輕質油藏注空氣驅現場應用研究

黃 俊

（長江大學石油工程學院，湖北武漢 430100）

向油藏注空氣用于改善油田開發已有很長的歷史，最早是用于維持地層壓力，后來多用于重質油藏火燒油層的開發。由于以往有許多火燒油層工藝未能成功，石油行業對于空氣驅技術的推廣因此存在不少顧慮。重質油藏火燒油層技術主要依靠高溫氧化產生的熱效應，其成功的關鍵在于點火成功、注入的空氣量足以維持燃燒前緣的推進、注氣井與生產井連通性良好，等等，其中的任一環節失控都將導致注空氣工藝的失敗。對于中輕質油油藏來說，熱效應不是主要目的，而關鍵在于低溫氧化反應所產生的間接的煙道氣驅作用，研究表明，氧化反應的程度與原油特性、巖石和流體特性、溫度和壓力有關[1-9]。

幾十年來，國內外對空氣驅驅油機理及實施方案開展了大量的室內研究，也進行了許多現場試驗，均獲得明顯的經濟效益，而且很少發生作業與安全方面的問題。因此，注空氣采油是一項具有發展前景的二、三次采油方法。

1 美國空氣驅技術應用

美國、英國、加拿大等國家都進行過輕質油藏注空氣的室內實驗研究，主要是油藏參數對空氣與原油反應活性的影響。美國的很多油田都成功地進行了注空氣采油的現場試驗，應用情況（見表1）。

表1 美國高壓注空氣應用情況

MPHU油田主力油層為低滲透儲層，以白云巖為主，夾雜灰巖，儲集空間為裂縫—孔隙雙重介質，油藏平均埋深為2 850 m，一次采油為液體、巖石膨脹和局部水驅（油藏有活躍的底水），溶解氣膨脹和重力泄油作用不大，空氣驅礦場試驗表明，注空氣可大大提高油藏采收率。

Horse Creek油田儲層泥粒狀灰巖和泥巖，油藏平均厚度6.1 m。一次采油階段采出程度低、壓力下降快，而且油相滲透率低、難以形成集油帶。在室內模擬研究的基礎上排除了注水方案，而天然氣或CO2驅成本又太高，最后決定采用高壓注空氣進行二次采油。現場試驗時，將現有的兩口生產井轉為注入井，并新鉆一口注入井，均安置高壓井口裝置。試驗表明，注空氣采油可以達到預期效果。

BRRU油藏為典型的深層、高壓、低滲透、碳酸鹽巖輕質油藏，一次采油主要依靠液體和巖石膨脹，產量遞減快，而且注水困難。實施了注空氣作業后提高采收率達15.6%，經濟效益明顯。

W.Hackberry油田低壓區帶有大氣頂和薄油環，為砂巖、高滲透、輕質油藏，油藏深度2 286～2 743 m，為很陡的傾斜構造。低壓油藏注空氣提高采收率原理主要在于三個方面：一是重力分異作用，注入的空氣可將油環推向位于油層下方的生產井中；二是維持或提高地層壓力；三是通過雙驅作用提高采收率。

Coral Creek油田為低滲透多孔碳酸鹽巖儲層，生產層中深2 700 m。常年注水開發使其采收率不斷下降，實施注空氣作業后提高采收率7.29%，預計油田總采出程度可達32.29%。對該項目的經濟評價認為，注空氣費用明顯低于注CO2，而且，如果在水驅基礎上采用高壓注空氣，投資成本僅限于新的注入管線和管線分布；如果空壓機設備及其運轉、維護采用向空壓機公司租賃方式，則項目經濟效益更好。

由上述分析可知，美國空氣驅的應用以高壓注空氣為主要方式，注氣壓力一般超過30 MPa，大多用于排除水驅方案后的二次采油。油層溫度均在70℃以上，油藏埋深超過2 000 m，保證了低溫氧化反應的順利進行，并盡可能地實現混相驅。可以認為，良好的油藏條件及大排量空壓機的使用確保了美國輕質油藏高壓注空氣技術的順利實施。

2 中國空氣/泡沫驅技術應用

注氣采油最容易出現的問題是氣竄或氣體過早突破。與美國相比，我國國產中大型空壓機尚處于發展階段，不宜推廣高壓注空氣采油，加之儲層條件差，可能出現低溫氧化不完全而導致安全問題，因此，必須發展自己的注空氣驅技術。

表2 中國注空氣采油應用情況

我國大部分低滲透油藏都存在裂縫，單純注氣難以見效。空氣/泡沫驅由于其獨特的性質[10]，可以延長氣體突破時間，減緩氣竄的發生，尤其適用于高含水、非均質性嚴重、含有大孔道及裂縫發育的油藏。隨著國產中小型空氣壓縮機的發展，中輕質油藏注空氣提高采收率技術已經在中國發展起來，空氣水交替注入、空氣/泡沫等技術在百色、中原、勝利等油田進行了現場試驗，已取得了明顯的增油降水效果。而且從現場應用情況來看，沒有發生因氧含量高導致的安全問題。我國部分空氣/泡沫驅現場應用情況（見表2）。

勝利孤東油田具有油稠、高滲透、高飽和的特點，油層埋藏淺（1 195～1 350 m），注水開發易出砂。其注空氣/泡沫提高采收率技術應用可行性在于：區塊尚有大量剩余油存在；生產氣油比低，產出氣體量少，有利于安全開展空氣驅技術；油層厚度大，水驅難以驅掃油層頂部的原油；油層埋藏淺，降低了注氣設備的投入；油層非均質性非常嚴重，有利于泡沫驅；區塊進行過大規模的聚合物驅，現已進入后續水驅階段，地層中殘留的聚合物可作為產生泡沫的穩定劑。因此，孤東油田具備實施空氣/泡沫驅的條件，現場試驗效果顯著。

大慶油田小井距北井組薩Ⅱ7+8層為正韻律油層，注水開發時上部低滲透部位吸水較少，甚至不吸水。向儲層注入氣體，依靠油、氣密度差產生的重力分異可以采出上部低滲透部位的剩余油。經現場試驗，采油量增加，試驗過程中發現尾氣氧含量已接近爆炸范圍，但經明火試驗未發生爆炸。

百色侖16塊為砂巖輕質油藏，埋深710～990 m，在高含水開發后期，區塊進行過多輪調剖堵水，但增油效果不明顯。采取泡沫輔助氣-水交替注入方式，投入產出比l：3.54，不僅增油效果顯著，而且試驗井組未發生氣竄。盡管油藏溫度低于50℃，產出氣氧含量低于2.6%。

延長唐80井區為特低滲、低產、低飽和壓力輕質油藏，埋深570 m。由于裂縫發育，且陜北地區水資源匱乏，油田注水開發困難。由表2可知，注空氣/泡沫起到了明顯的穩油控水及增加產能的效果。盡管油藏溫度低于30℃，油井產出氣中氧含量最高為0.6%。

中原油田胡12塊埋藏中深2 150 m，為常溫常壓、低飽和的層狀中滲透孔隙型油藏，儲層非均質性嚴重，經過近20年的注水開發，已經形成了高滲通道，水驅效果差。試驗區塊開展空氣/泡沫調驅的原則及有利條件主要有：油質輕，易形成混相；油層具有一定的厚度，連通性好；剩余油分布廣泛；注采井距合理且井網完善。由表2可知，空氣/泡沫調驅效果明顯。

長慶五里灣空氣/泡沫驅試驗區塊為典型的低滲透儲層，井組裂縫發育，注水開發效果差。采取“泡沫液+空氣”的混合注入方式后，對應17口油井有12口見效。與水驅相比，驅油效率平均提高20.2%，含水降低11%。

國內油田現場試驗表明，空氣/泡沫或空氣-水交替注入能夠有效堵塞高滲帶或大孔道，有效防止氣竄。盡管大部分油藏溫度都低于70℃，且油藏埋深淺，但產出氣氧含量均在安全范圍（5%）之內，現場也未發生安全事故。因此，與高溫要求相比，控制氣竄、延緩空氣在地層中的滯留時間顯得更為重要。

3 結論

（1）由于氣體較大的壓縮性，地下每注入1立方米氣體近似于地面近百立方米氣體體積，因此，考慮注氣開發的油藏必須要對氣源及注氣成本進行較詳盡地評估。目前，我國氣源主要有西部安塞天然氣氣田，吉林扶余油田、蘇北黃橋氣田、江蘇秦潼凹陷以及廣東三水盆地等的CO2氣藏，氣體資源有限，只有空氣氣源最豐富、成本最廉價，是非常理想的氣體注劑。

（2）為確保注空氣采油過程的安全性，要求輕質油藏油層溫度高，油藏埋深大，以利于氧氣的消耗，并產生更好的煙道氣驅效果，但需要注意的是，油藏埋深大使得注氣設備的投入也隨之加大。針對具體的油藏有必要開展室內注氣研究，以確定注氣可行性及空壓機選型。

（3）由于我國大部分油田陸相沉積的特點，單純空氣驅其效果可能受到限制，采用空氣泡沫驅或空氣-水交替注入方式更為適宜。從現場應用情況來看，空氣/泡沫驅技術尤其適用于高含水、非均質嚴重、裂縫發育或存在大孔道的油藏。

（4）不論采用地面發泡還是地層發泡，起泡劑的性能都決定著空氣/泡沫驅的效果。聚驅后的中輕質油藏由于聚合物的殘留，增強了泡沫的穩定性，可以作為考慮空氣/泡沫驅的條件之一。在今后的工作中，根據油藏條件開發相應的高性能起泡劑將是空氣/泡沫驅技術發展的重要方向之一。

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