淺析稠油注空氣輔助蒸汽吞吐研究與應用

李冰(重慶科技學院石油與天然氣工程學院,重慶 401331)

我們發現注空氣采油技術能夠解決稠油油藏進入開發中后期，高周期、低壓力、低油汽比等矛盾問題，具有良好的應用前景。2008年我們在稠油吞吐井開展了注空氣采油先導試驗，并獲得成功。到目前為止，注空氣采油技術經歷了先導試驗、擴大試驗兩個階段：先導實驗階段（2008年—2011年）進行了安全理論研究開展了藥劑配方篩選研制，進行了現場小試。擴大試驗階段（2012年—）開展了系統機理研究進行了配套技術研究與完善擴大了現場試驗規模。先導實驗初期進行了安全理論研究，選擇了比較適合的三種方法，劃定爆炸極限范圍，進行了注空氣全過程的計算，結果表明不會發生爆炸事故。我們確定計算方法是按爆炸性氣體完全燃燒時化學理論濃度計算、碳原子數計算、經驗公式計算，取三種結果中最大爆炸上限和最小爆炸下限作為極限范圍，認為井口尾氣不能爆炸。

1 注空氣機理研究

1.1 氧化機理研究

開展高溫高壓反應釜、填砂管模型等實驗，采用色譜/質譜和核磁共振等分析手段，詳細測定注空氣低溫氧化過程中的油氣及儲層的變化：反應溫度及放出熱量、反應后的產物、反應對原油和儲層的影響。

稠油低溫氧化反應溫度及放熱量：采取熱重法、差示掃描量熱法研究，認為稠油低溫氧化反應溫度為100-300℃。稠油低溫氧化反應熱為30-100KJ/mol（O2）

反應后的油樣：用高分辨率離子回旋共振質譜儀分析低溫氧化前后油樣，初步推斷：氧化后主要產物為酮、醛和酯等化合物。主要是低溫氧化反應。

反應后的氣樣：氧化的氣相產物中除了未反應的N2外，主要是余O2、CO2和CO，并有少量烴氣、SO2和H2S生成。反應消耗大量氧氣，不同溫度和壓力下，空氣與稠油反應120小時后，氧氣濃度均低于4%。

反應對原油的影響：組分變化：稠油低溫氧化后具有膠質含量降低，瀝青質含量增大的特征。重質組分增大了3-5%：膠質含量降低2-5%;瀝青質含量增大了5-10%，未產生焦炭。粘度變化：0.25MPa、溫度在50-120℃時，氧化油粘度增大10%-30%。

反應對儲層的影響：氧化反應后填砂模型的平均滲透率降低了4%，殘余油增加了0.68%。

1.2 增產機理研究

氣體增壓助排作用：增壓效果明顯，對不同壓力的模型，注入等量空氣后，可提高模型壓力5%—100%，隨著實驗壓力降低，模型增壓幅度增大。

助排效果明顯：采油速度提高42.7%、回采水率提高7.2%。氣體提高熱效率作用：加熱腔和高壓區體積分別為單獨注蒸汽的4.1倍和3.2倍；提高高滲透層啟動壓力。

調整剖面：空氣抑制蒸汽超覆，提高熱效率。氣體微觀重力驅油作用：空氣+蒸汽與稠油之間存在重力差異，對傾斜油藏起到重力驅油作用。

石油氣爆炸極限研究：甲烷爆炸上限：16.95%，甲烷爆炸下限：4.76%，臨界氧含量：12.35%?？紤]稠油區塊氣竄因素，為確保安全生產，確定預警氧含量為5%?，F場試驗由單井試驗逐步向井組區域性試驗乃至區塊整體試驗發展。平面上，選擇采出程度高、地層壓力低的區域整體實施；縱向上，根據油層發育情況，選擇潛力較大油層實施。

1.3 技術適用條件

結合室內實驗結果和現場試驗效果，總結歸納出曙光油田目前的技術適用條件：依據室內實驗，注氣強度一般設計為3000Nm3/m。為優選注氣強度，進行注氣強度調整試驗。試驗結果表明：提高注氣強度，注汽壓力明顯升高，單井平均增產幅度增大。建議注氣強度在2000-3000Nm3/m左右較好，根據措施井的儲層發育、地層壓力等情況，可以做適當調整。在大量現場試驗中，相關油井尾氣均未檢測到氧氣。因此，進行了催化劑減量試驗，催化劑減少30-50%。僅在個別鄰井尾氣中明顯見到氧氣（含量＜2%），其余試驗井的相關油井均未發現氧含量異常

2 注空氣現場管理

2.1 空壓機

潤滑油閃點低，在汽化、積碳后，高溫導致爆炸。管線腐蝕，連接不實，導致空氣泄漏，高壓傷人。潤滑油必須經過國家權威部門檢測合格方可使用（閃點在148.3℃以上），定期排污。b、管線試壓15MPa，不刺不漏，每2小時巡檢一次。

2.2 注氣（汽）井

高溫、高壓傷人。井下油氣回流與空氣混合引起爆炸。a、井口安裝壓力表，懸掛警示牌。b、現場操作人員定時巡檢，按時錄取壓力資料。c、加裝單流閥，防止油氣回流。

2.3 相關的監測油井

井現場施工中安全值定為5%以下，警戒值為3%。

4 結語

（1）加深相關機理研究，研發并形成適合不同油藏特性的系列催化劑配方體系；

（2）不斷進行技術攻關，形成以保壓增能為主，以防砂、防氣（汽）竄、化學輔助驅油、舉升等為輔的技術體系；

（3）進一步完善安全保障措施，實現氧含量實時監測全覆蓋和工業化應用后，尾氣集中無害化處理；

（4）擴大技術應用范圍，逐步應用到稀油壓水錐、水平井泡沫調剖等復合工藝中。

[1]顧永華,何順利,田冷,呂志凱.注空氣提高采收率數值模擬研究[J].重慶科技學院學報(自然科學版).2010(05).