氮氣輔助蒸汽吞吐技術研究與現場應用

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，蒸汽竄流現象越來越嚴重，導致生產周期變短、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效果的有效手段。針對稠油油藏具有的特點，進行了氮氣輔助蒸汽吞吐機理研究。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。以新疆九區為研究對象，應用稠油氮氣輔助蒸汽吞吐技術進行了現場試驗。結果表明，應用氮氣輔助蒸汽吞吐技術后延長了自噴生產周期，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時率。

關鍵詞：氮氣；蒸汽吞吐；稠油油藏；地層壓力

中圖分類號：TE345 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.131

氮氣輔助蒸汽吞吐技術是近年來應用較廣泛的三次采油新技術之一。傳統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，進而導致氣竄率和含水率上升、周期產油量減少、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、降低油井含水率，還可以增大蒸汽的波及體積。基于此情況，針對新疆某油田具有的地質特點，對注氮氣輔助蒸汽吞吐工藝的機理進行了研究，并分析了現場試驗的結果。

1 注氮氣輔助蒸汽吞吐工藝的機理

1.1 可提高地層能量

氮氣是一種非凝結性氣體，具有很高的膨脹系數和壓縮系數，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，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

氮氣的導熱系數較低，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和壓縮系數，因此，具有較高的彈性勢能。悶井結束回采時氮氣能迅速膨脹，驅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，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，總井數約為900口。其中，蒸汽驅注汽井10口、蒸汽驅采油井53口、蒸汽吞吐采油井800口，月產液5 000 t、產油1 200 t，月含水率為84%，月油氣比只有0.15，開發效果差。

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周期、注氣壓力和增產效果進行了對比。

3.1 自噴生產周期

據自噴生產周期的對比情況看，蒸汽吞吐與混氮吞吐指標相比，日產液分別為4.5 t和60 t，日產油分別為3.1 t和6.2 t，生產天數為7.5 d和10 d。由此可見，混注氮氣的井組自噴生產周期內的平均產液量為60 t，平均產油量為6.2 t，平均有效生產天數為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的油井井口的注氣壓力相比于未采取混注技術的壓力有增加的趨勢。

3.3 增產效果對比

分析生產數據表可知，傳統的蒸汽吞吐井組的生產周期較短，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周期平均達到80 d，井組平均累計油汽比達0.4，極大地提升了蒸汽吞吐效果。

4 結束語

綜上所述，采用氮氣輔助蒸汽吞吐技術可延長單井的自噴生產周期，從而提高井口注入壓力、油井利用率和油井生產時率。通過試驗發現，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

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[2]劉文章.稠油注蒸汽熱采工程[M].北京：石油工業出版社，1997.

〔編輯：張思楠〕