高温氮气辅助热采技术研究

2021-03-16海清华

中国应急管理科学 2021年9期

关键词：氮气高温研究

海清华

摘要：针对稠油老区已进入“两高三低”的吞吐开发后期，研究应用了高温氮气辅助热采技术，现场应用表明，该技术能有效补充吞吐稠油区块地层压力，改善油井的周期吞吐效果，应用前景广阔。

关键词：氮气;辅助热采技术;高温;研究

中图分类号：TE357.44

一、概况

1. 开发现状

曙光油田吞吐稠油共动用含油面积42.1平方公里，地质储量1.78亿吨，可采储量4139.6万吨，标定采收率23.4%。共投产油井2250口，开井1286口，日产油3159吨，2014年吞吐稠油年产油达121.6万吨，占全厂产量的58.5%，采油速度0.69%，采出程度20.4%，可采储量采出程度87.5%，年油汽比0.30。经过近30年的开发，目前稠油老区已进入“两高三低”的吞吐开发后期。

2.解决思路

（1）规模注汽保持稠油稳产

统计2000年以来的14年年产油、注汽量结果表明：保持年产120万吨规模，年注汽量由2000年的198万吨升高到2014年的411万吨，增加了108%;油汽比由2000年的0.57下降到2014年的0.30，下降了47%。

（2）依靠科学高效的技术支撑

曙光油田吞吐稠油非烃类气体采油技术一直走在油田公司前列，而且形成了较大规模，目前主要有氮气助排、二氧化碳复合吞吐、空气助排三项技术。三项技术的规模实施有效补充了吞吐稠油区块地层压力，改善了油井的周期吞吐效果，截止目前累计现场实施1291井次，増油27.6万吨，取得了显著的经济效益和社会效益。

（3）以局、厂科研项目为依托，开展研发及技术突破和创新

2015年，曙光油田承担了局科研项目高温空气/氮气辅助蒸汽吞吐项目中的高温氮气辅助热采技术的研究，在原有氮气助排技术的基础上，大胆创新，将氮气加热后注油层，以期达到降低蒸汽用量降成本，进一步提高措施效果的目的。

二、主要研究内容

1.氮气助排作用机理研究

（1）增压助排作用

由岩石压缩系数定义：

得到，注入蒸汽+氮气时会使岩石孔隙膨胀，在一定岩石压缩系数下，会使孔隙内流体压力由原来的升高到，若认为油藏中油水是不可压缩的，

根据注入蒸汽和氮气量，就可以计算气体波及油藏孔隙平均流体压力。

模拟计算了一口300m长水平井分别进行300℃蒸汽吞吐和300℃蒸汽+氮气吞吐的油藏压力增大情况，岩石压缩系数取2.0×10-6/Pa，油藏孔隙度为0.35，驱替后注入流体饱和度为0.50，共注蒸汽+氮气20天，采用上面方法计算得到5MPa油藏（模拟开发中后期油藏）和10MPa（模拟开发初期油藏）油藏注入蒸汽+氮气后，不同流体组分的增压作用及气腔平均压力增高。可见，在给定蒸汽+氮气注入方案下，蒸汽+氮气具有明显的增压作用，增压贡献大小顺序为：N2>蒸汽>CO2。在形成不同高压气腔时，气腔内平均压力可达0.2～2.0MPa，增产效果明显。而且，对低压油藏（5MPa）的增产效果更为明显，这也表明，注蒸汽+氮气适用于油藏开发中后期或者低压稠油油藏的增压开采。

根据室内大型填砂实验模型监测数据得到吞吐3轮次后的模型压力剖面图。可见，蒸汽+氮气吞吐开采3轮后模型压力保持在4.7MPa，而蒸汽吞吐油藏压力则降至4.2MPa以下，注氮气增压比例达到10%以上。氮气的保压效果非常明显。

注入氮气具有明显的增压作用，对于5MPa的高压油藏，蒸汽和气体可使油藏压力提高5%左右;对于1MPa的低压油藏，蒸汽和气体可使油藏压力提高50%-100%;气体的增压作用与蒸汽相当;油藏开发后期采用注氮气方法增压助排作用明显。

（2）调整吸汽剖面作用

氮气进入并暂堵低压层，提高了该区域注汽启动压力，迫使蒸汽进入中低渗透层，注蒸汽压力有所升高，对比措施前后提高0.7MPa，层间动用有所改善。

通过曙1-026-0368井措施前后吸汽剖面对比可以看出，原本不吸汽的31号层开始吸汽，而原来吸汽较强的30、36、40号层得到抑制，其他吸汽较差的层吸汽量均有所增加，调整吸汽剖面作用明显。

（3）重力分异作用

蒸汽和氮气与稠油之间的重力差异可达0.2MPa（泄油腔高度20m），可达油藏渗流压差的10%左右。空气进入上倾斜部位，置换其中剩余油。

2. 新增作用机理研究

（1）扩大波及体积调整剖面作用

200℃氮气的热焓值为2.65×106KJ/104m3;

200℃蒸汽的热焓值为2.21×106KJ/t。

携带热量与蒸汽相比可以忽略不计，补充热量作用不列入增产作用。但注入氮气温度由35℃升高到300℃以上后，有效降低常温氮气对地层的冷伤害，近井地带原油会随着温度的升高而粘度大幅度降低。从而有效改善近井地带稠油流动性，使氮气能够更好的占据油层远端，扩大氮气波及体积，同时改善氮气剖面，从而改善蒸汽剖面，提高油层动用程度。

（2）溶解降粘作用

通过资料查询发现（《气体在克拉玛依九区稠油中的溶解度关联与计算》），高温可提高氮气在原油中溶解度，降低原油粘度，改善原油流动性，有利于提高氮气助排效果。

三、现场应用情况

1. 选井

分别选择超稠油、普通稠油区块各2井次，选择區块相同，油层数据、生产数据相似的油井实施。

在杜84兴隆台超稠油区块、杜210普通稠油区块分别选取2口井进行试验：选取孔隙度、渗透率、含油饱和度相近的油井进行试验。

2. 总体实施情况

2015年，现场累计实施4井次，注入高温氮气44万标方，减少注入蒸汽量310.5吨，阶段同期对比増油1381.3吨，増油效果显著。

3. 注汽压力上升

超稠油2井次平均注汽压力由措施前的11.85MPa上升到13.4MPa，上升1.55MPa;普通稠油2井次由措施前的9.85MPa上升到10.15MPa，上升0.3MPa。

4.排水期缩短

通过对比排水期发现，1井次排水期大幅度下降，1井次略有上升。