注氣提高低滲輕質油藏采收率技術研究

宋新利

（遼河油田勘探開發研究院，遼寧盤錦 124010）

注氣提高低滲輕質油藏采收率技術研究

宋新利

（遼河油田勘探開發研究院，遼寧盤錦 124010）

注N2（泡沫）、注空氣提高采收率技術是一種理論上比注水更為有效的提高采收率技術，目前室內試驗模擬這種開發方式比較困難。本文利用CMG-stars模塊針對兩類油藏進行了數值模擬方面的研究。對于低滲、注水注不進的Q油藏，進行了注空氣的研究，通過試驗、數值模擬與調研相結合，確定了該油藏注空氣數值模擬模型的化學反應方程式，進行了開發機理方面的研究，搞清了注氣部位、方式、井網井距等影響注空氣數值模擬效果的因素，并優化了針對該區塊的注氣部位（高注低采），注氣井數，單井注入量及注氣方案。

高壓注空氣；注氮氣泡沫；數值模擬；輕質油

通過國內外調研[1－3]氣驅技術是改善低滲油藏開發效果的有效方法，與傳統的驅油方式相比，有很多技術優勢。注入能力遠高于水，且對儲層的傷害小，可以解決目前低滲透油層注水困難的問題；利用氣體的重力分異作用，使氣體上升到油層頂部，進而對未動用的油層進行有效地驅替；采出流體中，輕烴成分和凝析物含量增加；對環境的污染小，緩解環境污染壓力。除上述優點外，空氣驅（減氧空氣驅）氣源豐富、來源廣、成本低；還具有熱效應、間接煙道氣驅；對于氮氣泡沫驅，氮氣泡沫壓水錐技術是通過向油水界面注入大量氮氣泡沫，達到減緩或抑制底水錐進的目的，泡沫劑是親水的表面活性劑，大部分進入高含水區域，氮氣在多孔介質中被泡沫劑捕集，形成氣泡，由于氣泡的賈敏效應，使泡封堵水層。目前遼河油田針對一些常規開發方式開發效果不好的輕質油區塊進行了現場注氣試驗，以減氧空氣和氮氣泡沫為主，見到初步效果。本文主要針對遼河油田常規開發困難的典型區塊利用數值模擬技術對開發方式進行研究，對現場應用具有指導作用。

1 實例應用

1．1 低滲砂巖油藏高壓注空氣

齊131區塊油藏儲層物性較差，注水注不進，難以建立有效驅替系統，基本依靠天然能量開發，而油藏天然能量不足，造成油藏壓力逐年下降。雖然油井投產初期具備一定產能，但產量遞減較快，目前表現為產液量低、儲層動用程度低、采出程度低、采油速度低的“四低”特征，開發效果較差，亟需轉變開發方式，改善開發效果。

1.1.1 相態擬合 地層巖石與流體（包括注入流體）之間的相互作用，以及流體與流體間的相互作用是油藏數值模擬研究的重要內容之一。而相態模擬是研究流體（包括地層流體和注入流體）間相互作用的必要手段，也是油藏數值模擬能否準確地表征油藏流體流動的前提。

本次研究是利用加拿大計算機模擬軟件集團（CMG）開發的CMG-WinProp相態分析軟件，進行齊131塊原油的相態模擬分析。

為了便于數值模擬計算，按組分性質相近的原則，使用CMG-WinProp軟件對本次研究油藏區塊原始地層流體組分劈分并歸并為如下7個擬組分，即：N2、O2、CO2、C1、C2toNC4、NC5toC7、C8toC38。在參數優化過程中重點考慮對原油性質和流動性質影響較大的飽和壓力、油氣比、密度、黏度、體積系數等擬合效果。

1.1.2 注空氣數值模擬研究

1.1.2.1 模型建立 Petrel粗化后導入CMG中，將相態擬合中生成的.str文件導入數學模型中。

1.1.2.2 開發方式機理研究 （1）注氣構造部位優選。方案設計（見表1，圖 1）。

表1 方案說明表

圖1 累產油對比圖

從對比看出，高部位注氣氣竄時間晚，累產高，效果優于低部位注氣。

（2）不同注入井底壓力的影響分析，方案設計（見表 2，圖 2～圖 5）。

表2 方案說明表

圖2 日產油對比圖

圖3 日產氣對比圖

從對比分析看出，注入井井底壓力越高空氣突破時間越早。所以在油藏注入壓力設計中，不宜過高，容易引起氣竄，影響最終的采收率。

表3 方案說明表

圖4 累注氣對比圖

圖5 累產油對比圖

表4 方案結果對比表

（3）注氣井注氣部位分析（見表3，表4）。對比結果看方案四的效果最好，注入井下部注采油井下部采。由于實際油田井距在200 m左右，數模篩選出200 m井距。

（4）注入井與生產井間不同位置溫度變化：離注入井越近，溫度上升的越快，溫度變化呈波形變化，氧化反應對溫度的變化有一定影響，溫度場的有效半徑在80 m左右。

（5）優化方案：通過以上理論對比研究，優化出一個最佳方案：構造高部位注氣，構造低部位采油，注入井下段注，采油井下段采，井距200 m，注入壓力20 MPa，定液量 20 m3/d。

1.1.3 齊131區塊方案研究

（1）歷史擬合（見表 5）。

表5 歷史擬合說明表

采用常規油藏數值模擬軟件，對齊131區塊生產歷史情況進行擬合。模型由1986年5月1日至2012年8月1日，模擬18口井，累計產油量為22.59×104m3，實際產油量為 22.78×104m3，誤差為 0.83%；累計產液量為 25.82×104m3，實際產液量為 25.84×104m3，誤差為0.08%，區塊整體擬合效果較好。

（2）方案設計（見表 6）。

表6 方案介紹表

由于齊131區塊油層具有一定的傾角，注氣井在油層的不同部位對于區塊的整體開發效果有較大的影響，因此需要對注氣井的注入部位進行優選。對于注氣部位的選擇，共設計了2種方案（方案3和方案6），其中方案3采用5口注氣井頂部注氣，而方案6則采用反五點井網5口注氣井底部注氣。

（3）注氣部位優選：在30年的注氣開發年限里，頂部注氣的累產油量為106.75×104m3，而底部注氣的累產油量為85.89×104m3，頂部比底部注氣累產油量增加了24.29%，說明采用頂部注氣的開發效果要明顯好于底部注氣的效果。在注氣開發的前20年時間里，選擇頂部注氣的方式生產氣油比要明顯低于底部注氣方式，而且在前10年的注氣開發時間里，頂部注氣的方式生產氣油比一直保持在相當低的水平，沒有氣竄現象的發生；注氣開發時間超過20年之后，頂部注氣的方式由于注入氣體前緣已經到達生產井，生產氣油比開始明顯顯著上升，注氣開發30年之后，生產氣油比仍低于1 500 m3/m3。

對于頂部注氣方案，注入的氣體首先在頂部集中，隨著注入時間的推移，注入氣的前緣開始往前推移，同時氣油界面往下推移。對于底部注氣方案，注氣1年之后，氣體主要集中在注氣井近井地帶，還未發生氣竄；注氣5年之后，注入的氣體開始往頂部慢慢運移，由于底部注氣方案中頂部有4口生產井，注入的空氣在運移的過程中開始發生氣竄，這也是底部注氣方案生產氣油比初期比頂部注氣方案高的原因，同時也是導致底部注氣提高原油采收率偏低的一個重要原因；注氣10年之后，運移到頂部的氣體開始慢慢聚集，隨著聚集氣體慢慢增多，油氣界面開始往下推移，頂部聚集氣體前緣也開始往前運移，頂部幾口生產井氣竄現象比較嚴重，對注氣增油效果相當不利。

總體來說，對于具有一定傾角的齊131區塊來說，采用頂部注氣的開發效果要明顯好于底部注氣的效果。

（4）注氣井數優選：頂部注空氣注入井數進行優選的過程中，共設計了5種方案進行對比分析，詳見表6中方案1、方案2、方案3、方案4和方案5。頂部注入井越多，原油的采出程度越大，但采出程度的增幅逐漸減小。隨著注入井數的增加，原油的采收程度從4口注入井開始發生轉折，增加幅度逐漸減小，從經濟技術角度考慮，采用4口注入井的方式更優（見圖6）。

圖6 采收率與注入井數關系曲線

從圖6看出，對于方案4，在注氣開發的前10年時間里，生產氣油比較低，注入氣體前緣還未到達生產井附近，說明齊131采用注空氣重力穩定驅替在前期的注氣開發中能基本不發生氣竄問題。另外，在注氣開發30年之后，生產氣油比不到1 000 m3/m3，生產氣油比仍然在油田實際生產所允許的范圍之內。

綜合上述分析可以得出，采用頂部4口注氣井的方式的總體開發效果是最優的，而且在生產過程中不會帶來安全隱患。

（5）單井注入量優化：在單井注入量的優化中共設計了5個方案，各方案的注氣量分別為10 000 m3、20 000 m3、30 000 m3、40 000 m3、50 000 m3。隨著注氣量的增加，累產油量也逐步增加，但增幅從單井注氣量30 000 m3開始逐漸減小，注氣量超過30 000 m3之后，隨著注氣量增加，累產油增長幅度不大。因此，單井最優的日注入量應該在30 000 m3左右。對于方案8（30 000 m3），在注氣15年左右后，高部位的生產井已經開始氣竄，氣油比上升到2 000 m3/m3左右，因此當生產井生產氣油比以及含氧濃度達到一定上限時，需要逐步關閉高部位的生產井。注氣5年之后，注入氣已經從井底突破，但O2前緣還未到達生產井；注氣10年之后，O2前緣已經到達13-15井，為了保證安全生產，此時應該關閉該井；注氣生產20年之后，O2前緣已經到達13-016井，此時需要關閉該井；注氣生產30年之后，O2前緣仍未到達第3排生產井，因此在整個注氣過程中，需要對前兩排生產井的O2含量進行監測，當O2含量達到8%之后，就關閉相應的生產井，以保證安全高效的生產。

（6）注空氣與注氮氣方案對比：為了對比注空氣和注N2的增油效果，設計了方案8和方案12進行對比，與注氮氣相比，注空氣的優勢也是很明顯的。二者的累產油量相近。雖然注空氣的產油量略低，但考慮到空氣來源廣泛，成本低，不需要現場制氮設備，安全性足夠，其綜合效益是要高于注氮氣的。

（7）優化部署結果：通過數值模擬分析，優選接替注氣方案，注氣井選在高部位，利用重力驅油理論在高部位注氣低部位井采油。在齊131井30 m處部署1口直井（注氣井）。齊2-12-015、齊2-12-16、齊2-13-15見氣后轉注氣井，注氣井下段射開，采油井下段射開，單井注氣量30 000 m3/d，注入壓力20 MPa～25 MPa。待齊131井氣竄后，轉為觀察井，收取高壓注空氣的現場實際資料（溫度、壓力等）進行分析。

2 取得認識

（1）通過本次數模研究認為把空氣注入稀油油藏，起驅動作用的不是注入的空氣，而是就地產生的煙道氣和氣化的輕組分。

（2）氧化反應對最終的采收率影響不大，主要是煙道氣驅的作用，氧化反應的主要作用是地下除氧。

（3）礦場應用還得加強現場跟蹤，從而摸索出注氣的開發規律，制定合理的開采參數，從而更加有效的開發油田。

［1］秦佳，周亞玲，王清華，等.注空氣輕質原油低溫氧化油氣組分變化研究［J］. 大慶石油地質與開發，2008，27（5）：111-113.

［2］李士倫，張正卿，冉新權.注氣提高石油采收率技術［M］.成都：四川科學技術出版社，2001.

［3］婁兆彬.一種簡易高壓注氣管柱的探討與應用［J］.石油鉆采工藝，2003，25（1）：77-79.

TE357.7

A

1673-5285（2017）10-0073-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.10.018

2017－09-24

宋新利（1981－），碩士，工程師，2008年畢業于中國石油大學（華東）油氣田開發工程專業，現在遼河油田勘探開發研究院油田開發所從事油藏工程工作，郵箱：287209344@qq.com。