非常規巖性油藏氮氣驅技術研究與試驗

乞迎安，汪小平，楊 開，田 鑫，陳志會

(中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

1 可行性研究

1.1 氮氣驅增油機理

氮氣因與油水間存在密度差異而產生重力分異作用[1－2]，氣體沿垂向裂縫或高滲孔道上浮至油層頂部，并占據頂部空間，形成次生氣頂，將注水難以波及到的頂部裂縫、微孔隙中的油氣置換出來，并在重力作用下運移至油井采出。

在溫度119℃及壓力30 MPa條件下，氮氣與油的界面張力為8.9 mN/m，遠低于水和油的界面張力(30.5 mN/m)，以及氮氣與水的界面張力(49.4 mN/m)[3]。由于水可以進入的最小縫寬是氮氣的14倍[4]，氮氣比水更易進入窄裂縫、微孔隙中，置換出更多的油氣。此外，氮氣還具有降低原油黏度、補充地層能量、封堵水竄通道的作用。

1.2 油藏條件可行性分析

小12－13井位于黃沙坨油田構造主體部位，2012年7月投產，2013年5月轉注，轉注前采出程度為31%。井區所處位置油層厚度大，剩余油相對富集，注采井間連通性好。因此，將小12－13井組確定為試驗井組。將該井組儲層參數與國內外氮氣驅油藏推薦標準[5](表1)對比可知，該井組油藏參數滿足氮氣驅油藏篩選標準。火山巖油藏氮氣驅雖未檢索到相關借鑒文獻，但具有雙重介質的碳酸鹽巖油藏在國內試驗已有成功先例[6]，因此，確認火山巖油藏氮氣驅技術可行。

表1 小12－13井組地質條件氣驅可行性評價

2 氣驅技術研究與方案設計

2.1 設計思路

黃沙坨油田氮氣驅先導試驗設計為“氮氣泡沫+氣水混合”的雙段塞。為防止形成氣竄，第1段塞設計為氮氣泡沫驅方式，泡沫視黏度高，在多孔介質形成賈敏效應，對高滲透通道產生封堵作用[7]。第2段塞設計為氣水混注方式，注水可降低注氣壓力，保證氮氣的有效注入，同時，混注方式也有助于抑制氣竄發生。

2.2 段塞參數確定

2.2.1 發泡劑的篩選

通過實驗，對 SAS、ABS、SDS、AES 4 種發泡濟進行了篩選[8]。經過200℃溫度下的處理后對發泡劑進行了室內評價實驗，檢測發泡劑在不同濃度下的發泡體積與半析水周期。實驗結果表明(圖1、2)，SDS具有良好的發泡性、耐高溫性與泡沫穩定性，因此，優選SDS作為黃沙坨油田氮氣驅先導試驗的發泡劑。此外，通過實驗還確定了發泡劑合理使用濃度為0.5%。

圖1 200℃處理后發泡劑發泡體積隨濃度變化曲線

圖2 200℃處理后泡沫半析水期隨濃度變化曲線

2.2.2 氣液比實驗研究

模擬黃沙坨油田油藏儲層物性，基質滲透率取值為 0.9 ×10－3μm2，裂縫滲透率為 12.0 ×10－3μm2，孔隙度為7.9%，實驗用油取自黃沙坨油田，原油密度為0.83 g/cm3，黏度為5.42 mPa·s。借鑒文獻[9]的研究，利用長巖心模型驅替實驗裝置，在溫度為96℃，注入壓力為16.0～18.5 MPa，氣液比分別為1∶1、2∶1和3∶1的條件下進行水驅后氮氣泡沫驅室內實驗，計算氮氣泡沫驅提高采收率幅度。實驗結果表明氣液比為2∶1時，采收率提高幅度最大，達到18.1%(圖3)。

圖3 不同氣液比與提高采收率幅度關系曲線

2.2.3 注采方式數模研究

利用數值模擬軟件CMG2010－STARS，構建40×36×9型網格模型，探究小12－13井組在構造不同位置氮氣驅實驗效果。模擬結果表明，在相同注入量下，“低注高采”氣驅方式注采井間的波及體積最大，油藏動用程度最高。

試驗井組所在的小25塊油藏具有一定傾角和垂向滲透性。吸水剖面測試結果表明，油藏下部動用程度大，吸水強度高，上部吸水效果差[10]。采用低部位注氣，高部位開采的方式，有利于氮氣向上擠壓，捕集零散剩余油，驅替路徑延長，還有利于氣竄控制。

2.3 注入井口及井身管柱設計

黃沙坨油田目前地層壓力在20 MPa以上，為保證氣驅注入過程安全，設計滿足高壓注入的井口和工藝管柱。工藝管柱配置了Y521－148封隔器，工作壓差達到50 MPa，實現對環空的有效封隔。注汽井口設計為KQ65－35型采油(氣)井口裝置，工作壓力達到35 MPa。

3 現場試驗

3.1 注入情況

2013年5月，在黃沙坨油田小12－13井組上開展了氮氣驅試驗，2014年1月結束，共分為4個階段:空白水驅、氮氣泡沫驅、間歇停注和氣水混驅。

累計注入標準狀況下氮氣量為334.6×104m3，折算地下體積為24850 m3。累計注水量為12124.1 m3，處理半徑約為51.1 m。平均注氣壓力為19.4 MPa(表2)。

表2 小12－13氮氣驅注入參數統計

3.2 效果分析

3.2.1 測試資料分析

為分析氮氣驅試驗效果，在試驗前后對示蹤劑、井底壓力、采出液發泡劑濃度、采出氣組分等多項關鍵參數進行了錄取。措施后平均注水壓力上升6 MPa，視吸水指數下降4 m3/(d·MPa)，氮氣泡沫驅對優勢水流通道產生封堵作用。示蹤劑檢測顯示，措施后主裂縫水流推進速度由水驅時36.2 m/d減緩至12.7 m/d，說明氮氣泡沫驅能明顯控制水流沿主裂縫方向竄進;測試注水井底壓力為38.1 MPa，氮氣泡沫壓力為43.6 MPa，壓力升高5.5 MPa，說明注入的氮氣能有效彌補井組地下虧空，保持地層壓力。經產出氣取樣分析，氮氣濃度均在10%以下，采出液檢測發泡劑濃度均在0.07%以下，說明采用先“氮氣泡沫”后“氣水混注”的雙段塞注入方式合理，有效抑制了氣竄與水竄的發生。

3.2.2 增油效果及經濟效益分析

小12－13井組對應生產井共開井12口，其中有10口井見到明顯增油效果，一線井見效率為87.5%，井組單井見效率達到83.3%，與氣驅前對比，日產液基本保持穩定，最高日增油14.3 t/d，含水降幅達6.8%。截至2014年9月底，平均日增油8.2 t/d，含水降低4.3%，累計凈增油3517 t，有效期達到425 d。累計投入氮氣、發泡劑等費用合計687.15×104元，階段創效1445.79×104元，階段投入產出比為1.0∶2.1。

4 結論

(1)在正韻律沉積的低滲透油藏，氮氣驅依靠自身物理滲流特性，表現出與水驅不同的驅替路徑和技術優勢。氮氣驅增產機理不是單一的，而是綜合作用的結果，主要增產機理為重力分異作用。

(2)氮氣密度小、黏度低，易氣竄，采用氮氣泡沫與氣水混注方式可有效抑制氣竄的發生。

(3)試驗結果表明，具有雙重介質特征的黃沙坨火山巖油藏在水驅過后，采用低注高采的氮氣驅方式技術可行。

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