油井注氮氣增產(chǎn)技術的研究

張 濤 閆明莉 馬小東 劉 飛

延長油田股份有限公司富縣采油廠 陜西延安 727500

石油是現(xiàn)代化工生產(chǎn)的重要原料，其在多個領域生產(chǎn)中均有廣泛應用。近年來，我國化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，化工生產(chǎn)中對于石油的需求不斷增加，但是結合實際可知，石油開采具有較大的難度，其不僅受石油儲量、石油賦存情況的影響，而且與油田地質構造、水文狀況具有較大關系。當油井開采步入后期，或是在一些低能薄油層區(qū)域，石油的開采效率會受到較大影響，對此需重視增產(chǎn)措施的合理使用。注氮氣增產(chǎn)技術是油井開采中增產(chǎn)技術應用的重要類型，其能在發(fā)揮氮氣氣驅油作用的基礎上，有效生石油生產(chǎn)的效率和質量。

1 注氮氣增產(chǎn)技術可行性

油田的開采包含了投產(chǎn)、高產(chǎn)、遞減和衰減四個階段。一般在油井開采的初期階段，石油開采的整體難度較小，對于開采技術沒有特殊的要求，但是當石油開采步入后期后，其整體產(chǎn)量就會持續(xù)衰減，對此應在考慮油層環(huán)境和石油賦存情況的基礎上，重視增產(chǎn)技術的科學使用。注氮氣增產(chǎn)技術在油井生產(chǎn)中應用具有較高可行性，一方面，我國對于石油資源的需求量較大，但在資源短缺、油井后期開采難度大等因素的影響下，現(xiàn)階段的油田開采技術仍然存在較大的進步空間，采用注氮氣增產(chǎn)技術適應了這種特殊的生產(chǎn)環(huán)境，技術應用具有必然性。另一方面，氮氣本身具有較強的膨脹性，整體驅油效果突出，在油井增產(chǎn)技術應用中，使用注氮氣增產(chǎn)技術，能有效適應油井生產(chǎn)后期、低能薄油層的石油生產(chǎn)需要，這對于提升油井開采效率和產(chǎn)量具有積極作用[1]。

2 注氮氣開采技術原理和特征

2.1 技術原理

氮氣本身是一種惰性氣體，其不僅具有易燃、干燥的特征，而且無爆炸、無腐蝕性，整體的隔熱性能更較為突出。研究表明，氮氣的壓縮系數(shù)為0.291，整體壓縮系數(shù)較大；在石油開采中，氮氣可作為驅油劑，具有良好的膨脹性。從油井開采過程來看，在經(jīng)歷多輪次開采后，油井中的地層壓力逐漸降低，這造成了油氣比下降，油井產(chǎn)量降低的問題，影響了油田開采企業(yè)整體的效益。注氮氣開采技術是為提升石油開采效率和質量所提出的一種全新技術，其主要是在光油管帶一次管柱泵或桿式泵一次下井的基礎上，通過油套環(huán)空注入溫度為80～100℃的氮氣，同時借助油管注入蒸汽，該作業(yè)模式下，連續(xù)注入氮氣、蒸汽8～10d，則這些蒸汽和氮氣可在混合后進入地層，通過燜井、碰泵開抽工作，能有效提升石油的開采效率和質量[2]。

2.2 技術特點

現(xiàn)階段，注氮氣開采技術在石油開采中得到了廣泛應用，其能有效滿足油井開采后期、低能薄油層等復雜工況的生產(chǎn)需要。從油井開采技術應用過程來看，注氮氣開采技術的應用具有以下特征：一方面，注氮氣開采技術能配合油井蒸汽吞吐后高溫地層條件進行石油開采，該環(huán)節(jié)中，需要注入的蒸汽量較少，氮氣膨脹速度快，助排效果較好，能有效滿足油井生產(chǎn)需要。另一方面，氮氣本身沒有腐蝕性，在注氮氣開采技術下，石油開采企業(yè)也不需要進行壓井操作，這有效地避免了對油層、井場的污染，整體環(huán)境效益較為突出。另外，注氮氣生產(chǎn)不需要投入大量資金進行高溫封隔器、伸縮管、隔熱管建設，這節(jié)省了工程項目建設的資金，提升了項目建設的綜合效益[3]。

3 注氮氣開采技術應用要點

3.1 分析注氮氣開采技術適用條件

注氮氣開采技術本身具有較強的專業(yè)性、綜合性和復雜性，在技術應用初期階段，石油開采企業(yè)工作者需要積極開展氮氣開采條件的有效分析，這樣能為氮氣開采技術的科學應用奠定良好基礎。一般當油井開采步入到后期，或者在一些低能薄油層，注氮氣開采技術的應用較多。在這些石油開采環(huán)境下，還應注重一些特殊條件的有效分析。如在油井開采中，除一些低滲透油田外，在深層高壓或超高壓低滲透輕質油藏區(qū)域、氣頂油藏區(qū)域，采礦企業(yè)均可通過注入氮氣的方式來完成石油開采工作，這樣能有效提升注氮氣開采技術的適用性，提升石油開采的整體效果。

3.2 分析油層性質和原油性質

注氮氣開采技術受油層性質、原油性質的直接影響，故而嚴格控制油層性質、原油性質成為注氮氣開采技術應用的關鍵。

（1）石油開采工作中應重視對油層滲透性的研究，一般當油層垂向滲透率超過10-3um2時，可認為此類油層為重力驅油層類型，在注氮氣開采技術應用中，針對性地選擇相應的工藝類型。

（2）在注氮氣開采技術應用中，人們多會配合使用一定的整齊，但是當溫度低于38℃時，注氮氣達不到混相驅條件，故而在注氮氣開采技術初期階段，還需要重視油層溫度的有效監(jiān)測和控制。

（3）在油層壓力及飽和度控制中，一般需確保油層壓力高于27MPa，同時油層的飽和度需大于20%，若在注氮氣非混相驅替條件下，還需要控制原油的保護度保持在50%。原油性質階段，相對密度、黏度等都是工作人員需要控制中的重要內容。一般要求原油的相對密度小于0.8498，而原油的黏度需低于10mPa.s，這樣才能有為注氮氣開采技術的應用奠定良好條件。除上述兩個指標外，在原油性質控制中，工作人員還需重視原油組分、中間烴等要素的控制，確保油井在注氮氣開采技術下具有良好的開采效率[4]。

3.3 重視注氮氣開采具體工藝方法應用

采用注氮氣技術進行石油開采時，還需要重視注氮氣開采具體工藝方法的使用。現(xiàn)階段，注氮氣開采方式的應用具有一定的差異性，結合實際可知，除多次接觸混相驅、多次接觸非混相驅或近混相驅外，注氮氣開采石油還包含循環(huán)注氣保持地層壓力、頂部重力驅等諸多方法類型。在這些不同的工藝方法應用中，工作人員應重視具體工藝方法應用條件的控制。譬如，當勘察發(fā)現(xiàn)油井本身的油層性質較差，而且原油中含有一定的熔接氣油層時，可選擇通過混相驅或非混相驅的注氮氣開采方式完成石油開采。而當石油所存在的油層孔隙率較低時，可 通過就循環(huán)注氣保持地層壓力的方式完成注氮氣作業(yè)，提升石油開采效率。另外，若勘察發(fā)現(xiàn)油井所處區(qū)域油層物性較好，埋藏較深，則需要選擇重力驅注氮氣的方式進行開采，創(chuàng)造良好的注氮氣石油開采條件。

3.4 控制氮氣及注氮氣設備應用

新時期，注氮氣開采技術在石油開采中得到了廣泛應用，要進一步提升注氮氣開采技術應用水平，在實際應用中，還需要控制氮氣及注氮氣設備的有效應用。一般在氮氣控制中，應注重氮氣氣源的有效控制。現(xiàn)階段，在油井開采工作中，注氮氣開采技術所使用的氮氣主要是通過冷卻技術、分子膜技術等方式獲得的。在這些氮氣獲取方式下，應注重冷卻技術、分子膜技術應用機理的有效分析，結合實際條件進行氮氣存儲、輸送和應用，并且在實際應用中，應重視氮氣物化性質的有效分析。在注氮氣設備應用中，工作人員應考慮到注氮氣開采石油多屬于野外作業(yè)，為提升設備應用的便捷性、效率性，工作人員需按照體積小、便于撬裝的要求選擇制氮設備，并且所選擇的制氮設備應具有啟動快、操作方便使用優(yōu)勢，另外制氮設備還應具有較強的穩(wěn)定性，且使用壽命延長，這樣能有效滿足石油開采作業(yè)的實際需要。

4 注氮氣開采技術應用實例研究

4.1 項目概況

某石油開次企業(yè)所屬油田包含多個油井，經(jīng)多輪次吞吐開采后，油田井口的壓力僅為只有1.5～2MPa，單井產(chǎn)量只有2t 左右。該條件下，若采用原先的蒸汽吞吐開采方式，這石油開采的投入會遠遠大于產(chǎn)出。基于此，在新時期的石油開采中，本單位在注入蒸汽的基礎上，配合使用了注氮開采技術，其中注入氮氣和注入蒸汽的量分為11.5 萬m3和850m3，在注入氮氣后，油井井口的壓力上升到了8.5MPa，此時石油的產(chǎn)量也從原來的2m3/ d 增加到20m3/ d，這不僅提升了石油生產(chǎn)的效率和質量，而且有效地達到了增產(chǎn)增收的效果，促進了石油開采企業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)揮在那。

4.2 注氮氣開采技術應用效果

本石油企業(yè)生產(chǎn)中，針對多輪次吞吐后油井壓力不足的問題，在蒸汽吞吐開采方式的基礎上，配合使用注氮氣開采技術。在氮氣注入過程中，控制油田內氮氣注入井的間距保持在150～250m，在注氮氣前，先系統(tǒng)化地開展油藏深度勘察，當確定油藏處于2700m 時，選擇在2500～3000m 的井段注入氮氣，注入氮氣量為11.5 萬m3，注氮氣時間控制在60d，取得了良好的石油開采效益。

從注氮氣開采技術應用效果來看，注氮氣開采技術在本項目中的應用優(yōu)勢及效果體現(xiàn)在以下層面：

（1）氮氣本身具有良好的隔熱性能，研究表明，氮氣自身的導熱系數(shù)為0.0205W/ (m·K)，故在稠油熱采中，油管注蒸汽，套管注氮氣，使注入蒸汽熱量損失很小，這大大減少了本尤其傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下熱量的損失，具有良好的應用效果。僅以生產(chǎn)中的套管應用為例，本企業(yè)使用注氮氣生產(chǎn)工藝后，該工藝大大改善套管的力學性能，保護套管，延長其使用壽命。如在注氮氣生產(chǎn)中，對A、B、C 三口油井套管的溫度進行測量，發(fā)現(xiàn)當吞吐時套管外壁溫度小于150℃（見表1），這表明氮氣對蒸汽的隔熱完全符合吞吐井的工藝要求。

表1 套管溫度測量

（2）從石油生產(chǎn)效率來看，在為使用注氮氣生產(chǎn)技術前，本單位單井產(chǎn)量只有2t 左右，使用注氮氣生產(chǎn)技術后，單井產(chǎn)量增加到了20m3/ d，石油生產(chǎn)效率突出。主要是因為氮氣本身具有良好膨脹性，在使用氮氣后，氮氣在蒸汽作用下會在油層快速膨脹，并形成很大的氣頂，這大大增加了油井壓力，有效地達到了驅油助排的作用，為石油開采工作的開展創(chuàng)造了良好條件。

（3）隨著石油開采工作的開展，油層附近的地下水也會匯聚，這增加了石油開采的難度，使用注氮氣開采技術后，能避免積水對原油開采的影響。另外，氮氣還具有良好的輔助能力，憑借著良好的驅油彈性能力，注氮氣技術能在節(jié)省蒸汽量，減少熱量損失的基礎上，保持地層能力，這有效地提升了注氮氣開采的效率和質量，促進了石油開采企業(yè)的效益獲得。

5 結語

注氮氣開采技術在現(xiàn)代石油開采中應用廣泛，其能充分發(fā)揮氮氣膨脹和驅油作用，提升石油開采的效率和質量。新時期，人們只有充分認識到注氮氣開采技術的應用原理和特征，結合實際工況，深化注氮氣開采技術的應用，并在油井開采生產(chǎn)中注重注氮氣開采技術的要點控制，這樣才能有效提升注氮氣開采技術應用水平，提升石油開采效率，繼而促進石油化工企業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。