轻质油藏注空气驱现场应用研究

黄 俊

（长江大学石油工程学院，湖北武汉 430100）

向油藏注空气用于改善油田开发已有很长的历史，最早是用于维持地层压力，后来多用于重质油藏火烧油层的开发。由于以往有许多火烧油层工艺未能成功，石油行业对于空气驱技术的推广因此存在不少顾虑。重质油藏火烧油层技术主要依靠高温氧化产生的热效应，其成功的关键在于点火成功、注入的空气量足以维持燃烧前缘的推进、注气井与生产井连通性良好，等等，其中的任一环节失控都将导致注空气工艺的失败。对于中轻质油油藏来说，热效应不是主要目的，而关键在于低温氧化反应所产生的间接的烟道气驱作用，研究表明，氧化反应的程度与原油特性、岩石和流体特性、温度和压力有关[1-9]。

几十年来，国内外对空气驱驱油机理及实施方案开展了大量的室内研究，也进行了许多现场试验，均获得明显的经济效益，而且很少发生作业与安全方面的问题。因此，注空气采油是一项具有发展前景的二、三次采油方法。

1 美国空气驱技术应用

美国、英国、加拿大等国家都进行过轻质油藏注空气的室内实验研究，主要是油藏参数对空气与原油反应活性的影响。美国的很多油田都成功地进行了注空气采油的现场试验，应用情况（见表1）。

表1 美国高压注空气应用情况

MPHU油田主力油层为低渗透储层，以白云岩为主，夹杂灰岩，储集空间为裂缝—孔隙双重介质，油藏平均埋深为2 850 m，一次采油为液体、岩石膨胀和局部水驱（油藏有活跃的底水），溶解气膨胀和重力泄油作用不大，空气驱矿场试验表明，注空气可大大提高油藏采收率。

Horse Creek油田储层泥粒状灰岩和泥岩，油藏平均厚度6.1 m。一次采油阶段采出程度低、压力下降快，而且油相渗透率低、难以形成集油带。在室内模拟研究的基础上排除了注水方案，而天然气或CO2驱成本又太高，最后决定采用高压注空气进行二次采油。现场试验时，将现有的两口生产井转为注入井，并新钻一口注入井，均安置高压井口装置。试验表明，注空气采油可以达到预期效果。

BRRU油藏为典型的深层、高压、低渗透、碳酸盐岩轻质油藏，一次采油主要依靠液体和岩石膨胀，产量递减快，而且注水困难。实施了注空气作业后提高采收率达15.6%，经济效益明显。

W.Hackberry油田低压区带有大气顶和薄油环，为砂岩、高渗透、轻质油藏，油藏深度2 286～2 743 m，为很陡的倾斜构造。低压油藏注空气提高采收率原理主要在于三个方面：一是重力分异作用，注入的空气可将油环推向位于油层下方的生产井中；二是维持或提高地层压力；三是通过双驱作用提高采收率。

Coral Creek油田为低渗透多孔碳酸盐岩储层，生产层中深2 700 m。常年注水开发使其采收率不断下降，实施注空气作业后提高采收率7.29%，预计油田总采出程度可达32.29%。对该项目的经济评价认为，注空气费用明显低于注CO2，而且，如果在水驱基础上采用高压注空气，投资成本仅限于新的注入管线和管线分布；如果空压机设备及其运转、维护采用向空压机公司租赁方式，则项目经济效益更好。

由上述分析可知，美国空气驱的应用以高压注空气为主要方式，注气压力一般超过30 MPa，大多用于排除水驱方案后的二次采油。油层温度均在70℃以上，油藏埋深超过2 000 m，保证了低温氧化反应的顺利进行，并尽可能地实现混相驱。可以认为，良好的油藏条件及大排量空压机的使用确保了美国轻质油藏高压注空气技术的顺利实施。

2 中国空气/泡沫驱技术应用

注气采油最容易出现的问题是气窜或气体过早突破。与美国相比，我国国产中大型空压机尚处于发展阶段，不宜推广高压注空气采油，加之储层条件差，可能出现低温氧化不完全而导致安全问题，因此，必须发展自己的注空气驱技术。

表2 中国注空气采油应用情况

我国大部分低渗透油藏都存在裂缝，单纯注气难以见效。空气/泡沫驱由于其独特的性质[10]，可以延长气体突破时间，减缓气窜的发生，尤其适用于高含水、非均质性严重、含有大孔道及裂缝发育的油藏。随着国产中小型空气压缩机的发展，中轻质油藏注空气提高采收率技术已经在中国发展起来，空气水交替注入、空气/泡沫等技术在百色、中原、胜利等油田进行了现场试验，已取得了明显的增油降水效果。而且从现场应用情况来看，没有发生因氧含量高导致的安全问题。我国部分空气/泡沫驱现场应用情况（见表2）。

胜利孤东油田具有油稠、高渗透、高饱和的特点，油层埋藏浅（1 195～1 350 m），注水开发易出砂。其注空气/泡沫提高采收率技术应用可行性在于：区块尚有大量剩余油存在；生产气油比低，产出气体量少，有利于安全开展空气驱技术；油层厚度大，水驱难以驱扫油层顶部的原油；油层埋藏浅，降低了注气设备的投入；油层非均质性非常严重，有利于泡沫驱；区块进行过大规模的聚合物驱，现已进入后续水驱阶段，地层中残留的聚合物可作为产生泡沫的稳定剂。因此，孤东油田具备实施空气/泡沫驱的条件，现场试验效果显著。

大庆油田小井距北井组萨Ⅱ7+8层为正韵律油层，注水开发时上部低渗透部位吸水较少，甚至不吸水。向储层注入气体，依靠油、气密度差产生的重力分异可以采出上部低渗透部位的剩余油。经现场试验，采油量增加，试验过程中发现尾气氧含量已接近爆炸范围，但经明火试验未发生爆炸。

百色仑16块为砂岩轻质油藏，埋深710～990 m，在高含水开发后期，区块进行过多轮调剖堵水，但增油效果不明显。采取泡沫辅助气-水交替注入方式，投入产出比l：3.54，不仅增油效果显著，而且试验井组未发生气窜。尽管油藏温度低于50℃，产出气氧含量低于2.6%。

延长唐80井区为特低渗、低产、低饱和压力轻质油藏，埋深570 m。由于裂缝发育，且陕北地区水资源匮乏，油田注水开发困难。由表2可知，注空气/泡沫起到了明显的稳油控水及增加产能的效果。尽管油藏温度低于30℃，油井产出气中氧含量最高为0.6%。

中原油田胡12块埋藏中深2 150 m，为常温常压、低饱和的层状中渗透孔隙型油藏，储层非均质性严重，经过近20年的注水开发，已经形成了高渗通道，水驱效果差。试验区块开展空气/泡沫调驱的原则及有利条件主要有：油质轻，易形成混相；油层具有一定的厚度，连通性好；剩余油分布广泛；注采井距合理且井网完善。由表2可知，空气/泡沫调驱效果明显。

长庆五里湾空气/泡沫驱试验区块为典型的低渗透储层，井组裂缝发育，注水开发效果差。采取“泡沫液+空气”的混合注入方式后，对应17口油井有12口见效。与水驱相比，驱油效率平均提高20.2%，含水降低11%。

国内油田现场试验表明，空气/泡沫或空气-水交替注入能够有效堵塞高渗带或大孔道，有效防止气窜。尽管大部分油藏温度都低于70℃，且油藏埋深浅，但产出气氧含量均在安全范围（5%）之内，现场也未发生安全事故。因此，与高温要求相比，控制气窜、延缓空气在地层中的滞留时间显得更为重要。

3 结论

（1）由于气体较大的压缩性，地下每注入1立方米气体近似于地面近百立方米气体体积，因此，考虑注气开发的油藏必须要对气源及注气成本进行较详尽地评估。目前，我国气源主要有西部安塞天然气气田，吉林扶余油田、苏北黄桥气田、江苏秦潼凹陷以及广东三水盆地等的CO2气藏，气体资源有限，只有空气气源最丰富、成本最廉价，是非常理想的气体注剂。

（2）为确保注空气采油过程的安全性，要求轻质油藏油层温度高，油藏埋深大，以利于氧气的消耗，并产生更好的烟道气驱效果，但需要注意的是，油藏埋深大使得注气设备的投入也随之加大。针对具体的油藏有必要开展室内注气研究，以确定注气可行性及空压机选型。

（3）由于我国大部分油田陆相沉积的特点，单纯空气驱其效果可能受到限制，采用空气泡沫驱或空气-水交替注入方式更为适宜。从现场应用情况来看，空气/泡沫驱技术尤其适用于高含水、非均质严重、裂缝发育或存在大孔道的油藏。

（4）不论采用地面发泡还是地层发泡，起泡剂的性能都决定着空气/泡沫驱的效果。聚驱后的中轻质油藏由于聚合物的残留，增强了泡沫的稳定性，可以作为考虑空气/泡沫驱的条件之一。在今后的工作中，根据油藏条件开发相应的高性能起泡剂将是空气/泡沫驱技术发展的重要方向之一。

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