气体混相驱影响因素及不同注入气特性分析

张丛迪

（西安石油大学，陕西西安 710065）

国内油田多数都是属于陆相沉积，平面、垂直非均质性强，原油黏度较高[1]。这些油田的水驱采收率一般较低，只能达到约30 %，含水率却已高达约80 %，因此，提高采收率的技术就尤为重要，注入气体形成混相来驱油是在提高采收率技术中继水驱、聚合物驱、蒸汽驱应用之后又一个重要的手段[2]。

早期油藏枯竭生产必然导致地层压力的下降，当压力降到饱和压力之下时，原油开始脱气，这时是否适合开展注气驱油就需要对油藏进行综合评价[3]。确定某一类油藏是否可以进行混相气驱是需要对整个生产状况、油藏的物性、原油物性、注入气筛选等相关参数进行系统评价来确定，因为油田实际生产中，各个因素都会对混相驱的采收率、最小混相压力（MMP）、波及范围、洗油效率等产生或大或小的影响，本文通过对油藏物性、原油物性、注入气三大方面对混相驱的影响因素总结，明确在混相驱过程中，各个因素实际的影响机制以及不同注入气的特性。

1 储层物性影响因素

1.1 油藏温度

温度对MMP 具有较大的影响，随着温度的升高，MMP 升高。其原因是：在压力不变的条件下，油藏温度升高会导致气体的密度降低，进而导致单位体积气体的萃取能力减弱，若要达到混相的效果，就必须增加压力。而无论原油中轻质组分和重质组分的比例如何，只要油藏温度增加，原油的混相压力就上升，因此，高温油藏对气体混相驱是不利的。

1.2 渗透率

对于低渗透率的油藏，由于地层中流动性较差，所以注入气与原油有充分的时间来达成混相，而高渗油藏，注气虽然一定程度也能够出现混相驱替，但更容易导致初期出现气窜现象，最终造成驱油效率偏低[4]。虽然不同渗透率的油田，在采用注气混相驱油都能取得一定效果，但结合生产经济效益来分析，高渗油藏采用注水开发比注气开发效益更好；而低渗油藏采用水驱采油比较困难，因此采用注气混相采油效益更好[5]。

1.3 油藏纵向非均质性

注气混相驱油时，纵向非均质性比平面非均质性更重要，尤其是在使用小溶剂段塞式混相驱时，由于纵向非均质性差异，相比低渗油层，溶剂更容易进入高渗油层中，而在低渗透率的油层中，一些小段塞又会被横、纵向分散作用所稀释，最终导致低渗油层中的混相驱效果较差[6]。如果油藏的各个油层之间连通性较好，流动的势能差会导致层间溶剂与原油的交渗流动，还有重力分异的影响，在这种情况影响下，高渗透率的油层位于油藏的下半部分时，进行混相驱的效果是要比高渗透油层在顶部的要好，且在一定情况下，还好于一般均匀油藏[7]。

1.4 油藏流体饱和度

进行混相驱可行性评价的油藏，其油藏的原油饱和度是决定混相驱方案中经济可行性的关键指标。原油饱和度的下限取决于注入的驱替相的成本、一定时间内的油价、油层及原油物性[8]。理论上原油饱和度越高越好，如果饱和度过低，驱替过程中波及范围不大的情况下，原油是很难被驱替出来的，一般能达到60 %左右的体积波及系数是在混相驱中表现较好的，在评价混相驱可行性时，要求油藏的含油饱和度不能低于25 %，而非混相驱油藏的下限为50 %左右[9]。如果油藏存在的原生水饱和度低，则非常有利于混相气驱，孔隙体积一般都较小，若原始油藏的含水饱和度相对较高，则说明地层很致密，也可能是黏土及页岩的比例较高，或两者都有。

1.5 边、底水

水相的影响，主要在于它能够溶解一定量的气体，进而导致与油形成混相的气体量减少，这个影响随着油藏压力和含水量上升而增加，且随着含盐量的增加而减少。

1.6 驱替前缘压力

1.7 重力影响

1.7.1 重力对水平油藏的影响 重力影响主要表现在两方面：密度的不同会引起溶剂超覆原油水流动；烃相间在注入水与溶剂前缘后方会由于重力作用而发生对流分离，这种条件下，油藏厚度增加对驱替影响不利。

1.7.2 重力对倾斜油藏中重力的影响 而对于一些特殊构造的油藏，反而可以利用其构造提高波及效率及采收率，比如可在倾斜构造的油藏中利用重力的影响进而提高采收率，通过将溶剂注入到构造上部位，采用低流量生产，使得密度比较小的溶剂可以有充分的时间与原油来分离，也能够一定程度上抑制指进现象[11]。

2 原油物性的影响因素

2.1 原油脱气程度

室内细管实验的驱替压力一般都大于饱和压力，而针对驱替压力小于饱和压力的情况，由于该条件下需考虑地层原油的脱气，情况较为复杂，目前还没有开展对应的细管实验。在求取MMP 时，当驱替压力与饱和压力间差值越大，得到的MMP 越小。其原因主要包括两个方面：（1）地层原油在压力低于饱和压力开始脱气时，两者压差越大，原油脱气越严重，当井开始生产时，随着脱气程度的增加，地层中气体更易形成连续相，较早突破，影响原油流动；（2）当压力低于饱和压力时，较轻气体首先脱出，而原油中的较重组分比例相对增加，注入气体需要与更多的原油接触，才能与原油达到混相，使得混相带形成的时间滞后，影响驱替效果。

2.2 原油黏度

如果利用注黏度较低的干气或者湿气来进行混相驱替开发，会由于注入量过大而缩短开发的周期，其原因是在驱替中，气体黏度低，容易引起黏性指进，进而导致驱油效率降低，所以注气开发必须考虑原油与注入气之间黏度差的大小[12]。使用富气段塞进行驱替的成本比较高，油藏倾角较低的情况下，要求原油黏度低于1 mPa·s 最好，其最高上限为5 mPa·s；如果使用干气来进行多次接触混相驱时，原油黏度最高上限为3 mPa·s。重力驱替的黏度要求与实际油藏纵向上的渗透率大小有关[13]。

2.3 原油密度

一般重质烃类含量较多的原油密度也比较高，黏度较大，因此，注气开发时，气体与原油的黏度差就很大，容易造成黏性指进现象，因而，要求使用气体混相驱的油藏中原油的密度要小于876 kg/m3。如果使用干气进行混相驱，因为干气是不断萃取原油中C2～C6组分，使自身不断富化，最终达到混相状态，所以，要求油藏中C2～C6组分越高越好，采用汽化气驱时要求原油密度不能大于825 kg/m3，而非混相驱替则对原油密度要求宽松一些，原油密度在876 kg/m3～1 000 kg/m3都可以。

2.4 原油组分

油藏中，气体混相驱油实际上是注入气不断萃取原油中的轻质烃及中质烃来达到混相的。因此，原油的轻质烃或中间烃的组分及组成对混相驱的MMP 影响比较重要。原油组分组成复杂多样，必须对原油的各个组分进行详细分析才能明确对MMP 是如何影响的。

以注CO2混相驱为例，MMP 随原油中N2的摩尔组成的增加而增大，且二者呈直线关系。原油中甲烷的存在导致MMP 增加，且随着甲烷含量的增加，MMP 增大；且在0～40 %范围内，两者呈直线关系，超出这个范围，MMP 随甲烷含量增幅增大。随着原油中C2的摩尔含量增加，MMP 降低，同时降低幅度随原油中C2的摩尔含量增加而增大；当原油中无C5～C10组分时，MMP最大，原油中该组分的存在使MMP 降低，且该组分含量越高，MMP 越低，同时降低幅度随原油中该组分的摩尔含量增加变缓；原油中C11～C14的存在对MMP 影响明显，当原油中无C11～C14时，MMP 最小；原油中C11～C14的存在使MMP 增大，且随着原油中C11～C14的摩尔含量增加，MMP 增大，且二者几乎呈线性关系；CO2驱油过程中，MMP 与原油中甲烷和氮气的摩尔含量成正比。MMP 随着原油中甲烷及氮气浓度减小而降低，且在一定范围内，甲烷和氮气的浓度与MMP 呈直线关系。因此，原油中轻质组分的比例很重要。MMP 与原油中C1～C10含量成反比，即原油轻质组分越多，MMP 越小，达到混相驱要求的地层压力就越低，与原油中C11+含量成正比。

3 注入气体类型影响

3.1 CO2

CO2与其他注入气相比，有其独特的优势，与N2、烃类气体相比，注CO2进行混相驱时所需要达到的MMP 是三者中最低的，因而利用CO2进行混相驱油应用最为广泛，由于CO2从CO2矿藏、发电厂等地方能够大量获得，且还具有一定的环境保护意义，因而在油田注气开发时，需要大量同类气体的情况下，从经济角度来看，CO2比烃类混相剂更加有性价比，但在物性方面，其黏度较低、密度较小，使用CO2进行混相驱会由于其物性的影响而在波及系数方面很难达到令人满意的程度，在与CO2密度相似的油藏中驱替时，可以有效降低与原油的重力分异作用，如果地层中存在可流动地层水时，其与地层水间的密度差足以使它们之间重力分异[14]。

5.仰口线虫病。根据该病的流行病学、临床症状和病理变化，一般可做出初步诊断，但要确诊需做实验室诊断鉴别。粪便经漂浮法显微镜下检查虫卵，新鲜钩虫卵具有一定特征性：色彩深，发黑，虫卵两端钝圆，两侧平直，内有8～16个卵细胞。

适合驱油的油层条件：

（1）储层岩石可以是砂岩、石灰岩、白云岩和燧石灰岩；

（2）油层深度大于600 m，温度无影响；

（3）原油相对密度为0.795 g/cm3～0.96 g/cm3；

（4）原油黏度0.15 mPa·s～0.188 mPa·s。

使用CO2进行混相驱油的特性是：混相压力较低、可降低原油黏度、使原油体积膨胀、降低界面张力等[15]；缺点是使用受资源的限制，且存在结垢、腐蚀的问题。

3.2 N2

使用N2进行混相驱，其特点是：N2是惰性气体且没有腐蚀性，不会与CO2作驱替剂一样造成腐蚀问题，N2的密度在相同温度和压力下是小于气顶气密度的[16]，黏度与之接近，这可以缓解重力驱替过程中的黏性指进，同时它不溶于水，少量溶于油，膨胀性良好，造成的弹性能量大，且其来源较广，价格较低，在注气提高采收率过程中受到人们的重视。

N2驱主要有以下几方面应用：

（1）重力稳定驱替。N2与其他注入气相比，它密度最小，在油和水中也是微溶，这种特质使其在进行重力稳定驱油方面有非常大的优势[17]。

（2）开采凝析气藏。开发凝析气藏时，必须让油藏压力持续保持在露点压力之上，避免低于露点而出现反凝析现象，造成油藏采收率降低[18]，而注氮气生产既能保持油藏压力，避免出现反凝析现象，又能进行混相驱替，最终提高原油的采收率。

（3）用来驱替CO2、富气或其他溶剂段塞。使用CO2、富气等其他段塞虽然效率高于氮气，但其成本同样高于氮气，因此，在条件允许的情况下，可使用氮气推动段塞来进行混相驱，达到提高经济效益的目的。

3.3 烃类气体

烃类混相驱存在的问题是：（1）烃类气体密度和黏度都小于原油，因而在使用烃类气体进行混相驱时，会出现比水驱更严重的窜流及重力分异现象，而且注烃类气体驱替的波及效率非常低，虽然其洗油效率较好，但会被非常低的波及效率所抵消。（2）溶剂段塞易破裂。溶剂段塞的前缘和后缘都存在混合作用，而指进现象又进一步加剧了这种作用，这会稀释很小的段塞，使其没有混合能力。

烃类气体的选择又很多，可以选择干气、富气或者液化气，想要在较低压力下达到混相状态，而这些烃类气体在这方面都有很好的表现，其主要是通过融入原油使之膨胀、降低原油的黏度和利用重力进行稳定驱替等机制来驱油的，烃类气体驱油是不会对地层造成伤害，因而在西部天然气市场不太好的一些油田可以考虑使用这些气体进行回注采油，烃类气体也可以在开发富气凝析气藏时使用。

4 结语

不同油田的地层物性、原油物性都不同，因此每个油田的混相压力受其实际条件的影响，也都有大有小，在实际评价气体混相驱油可行性过程中，需要利用本油田相关参数理论计算本油田的混相压力，或在本油田地层条件下，进行相关实验，得出本油田的实际混相压力，为混相驱可行性评价和因地制宜地制定工作方案提供参考。

注入气体进行混相驱油都会造成原油混相压力的上升，其中注CO2最容易引起原油膨胀且混相压力上升最小；注烃类气体可以有效降低原油密度；CO2和烃类气体在降黏方面表现都比较出色。注CO2开发在膨胀系数、混相压力、降黏方面都有非常好的表现，在油田实际进行注气开发时，注CO2开发相比于其他气体，优势较大。