氣體混相驅影響因素及不同注入氣特性分析

張叢迪

（西安石油大學，陜西西安 710065）

國內油田多數(shù)都是屬于陸相沉積，平面、垂直非均質性強，原油黏度較高[1]。這些油田的水驅采收率一般較低，只能達到約30 %，含水率卻已高達約80 %，因此，提高采收率的技術就尤為重要，注入氣體形成混相來驅油是在提高采收率技術中繼水驅、聚合物驅、蒸汽驅應用之后又一個重要的手段[2]。

早期油藏枯竭生產必然導致地層壓力的下降，當壓力降到飽和壓力之下時，原油開始脫氣，這時是否適合開展注氣驅油就需要對油藏進行綜合評價[3]。確定某一類油藏是否可以進行混相氣驅是需要對整個生產狀況、油藏的物性、原油物性、注入氣篩選等相關參數(shù)進行系統(tǒng)評價來確定，因為油田實際生產中，各個因素都會對混相驅的采收率、最小混相壓力（MMP）、波及范圍、洗油效率等產生或大或小的影響，本文通過對油藏物性、原油物性、注入氣三大方面對混相驅的影響因素總結，明確在混相驅過程中，各個因素實際的影響機制以及不同注入氣的特性。

1 儲層物性影響因素

1.1 油藏溫度

溫度對MMP 具有較大的影響，隨著溫度的升高，MMP 升高。其原因是：在壓力不變的條件下，油藏溫度升高會導致氣體的密度降低，進而導致單位體積氣體的萃取能力減弱，若要達到混相的效果，就必須增加壓力。而無論原油中輕質組分和重質組分的比例如何，只要油藏溫度增加，原油的混相壓力就上升，因此，高溫油藏對氣體混相驅是不利的。

1.2 滲透率

對于低滲透率的油藏，由于地層中流動性較差，所以注入氣與原油有充分的時間來達成混相，而高滲油藏，注氣雖然一定程度也能夠出現(xiàn)混相驅替，但更容易導致初期出現(xiàn)氣竄現(xiàn)象，最終造成驅油效率偏低[4]。雖然不同滲透率的油田，在采用注氣混相驅油都能取得一定效果，但結合生產經(jīng)濟效益來分析，高滲油藏采用注水開發(fā)比注氣開發(fā)效益更好；而低滲油藏采用水驅采油比較困難，因此采用注氣混相采油效益更好[5]。

1.3 油藏縱向非均質性

注氣混相驅油時，縱向非均質性比平面非均質性更重要，尤其是在使用小溶劑段塞式混相驅時，由于縱向非均質性差異，相比低滲油層，溶劑更容易進入高滲油層中，而在低滲透率的油層中，一些小段塞又會被橫、縱向分散作用所稀釋，最終導致低滲油層中的混相驅效果較差[6]。如果油藏的各個油層之間連通性較好，流動的勢能差會導致層間溶劑與原油的交滲流動，還有重力分異的影響，在這種情況影響下，高滲透率的油層位于油藏的下半部分時，進行混相驅的效果是要比高滲透油層在頂部的要好，且在一定情況下，還好于一般均勻油藏[7]。

1.4 油藏流體飽和度

進行混相驅可行性評價的油藏，其油藏的原油飽和度是決定混相驅方案中經(jīng)濟可行性的關鍵指標。原油飽和度的下限取決于注入的驅替相的成本、一定時間內的油價、油層及原油物性[8]。理論上原油飽和度越高越好，如果飽和度過低，驅替過程中波及范圍不大的情況下，原油是很難被驅替出來的，一般能達到60 %左右的體積波及系數(shù)是在混相驅中表現(xiàn)較好的，在評價混相驅可行性時，要求油藏的含油飽和度不能低于25 %，而非混相驅油藏的下限為50 %左右[9]。如果油藏存在的原生水飽和度低，則非常有利于混相氣驅，孔隙體積一般都較小，若原始油藏的含水飽和度相對較高，則說明地層很致密，也可能是黏土及頁巖的比例較高，或兩者都有。

1.5 邊、底水

水相的影響，主要在于它能夠溶解一定量的氣體，進而導致與油形成混相的氣體量減少，這個影響隨著油藏壓力和含水量上升而增加，且隨著含鹽量的增加而減少。

1.6 驅替前緣壓力

1.7 重力影響

1.7.1 重力對水平油藏的影響 重力影響主要表現(xiàn)在兩方面：密度的不同會引起溶劑超覆原油水流動；烴相間在注入水與溶劑前緣后方會由于重力作用而發(fā)生對流分離，這種條件下，油藏厚度增加對驅替影響不利。

1.7.2 重力對傾斜油藏中重力的影響 而對于一些特殊構造的油藏，反而可以利用其構造提高波及效率及采收率，比如可在傾斜構造的油藏中利用重力的影響進而提高采收率，通過將溶劑注入到構造上部位，采用低流量生產，使得密度比較小的溶劑可以有充分的時間與原油來分離，也能夠一定程度上抑制指進現(xiàn)象[11]。

2 原油物性的影響因素

2.1 原油脫氣程度

室內細管實驗的驅替壓力一般都大于飽和壓力，而針對驅替壓力小于飽和壓力的情況，由于該條件下需考慮地層原油的脫氣，情況較為復雜，目前還沒有開展對應的細管實驗。在求取MMP 時，當驅替壓力與飽和壓力間差值越大，得到的MMP 越小。其原因主要包括兩個方面：（1）地層原油在壓力低于飽和壓力開始脫氣時，兩者壓差越大，原油脫氣越嚴重，當井開始生產時，隨著脫氣程度的增加，地層中氣體更易形成連續(xù)相，較早突破，影響原油流動；（2）當壓力低于飽和壓力時，較輕氣體首先脫出，而原油中的較重組分比例相對增加，注入氣體需要與更多的原油接觸，才能與原油達到混相，使得混相帶形成的時間滯后，影響驅替效果。

2.2 原油黏度

如果利用注黏度較低的干氣或者濕氣來進行混相驅替開發(fā)，會由于注入量過大而縮短開發(fā)的周期，其原因是在驅替中，氣體黏度低，容易引起黏性指進，進而導致驅油效率降低，所以注氣開發(fā)必須考慮原油與注入氣之間黏度差的大小[12]。使用富氣段塞進行驅替的成本比較高，油藏傾角較低的情況下，要求原油黏度低于1 mPa·s 最好，其最高上限為5 mPa·s；如果使用干氣來進行多次接觸混相驅時，原油黏度最高上限為3 mPa·s。重力驅替的黏度要求與實際油藏縱向上的滲透率大小有關[13]。

2.3 原油密度

一般重質烴類含量較多的原油密度也比較高，黏度較大，因此，注氣開發(fā)時，氣體與原油的黏度差就很大，容易造成黏性指進現(xiàn)象，因而，要求使用氣體混相驅的油藏中原油的密度要小于876 kg/m3。如果使用干氣進行混相驅，因為干氣是不斷萃取原油中C2～C6組分，使自身不斷富化，最終達到混相狀態(tài)，所以，要求油藏中C2～C6組分越高越好，采用汽化氣驅時要求原油密度不能大于825 kg/m3，而非混相驅替則對原油密度要求寬松一些，原油密度在876 kg/m3～1 000 kg/m3都可以。

2.4 原油組分

油藏中，氣體混相驅油實際上是注入氣不斷萃取原油中的輕質烴及中質烴來達到混相的。因此，原油的輕質烴或中間烴的組分及組成對混相驅的MMP 影響比較重要。原油組分組成復雜多樣，必須對原油的各個組分進行詳細分析才能明確對MMP 是如何影響的。

以注CO2混相驅為例，MMP 隨原油中N2的摩爾組成的增加而增大，且二者呈直線關系。原油中甲烷的存在導致MMP 增加，且隨著甲烷含量的增加，MMP 增大；且在0～40 %范圍內，兩者呈直線關系，超出這個范圍，MMP 隨甲烷含量增幅增大。隨著原油中C2的摩爾含量增加，MMP 降低，同時降低幅度隨原油中C2的摩爾含量增加而增大；當原油中無C5～C10組分時，MMP最大，原油中該組分的存在使MMP 降低，且該組分含量越高，MMP 越低，同時降低幅度隨原油中該組分的摩爾含量增加變緩；原油中C11～C14的存在對MMP 影響明顯，當原油中無C11～C14時，MMP 最小；原油中C11～C14的存在使MMP 增大，且隨著原油中C11～C14的摩爾含量增加，MMP 增大，且二者幾乎呈線性關系；CO2驅油過程中，MMP 與原油中甲烷和氮氣的摩爾含量成正比。MMP 隨著原油中甲烷及氮氣濃度減小而降低，且在一定范圍內，甲烷和氮氣的濃度與MMP 呈直線關系。因此，原油中輕質組分的比例很重要。MMP 與原油中C1～C10含量成反比，即原油輕質組分越多，MMP 越小，達到混相驅要求的地層壓力就越低，與原油中C11+含量成正比。

3 注入氣體類型影響

3.1 CO2

CO2與其他注入氣相比，有其獨特的優(yōu)勢，與N2、烴類氣體相比，注CO2進行混相驅時所需要達到的MMP 是三者中最低的，因而利用CO2進行混相驅油應用最為廣泛，由于CO2從CO2礦藏、發(fā)電廠等地方能夠大量獲得，且還具有一定的環(huán)境保護意義，因而在油田注氣開發(fā)時，需要大量同類氣體的情況下，從經(jīng)濟角度來看，CO2比烴類混相劑更加有性價比，但在物性方面，其黏度較低、密度較小，使用CO2進行混相驅會由于其物性的影響而在波及系數(shù)方面很難達到令人滿意的程度，在與CO2密度相似的油藏中驅替時，可以有效降低與原油的重力分異作用，如果地層中存在可流動地層水時，其與地層水間的密度差足以使它們之間重力分異[14]。

5.仰口線蟲病。根據(jù)該病的流行病學、臨床癥狀和病理變化，一般可做出初步診斷，但要確診需做實驗室診斷鑒別。糞便經(jīng)漂浮法顯微鏡下檢查蟲卵，新鮮鉤蟲卵具有一定特征性：色彩深，發(fā)黑，蟲卵兩端鈍圓，兩側平直，內有8～16個卵細胞。

適合驅油的油層條件：

（1）儲層巖石可以是砂巖、石灰?guī)r、白云巖和燧石灰?guī)r；

（2）油層深度大于600 m，溫度無影響；

（3）原油相對密度為0.795 g/cm3～0.96 g/cm3；

（4）原油黏度0.15 mPa·s～0.188 mPa·s。

使用CO2進行混相驅油的特性是：混相壓力較低、可降低原油黏度、使原油體積膨脹、降低界面張力等[15]；缺點是使用受資源的限制，且存在結垢、腐蝕的問題。

3.2 N2

使用N2進行混相驅，其特點是：N2是惰性氣體且沒有腐蝕性，不會與CO2作驅替劑一樣造成腐蝕問題，N2的密度在相同溫度和壓力下是小于氣頂氣密度的[16]，黏度與之接近，這可以緩解重力驅替過程中的黏性指進，同時它不溶于水，少量溶于油，膨脹性良好，造成的彈性能量大，且其來源較廣，價格較低，在注氣提高采收率過程中受到人們的重視。

N2驅主要有以下幾方面應用：

（1）重力穩(wěn)定驅替。N2與其他注入氣相比，它密度最小，在油和水中也是微溶，這種特質使其在進行重力穩(wěn)定驅油方面有非常大的優(yōu)勢[17]。

（2）開采凝析氣藏。開發(fā)凝析氣藏時，必須讓油藏壓力持續(xù)保持在露點壓力之上，避免低于露點而出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象，造成油藏采收率降低[18]，而注氮氣生產既能保持油藏壓力，避免出現(xiàn)反凝析現(xiàn)象，又能進行混相驅替，最終提高原油的采收率。

（3）用來驅替CO2、富氣或其他溶劑段塞。使用CO2、富氣等其他段塞雖然效率高于氮氣，但其成本同樣高于氮氣，因此，在條件允許的情況下，可使用氮氣推動段塞來進行混相驅，達到提高經(jīng)濟效益的目的。

3.3 烴類氣體

烴類混相驅存在的問題是：（1）烴類氣體密度和黏度都小于原油，因而在使用烴類氣體進行混相驅時，會出現(xiàn)比水驅更嚴重的竄流及重力分異現(xiàn)象，而且注烴類氣體驅替的波及效率非常低，雖然其洗油效率較好，但會被非常低的波及效率所抵消。（2）溶劑段塞易破裂。溶劑段塞的前緣和后緣都存在混合作用，而指進現(xiàn)象又進一步加劇了這種作用，這會稀釋很小的段塞，使其沒有混合能力。

烴類氣體的選擇又很多，可以選擇干氣、富氣或者液化氣，想要在較低壓力下達到混相狀態(tài)，而這些烴類氣體在這方面都有很好的表現(xiàn)，其主要是通過融入原油使之膨脹、降低原油的黏度和利用重力進行穩(wěn)定驅替等機制來驅油的，烴類氣體驅油是不會對地層造成傷害，因而在西部天然氣市場不太好的一些油田可以考慮使用這些氣體進行回注采油，烴類氣體也可以在開發(fā)富氣凝析氣藏時使用。

4 結語

不同油田的地層物性、原油物性都不同，因此每個油田的混相壓力受其實際條件的影響，也都有大有小，在實際評價氣體混相驅油可行性過程中，需要利用本油田相關參數(shù)理論計算本油田的混相壓力，或在本油田地層條件下，進行相關實驗，得出本油田的實際混相壓力，為混相驅可行性評價和因地制宜地制定工作方案提供參考。

注入氣體進行混相驅油都會造成原油混相壓力的上升，其中注CO2最容易引起原油膨脹且混相壓力上升最小；注烴類氣體可以有效降低原油密度；CO2和烴類氣體在降黏方面表現(xiàn)都比較出色。注CO2開發(fā)在膨脹系數(shù)、混相壓力、降黏方面都有非常好的表現(xiàn)，在油田實際進行注氣開發(fā)時，注CO2開發(fā)相比于其他氣體，優(yōu)勢較大。