方118區(qū)塊空氣驅(qū)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

陳昌軍(吉林油田勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138000)

X油田八面臺(tái)區(qū)塊位于吉林省鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)，東鄰嫩江，南為老X油田。區(qū)域構(gòu)造位置位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)龍虎泡-大安階地上的一個(gè)局部構(gòu)造，東臨古龍凹陷，西與西部斜坡區(qū)相連，是松遼盆地南部較為有利的油氣聚集區(qū)，主要開采層位主要為高臺(tái)子油層和扶余油層。八面臺(tái)區(qū)塊隨著開發(fā)的逐漸深入，開發(fā)中暴漏出一系列問題:比如產(chǎn)量遞減幅度大，目前產(chǎn)油量?jī)H為開發(fā)初期的1/5；注水壓力高，注水不見效；已動(dòng)用的低滲透儲(chǔ)層青一段高臺(tái)子油層和泉四段扶余油層采出程度低，采油速度低。因此對(duì)于滲透率較低油藏，在常規(guī)注水開發(fā)很難形成新的有效驅(qū)替體系，亟需攻關(guān)新的驅(qū)替方式。

1 低滲透油藏注空氣生產(chǎn)機(jī)理

當(dāng)原油與空氣接觸時(shí)，可以與空氣中的氧氣發(fā)生低溫氧化(LTO)反應(yīng)，也可以發(fā)生高溫氧化反應(yīng)(HTO或ISC)。氧氣與烴類物質(zhì)之間的主要有兩種反應(yīng)，即(1)加氧反應(yīng)；(2)熱裂解(斷鍵)反應(yīng)。與稠油高溫燃燒不同，對(duì)于稀油，加氧反應(yīng)主要在150℃以下。此時(shí)反應(yīng)的生成物主要是各種羧酸、醛、酮等烴類氧化物。

針對(duì)方118試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況，主要開展了原油低溫氧化靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、細(xì)長(zhǎng)管低溫氧化動(dòng)態(tài)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)試、爆炸極限研究四個(gè)方面的研究工作。

2 空氣驅(qū)室內(nèi)試驗(yàn)及數(shù)模

2.1 地層水、地層油低溫氧化實(shí)驗(yàn)

原油能否發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，是空氣驅(qū)提高采收率的必要前提，同時(shí)也是保證該項(xiàng)技術(shù)安全性的一個(gè)重要因素，若能夠發(fā)生低溫氧化，其應(yīng)相應(yīng)測(cè)試氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為油藏?cái)?shù)值模擬提供必要可靠的計(jì)算參數(shù)。

色譜分析結(jié)果有少量的烷烴氣體，其中油樣閃蒸氣的油氣比為11，這也表明空氣能夠在原油中溶解，另外，CO2在原油中的溶解度較大，原油低溫氧化產(chǎn)生的CO2大部分溶解于原油，這對(duì)原油降粘有一定的作用，折算結(jié)果認(rèn)為一個(gè)體積原油在7天之內(nèi)能消耗48.57體積空氣中的氧氣(10.2體積)，并且產(chǎn)生1.85體積的CO2和0.52體積的CO。

地層水的存在會(huì)對(duì)原油氧化速率產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果從中可以看出，含水時(shí)反應(yīng)速率比不含水時(shí)要大，這說(shuō)明水的存在對(duì)氧化反應(yīng)有促進(jìn)作用，實(shí)際油藏是高含水油藏，說(shuō)明含水也是提高氧化速率的有利因素。

2.2 溫度和壓力對(duì)低溫氧化影響

本次模擬地層條件，分別做了不同溫度和壓力條件下的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3-1。

從圖上可以看出，在同等條件下，隨著溫度的升高，氧化速率逐漸增大，隨著壓力的升高，氧化速率逐漸增大。

圖3-1不同溫度、壓力條件下原油低溫氧化體積變化曲線

2.3 原油氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)曲線如圖3-2所示，放熱曲線如圖3-2所示:

圖3-2實(shí)驗(yàn)溫度壓力和放熱曲線

利用加速量熱儀和熱重差熱分析儀測(cè)試得到氧化動(dòng)力學(xué)參數(shù)結(jié)果:活化能E=90063.5J/mol，指前因子為261924，為數(shù)值模擬提供所需參數(shù)。

2.4 爆炸極限測(cè)試

由于產(chǎn)出氣、天然氣成分比較復(fù)雜，而各個(gè)油井的氣體含量及成分也不一樣，因此燃爆特性實(shí)驗(yàn)中選用甲烷代表可燃?xì)怏w進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的空氣－甲烷爆炸區(qū)域和氧氣含量的關(guān)系(溫度范圍為20-90℃，壓力范圍為0.2-1.2MPa)。由于大港油田港東一區(qū)一產(chǎn)出氣甲烷含量92.07%，乙烷含量5.06%，地層壓力65℃，該實(shí)驗(yàn)條件和該區(qū)塊具有一定的一致性，可以為制定安全氧含量提供依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)中測(cè)得甲烷氣中安全氧含量為12.35%，國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)制定安全氧氣含量為5%，國(guó)內(nèi)大部分油田根據(jù)國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)，再加一個(gè)安全系數(shù)，取3%為安全氧含量標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)監(jiān)測(cè)到生產(chǎn)井內(nèi)氧氣濃度達(dá)到或超過(guò)3%時(shí)應(yīng)啟動(dòng)安全預(yù)警措施。

模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件，初始溫度90℃，初始?jí)毫?.2MPa以下時(shí)，甲烷與空氣爆炸混合物中甲烷的爆炸范圍在4.74%-16.58%。臨界氧含量值11.71%。

2.5 完成儲(chǔ)層建模、數(shù)模工作

在地質(zhì)研究成果基礎(chǔ)上重新建立了三維地質(zhì)模型，模型面積2.1km2。確定空氣驅(qū)注入方式、注入?yún)?shù)。

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