王成俊，鄭黎明，高瑞民，劉 敏

（1.延長(zhǎng)石油集團(tuán)研究院，陜西西安 124000；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院）

1 引言

鄂爾多斯東部淺層特低滲油藏主力油層主要為河流相、三角洲前緣等，由于其天然能量弱，地層壓力低，衰竭式開(kāi)發(fā)效果較差，因此采取注水開(kāi)發(fā)補(bǔ)充地層能量。然而由于其滲透率特低，且存在一定微裂縫，儲(chǔ)層出現(xiàn)部分水井注入壓力相對(duì)過(guò)高、注不進(jìn)的問(wèn)題，部分水井雖然注入，但連通油井很快水淹，儲(chǔ)層原油采收率較低，因此需要采用新的技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)。目前室內(nèi)研究較多的為低滲儲(chǔ)層巖心直接氣驅(qū)，與油田實(shí)際有一定差距，因此本文研究層特低滲油藏在水驅(qū)一段時(shí)間后的空氣驅(qū)開(kāi)采效果，為現(xiàn)場(chǎng)提供一定技術(shù)指導(dǎo)［1－6］。

對(duì)于埋深較淺的油藏，空氣驅(qū)的主要作用原理為：使氧氣與剩余油在低溫條件下（接近或高于油藏溫度）自然發(fā)生氧化，在達(dá)到生產(chǎn)井以前消耗掉空氣中的氧，主要靠反應(yīng)所產(chǎn)生的煙道氣（CO2、CO等）形成煙道氣驅(qū)，達(dá)到提高采收率的目的［7－8］。因此，把空氣注入到油藏時(shí)，同時(shí)發(fā)生兩種現(xiàn)象：驅(qū)油和油的氧化?？諝獠⒉恢苯悠痱?qū)油作用，起驅(qū)油作用的是在油層內(nèi)生成的CO和CO2以及由N2和蒸發(fā)的輕烴組分等組成的煙道氣。反應(yīng)程度與原油特性、巖石和流體特性、溫度和壓力有關(guān)。從本質(zhì)上講，注空氣驅(qū)是間接的注煙道氣驅(qū)，但是它又綜合了多種驅(qū)油機(jī)理［9－11］。

2 特低滲巖心水驅(qū)后空氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究

（1）實(shí)驗(yàn)儀器與藥品。實(shí)驗(yàn)儀器：驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置，回壓閥，手搖泵，壓力表，空氣瓶等；實(shí)驗(yàn)藥品：蒸餾水，NaCl，CaCl2，MgCl2，煤油，空氣等。

（2）實(shí)驗(yàn)步驟：①參照鄂爾多斯盆地某油田地層水配置礦化度為40000 mg／L的地層水，所含成分比例為 NaCl∶CaCl2∶MgCl2＝70%∶12%∶18%，將巖心裝入巖心夾持器，調(diào)試裝置；②飽和地層水，記錄巖心滲透率；③對(duì)巖心飽和油，測(cè)定形成的束縛水體積；④正式進(jìn)行水驅(qū)，記錄油水產(chǎn)出狀況與壓力變化；⑤水驅(qū)至不再出油后停止，改為氣驅(qū)，測(cè)定油水產(chǎn)出狀況與壓力變化，并用排水法記錄氣體在大氣壓下的流量；⑥當(dāng)氣驅(qū)至不再出油時(shí)停止，再次進(jìn)行水驅(qū)，水驅(qū)一定時(shí)間后停止實(shí)驗(yàn)。

2.1 水驅(qū)后空氣驅(qū)油效果分析

實(shí)驗(yàn)采用人造巖心。巖心a、b孔隙度分別為14.21%和13.68%，氣測(cè)滲透率分別為28×10－3μm2和30×10－3μm2，水測(cè)滲透率分別為6.06×10－3μm2和5.46×10－3μm2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。正常水驅(qū)后氣驅(qū)時(shí)巖心入口壓力維持在2.0MPa左右，出口端壓力保持為1.0MPa。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)對(duì)于特低滲巖心，水驅(qū)后氣驅(qū)可以達(dá)到一定輔助原油開(kāi)采效果。但因?yàn)槭覂?nèi)巖心長(zhǎng)度較短，以及巖心滲透率特低，氣體滲透率相對(duì)油水相的滲透率要高很多，空氣驅(qū)未能經(jīng)過(guò)有效作用便氣竄流出，一定程度上影響了室內(nèi)原油采出效果。

2.1.1 采出程度變化

圖1 水驅(qū)后氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由水驅(qū)后氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，原油采出程度有明顯增加，說(shuō)明水驅(qū)后氣驅(qū)通過(guò)進(jìn)入更小的孔喉，將部分死油驅(qū)替出。室內(nèi)對(duì)兩塊巖心進(jìn)行了水驅(qū)后空氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)，兩巖心空氣驅(qū)采出程度分別增加1.3%和2.1%。

2.1.2 含水率變化

巖心a水驅(qū)結(jié)束時(shí)含水率99.2%，當(dāng)水驅(qū)后氣驅(qū)，含水率下降至80.0%，后又逐漸上升至98.5%。巖心b水驅(qū)結(jié)束時(shí)含水率達(dá)到97.9%，當(dāng)水驅(qū)后氣驅(qū)，含水率下降至77.8%，后又逐漸上升至90.5%。水驅(qū)后氣驅(qū)由于形成氣鎖，且氣體滲透率大于液相滲透率，因此，產(chǎn)水明顯減少，但重新水驅(qū)后氣鎖影響逐漸減小，且重新形成水相優(yōu)勢(shì)通道，因此含水率重新上升。

2.2 水驅(qū)后空氣驅(qū)注入量?jī)?yōu)化

水驅(qū)后氣驅(qū)注入壓力和出口端壓力分別為2.0 MPa和1.0MPa?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)際與成本要求，對(duì)水驅(qū)后氣驅(qū)注入量進(jìn)行優(yōu)化分析。巖心孔隙度為14.15%，氣測(cè)滲透率為29×10－3μm2，水測(cè)滲透率為6.21×10－3μm2，水驅(qū)后氣驅(qū)中，一直注入空氣至不再出油為止，隨著空氣注入量不斷增加，原油采出程度逐漸增加，其變化規(guī)律見(jiàn)圖2。

圖2 水驅(qū)后氣驅(qū)空氣注入量?jī)?yōu)化

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)中隨水驅(qū)后氣驅(qū)空氣注入量增加，開(kāi)始主要為產(chǎn)水，隨氣體進(jìn)入死油區(qū)，氣驅(qū)開(kāi)始發(fā)揮作用，逐漸提高原油采出程度；另外，由圖2可知水驅(qū)后氣驅(qū)過(guò)程中，氣驅(qū)采出程度呈現(xiàn)階梯式增加，即注入6、25、38、75 PV時(shí)分別出現(xiàn)區(qū)域最優(yōu)值，分別提高采出程度2.9%、3.9%、4.9%和6.8%。這反映了在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用氣驅(qū)時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)成本要求和實(shí)際工況要求，制定不同的空氣驅(qū)注入量方案。關(guān)于氣驅(qū)采出程度的階段性增加，分析認(rèn)為，在不同注入量的氣驅(qū)過(guò)程中，分別驅(qū)替不同的孔喉中的原油；最開(kāi)始?xì)怏w首先進(jìn)入原油最容易被驅(qū)替出的驅(qū)替通道，將原油驅(qū)替出，原油在向前推進(jìn)此過(guò)程中，同時(shí)發(fā)生原油在較小孔喉的重新聚集或捕集；當(dāng)整體上該優(yōu)勢(shì)通道原油被驅(qū)替完后，氣體進(jìn)入次優(yōu)勢(shì)通道，更次優(yōu)勢(shì)通道等等，直至氣驅(qū)失去效果。

為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論，室內(nèi)進(jìn)行了另外兩組水驅(qū)后氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)（圖3），實(shí)驗(yàn)亦證明了上述結(jié)論的可靠性。

圖3 水驅(qū)后空氣驅(qū)采出程度與氣體注入量關(guān)系圖

2.3 水驅(qū)后氣驅(qū)注入時(shí)機(jī)分析

在上述優(yōu)化基礎(chǔ)上，進(jìn)行水驅(qū)后氣驅(qū)注入時(shí)機(jī)的優(yōu)化，分別選擇剛見(jiàn)水時(shí)氣驅(qū)、見(jiàn)水5 min后氣驅(qū)、見(jiàn)水10 min后氣驅(qū)、見(jiàn)水20 min后氣驅(qū)和水驅(qū)至不再出油時(shí)氣驅(qū)，在其他相同注入條件下氣驅(qū)，結(jié)束后進(jìn)行再次水驅(qū)，至不再出油時(shí)結(jié)束。

由圖4可知，不同注氣時(shí)機(jī)下水驅(qū)后氣驅(qū)采出程度不同，隨注空氣驅(qū)時(shí)含水率增加，空氣驅(qū)綜合采出程度先降低后增加。其中，見(jiàn)水時(shí)進(jìn)行氣驅(qū)效果最好，室內(nèi)采出程度達(dá)到99.01%，水相突破后進(jìn)行氣驅(qū)效果急劇下降。分析認(rèn)為，空氣會(huì)經(jīng)由水相的竄流通道優(yōu)先發(fā)生氣竄，見(jiàn)水5 min（含水率94.3%）后進(jìn)行氣驅(qū)綜合采出程度僅為84.23%；隨著見(jiàn)水時(shí)間的增加，水相增加，在驅(qū)替部位占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，后續(xù)進(jìn)行氣驅(qū)時(shí)氣鎖程度逐漸增加，使得氣體可以進(jìn)入更多孔喉進(jìn)行驅(qū)替，且后續(xù)水驅(qū)的綜合阻力增加，水相亦可進(jìn)入更多孔喉驅(qū)替，因此綜合采出程度相應(yīng)逐漸增加。因此，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用水驅(qū)后空氣驅(qū)時(shí)可以在含水率較低時(shí)應(yīng)用。

圖4 水驅(qū)后氣驅(qū)注入時(shí)機(jī)分析

3 原油低溫耗氧室內(nèi)分析

淺層特低滲油藏水驅(qū)后空氣驅(qū)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題為產(chǎn)出氣中的氧氣的安全性與對(duì)生產(chǎn)管柱的腐蝕性。因此需要對(duì)產(chǎn)出氣中的氧氣濃度進(jìn)行分析，并對(duì)剩余氧氣在產(chǎn)出過(guò)程中造成的腐蝕、安全性問(wèn)題等制定相應(yīng)的預(yù)案與建議。在室內(nèi)巖心驅(qū)替過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，水驅(qū)后隨空氣的持續(xù)注入，空氣在多孔介質(zhì)內(nèi)部先發(fā)生對(duì)水相的驅(qū)替，當(dāng)氣驅(qū)前緣到達(dá)出口端時(shí)將迅速發(fā)生氣竄。室內(nèi)巖心驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，受巖心長(zhǎng)度限制，巖心內(nèi)部氧氣與輕質(zhì)原油的低溫氧化消耗較弱，因此不能較好地反映實(shí)際油藏驅(qū)替過(guò)程中的氧氣濃度變化及低溫氧化問(wèn)題。

通過(guò)靜態(tài)耗氧實(shí)驗(yàn)，研究低溫條件下原油耗氧量、產(chǎn)出氣體組分隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)根據(jù)鄂爾多斯盆地某區(qū)塊地層溫度選用30℃，在高壓恒溫氧化儀中，將天然巖心粉碎成的砂粒（20～30目）和地層原油中通入一定體積的空氣（6.0MPa、0.2 PV），每隔24h取樣檢測(cè)殘余氣體中O2和CO2的含量。

從圖5可以看出，氧氣的含量隨時(shí)間增加而減少，初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.0%，到240 h時(shí)降至18.2%，二氧化碳的含量隨著時(shí)間增加而緩慢增加，240 h時(shí)二氧化碳含量為0.66%。注空氣泡沫靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)的程度非常小；室內(nèi)通過(guò)改變注入空氣量0.15 PV和0.25 PV，發(fā)現(xiàn)此時(shí)氧氣消耗量依然較低。因此說(shuō)明室內(nèi)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出氣中氧氣濃度大于爆燃的安全濃度區(qū)間。

圖5 水驅(qū)后氣驅(qū)O2與CO2含量變化

但在現(xiàn)場(chǎng)注入空氣時(shí)，生產(chǎn)井井口氧氣濃度較低，說(shuō)明氧氣的耗散途徑不僅僅局限于原油低溫消耗，還包括由于欠注導(dǎo)致的地層虧空處空氣聚集、地層水中礦物粒子氧化、地層巖石礦物氧化等。

4 結(jié)論

（1）水驅(qū)后氣驅(qū)可以提高淺層特低滲油藏的原油采出程度，同時(shí)可以一定程度上降低含水率，說(shuō)明高含水井依然可以通過(guò)氣驅(qū)來(lái)驅(qū)替細(xì)小孔喉原油，提高油藏動(dòng)用程度。

（2）對(duì)于淺層特低滲油藏，水驅(qū)后空氣驅(qū)采出程度與氣體注入量存在階梯性上升趨勢(shì)，對(duì)于不同的油田可以選擇氣體注入量的局域性最優(yōu)值?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用水驅(qū)后空氣驅(qū)時(shí)盡量選擇在含水率較低時(shí)應(yīng)用，以提高該階段氣驅(qū)經(jīng)濟(jì)效益。

（3）淺層油藏低溫耗氧量較低，需要制定相應(yīng)的安全管理制度來(lái)保證水驅(qū)后空氣驅(qū)的安全性，對(duì)于生產(chǎn)井可以采用井內(nèi)加防腐劑方式進(jìn)行防腐。

［1］王艷秋，宋考平，孫建松.特低滲透油田注空氣驅(qū)油調(diào)研及認(rèn)識(shí)［J］.中外能源，2012，17（4）：59－63.

［2］肖利平，汪孟洋，岳春宏，等.中原油田提高采收率優(yōu)化技術(shù)［J］.中外能源，2011，16（1）：56－61.

［3］張景存，張富學(xué)，李國(guó)樹(shù).正韻律油層注水開(kāi)發(fā)后期注空氣礦場(chǎng)試驗(yàn)［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1985，22（4）：43－49.

［4］翁高富，張佐柵，李益在，等.泡沫－空氣段塞驅(qū)油技術(shù)在潛山油藏的應(yīng)用［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33（12）：136－138.

［5］T Onishi K Okatsu，T Teramoto.History matching with combustion－tube tests for light－oil air－injection project［C］.SPE103848，2006.

［6］王杰祥，來(lái)軒昂，王慶，等.中原油田注空氣驅(qū)油試驗(yàn)研究［J］.石油鉆探技術(shù)，2007，35（2）：5－7.

［7］蔣有偉，張義堂，劉尚奇，等.低滲透油藏注空氣開(kāi)發(fā)驅(qū)油機(jī)理［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37（4）：471－476.

［8］黃建東，孫守港，陳宗義，等.低滲透油田注空氣提高采收率技術(shù)［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2001，18（3）：79－81.

［9］T Teramoto，H Uematsu，K Takabayashi，et al.Air－injection EOR in high water－saturated light－oil reservoir［C］.SPE100215，2006.

［10］Shengming Hou，Sha Ran Ren，Wei Wang，et al.Feasibility study of air injection for IOR in low permeability oil reservoirs of xinJiang oilfield China［C］.SPE131087，2010.

［11］侯勝明，劉印華，于洪敏，等.注空氣過(guò)程輕質(zhì)原油低溫氧化動(dòng)力學(xué)［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，35（1）：169－173.