能夠在更大油藏范圍內(nèi)發(fā)揮作用，提高采收率。同時(shí)，增大壓力能夠增強(qiáng)體系的混相能力，也有利于改善開采效果。

2.3 注入壓差對(duì)采收率的影響

在氧化管模擬中，改變出口壓力參數(shù)，在 WX油藏溫度條件下研究了不同注入壓差對(duì)驅(qū)油動(dòng)態(tài)及采收率的影響，結(jié)果如表2所示。隨著注入壓差的增加，氣體突破時(shí)間縮短，突破氣體含氧量增大，氣體突破時(shí)原油采收率降低。分析認(rèn)為，較小的注入壓差延長(zhǎng)了氧氣在油層中的滯留時(shí)間，使得原油與氧氣的反應(yīng)更為充分［6］，提高了氧氣的利用率，從而導(dǎo)致產(chǎn)出氣中氧氣含量更大幅度的降低和更好的驅(qū)油效果。同時(shí)，隨著注入壓差的減小，空氣注入速度也隨之降低，這樣就延緩了氣體突破時(shí)間，提高了驅(qū)油效率。

圖2 氣相中輕質(zhì)組分含量

圖3 不同壓力下采液量對(duì)比曲線

表2 不同注入壓差條件下空氣驅(qū)效果

2.4 注入空氣對(duì)原油密度影響

利用細(xì)管模型，模擬了20 MPa和40 MPa壓力下，當(dāng)注入0.35 HCPV空氣時(shí)刻原油密度的變化情況，如圖4所示。從圖4可以看出，在不同壓力下的同一注入時(shí)刻，原油密度隨空氣注入方向逐漸上升。分析認(rèn)為，越接近注入點(diǎn)的細(xì)管部分，氧氣濃度越高，原油的氧化作用越充分，能夠產(chǎn)生更多的CO2，CO等氣體溶于原油，從而導(dǎo)致其密度下降更明顯，表現(xiàn)出典型的煙道氣驅(qū)特征［7］；另一方面，原油低溫氧化的熱效應(yīng)使得原油體積膨脹，也從一定程度上導(dǎo)致了其密度下降。從圖4中還可以看出，對(duì)于細(xì)管模型的同一網(wǎng)格位置，40 MPa注入壓力條件下原油密度下降的幅度更大，這是由于壓力的升高有利于提高低溫氧化反應(yīng)的活性并改善混相效應(yīng)。

2.5 空氣、天然氣對(duì)驅(qū)油效果影響

引入細(xì)管模型進(jìn)行注空氣和天然氣的驅(qū)油效果研究；提高氧氣與原油的接觸反應(yīng)時(shí)間，研究不同氣體對(duì)采收率的影響［8］。

圖4 原油密度變化曲線

驅(qū)替過程中，驅(qū)替速度均設(shè)定為0.125 mL／min。根據(jù)對(duì)所選取的6個(gè)壓力點(diǎn)的模擬，得到累積采收率與注入壓力的關(guān)系，如表3所示。

從表3中可以看出，隨著壓力的增大，注空氣和注天然氣驅(qū)采收率逐漸上升，混相驅(qū)效果逐漸明顯。通過計(jì)算求得，當(dāng)注空氣和注天然氣驅(qū)油的采收率達(dá)90%時(shí)的最小混相壓力分別是39.2 MPa和34.6 MPa。在WX油藏壓力下，注空氣和注天然氣驅(qū)都能獲得較高采收率，二者總采收率基本相當(dāng)。分析認(rèn)為，注天然氣提高采收率的主要機(jī)理是混相驅(qū)效應(yīng)和天然氣對(duì)原油輕質(zhì)組分的抽提作用，而WX油藏壓力低于注天然氣驅(qū)的最小混相壓力，因此，WX油藏注天然氣驅(qū)油為非混相驅(qū)替過程，嚴(yán)重地限制了其提高采收率的能力；相比之下，雖然 WX油藏注空氣驅(qū)油也屬于非混相驅(qū)替過程，但其通過原油低溫氧化反應(yīng)產(chǎn)生的煙道氣溶脹驅(qū)動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)，能夠較好地改善驅(qū)油效果，縮小與注天然氣提高采收率能力的差距。

表3 WX油藏細(xì)管實(shí)驗(yàn)驅(qū)油效果對(duì)比

3 結(jié)論

（1）輕質(zhì)油藏注空氣時(shí)，提高溫度、增大壓力可以促進(jìn)原油的低溫氧化反應(yīng)并增強(qiáng)混相效應(yīng)；減小注入壓差能夠在提高氧氣利用率的同時(shí)延緩氣體突破時(shí)間，從而提高最終采收率。因而，在高溫地層采用高注入壓力、低壓差開發(fā)工藝能夠改善輕質(zhì)油藏注空氣開發(fā)效果。

（2）WX油藏實(shí)際地層壓力小于注天然氣驅(qū)的最小混相壓力，無法最大限度地發(fā)揮注天然氣混相驅(qū)的增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)；同等條件下，注空氣驅(qū)能夠獲得較好的驅(qū)油效果，而且具備氣源豐富、成本低的優(yōu)勢(shì)，更適于WX油藏的增產(chǎn)開發(fā)。

［1］李士倫，張正卿，冉新權(quán)，等.注氣提高石油采收率技術(shù)［M］.成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2001：182－275.

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編輯：李金華

TE357

A

1673－8217（2012）03－0104－03

2012－01－10

喜恒坤，工程師，1977年生，2000年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，工程碩士學(xué)位，現(xiàn)從事蒸汽驅(qū)采油工藝技術(shù)工作。