油氣儲運中油氣回收技術(shù)的具體運用探析

羅剛強 李鈴(四川省天然氣廣元能源有限責任公司，四川 廣元 628000)

0 引言

近年來，我國油氣行業(yè)實現(xiàn)了高速發(fā)展，油氣能源也產(chǎn)生了大量的消耗，在油氣儲運環(huán)節(jié)中蒸發(fā)與泄露導(dǎo)致有價值的油氣能源不能被回收利用。為了有效地改善這一問題，我國致力于油氣回收技術(shù)的研究，并取得了一定的成果。

1 油氣回收技術(shù)的研究背景

如今，社會經(jīng)濟的高速發(fā)展都離不開油氣和天然氣兩種能源，各國都在大力研發(fā)油氣天然氣回收技術(shù)。我國的油氣儲運行業(yè)在不斷的發(fā)展，然而油氣和天然氣都屬于不可再生資源，據(jù)相關(guān)的研究顯示，油氣資源在儲運環(huán)節(jié)中會產(chǎn)生大量的損失，造成油氣資源浪費。因此，在此背景下，我國進行油氣回收技術(shù)的研究勢在必行。我國目前此方面的研究與發(fā)達國家還存在一定的差距，因此，我國應(yīng)該進一步結(jié)合自身的實際情況，完善油氣回收技術(shù)的研究，提升油氣資源回收的效率。

2 油氣儲運中常見的回收技術(shù)

2.1 冷凝法

冷凝法是一種非常常見的油氣回收技術(shù)，在常見的壓力條件下對油氣資源和低溫介質(zhì)進行熱量交換，使其溫度降低，實現(xiàn)物質(zhì)重組形成液體，便于油氣回收，剩余的輕質(zhì)組分則直接排入到大氣中。此方法在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)受到溫度的影響，由于介質(zhì)之間熱量的交換方式比復(fù)雜，運行成本非常高。

2.2 吸收法

在一定的工藝條件下，通過吸收劑的應(yīng)用，將油氣中的各類成分吸收起來進行回收，結(jié)合壓力和溫度等工作條件，吸收法又可以分成常壓常溫吸收法和常壓低溫吸收法等，但是此類方法應(yīng)用不夠廣泛，由于在常壓常溫條件下油氣的回收已經(jīng)比較方便。所使用的吸收劑也有兩種，其一是可再生吸收劑，還有一種是不可再生吸收劑。

2.3 吸附法

吸附法與吸收法存在一定的相似之處，采用吸附劑將油氣中的成分從空氣中分離出來。吸附劑用于一些親和力較強的材料中，一般是活性炭，其對油氣中各類成分的吸附率高達34%，但是在高溫下吸附劑與油氣中的成分會產(chǎn)生化學反應(yīng)，此類方法在應(yīng)用中存在一定的局限性。

3 油氣儲運中油氣回收技術(shù)的具體運用

3.1 實驗測量的PVT模擬

為了模擬在實驗室進行的實驗測試，采用了Eclipse模擬器的流體PVTi模塊PVTi?；赑VTi狀態(tài)方程(EOS)的Eclipse模擬器模塊用于描述各種流體樣本，實驗數(shù)據(jù)包括相對體積、總地層體積系數(shù)、氣藏體積系數(shù)、氣體比重、氣油比、油氣回收系數(shù)。

3.2 吞吐注氣性能評價

在致密巖石樣品中進行了huff-n-puff氣體注入或循環(huán)氣體注入的實驗研究，第一步是在給定壓力下用油樣在相當長的時間內(nèi)使巖心塞飽和。然后，將預(yù)飽和的巖芯放在巖芯固定器中，暴露在高壓氣體中。在關(guān)井或浸泡期間，預(yù)計氣體會滲入基質(zhì)并與油充分接觸。浸泡后，通過降低系統(tǒng)壓力，油從基質(zhì)中滲出。通過重新稱重巖芯樣品或使用有機溶劑收集回收的油氣來計算油氣回收率。常用的注入氣體或溶劑為N2、CO2、CH4、C2H6和CH4/C2H6混合物。

3.3 完善敏感性分析，改善油氣回收率

除實驗研究外，還利用內(nèi)部模擬方法或軟件工具進行了大量模擬工作，以研究致密地層中的現(xiàn)場規(guī)模吞吐注入。敏感性分析與實驗或模擬一起進行，以檢查各種操作參數(shù)(注入壓力和速率、初始注入時間、氣體注入持續(xù)時間、均熱時間、循環(huán)次數(shù)和非均質(zhì)性)對回收率的影響。

注氣壓力對吞吐采油方案回收率的影響，增加壓力只會在不混溶條件下產(chǎn)生良好的恢復(fù)性能。當注入壓力高于MMP時，進一步增加注入壓力不會導(dǎo)致回收率顯著增加。近混相CO2吞吐和混相CO2吞吐可以有效地提高原油回收率，分別達到63.0%和61.0%，而水驅(qū)和不混相CO2吞吐的最終回收率分別為42.8%和51.5%。頁巖油地層中的吞吐過程的主要機制包括粘度和界面張力降低、油膨脹效應(yīng)、輕組分萃取和溶解氣驅(qū)動。

常規(guī)地層或致密地層中，氣體相對更容易溶解在基質(zhì)中的機理，油被存儲后，氣體更難與油氣接觸，在MMP下方和上方，他們觀察到當注入壓力高于MMP時，回收率仍隨著壓力的增加而增加。

注氣速度是注氣吞吐提高回收率的重要參數(shù)之一，在進行了一系列敏感性分析，認為與注氣時間、循環(huán)次數(shù)等因素相比，注氣速度是提高回收率的最重要參數(shù)，較高的注入速度會導(dǎo)致較高的采油系數(shù)，通過使用500和5000Mscf/天和100、1000和10000Mscf/天的注入速率檢查了CO2注入速率對油氣回收率的影響，發(fā)現(xiàn)回收率相應(yīng)提高了1.0%～5.4%。較高的注入速率確保在一個周期內(nèi)將更多的氣體注入儲層，從而保持較高的儲層壓力。

另一方面，較高的注入速度也意味著更多的資本投入，特別是當注入速度增加一到兩個數(shù)量級時，注入到儲層中的二氧化碳將大大增加。從盈利角度來看，注入大量二氧化碳是不合理的，應(yīng)進行經(jīng)濟評價以優(yōu)化注入速率。初始注氣時間和注氣持續(xù)時間也是注氣過程中的兩個關(guān)鍵參數(shù)，將注氣初始時間從1000天推遲到2000天，可提高回收率2.47%。采用30天、200天、400天、500天和1000天的注氣初始時間，考察了初始注氣時間，可以看出延遲注氣(從30天到400天)可以提高回收率；但是，當稍后開始注氣(400至1000天)時，油氣回收率并沒有得到有效提高。與周期數(shù)和注氣速度相似，較長的注氣時間有利于提高回收率，因為注氣量越大，可保持較高的儲層壓力。

然而，從現(xiàn)金流的角度來看，注氣時間應(yīng)得到優(yōu)化。均熱時間作為吞吐過程中的另一個重要操作參數(shù)，通常與循環(huán)次數(shù)一起進行檢驗。長浸泡時間使注入氣體能夠通過溶解與油氣更好地混合，從而提高每摩爾二氧化碳的有效回收率。但是，長時間的關(guān)井會縮短生產(chǎn)時間。最佳均熱時間可通過計算總氣體利用率，以及將循環(huán)次數(shù)和壓力分布聯(lián)系起來確定。一些實驗和模擬結(jié)果表明，在混相CO2注入條件下，較長的均熱時間允許氣體進一步擴散到基質(zhì)中，從而獲得更高的累積回收率。

在固定的時間內(nèi)，縮短浸泡時間并允許更多的循環(huán)次數(shù)比使用較少的周期長時間浸泡更有效，二氧化碳吞吐注入一段時間后的累積回收率低于一次衰竭時的累積回收率。注入和浸泡周期導(dǎo)致生產(chǎn)時間縮短，并造成無補償?shù)纳a(chǎn)損失。注氣吞吐最終回收率較低的原因是注入壓力低4000psi，該壓力應(yīng)高于初始儲層壓力6840psi。因此，要提升油氣儲運環(huán)節(jié)中的回收率，就要合理的控制注氣時間和注氣量。

浸泡時間對回收率無影響，在本次敏感性分析中，一次注氣1000天后只進行了一次注氣循環(huán)，而總生產(chǎn)時間為5000天，回收率變化不大。儲層非均質(zhì)性對吞吐或循環(huán)天然氣注入效率的影響也會產(chǎn)生很大的影響，對于低滲透非均質(zhì)儲層，其回收率優(yōu)于均質(zhì)儲層，CO2會遷移到更深的地層中，而不會起到增加儲層壓力和將油運回井內(nèi)的作用。儲層非均質(zhì)性可以有效阻止注入氣向深層運移，有助于保持較高的近井儲層壓力，提升油氣回收率。

3.4 完善油氣流動動態(tài)評價，提升油氣回收率

頁巖氣藏氣驅(qū)的實驗和模擬研究與huff-n-puff相比受到了限制，這可能是由于致密頁巖的低吸水性造成的。本次研究采用頁巖巖芯塞(滲透率為85～400nd)對氮氣驅(qū)和氮氣吞吐進行了實驗對比，氮氣突破后產(chǎn)量下降。

由于各周期的壓力梯度持續(xù)良好，吞吐采油方案保持了相對較長的有效回收率。在140°F的儲層溫度下，對致密地層巖心(滲透率為250～440μd)中的CO2水交替氣體注入進行了實驗研究，結(jié)果表明，較短的水段塞尺寸或較長的CO2段塞尺寸有利于提高流體的注入能力，但由于早期天然氣雜質(zhì)比較多，導(dǎo)致回收率下降。在注水期間，循環(huán)時間的增加會導(dǎo)致流體的注入能力降低。

然而，當注入能力降低到一個閾值后，它對CO2段塞尺寸變得敏感。為了更好的提升油氣儲運中的回收率，對水力壓裂頁巖油藏(滲透率為0.1μd)的天然氣注入和注水方法進行了評估和比較，采用一個小模型對水平井兩個橫向水力裂縫間的氣驅(qū)進行了數(shù)值模擬，氣驅(qū)方法比循環(huán)注氣法的油氣回收率略高；由于頁巖儲層注水能力低，注水效果不如注氣。

在油田頁巖油氣藏的混相和非混相條件下進行了數(shù)值模擬模型研究中，結(jié)果表明在混相和非混相條件下，無論注入氣類型如何，都能獲得顯著的回收率。在混相條件下，作為替代注入氣體的烴類氣體以及CO2注入。在非混相條件下，注烴也能獲得較好的回收率。

3.5 改善氣體注入機制，提升油氣回收率

對于頁巖油氣藏的吞吐氣注入，再增壓是提高回收率的最重要機制之一，可通過使用高注入壓力，通過增加注入速度，通過延長注入持續(xù)時間和增加循環(huán)次數(shù)來實現(xiàn)。另一個重要的機理是注入的溶劑(CO2、CH4、C2H6或采出氣)可以通過多接觸混相過程從油氣中提取輕組分。同時，這些溶劑溶解在油中，導(dǎo)致粘度和界面張力降低，膨脹的稀釋油更容易回收。

上述機理可能在致密儲層(如Bakken組中部)或常規(guī)儲層中發(fā)揮重要作用，在這些儲層中，氣體相對更容易擴散到基質(zhì)中并與油氣接觸。使用CT圖像可視化了超致密頁巖塞中的氣體掃描體積表明氣體可以與被困在納米級孔隙中的油氣接觸。此外，納米限制效應(yīng)可能會影響MMP的估算，并改變流體性質(zhì)，因此，包括管道壓力效應(yīng)和臨界性質(zhì)的變化可以更準確地預(yù)測回收率。分子擴散對回收性能的影響與擴散系數(shù)和浸泡時間密切相關(guān)。

然而，在實驗室中測量油飽和致密多孔介質(zhì)中氣體擴散系數(shù)是有限的，更可靠的擴散系數(shù)對于準確評價分子擴散在注氣吞吐中的作用至關(guān)重要?；|(zhì)滲透率對提高回收率的影響也非常大，在大滲透率范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的提高回收率性能，具有發(fā)達天然裂縫的雙孔雙滲體系，包括納米限制效應(yīng)和通過采用更高擴散率的分子擴散，并采用優(yōu)化的周期和注入時間參數(shù)，可以獲得更好的回收率。

4 結(jié)語

現(xiàn)代社會發(fā)展離不開油氣能源，而在油氣儲運中的油氣損失會造成大量能源浪費，同時還會對自然環(huán)境造成一定的污染。對此，必須要采取有效的油氣回收技術(shù)，對在油氣儲運中因蒸發(fā)、泄漏而損失的油氣進行有效回收利用，從而減少損失，提高效益。但目前我國的油氣回收技術(shù)尚不夠完善，未來仍需加強研究，爭取早日研發(fā)出更加有效的技術(shù)。