注空气低温氧化提高采收率技术研究

邱　林

(中油辽河油田公司勘探开发研究院， 辽宁 盘锦 124010)



注空气低温氧化提高采收率技术研究

邱林

(中油辽河油田公司勘探开发研究院， 辽宁 盘锦 124010)

摘要：注空气低温氧化是一种提高低渗透油藏采收率比较有效的方法, 它既能发挥注气的作用，又具有氧化产生的其他效果。重质原油能够部分地被低温氧化成轻质原油，放热降低原油黏度，提高原油流动能力，达到烟道气驱或N2驱的效果，提高储量的动用程度。以辽河油田新杜1块为例，运用数值模拟技术，优化注气压力、生产井井底压力、注气速度、注气量等相关参数，并对注气提高采收率效果进行评价。

关键词：提高采收率； 注空气； 低温氧化； 参数优选； 新杜1块

新杜1区块位于辽河油田欢北杜家台中部，开发层位为下第三系沙河街组沙四段的杜家台油层，油层埋深2 480~2 860 m，含油面积1.49 km2，地质储量169.3×104t。该区储层具有中孔低渗的地质特征，平均孔隙度为17%，平均渗透率为87.5×103μm-2，地面原油密度为0.844 gcm3，原油黏度为2.58 mPa·s。开发过程中,前期主要依靠弹性驱和溶解气驱开发，地层压力下降较快，因此必须进行地层能量补充[1-4]。但是由于储层孔喉细小，对注入水质要求高，储层水敏性较强，黏土膨胀严重，注采井距较大，储层非均质性较强，连通性较差等原因，导致注水过程中存在注入压力过高、吸水能力不强甚至注不进水的现象[5-8]。注气是提高低渗透油藏有效的开发方式，但由于辽河油田缺少CO2和天然气来源，无法采用此类气体注气开发。国外在稀油油藏注空气低温氧化开发方面开展了现场试验并取得了较好效果，国内部分油田也开展了此项技术的研究和试验。本次研究以新杜1块为例，开展注空气低温氧化提高采收率技术研究，对驱替参数进行优化，为现场应用提供理论基础。

1注空气低温氧化开发机理

早期的注空气采油都是在稠油油藏中进行的,必须维持高温氧化反应(简称HTO)，发挥热能与蒸汽降黏的作用。对于轻质油藏, 由于油在低温下便可自燃, 故只需维持低温氧化反应(简称LTO)就可充分利用O2维持烟道气驱或N2驱。空气注入轻质油藏后，氧气与原油发生低温氧化反应，氧气被消耗，生成碳的氧化物，并且反应产生的热量使油层温度升高，促使轻质组分蒸发。因此，直接起驱替作用的并不是空气，而是在油层内生成的CO，CO2以及由N2和轻烃组分等组成的烟道气。用烟道气提高原油采收率的效果介于CO2和N2之间，各种气体所起的作用大小取决于其各自的含量及注气油藏的油层条件。烟道气可能会与原油发生混相，因为氧化反应的热效应可以使原油降黏、热膨胀。

根据原油与氧气发生低温氧化的反应阶段，可以将轻质油藏注空气后划分为3个区域。不同区域具有不同的特征：(1)氧化反应后缘区，该区域为注入井附近油藏带，由于被注入空气所驱替，部分原油被氧化，剩余油饱和度较低，并且不再耗氧；(2)氧化反应前缘区，该区域是一个较大的氧化带，在这里氧气与原油发生反应而被消耗，氧气的浓度从21%逐渐降至0；(3)氧气未波及区，该区域位于氧化带前方的一个较宽的烟道气驱带，为烟道气以及少量轻质油组分驱油区域。

2空气驱替参数优化

2.1注气压力

为研究空气驱在不同注气压力下的开发效果，假设油田维持现状继续生产。生产井采用定压生产，井底压力设为7 MPa；注入井定注入速度生产，注气速度为1×104m3d。在保持其他参数不变的基础上，选择注气压力分别为10，15，20，25，30，34 MPa进行模拟计算，主要技术指标如图1、图2所示。

图1　不同注气压力下采出程度

图2　不同注气压力下单井日产油量预测曲线

从图中可以看出：当注气压力大于20 MPa时，生产5 a和10 a时的阶段采出程度、净增油量相同；当注气压力为15 MPa时，阶段采出程度、净增油量开始变低，驱替效果开始变差；当注气压力为 10 MPa 时，采出程度比注气压力为20 MPa时的采出程度低1.83%；当注气压力为15 MPa时，采出程度比注气压力为20 MPa时的采出程度低0.88%。从单井日产油量变化看，注气压力较高时，前5 a的单井日产油量比注气压力为10 MPa时高，但随着生产时间的延长两者的产量基本相同，即注气压力越大，气井初期日产油量越高，后期日产油量相当。根据日产气量和采出程度分析，注气压力不能低于15.0 MPa，而井口设备的最大注入压力不能超过25.8 MPa。

2.2生产井井底压力

假定注气压力为34 MPa，生产井定压生产，注入井定注入速度生产，注气速度为1×104m3d，在保持其他参数不变的基础上，选取生产井井底压力分别为5，6，7，8 MPa进行模拟计算，得到在不同生产压差下的主要技术指标，如图3、图4所示。

图3　单位生产压差下净增油量预测曲线

图4　不同井底压力下单井日产油量预测曲线

从图3可以看出：在其他条件相同的情况下，随着生产井井底压力的降低，即随注采压差的增加，单位注采压差下净增油量增加，但是当注采压差增加到28 MPa后，单位注采压差下净增油量增加的幅度变小。从图4可以看出：随着生产井井底压力的降低，初期日产油量增大，但是其降低幅度加大；当生产到第4年时，不同生产压力下，单井日产油量几乎一致。综合分析，当生产井井底流压为6 MPa时，开发效果较好。

2.3注气井注入速度

假定注气压力为34 MPa，生产井井底压力为7 MPa，生产井定压生产，注入井定注入速度生产，在保持其他参数不变的基础上，开展注气速度分别为0.35×104，1.00×104，1.65×104，2.30×104m3d的模拟计算，其主要技术指标如图6、图7和表1所示。

从图和表中可以得出：随注气速度的增加，阶段采出程度和净增油量增加，换油率下降，即随着注入量的增加，空气驱油效率增幅变缓。当注气速度从0.35×104m3d提高到1.00×104m3d时，采出程度提高了5.03%；当注气速度从1.00×104m3d继续提高时，采出程度提高幅度减小，增产效果变小。从单井日产油量变化分析，随注气速度的增加，单井第1年平均日产油量增加，但日产油量递减加快，当生产到第4年时，注气速度大于1.00×104m3d的日产油量相差较小，说明较高的注气速度难以维持较高的产能。综合分析注气速度为1.00×104m3d时，开发效果最优。

表1　不同注气速度下技术指标对比

图5　不同注气速度下净增油量和换油率

图6　不同注气速度下单井日产油量预测曲线

2.4累计注气量

假定注气压力为34 MPa，生产井井底压力为7 MPa，生产井定压生产，注气井定注入速度注入，注气速度为1.00×104m3d，在保持其他参数不变的基础上，选取累计注气量分别为孔隙体积的0.10，0.20，0.30，0.40倍进行模拟计算，其主要技术指标如图7、表2所示。

表2　不同注气量下技术指标对比

图7　不同注气量下净增油量与换油率预测曲线

从图7和表2可知：随着注入气体积的增加，采出程度和净增油量增加，换油率降低。当注入量从0.10 PV 增加到0.20 PV时，采出程度增加了3.47%；当注入量继续增加时，采出程度增加幅度变小；从净增油量增加幅度分析，当注气量增加到0.20 PV后时，净增油量增加的幅度开始变缓。综合分析认为，累计注入量为0.20 PV时，开发效果较优。

3提高采收率效果评价

在注气参数优化的基础上，对新杜1块进行注空气低温氧化数值模拟研究，预测各项开发指标。研究结果表明，注气可明显提高油藏采收率，任何气驱方式开发10 a的采出程度都比水驱开采高8%，比衰竭式开采多15%，增产原油17×104t(表3)。

表3　不同驱替方式采出程度、累计产油量对比

4结语

针对新杜1块，采用注空气低温氧化，注气压力应介于15.0~25.8 MPa，生产井井底压力为6 MPa，注气速度为1.00×104m3d，累计注入气为0.20 PV时，开发效果最优，能达到提高采收率的目的。

参考文献

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Research on the Technique of Low Temperature Oxidation to Enhance Oil Recovery by Air Injection

QIULin

(PetroChina Exploration and Development Research Institute of Liaohe Oilfield Company,Panjin Liaoning 124010, China)

Abstract:Air injection of low temperature oxidation(LTO)is an effective EOR method, it not only can play the role of the gas injection, but also has other effects generated by the oxidation. Heavy crude oil can partially be low-temperature oxidated into light crude oil; LTO can also reduce the viscosity of the crude oil by heat release, increase flow capacity of the crude oil, achieve the effect of flue gas flooding or N2flooding, and improve the producing degree of reserves. Taking XinDu 1 block in Liaohe oil field as an example, optimize gas injection pressure, bottom pressure of production wells, gas injection rate, gas injection volume and other related parameters,and evaluate the effect of gas injection for enhancing oil recovery with numerical simulation technique.

Key words:enhance oil recovery; air injection; low temperature oxidation; parameters optimization;XinDu 1 block

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)01-0068-04

中图分类号：TE357

作者简介：邱林(1983 — )，男，工程师，研究方向为油气田开发工程及数值模拟技术。

基金项目：中石油重大科技项目“低特低渗透油藏有效开发技术研究”子课题“提高辽河油田低渗透难采储量动用程度应用基础研究”(2009B-0907)

收稿日期：2015-04-22