注天然氣提高原油采收率研究進(jìn)展

張 帥 郭繼香

(中國石油大學(xué)(北京)提高采收率研究院，北京 102249)

油藏開采過程一般分為三個階段，一次采油階段主要是依靠地層能量驅(qū)動原油流動采出；隨著地層能量的降低，需要向地層注水或注氣將原油驅(qū)出，稱之為二次采油階段；三次采油階段是通過向地層注入熱量或化學(xué)劑等驅(qū)出原油。二次采油階段注水開采中后期，油井含水率不斷增加，開采成本越來越高，促使人們采用注氣開采替代水驅(qū)，而油田伴生天然氣資源豐富，很大一部分伴生氣被排空或燒掉，不僅造成巨大的資源浪費(fèi)，而且會造成嚴(yán)重的大氣污染，通過回收利用伴生氣進(jìn)行注天然氣采油是提高原油采收率的又一重要途徑。

1 注天然氣提高原油采收率機(jī)理

相較于注空氣和氮?dú)獠捎停烊粴飧兹苡谠?，而且天然氣在原油中的溶解度遠(yuǎn)大于空氣和氮?dú)猓⑻烊粴馓岣卟墒章首饔脵C(jī)理主要有以下幾個方面[1]：

(1)降低原油黏度

天然氣溶入原油后，原油黏度顯著下降，溶解的天然氣分子進(jìn)入原油分子之間，增加了原油分子之間的距離，使原油重組分分子之間發(fā)生碰撞摩擦幾率減小，從而降低了原油黏度。

(2)降低界面張力

相較于空氣和氮?dú)?，天然氣注入原油后更易形成混相帶，注入天然氣與原油混合以后，抽提效應(yīng)使原油中的輕烴組分汽化，形成注入氣和輕烴的混相帶，降低了油氣界面張力，從而有效驅(qū)替原油。

(3)使原油體積膨脹

天然氣溶于原油后，原油體積膨脹，原油分子動能增加，從而降低了毛細(xì)管效應(yīng)和流動阻力，提高了原油的流動能力。

(4)補(bǔ)充地層能量

注天然氣可以補(bǔ)充地層壓力，使地層壓力維持在現(xiàn)有水平或者泡點(diǎn)、露點(diǎn)壓力水平上，從而使油井保持現(xiàn)有的產(chǎn)液能力或使產(chǎn)液保持單一的相態(tài)。

(5)擴(kuò)大波及系數(shù)

非混相驅(qū)中的一部分天然氣溶解在原油中，而另外一部分則呈游離態(tài)，游離態(tài)天然氣可以擴(kuò)大油層中的縱向波及系數(shù)，將水驅(qū)時(shí)難以波及的油層頂部剩余油驅(qū)出。

(6)舉升原油作用

油井生產(chǎn)過程中，壓力下降使原油中溶解的天然氣部分逸出，分散在原油中的小氣泡對井筒中的原油起到舉升作用，從而提高原油采收率。

2 注天然氣采油應(yīng)用現(xiàn)狀

國外油田的注天然氣項(xiàng)目美國和加拿大居多，截至2010年，美國仍在實(shí)施的天然氣驅(qū)項(xiàng)目共有13個，均屬于砂巖油藏；加拿大仍在實(shí)施的天然氣驅(qū)項(xiàng)目共有20個，一般均采用水氣交替注入方式[2]。與國外相比，我國油田注天然氣采油發(fā)展較慢，受氣源緊張和氣體壓縮設(shè)備的限制，過去很長一段時(shí)間僅限于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究和小型礦場試驗(yàn)。但是近二十年，隨著我國注天然氣技術(shù)的的快速發(fā)展，截至目前，我國已有吐哈、中原、長慶等多個油田實(shí)施了注天然氣采油大型礦場試驗(yàn)[3-10]。

(1)吐哈油田注天然氣采油項(xiàng)目

吐哈魯克沁油田屬于深層稠油油藏，2008年開始開展深層稠油天然氣吞吐室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究，2011年礦場優(yōu)選并實(shí)施注天然氣吞吐30井次，燜井12天左右，地層存氣率大于96%，油井含水率明顯降低，截至2012年4月底，仍然有4口油井在增油有效期內(nèi)，累計(jì)增油1.3×104噸，平均增油有效期大于120天，單井增油在300噸以上[3，4]。

(2)中原油田注天然氣采油項(xiàng)目

中原文南油田文88塊屬于高壓低滲油藏，2003年開始進(jìn)行注氣數(shù)值模擬研究和可行性研究，2006年開始進(jìn)行先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)注天然氣試驗(yàn)，對應(yīng)的4口油井累計(jì)增油22314噸，采出程度相較于注氣前提高了21.8%，2013年5月，文88-15井日注氣4.58萬方，2013年6月注氣見效，日增油13噸，累計(jì)增油2624噸[5-9]。

(3)長慶油田注天然氣采油項(xiàng)目

長慶靖安油田屬于特低滲油藏，1996年開始開展注氣開發(fā)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)研究和可行性研究，1998年開始實(shí)施注天然氣礦場試驗(yàn)，首先采用連續(xù)注干氣非混相驅(qū)方法，注氣2.5個月后，ZJ29、柳80-29、柳81-29井增油效果明顯，其他油井見效周期大約為3至10個月左右，2000年轉(zhuǎn)入水氣交替注入階段，部分注氣后見效慢或增油幅度小的油井注水后見效顯著，有效地解決了天然氣氣源不足的問題[10]。

3 存在的問題及研究趨勢

注天然氣提高原油采收率在各大油田見效明顯，因此受到廣泛的重視和應(yīng)用，但仍存在一些問題需要進(jìn)行改進(jìn)和完善，注天然氣采油存在的問題主要有以下幾個方面：

(1)氣源不足問題

目前注天然氣采油使用的氣源主要是天然氣井產(chǎn)出的的高壓天然氣，過去由于油田伴生天然氣分離、集輸和壓縮技術(shù)的限制，對于油田伴生氣的利用較少，大部分伴生氣被排空或燒掉，然而隨著技術(shù)的快速發(fā)展，以及可持續(xù)發(fā)展理念的踐行，現(xiàn)在可以有效地回收利用油田伴生天然氣進(jìn)行注氣采油，從而解決天然氣氣源不足的問題。

(2)后期增油效果下降問題

注天然氣油井吞吐的前三輪是增油的黃金時(shí)期，后續(xù)吞吐輪次增油效果下降，可以增加單井注氣量以及采用水氣交替的注入方式來補(bǔ)充地層能量，從而確保后續(xù)吞吐輪次的增油效果。

(3)瀝青質(zhì)沉積問題

注天然氣時(shí)，由于抽提效應(yīng)使原油中的輕烴組分汽化，容易產(chǎn)生瀝青質(zhì)沉積問題，對于稀油井可以采用注入瀝青質(zhì)分散劑的方法進(jìn)行防治，對于摻稀開采的稠油井可以采用油氣混合注入的方式進(jìn)行預(yù)防。

(4)氣竄問題

非均質(zhì)性油藏的氣竄問題嚴(yán)重，波及效率低下，因此針對不同的油藏要因地制宜，嚴(yán)格控制天然氣的注入速率，并且可以結(jié)合水氣交替注入方式和泡沫驅(qū)方法來控制氣竄，此外，還可以建立包括注入工藝、動態(tài)監(jiān)測、注采調(diào)控等一套完備的注氣方案。

4 結(jié)束語

注天然氣具有很好的提高原油采收率效果，目前注天然氣采油在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的重視和應(yīng)用，盡管該方法仍然存在一些問題和局限性，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，注天然氣提高原油采收率技術(shù)會不斷地改進(jìn)和完善，成為提高原油采收率的重要方法。