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1、氮气驱提高采收率机理与应用,2008年6月,胜利油田分公司,一、氮气基本性质,二、氮气驱驱替类型和机理,三、氮气驱现场应用的优势和影响因素,五、氮气驱在樊29块的前期试注总结,四、氮气驱在国内外的应用,六、认识,目 录,常温常压下，N2为无色无味的气体，惰性，相对分子质量为28.013，密度为1.160kgm3。N2临界压缩系数为0.292，偏心因子为0.040。在常压下，温度为298K时，气体粘度为175.4410-7mPaS，气体热导率为0.02475W(mK)；温度为123K时，液体粘度为0.038mPaS，液体热导率为0.0646W(m K)。当温度为63.15K时，凝固成雪状的固体。
2、,一、氮气基本性质,二、氮气驱驱替类型和机理,三、氮气驱现场应用的优势和影响因素,五、氮气驱在樊29块的前期试注总结,四、氮气驱在国内外的应用,六、认识,目 录,（1）多次接触混相驱替：向地层中注入氮气时，氮气一方面会抽提原油中的轻烃组分，另一方面又会向原油中溶解，但抽提能力大于溶解能力，因此，有较大量的轻烃组分被抽提进入气相，直到气液达到平衡而混相。但是，当氮气在生产井底突破时，其强烈的抽提作用使原油不断失去轻质组分变为重质原油而逐渐失去流动性，直至产生固态沉积，使油井的产能急剧下降。而且，注N2混相驱比CO2和烃类气体混相驱要求的条件高，实施的难度大，适用的范围较窄。,1、单独注氮气驱,（
3、2）注N2非混相驱替：其作用机理主要有四条：一是有限量的蒸发和抽提；二是注气后，油气间的界面张力远小于油水间的界面张力(约4倍)，而油气密度差又大于油水密度差(约6.7倍)，从而减小了毛管力的作用；三是氮气能够进入水波及不到的微孔隙；四是氮气的注入可有效增加地层的弹性能量。,（3）循环注氮气：向地层中注入N2时，由于N2在原油及地层水中的溶解性非常差，但有良好的膨胀性，有利于保持油藏压力。但是，注纯N2会导致露点压力上升，从而引起地层中液体的析出,（4）注N2重力驱：是指对倾斜的、垂向渗透较高的地层，在含油气构造顶部注入N2，利用重力分异作用保持或部分保持油藏压力。它要求油层具有足够高的垂向渗
4、透率(0.2 um2)，以便使油气在垂向上能有效地分异和移动，并且注入速度应当小于临界速度Vc，使重力足以维持密度较小的N2与原油分离，以便抑制粘性指进的形成，从而提高波及系数。,（5）注N2压水锥：其原理主要有三个方面。第一，氮气的非混相驱替作用。第二，氮气的重力分异驱替作用。在向油层注入氮气后，由于重力分异，注入的氮气就会进入微构造高部位形成次生小气顶，从而增加了一个附加的弹性能量，驱替顶部原油向下移动，延缓了油水界面的恢复。第三，氮气不溶于水，较少溶于油，且具有良好的膨胀性，驱油时弹性能量大，能保持地层压力，有利于减缓底水锥进。,(1)保持地层压力，增加弹性能量。(2)稀释降粘：在高压下
5、，氮气能部分溶解于原油，使原油膨胀，降低原油粘度。同时氮气溶解使原油体积膨胀，膨胀油将水挤出孔隙空间，使排驱的油相相对渗透率高于吸吮时的水相相对渗透率，发生相对渗透率转换，有利于油流流动。(3)堵水不堵油：泡沫具有“遇油消泡、遇水稳定”的性能，它在含油饱和度高的油层部位易溶于油，不起泡，不堵塞孔隙孔道，提高油相渗透率；而在水层中能够发泡、增粘，降低水相渗透率，从而有效地提高波及系数及驱油效率。(4)扩大油层加热带：泡沫具有“堵大不堵小”的功能，即优先进入高渗透大孔道，从而防止热水的突进。因此，注热水的同时注入氮气泡沫，可扩大热水加热半径，增加热水的波及体积。,(5)提高洗油效率：起泡剂本身是一
6、种活性很强的阴离子型表面活性剂，能较大幅度降低油水界面张力，改善岩石表面润湿性，使原来呈束缚状的油通过油水乳化、液膜置换等方式成为可流动的油。(6)调剖作用：一是泡沫对高渗透带的选择性封堵：高渗透带阻力小，气体会优先进入，占据孔隙的大部分空间，减少液相的饱和度，从而降低液相的流动能力。二是泡沫对高含水层的选择性封堵：泡沫对含油饱和度比较敏感，在含油饱和度低的地方，能形成稳定的强泡沫，产生有效的封堵。三是泡沫封堵后能产生液流转向作用：对高含水层和高渗透带产生有效封堵后，注入水产生液流转向作用，扩大波及体积，提高驱油效率。四是泡沫中的气组分在气泡破裂后产生重力分异，上升到渗透率更低的，注入水难以到
7、达的油层顶部，扩大了波及体积。,2、氮气泡沫驱,常用的氮气泡沫驱有氮气泡沫热水驱、氮气泡沫和水交替驱、氮气泡沫调驱等几种形式，其作用机理大体相同。主要有以下几个方面：,一、氮气基本性质,二、氮气驱驱替类型和机理,三、氮气驱现场应用的优势和影响因素,五、氮气驱在樊29块的前期试注总结,四、氮气驱在国内外的应用,六、认识,目 录,氮气驱开发方式的有利因素:,氮气是非腐蚀性的惰性气体，在工艺上不存在防腐问题，无水质问题，可避免一整套比较复杂的处理水质的工艺流程设备；吸气能力强，能保持稳定，容易实现注采平衡；注气流压低于注水流压，有利于避免裂缝张开，防止产生窜进现象；油井见注入气的情况比见注入水的情况
8、简单，比较容易管理；气源广，可以就地取材，不需要管道输送，现有的制氮、分离、注入技术和设备能够完全满足需要，有坚实的物质基础；压缩系数比气顶气、烟道气和CO2的都大，有利于增加地层能量而且注氮气效果与注干气相近，成本相对要低得多，同时也可以防止大气污染；对于低渗透储层、正韵律储层可以大大提高采收率，比注水效果好得多。受矿化度影响很小，能解决注水困难或水敏性油藏的很多问题。,氮气驱开发方式的影响因素:,对于低渗油田，注气压力高，注入能力低；裂缝油藏不容易注气，如何注气、防止气窜是一个难题；氮气强烈的抽提作用，易产生固相沉积问题；注氮气采出的天然气需要专门的设备除去氮气；注N2要求的纯度高，一般要
9、达到99%以上，如有少量O2混入，会引起压缩机内润滑油起火爆炸；起泡剂降解和吸附，使得阶段采出程度降低；氮气泡沫、水交替驱采油方式下，气水交替年限是最大的影响因素，随着气水交替注入年限的增加，累积产油量随之增加，但万方气换油率随之降低；矿化度，适当的矿化度可以降低泡沫剂分子极性基团之间的静电斥力，增加泡沫的稳定性；过高的矿化度尤其是过高的钙镁离子浓度，使泡沫剂的极性集团附近形成离子团簇，大大降低了泡沫剂分子的规则排布，从而降低泡沫体系在多孔介质中封堵调剖能力；注入方式，连续注入方式可以保证油层中形成的泡沫流连续推进，但消耗量过大，一般采用段塞式。但是段塞大小及停注间隔时间要进行优选，以求得油层
10、中泡沫流不致中断消失。一般采用小段塞混注方式为佳。,一、氮气基本性质,二、氮气驱驱替类型和机理,三、氮气驱现场应用的优势和影响因素,五、氮气驱在樊29块的前期试注总结,四、氮气驱在国内外的应用,六、认识,目 录,美国七十年代开始用含氮气85%以上和含二氧化碳15%以下的烟道气进行提高油田采收率研究和工业试验。至八十年代中期，日注氮气量总计达到1500104m3（每年50108 m3以上）。1986年，美国用氮气驱油的油田增加28.6%。1987年5月，美国德士古公司获准在埋藏41砂层的区块上进行注氮作业，在进行的三个注氮周期中，在每一个周期内，15天注氮110104m3。由于注氮成功，该区块获
11、增产原油约0.88万吨。1988年美国仅氮气泡沫压裂每年达3600井次，氮气泡沫酸化达1000井次以上，苏联仅在某一油田，用氮气泡沫试油年达800井次。,1、氮气在国外采油中的应用,2、氮气在国内采油中的应用,1985年5月4日，我国首次氮气泡沫压裂在辽河油田施工成功，标志着我国氮气泡沫压裂工艺技术已向国际先进水平起步。从1997年起，辽河、江汉、胜利三大油田上了六套油田现场制氮注氮装置，用于三次采油来提高采收率，经几年运行均取得可喜成果。我国大庆油田自主开发的“泡沫复合驱油技术”已在大庆采油一厂和采油二厂进行先导性矿场试验，取得十分成功，在全国科学技术大会上获得了2005年国家技术发明二等奖
12、。辽河油田和河南油田利用氮气隔热助排工艺增加稠油产能均取得成功。其中，辽河曙光古潜山稠油油藏05年7月实施了氮气隔热助排工艺技术217口井，累计注氮增油31705吨，。2003年4月，泡沫复合驱油单井试注在埕东油田进展顺利，实施后288井吸水剖面有所改善，周围油井明显受效，目前胜利油田滨南采油厂、现河采油厂、孤岛采油厂等投入千余万元自己购置了制氮气系统设备。东辛采油厂主要用氮气泡沫进行冲砂、洗井、诱喷、解堵作业工艺。桩西采油厂利用氮气泡沫酸酸化及排酸技术较多。纯梁采油厂梁家楼油田05年11月6日在纯47-4井组开展了第一口注氮气试验获得成功，06年8月8日在纯56-17井开展了氮气强化泡沫驱试
13、验也取得显著效果。,一、氮气基本性质,二、氮气驱驱替类型和机理,三、氮气驱现场应用的优势和影响因素,五、氮气驱在樊29块的前期试注总结,四、氮气驱在国内外的应用,六、认识,目 录,1、地理位置,樊29块位于位于山东省高青县境内,大芦湖油田中部。大芦湖油田为典型的低渗油藏，地质储量1789万吨，其中樊29块地质储量647.4万吨,92年投入开发，五点法井网，注采井距250米。,一、试注前期工作,2、钻井情况,到目前为止，樊29块完钻各类井55口，其中取心井2口(F10、F29）,3、地层对比,樊29块以沙三中为主力含油层系，沙三中属于深湖半深湖沉积，储层以细砂岩为主，为深水浊积成因。纵向上有7个
14、砂层组，9个小层。主力含油层系沙三中4、5砂层组。其中4-2、4-3、4-4、5-3为主力含油小层。,樊29块为断层切割的穹隆背斜构造，倾角度。埋深2800-2950m，孔隙度16.3%，渗透率12.110-3m2，为低孔低渗岩性油藏。,沙三中4顶面埋深图,4、构造特征,5、储层特征,砂体平面上分布范围大,6、储层特征,构造高部位，砂体厚度大，砂体总厚度4550m，处于有利相带（水道微相），孔隙度为1516左右，渗透率大于2010-3m2。,7、开发现状,区块动液面低、综合含水高、产量低,8、初选井组基本情况,樊29块目前生产井网、开发层系比较完善，有中心受效井，注水井井况好、层位全、砂层发育
15、好，注水井边部注水防止N2外溢，非常适合注氮气开发。由于氮气混相压力高且该块地层温度高于混相温度，因此为氮气非混相驱。初选F10-3井组进行氮气驱试验。该井组含油面积0.1033km2，主力砂体地质储量25.54104t。有注水井4口，单井日注水20.8m3/d，注水压力13.6MPa；油井1口，日油1.5t/d，综合含水86.9，动液面1769m。测算井口注气压力29-36MPa，正常注气压力17-18MPa，注N2设备可以满足现场要求。,试验井组栅状图,9、试验井组连通情况,试验井组连通性较好,10、试验井组生产现状,试验井组地层能量不足、动液面低，含水高、液量低,二、现场试注情况,1、第
16、一阶段试注情况 F9-11井于2007年9月11日开始注氮气，至12月4日结束第一阶段注气施工。第一阶段累积注入氮气量71141 m3，折合地下约377m3。试注前没有动井内分层注水管柱，配水器被堵死，正注压力超过施工限压35MPa，无法正常施工。9月15日改为反注，至20日基本能够完成每天的注入量，压力稳定在33MPa左右。由于油料和下雨的影响，停注3天后，9月22再次注入时，压力基本半个小时就上升至33.9MPa，每天注入量在400-500m3。针对注入压力高，不能够连续施工的情况，10月9日我们对地层挤入油层清洗剂，处理后压力还是很高。10月10至20日改为注水，每天配注20m3，压力2
17、1Mpa，较注气前上升了4MPa。10月21-25日进行酸化处理，从起出原井管柱情况来看，上部1500m油管外壁锈蚀比较严重，下部1300m管柱内壁结垢较严重，连接工具处油管结垢最严重，第二个配水器整个被垢堵死，底部球座被垢堵的很严实。酸化后进行正注水3天，日注20m3，压力10MPa，较酸化前下降了11MPa，说明酸化前地层堵塞较严重。10月30日至11月1日，连续正常注气3天，压力33.2MPa。由于注氮设备坏，11月2日至12月4日设备维修，影响施工一个多月。,二、现场试注情况,2、第二阶段试注情况第二阶段注气从12月5日开始施工，至12月29日邻井F8-10发生气窜停止注气施工。开始注
18、气压力14MPa，1个小时后压力上升至19MPa，3个小时后压力上升至30MPa，后来压力在之间趋于稳定，能够连续注入，为了稳定压力，我们采取了低排量施工，控制排量650m3/h，每天的注入量在15000-16000m3左右，压力基本在之间波动，连续注气19天，累积注气量374386m3，折合地下约：1984 m3。,三、下步工作打算,1、继续开展注氮气现场试验从F9-11井的试注情况看，该块地层的注气压力大约在33MPa左右，地面设备基本能够满足注入的要求。在总结F9-11井前期试注经验的基础上，经过与采油院、地质院等科研院所结合，加快了注氮气先导试验的进程。下步准备在F10-3井组的4口注
19、水井上同时注氮气。并且注气前对井筒进行处理，以降低注气压力，保证可以连续注气。目前，四口水井的井筒处理已经完成，注气前正常注水。地面工程设计已经下发，地面工程已准备开工。,三、下步工作打算,2、优化施工参数，完善安全预案本次试验采用气水交替注入的方式，延缓气窜的速度。同时加强周围生产井的监控，随时跟踪异常变化。具体做到如下要求：、注气前应对注气井对应的生产井的情况进行彻底调查，井口必须有三证，井口闸门必须灵活好用，对于使用年限长、不合格的井口进行更换。、由于该块天然裂缝和人工裂缝的存在，注气一段时间后，可能会出现气窜，个别对应油井出现压力升高，一旦发生气窜，注气井要立即停止注气施工，生产油井要
20、立即停井，接硬管线带减喷器进行外排放喷，严禁进流程管线。、注气期间必须对周围生产井进行密切跟踪，注气5天后每天应对对应生产井进行取油样、气样化验，分析气样成分是否有变化，2天测一次油套压。、整个注气过程中采油矿要派专人负责，做好每天的跟踪和取样检测，跟踪检测过程注意高压可能造成的伤害，及时汇报出现的特殊情况。、注气过程中，根据实际注入情况对注入方式和注入量进行调整和优化。,一、氮气基本性质,二、氮气驱驱替类型和机理,三、氮气驱现场应用的优势和影响因素,五、氮气驱在樊29块的前期试注总结,四、氮气驱在国内外的应用,六、认识,目 录,（1）氮气是非腐蚀性的惰性气体，气源广，可以就地取材，不需要管道
21、输送，现有的制氮、分离、注入技术和设备能够完全满足需要，相对于注CO2、烃类气体、干气等，成本较低。对于低渗透储层、正韵律储层可以大大提高采收率，比注水效果好得多，能解决注水困难或水敏性油藏的很多问题。,（2）注气前要对注气井的情况进行仔细认真的分析，包括井身结构、井下工具、注水情况、作业井史等。尽量不动管柱直接注气，但也要避免未采取前期处理措施而导致注气压力过高，无法注入的问题。,（3）对于低渗油田，注气压力高，注入能力低；天然裂缝发育和压裂投产的油藏，如何注气、防止气窜是一个急需解决的问题。,（4）连续注入氮气可以保证油层中氮气驱替连续推进，但氮气消耗量过大，成本高，同时易发生气窜。通常采取水气交替注入的方式，调节水和气的比例对于达到最好的驱替效率是非常重要的。水气注入比要结合注入井和受效井的实际情况进行优化，这样才能取得最好的宏观驱替效率和微观驱替效率，取得最高的原油采收率。,谢谢大家,
