鄂爾多斯淺層特低滲油藏水驅后空氣驅實驗研究

王成俊，鄭黎明，高瑞民，劉 敏

（1.延長石油集團研究院，陜西西安 124000；2.中國石油大學（華東）石油工程學院）

1 引言

鄂爾多斯東部淺層特低滲油藏主力油層主要為河流相、三角洲前緣等，由于其天然能量弱，地層壓力低，衰竭式開發效果較差，因此采取注水開發補充地層能量。然而由于其滲透率特低，且存在一定微裂縫，儲層出現部分水井注入壓力相對過高、注不進的問題，部分水井雖然注入，但連通油井很快水淹，儲層原油采收率較低，因此需要采用新的技術來開發。目前室內研究較多的為低滲儲層巖心直接氣驅，與油田實際有一定差距，因此本文研究層特低滲油藏在水驅一段時間后的空氣驅開采效果，為現場提供一定技術指導［1－6］。

對于埋深較淺的油藏，空氣驅的主要作用原理為：使氧氣與剩余油在低溫條件下（接近或高于油藏溫度）自然發生氧化，在達到生產井以前消耗掉空氣中的氧，主要靠反應所產生的煙道氣（CO2、CO等）形成煙道氣驅，達到提高采收率的目的［7－8］。因此，把空氣注入到油藏時，同時發生兩種現象：驅油和油的氧化。空氣并不直接起驅油作用，起驅油作用的是在油層內生成的CO和CO2以及由N2和蒸發的輕烴組分等組成的煙道氣。反應程度與原油特性、巖石和流體特性、溫度和壓力有關。從本質上講，注空氣驅是間接的注煙道氣驅，但是它又綜合了多種驅油機理［9－11］。

2 特低滲巖心水驅后空氣驅實驗研究

（1）實驗儀器與藥品。實驗儀器：驅替實驗裝置，回壓閥，手搖泵，壓力表，空氣瓶等；實驗藥品：蒸餾水，NaCl，CaCl2，MgCl2，煤油，空氣等。

（2）實驗步驟：①參照鄂爾多斯盆地某油田地層水配置礦化度為40000 mg／L的地層水，所含成分比例為 NaCl∶CaCl2∶MgCl2＝70%∶12%∶18%，將巖心裝入巖心夾持器，調試裝置；②飽和地層水，記錄巖心滲透率；③對巖心飽和油，測定形成的束縛水體積；④正式進行水驅，記錄油水產出狀況與壓力變化；⑤水驅至不再出油后停止，改為氣驅，測定油水產出狀況與壓力變化，并用排水法記錄氣體在大氣壓下的流量；⑥當氣驅至不再出油時停止，再次進行水驅，水驅一定時間后停止實驗。

2.1 水驅后空氣驅油效果分析

實驗采用人造巖心。巖心a、b孔隙度分別為14.21%和13.68%，氣測滲透率分別為28×10－3μm2和30×10－3μm2，水測滲透率分別為6.06×10－3μm2和5.46×10－3μm2，實驗結果如圖1所示。正常水驅后氣驅時巖心入口壓力維持在2.0MPa左右，出口端壓力保持為1.0MPa。實驗中發現對于特低滲巖心，水驅后氣驅可以達到一定輔助原油開采效果。但因為室內巖心長度較短，以及巖心滲透率特低，氣體滲透率相對油水相的滲透率要高很多，空氣驅未能經過有效作用便氣竄流出，一定程度上影響了室內原油采出效果。

2.1.1 采出程度變化

圖1 水驅后氣驅實驗結果

由水驅后氣驅實驗結果可知，原油采出程度有明顯增加，說明水驅后氣驅通過進入更小的孔喉，將部分死油驅替出。室內對兩塊巖心進行了水驅后空氣驅實驗，兩巖心空氣驅采出程度分別增加1.3%和2.1%。

2.1.2 含水率變化

巖心a水驅結束時含水率99.2%，當水驅后氣驅，含水率下降至80.0%，后又逐漸上升至98.5%。巖心b水驅結束時含水率達到97.9%，當水驅后氣驅，含水率下降至77.8%，后又逐漸上升至90.5%。水驅后氣驅由于形成氣鎖，且氣體滲透率大于液相滲透率，因此，產水明顯減少，但重新水驅后氣鎖影響逐漸減小，且重新形成水相優勢通道，因此含水率重新上升。

2.2 水驅后空氣驅注入量優化

水驅后氣驅注入壓力和出口端壓力分別為2.0 MPa和1.0MPa。考慮到現場應用實際與成本要求，對水驅后氣驅注入量進行優化分析。巖心孔隙度為14.15%，氣測滲透率為29×10－3μm2，水測滲透率為6.21×10－3μm2，水驅后氣驅中，一直注入空氣至不再出油為止，隨著空氣注入量不斷增加，原油采出程度逐漸增加，其變化規律見圖2。

圖2 水驅后氣驅空氣注入量優化

由實驗結果可知，實驗中隨水驅后氣驅空氣注入量增加，開始主要為產水，隨氣體進入死油區，氣驅開始發揮作用，逐漸提高原油采出程度；另外，由圖2可知水驅后氣驅過程中，氣驅采出程度呈現階梯式增加，即注入6、25、38、75 PV時分別出現區域最優值，分別提高采出程度2.9%、3.9%、4.9%和6.8%。這反映了在現場應用氣驅時可以根據現場成本要求和實際工況要求，制定不同的空氣驅注入量方案。關于氣驅采出程度的階段性增加，分析認為，在不同注入量的氣驅過程中，分別驅替不同的孔喉中的原油；最開始氣體首先進入原油最容易被驅替出的驅替通道，將原油驅替出，原油在向前推進此過程中，同時發生原油在較小孔喉的重新聚集或捕集；當整體上該優勢通道原油被驅替完后，氣體進入次優勢通道，更次優勢通道等等，直至氣驅失去效果。

為驗證實驗結論，室內進行了另外兩組水驅后氣驅實驗（圖3），實驗亦證明了上述結論的可靠性。

圖3 水驅后空氣驅采出程度與氣體注入量關系圖

2.3 水驅后氣驅注入時機分析

在上述優化基礎上，進行水驅后氣驅注入時機的優化，分別選擇剛見水時氣驅、見水5 min后氣驅、見水10 min后氣驅、見水20 min后氣驅和水驅至不再出油時氣驅，在其他相同注入條件下氣驅，結束后進行再次水驅，至不再出油時結束。

由圖4可知，不同注氣時機下水驅后氣驅采出程度不同，隨注空氣驅時含水率增加，空氣驅綜合采出程度先降低后增加。其中，見水時進行氣驅效果最好，室內采出程度達到99.01%，水相突破后進行氣驅效果急劇下降。分析認為，空氣會經由水相的竄流通道優先發生氣竄，見水5 min（含水率94.3%）后進行氣驅綜合采出程度僅為84.23%；隨著見水時間的增加，水相增加，在驅替部位占據優勢地位，后續進行氣驅時氣鎖程度逐漸增加，使得氣體可以進入更多孔喉進行驅替，且后續水驅的綜合阻力增加，水相亦可進入更多孔喉驅替，因此綜合采出程度相應逐漸增加。因此，在現場應用水驅后空氣驅時可以在含水率較低時應用。

圖4 水驅后氣驅注入時機分析

3 原油低溫耗氧室內分析

淺層特低滲油藏水驅后空氣驅面臨的一個重要問題為產出氣中的氧氣的安全性與對生產管柱的腐蝕性。因此需要對產出氣中的氧氣濃度進行分析，并對剩余氧氣在產出過程中造成的腐蝕、安全性問題等制定相應的預案與建議。在室內巖心驅替過程中發現，水驅后隨空氣的持續注入，空氣在多孔介質內部先發生對水相的驅替，當氣驅前緣到達出口端時將迅速發生氣竄。室內巖心驅替實驗中，受巖心長度限制，巖心內部氧氣與輕質原油的低溫氧化消耗較弱，因此不能較好地反映實際油藏驅替過程中的氧氣濃度變化及低溫氧化問題。

通過靜態耗氧實驗，研究低溫條件下原油耗氧量、產出氣體組分隨時間的變化。實驗根據鄂爾多斯盆地某區塊地層溫度選用30℃，在高壓恒溫氧化儀中，將天然巖心粉碎成的砂粒（20～30目）和地層原油中通入一定體積的空氣（6.0MPa、0.2 PV），每隔24h取樣檢測殘余氣體中O2和CO2的含量。

從圖5可以看出，氧氣的含量隨時間增加而減少，初始質量分數為21.0%，到240 h時降至18.2%，二氧化碳的含量隨著時間增加而緩慢增加，240 h時二氧化碳含量為0.66%。注空氣泡沫靜態氧化實驗說明，原油發生低溫氧化反應的程度非常小；室內通過改變注入空氣量0.15 PV和0.25 PV，發現此時氧氣消耗量依然較低。因此說明室內實驗產出氣中氧氣濃度大于爆燃的安全濃度區間。

圖5 水驅后氣驅O2與CO2含量變化

但在現場注入空氣時，生產井井口氧氣濃度較低，說明氧氣的耗散途徑不僅僅局限于原油低溫消耗，還包括由于欠注導致的地層虧空處空氣聚集、地層水中礦物粒子氧化、地層巖石礦物氧化等。

4 結論

（1）水驅后氣驅可以提高淺層特低滲油藏的原油采出程度，同時可以一定程度上降低含水率，說明高含水井依然可以通過氣驅來驅替細小孔喉原油，提高油藏動用程度。

（2）對于淺層特低滲油藏，水驅后空氣驅采出程度與氣體注入量存在階梯性上升趨勢，對于不同的油田可以選擇氣體注入量的局域性最優值。現場應用水驅后空氣驅時盡量選擇在含水率較低時應用，以提高該階段氣驅經濟效益。

（3）淺層油藏低溫耗氧量較低，需要制定相應的安全管理制度來保證水驅后空氣驅的安全性，對于生產井可以采用井內加防腐劑方式進行防腐。

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