氮氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)研究與現(xiàn)場應(yīng)用

董家峰

摘 要：在稠油油藏蒸汽吞吐后期，隨著吞吐輪次的增加，蒸汽竄流現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)周期變短、開采效果變差。而注氮氣輔助蒸汽吞吐已成為提高稠油開發(fā)效果的有效手段。針對稠油油藏具有的特點，進(jìn)行了氮氣輔助蒸汽吞吐機(jī)理研究。研究表明，注氮氣輔助蒸汽吞吐具有維持地層壓力、增大蒸汽的波及體積、減少熱損失和使原油膨脹的作用。以新疆九區(qū)為研究對象，應(yīng)用稠油氮氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗。結(jié)果表明，應(yīng)用氮氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)后延長了自噴生產(chǎn)周期，增大了井口的注入壓力，從而提高了油井利用率和油井生產(chǎn)時率。

關(guān)鍵詞：氮氣；蒸汽吞吐；稠油油藏；地層壓力

中圖分類號：TE345 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.131

氮氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)是近年來應(yīng)用較廣泛的三次采油新技術(shù)之一。傳統(tǒng)的蒸汽吞吐存在因重力超覆而引起蒸汽在高滲層竄流和熱損失較大等問題，進(jìn)而導(dǎo)致氣竄率和含水率上升、周期產(chǎn)油量減少、開采成本上升。大量研究表明，在蒸汽吞吐時注入一定量的氮氣，可保持地層壓力、減緩底水錐進(jìn)、降低油井含水率，還可以增大蒸汽的波及體積?；诖饲闆r，針對新疆某油田具有的地質(zhì)特點，對注氮氣輔助蒸汽吞吐工藝的機(jī)理進(jìn)行了研究，并分析了現(xiàn)場試驗的結(jié)果。

1 注氮氣輔助蒸汽吞吐工藝的機(jī)理

1.1 可提高地層能量

氮氣是一種非凝結(jié)性氣體，具有很高的膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)，因此，可起到提高地層能量的作用。在蒸汽吞吐時注一定量的氮氣，可有效補充地層能量、維持壓力，從而使吞吐周期延長，提高平均壓降。

1.2 可提高蒸汽吞吐采收率

在蒸汽吞吐時注氮氣，由于地層中存在一定的表面活性物質(zhì)，使部分氮氣形成泡沫，隨著氮氣注入會推動蒸汽橫向運動，這不僅能提高蒸汽的導(dǎo)熱能力和攜熱能力，還能增大蒸汽的橫向波及面積；由于氮氣的流度較大，可攜帶部分熱量迅速進(jìn)入地層的上、下部，從而增大蒸汽的縱向波及體積。上述兩方面的疊加可使氮氣具有提高蒸汽吞吐采收率的能力。

1.3 隔熱作用

氮氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，具有很好的隔熱作用。在蒸汽吞吐時注入一定量的氮氣，可在蒸汽腔上部形成隔熱層，減緩蒸汽向上覆巖層的傳熱速度，從而減少熱量損失。

1.4 助排作用

氮氣具有很高的膨脹系數(shù)和壓縮系數(shù)，因此，具有較高的彈性勢能。悶井結(jié)束回采時氮氣能迅速膨脹，驅(qū)動地層中的原油迅速返排，從而提高蒸汽吞吐采液的速度。

1.5 降低界面張力和黏度

通常情況下，氮氣在原油中的溶解度較低，但在地層壓力較高的情況下溶解度會提升，進(jìn)而可在一定程度上降低界面張力和稠油黏度，使稠油膨脹，提高蒸汽吞吐效果。

2 實例分析

新疆某油田的地質(zhì)儲量約為3.512×107 t，含油面積約為9.4 km2，原油脫氣黏度（60 ℃）在2 100～15 100 MPa·s范圍內(nèi)，平均為48 000 MPa·s。地面溫度為25 ℃時，地面脫氣原油黏度為121 900 MPa·s。儲層具有裂縫性、孔隙性，易受到儲層裂縫發(fā)育和邊底水的影響。

截至目前，該油田動用面積為6 km2，已動用儲量為2×107 t，總井?dāng)?shù)約為900口。其中，蒸汽驅(qū)注汽井10口、蒸汽驅(qū)采油井53口、蒸汽吞吐采油井800口，月產(chǎn)液5 000 t、產(chǎn)油1 200 t，月含水率為84%，月油氣比只有0.15，開發(fā)效果差。

3 氮氣輔助吞吐效果分析

在該油田選取了2個地層物性相近的井組，一個井組只注蒸汽，另一個井組混注蒸汽和氮氣，并對兩個井組的自噴生產(chǎn)周期、注氣壓力和增產(chǎn)效果進(jìn)行了對比。

3.1 自噴生產(chǎn)周期

據(jù)自噴生產(chǎn)周期的對比情況看，蒸汽吞吐與混氮吞吐指標(biāo)相比，日產(chǎn)液分別為4.5 t和60 t，日產(chǎn)油分別為3.1 t和6.2 t，生產(chǎn)天數(shù)為7.5 d和10 d。由此可見，混注氮氣的井組自噴生產(chǎn)周期內(nèi)的平均產(chǎn)液量為60 t，平均產(chǎn)油量為6.2 t，平均有效生產(chǎn)天數(shù)為10 d。

3.2 注氣壓力

在蒸汽吞吐注氣壓力與氮氣輔助蒸汽吞吐注氣壓力的對比中，第一輪的比值為4∶4.5，第二輪的比值為4∶4.3，第四輪的比值為4∶4.3，第六輪的比值為3.9∶4.3，第八輪的比值為3.9∶4，第十輪的比值為3∶3.8.分析可知，相比于蒸汽吞吐，氮氣輔助蒸汽吞吐油井井口的注氣壓力較大，且隨著吞吐輪次的增加，采用氮氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)的油井井口的注氣壓力相比于未采取混注技術(shù)的壓力有增加的趨勢。

3.3 增產(chǎn)效果對比

分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)表可知，傳統(tǒng)的蒸汽吞吐井組的生產(chǎn)周期較短，第一輪次平均只有60 d，井組平均累計油汽比較低，還不到0.2；而氮氣輔助蒸汽吞吐井組第一輪的生產(chǎn)周期平均達(dá)到80 d，井組平均累計油汽比達(dá)0.4，極大地提升了蒸汽吞吐效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，采用氮氣輔助蒸汽吞吐技術(shù)可延長單井的自噴生產(chǎn)周期，從而提高井口注入壓力、油井利用率和油井生產(chǎn)時率。通過試驗發(fā)現(xiàn)，稠油油藏注氮氣輔助蒸汽吞吐增油效果明顯，且成本低廉，具有較好的市場前景。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕