韩 竹

(东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318)

W8块属于深层稠油、特稠油油藏，其中东三段为W8块主力层段之一，储层为三角洲前缘亚相沉积物，油藏埋深1 240～1 430 m，属中孔隙度、中高渗透率储层，原油属稠油，密度高，黏度大。20 ℃原油密度为0.98～0.99 g/cm3，50 ℃地面脱气原油黏度为23.1 Pa·s，主要采用蒸汽吞吐与蒸汽驱等稠油热采技术进行开发，随着吞吐轮次升高，油藏剩余油饱和度下降，油藏驱动能量衰竭，地层压力下降，平均油汽比仅0.2，注汽效率严重下降，继续应用常规蒸汽吞吐技术，无法保证区块稳产与开发效益。为缓和油藏开发矛盾，改善W8块东三段蒸汽吞吐开发效果，我们开展注空气辅助吞吐技术的研究，并进行1井次现场试验，取得了良好的增油降水效果。

1 蒸汽吞吐开发存在问题

长期注蒸汽开发后，含水率平均达90.4%，注汽后稳产周期缩短，油汽比显著降低，通过对剩余油性质，油藏压力及油气运移规律等开发动态特征进行分析，蒸汽吞吐开发存在下列问题。

1)剩余油重质成分上升，黏度增大。目前蒸汽吞吐轮次已平均达12轮，原油轻质成分多数被采出，剩余油中胶质和沥青质成分增加，50℃地面脱气原油黏度由 23.1 Pa·s上升至37.7 Pa·s，开采难度增大。

2)地层压力下降，开发能量不足。蒸汽吞吐是一种不断消耗地层能量的降压开采方式［1］，W8块已经累计开发20 a，地层压力由12.6 MPa下降至3.1 MPa，2014年初生产压差降低至0.9 MPa，开发能量逐渐衰竭，地下原油难以驱动。

3)储层动用不均，注汽波及系数难以扩大。由于东三段油层厚度大，层内层间非均质性强，且反韵律油藏注汽易导致蒸汽超覆现象［2］，吸汽剖面、井温测试资料显示，油层上部动用程度远高于下部，由于注汽压力低，蒸汽易沿上部高渗层推进，造成下部剩余油难以有效受热，注汽波及效果难以改善。

2 注空气辅助蒸汽吞吐技术

2.1 注空气辅助蒸汽吞吐技术增油机理

注空气辅助蒸汽吞吐技术，是在注蒸汽前注入一定量的空气及催化剂，使注入的空气在催化剂作用下与原油发生反应，使原油胶质、沥青质裂解为短链烃类，并生成二氧化碳，原油黏度降低，同时消耗氧气，保证注空气安全生产。主要增油机理包括:

1)注入的氧气在高价金属离子催化剂作用下，与原油发生氧化裂解反应，引起稠环芳香烃转化为芳香基多元酸［3］或碳链更短的烃类，降低原油黏度，弱化原油在储层上的吸附作用，降低油水界面张力，提高原油渗流能力，改善后续蒸汽驱油效果。

2)氧气与原油反应生成的CO2及醛、酮、羧酸等极性含氧化合物，可作为天然表面活性剂，与原油、水混合后，生成水包油型混合物，降低原油黏度。

3)原油裂解后，相对分子质量降低，相同温度下，原油的饱和蒸气压升高，利于弥补油藏亏空，补充地层能量，增加生产压差，有利于原油驱动。

4)空气中大量的氮气，具有较强的压缩性，且氮气密度低，不易溶于水，可有效补充地层能量，氮气与原油具有较低的表面张力［4］，能进入水无法进入的孔隙，部分氮气溶于原油中形成泡沫油，可降低原油黏度。

5)氮气导热系数低，抑制蒸汽热量传入上下围岩，能提高注入蒸汽的热效率。

2.2 注空气辅助蒸汽吞吐技术可行性分析

开展注空气辅助蒸汽吞吐技术要求油藏具备一定的条件［5］，主要包括:油藏厚度、温度、倾角及注气压力等，拟开展井区W8块东三段，平均油藏厚度 13.5 m，平均孔隙度 0.25，平均渗透率1 250 ×10－3μm2，井间无气窜，地层倾角 3°，胶质、沥青质含量33.56%，均满足注空气辅助蒸汽吞吐技术要求，但油藏温度为55℃，相对较低，但后续注入高温蒸汽可使油藏温度提高至100～130℃，因此，完全符合注空气开发油藏条件。

3 注空气辅助蒸汽吞吐技术的研究与参数设计

3.1 注入段塞设计

注空气辅助蒸汽吞吐试验设计为3个段塞，段塞种类及目的见表1。

表1 注空气辅助蒸汽吞吐注入段塞设计

3.2 催化剂配方选择

为筛选与W8块原油配伍性且催化性能良好的催化剂，利用W8块原油与3种催化剂(有机复合镍 ONi－1、ONi－2、有机复合锌 OZn －1)，借鉴王焕梅等［6］研究稠油注空气催化氧化的实验方法，进行高温原油注空气催化氧化实验，催化剂加量(质量分数，下同)均为 0.4%，反应温度100℃，考察不同催化剂条件下原油酸值和尾气含氧量分别与反应时间的关系，结果见图1和图2。在相同时间内，加入一定量催化剂，可提高反应后原油酸值并降低尾气含氧浓度，说明催化剂可明显提高原油氧化反应速率。结果表明，有机复合镍催化效果优于有机复合锌，且ONi－2效果优于ONi－1，选择ONi－2型有机复合镍催化剂作为现场应用催化剂，加量以0.4%为宜。

图1 不同催化剂下反应后原油酸值变化曲线

图2 不同催化剂下反应后尾气含氧量变化曲线

3.3 现场注入参数与关井时间控制

按每注入100 t蒸汽对应注入空气(标准状态，下同)6 000 m3进行设计，根据设计蒸汽注入量3 000 t，设计注入空气总量为18×104m3，注气压力控制在15 MPa以下;按照每10 000 m3空气对应0.2 t催化剂计算，设计催化剂用量为3.6 t，为保证氧气与原油催化氧化反应充分，注蒸汽完毕后关井72 h恢复生产。

4 现场试验及效果

4.1 注气压力的变化

将3.6 t催化剂与0.6 t减阻剂配制成180 m3混合液(催化剂加量2.0%)，通入油管注入，注入速度20 m3/h;注入空气18×104m3，注气速度控制在450～500 m3/h;注入蒸汽3 000 t;关井72 h恢复生产，W8－1井不同轮次注气压力的变化见图3。蒸汽吞吐第14轮，通过注入空气后，W8－1井注气压力达12.3 MPa，较上轮升高1.6 MPa，说明注入空气较好的补充地层能量，能实现调整吸气剖面，促进注入蒸汽扩大波及体积。

图3 W8－1井不同轮次注气压力变化曲线

4.2 增油效果

W8－1井第14轮进行注空气辅助蒸汽吞吐试验，结果见图4。阶段生产669 d，阶段产油1 075 t，阶段油汽比 0.33，对比上周期(第 13轮)，累计增油743 t，含水量下降3.5%，延长周期生产日期超过300 d，见到较好的增油降水效果。

图4 W8－1井各周期日产油量变化曲线

4.3 经济效益分析

通过实施注空气辅助吞吐措施，预计W8－1井本周期结束产量可达1 200 t，油汽比0.36，创效29万元，投入产出比1∶2.1，与第9轮前效果相当。在W8块与W8－1井情况类似，具有一定剩余油，但注气轮次高，生产效率低的井，还有120口，亟需通过新技术的应用，改善开发效果。因此，注空气辅助蒸汽吞吐技术，具有良好的应用前景。

5 结论

1)W8块经过多轮次吞吐后，注蒸汽开发效率下降，地层亏空严重，注空气辅助吞吐技术可明显改善蒸汽吞吐开发效果，提高油藏采收率。

2)使用加量0.4%的催化剂ONi－2，能显著提高空气与原油的氧化裂解反应速率，120 h后原油酸值可提高至10.03 mgKOH/g，尾气氧含量达 8.1%。

3)现场试验井W8－1井注空气后，注蒸汽压力上升1.6 MPa，周期累计增油743 t，取得了良好的试验效果，说明注空气辅助吞吐技术在稠油油藏开发后期具有较大的应用空间。

4)开展低成本催化剂体系优选与施工安全风险控制技术研究，降低应用成本，提高现场应用安全性。

［1］张方礼，赵洪岩.辽河油田稠油注蒸汽开发技术［M］.北京:石油工业出版社，2007:6.

［2］石利华.洼38块蒸汽吞吐后期二次开发探索与实践［J］.特种油气藏，2007，14(6):67 －70.

［3］唐晓东，崔盈贤，孟科全，等.注空气催化氧化渤海稠油降粘工艺可行性探讨［J］.西南石油大学学报:自然科学版，2008，30(6):141 －144.

［4］白凤瀚，申友青，孟庆春.雁翎油田注氮气提高采收率现场试验［J］.石油学报，1998，19(4):61 －68.

［5］张守军.超稠油注空气强化采油实验研究与现场应用—以曙光油田杜 80块为例［J］.特种油气藏，2012，19(5):143－145.

［6］王焕梅，唐晓东，孟科全，等.稠油注空气催化氧化采油催化剂的制备与评价［J］.精细化工，2009，26(6):566 －569.