空氣/減氧空氣驅(qū)氧氣消耗規(guī)律分析*

齊 桓，李宜強(qiáng)，王文東，韓繼凡，閆 茜，張佳樂，劉哲宇

（1.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國石油大學(xué)（北京）），北京 102249；2.中國石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院，北京 102249；3.中國石油吐哈油田勘探開發(fā)研究院，新疆哈密 839000）

0 前言

目前，我國大部分油田已進(jìn)入水驅(qū)開發(fā)的中后期階段，存在油井含水率高、投入產(chǎn)出比大、常規(guī)注水挖潛困難等諸多問題［1-3］?？諝?減氧空氣驅(qū)技術(shù)經(jīng)過多年的室內(nèi)研究及礦場試驗(yàn)，已被證明是一種有效的提高油藏采收率技術(shù)［4-9］。該技術(shù)的關(guān)鍵是依據(jù)目標(biāo)儲(chǔ)層條件設(shè)計(jì)注入合適氧含量的空氣或減氧空氣驅(qū)替原油，既能保證生產(chǎn)井的安全、高效生產(chǎn)，又能降低減氧空氣的生產(chǎn)成本和管道腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

國內(nèi)外大部分學(xué)者針對空氣/減氧空氣驅(qū)的研究重點(diǎn)多在原油與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)的熱效應(yīng)上［10-12］，而氧氣在實(shí)際儲(chǔ)層中的消耗規(guī)律卻鮮有報(bào)道。由于氧氣在儲(chǔ)層中的溶解、消耗占比情況復(fù)雜［13］，可將氧氣的消耗類型簡化分為由原油氧化、還原性流體氧化等作用主導(dǎo)的化學(xué)消耗類型以及氣體溶解、吸附等作用主導(dǎo)的物理消耗類型。在空氣/減氧空氣驅(qū)油過程中，原油中不同類型的有機(jī)質(zhì)、地層水中還原性物質(zhì)以及不同類型的黏土礦物均會(huì)對氧氣消耗程度以及原油氧化反應(yīng)程度產(chǎn)生影響［14-16］，同時(shí)注采井間的壓力降會(huì)導(dǎo)致不同位置氧氣的消耗強(qiáng)度不同，儲(chǔ)層中不同的溫度及含油飽和度也會(huì)對氧化反應(yīng)速率產(chǎn)生影響。國內(nèi)外對此并沒有系統(tǒng)全面的研究，而這些因素均會(huì)決定著氧氣的消耗情況。在實(shí)際礦場應(yīng)用過程中，其低溫氧化作用貢獻(xiàn)評(píng)估、減氧成本控制、氣竄防控以及防腐蝕、爆炸［17］等關(guān)鍵技術(shù)問題仍未得到很好的解決。盡管注入相對較高氧含量的氣體可以降低減氧空氣的生產(chǎn)成本，理論上能增加原油的氧化程度，但由于氣竄和氧化反應(yīng)的不充分，會(huì)造成生產(chǎn)井中氧氣含量過高，同時(shí)地層中的輕烴組分會(huì)運(yùn)移至采出端。當(dāng)生產(chǎn)井處的混合氣濃度達(dá)到一定范圍時(shí)可能會(huì)增加爆炸的風(fēng)險(xiǎn)［18］，也會(huì)加大井柱腐蝕的程度，增加生產(chǎn)操作過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。而當(dāng)注入氣中的氧氣濃度較低時(shí)，又無法充分發(fā)揮驅(qū)油過程中低溫氧化提高采收率的作用，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致減氧空氣的生產(chǎn)成本大幅增加［19］。注入到儲(chǔ)層中的氧氣消耗情況不明確，既不能充分發(fā)揮原油低溫氧化對于進(jìn)一步提高采收率的作用，又不能保證注入與生產(chǎn)的安全性。因此，為達(dá)到降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)約成本的目的，同時(shí)明確注入到油藏中的氣體是否發(fā)揮作用，在使用空氣/減氧空氣驅(qū)油時(shí)研究氧氣的沿程消耗情況以及地層中實(shí)際耗氧規(guī)律就顯得十分必要。

基于上述問題，本研究以國內(nèi)某高溫高鹽斷塊油藏為例，首先采用高溫高壓反應(yīng)釜進(jìn)行了原油靜態(tài)低溫氧化特征實(shí)驗(yàn)，明確了原油與氧氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)體系壓力變化及產(chǎn)物情況；而后進(jìn)行了不同反應(yīng)物配比下的原油氧化對比實(shí)驗(yàn)，明確了原油在實(shí)際儲(chǔ)層溫、壓條件下的氧化特征以及儲(chǔ)層中各因素的耗氧占比情況；最后針對目標(biāo)油藏條件，基于20 m細(xì)長管動(dòng)態(tài)驅(qū)油實(shí)驗(yàn)研究了在不同壓力、溫度及含油飽和度條件下原油與氧氣在多孔介質(zhì)中的沿程消耗規(guī)律，得出了氧氣濃度的一維分布狀況及氧化前緣的動(dòng)態(tài)推進(jìn)特征。明確氧氣在儲(chǔ)層中的沿程消耗規(guī)律以及儲(chǔ)層內(nèi)的各因素的耗氧比例劈分，以期為空氣/減氧空氣驅(qū)適用條件篩選以及實(shí)際礦場實(shí)踐提供理論支撐，確保安全高效生產(chǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

原油取自國內(nèi)某高溫高鹽斷塊油藏（儲(chǔ)層平均溫度89 ℃、壓力19.5 MPa），經(jīng)過脫水、脫氣處理后的密度（89 ℃）為0.889 g/mL、黏度（89 ℃）為21 mPa·s，原油含53.85%飽和烴、23.94%芳香烴、19.93%膠質(zhì)、2.28%瀝青質(zhì)，含85.77% C 元素、11.53% H 元素、0.39% O 元素、2.31% N 元素；該油藏地層水礦化度為29 816 mg/L，離子組成（單位mg/L）為：K++Na+10 779、Mg2+65、Ca2+443、Cl-16 971、HCO3-1558；含氧21%的高壓壓縮空氣，北京永圣氣體科技有限公司；石英砂，粒徑80～125 μm（180～120 目），河南銘海石英砂廠；圓柱形尼龍高聚材料，廣東誠聯(lián)絕緣材料廠。

ISCO 泵，20 m 細(xì)長管，硅膠玻纖絕熱套層，恒溫箱，氣體增壓裝置，高壓活塞容器，高壓壓力表，高壓閥門，高精度回壓閥，高壓管線，集氣袋，Agilent 7890B 氣相色譜儀，整套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來自揚(yáng)州華寶石油儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)

原油靜態(tài)低溫氧化反應(yīng)系統(tǒng)見圖1。反應(yīng)系統(tǒng)主要由高溫高壓靜態(tài)氧化裝置、氣體增壓裝置、壓力監(jiān)測系統(tǒng)、溫控裝置及分析裝置組成。其中高溫高壓靜態(tài)氧化裝置采用316 鋼制造，外圍包裹硅膠玻纖材質(zhì)絕熱套以模擬地層絕熱環(huán)境，其中反應(yīng)釜體積600 mL，耐溫350 ℃，耐壓70 MPa。

圖1 原油靜態(tài)氧化反應(yīng)裝置示意圖

實(shí)驗(yàn)流程如下。檢查高壓反應(yīng)釜?dú)饷苄裕幢? 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，于高溫高壓靜態(tài)氧化裝置中加入反應(yīng)物（石英砂和油、氣、水等），隨后將反應(yīng)裝置加熱至實(shí)驗(yàn)溫度89 ℃；向反應(yīng)釜中注入預(yù)先增壓的高壓氣體，當(dāng)壓力達(dá)到實(shí)驗(yàn)壓力19.5 MPa后停止氣體注入并關(guān)閉注入端閥門；打開壓力監(jiān)測裝置記錄反應(yīng)釜內(nèi)的壓力變化；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，采集反應(yīng)釜中氣體樣品進(jìn)行色譜分析；清理儀器，準(zhǔn)備其他方案完成全部實(shí)驗(yàn)。

1.2.2 動(dòng)態(tài)驅(qū)替細(xì)長管實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)驅(qū)替細(xì)長管實(shí)驗(yàn)裝置流程見圖2。細(xì)長管在距注入端400 cm（A 點(diǎn)）、800 cm（B 點(diǎn)）、1200 cm（C 點(diǎn)）、1600 cm（D 點(diǎn)）及2000 cm（E 點(diǎn)，出口端）處設(shè)置取樣點(diǎn)，并用硅膠玻纖絕熱套包裹以模擬近似絕熱的儲(chǔ)層條件。實(shí)驗(yàn)流程如下。細(xì)長管填砂后按照流程圖2安裝實(shí)驗(yàn)裝置，檢查實(shí)驗(yàn)裝置密封性；向細(xì)管中飽和地層水并計(jì)算孔隙度；在儲(chǔ)層溫度89 ℃、回壓19.5 MPa 下飽和脫水原油并計(jì)算注入原油量，使含油飽和度達(dá)到70%；回壓維持19.5 MPa，以0.01 mL/min 的速度向盤管中注入空氣，記錄驅(qū)替過程中出口產(chǎn)油量；在不同注入時(shí)刻于取樣點(diǎn)取樣并進(jìn)行氣相色譜分析，確定氣樣中的組分及比例；改變實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)以上步驟，進(jìn)行不同影響因素分析實(shí)驗(yàn)。

圖2 空氣驅(qū)細(xì)長管驅(qū)替實(shí)驗(yàn)裝置流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 原油靜態(tài)氧化耗氧特征

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)后，反應(yīng)體系的整體壓力降低，空氣中氧氣含量減少，CO2、CH4含量增加［20］。記錄油樣+空氣與油樣+氮?dú)庠趯?shí)際儲(chǔ)層溫度、壓力條件下，于高溫高壓靜態(tài)氧化裝置內(nèi)的壓力變化，結(jié)果如圖3 所示。反應(yīng)裝置內(nèi)的壓力均存在不同程度的降低，氮?dú)獠粫?huì)與原油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被消耗，釜內(nèi)壓力降低的原因是由于氮?dú)庠谠椭腥芙馑?。而空氣中的氧氣?huì)與原油發(fā)生氧化反應(yīng)從而被消耗，造成壓力降低是由于發(fā)生低溫氧化反應(yīng)消耗氧氣導(dǎo)致氧分壓降低以及空氣溶解于原油這兩方面的原因［21］。由于氮?dú)馀c空氣在原油中的溶解能力相似，因此空氣與氮?dú)馑鶎?dǎo)致的壓降差值可近似認(rèn)為是發(fā)生低溫氧化反應(yīng)導(dǎo)致壓力下降值。在明確低溫氧化作用導(dǎo)致的壓力損失后，利用式（1）計(jì)算單位體積原油的耗氧速率。當(dāng)空氣與原油在儲(chǔ)層條件下接觸時(shí)，體系壓力出現(xiàn)了大幅度的降低，從原油+氮?dú)獾膲航登€可知該階段主要為氣體溶解階段。當(dāng)原油中氣體溶解飽和，后續(xù)壓降主要為低溫氧化反應(yīng)造成。反應(yīng)進(jìn)行120 h 后體系壓力幾乎不再降低，也證實(shí)了低溫氧化反應(yīng)一般需要持續(xù)數(shù)天或數(shù)周才能達(dá)到將氧氣充分消耗的目的。

圖3 不同反應(yīng)條件下體系的壓降曲線

其中，VO2—原油耗氧速率，mol/min；Vg—反應(yīng)物中的氣體體積，mL；Voil—反應(yīng)物中的原油體積，mL；Z—?dú)怏w壓縮因子，無量綱；R—?dú)怏w常數(shù)，8.314 J/（mol·K）；T—實(shí)驗(yàn)溫度，K；p(t)—某一時(shí)刻反應(yīng)體系的總壓力，MPa。

待反應(yīng)體系內(nèi)壓力不再降低，此時(shí)體系剩余壓力16.45 MPa。由于較高的壓力會(huì)導(dǎo)致部分氣體溶解于原油中，分別在體系壓力為16.45 MPa 及0.1 MPa 時(shí)采集反應(yīng)釜內(nèi)氣體進(jìn)行氣相色譜分析。在兩種取樣壓力下測得CO2、CH4的相對百分含量分別為3.01%、7.04%和1.19%、3.25%。在較高壓力下生成的CO2及CH4部分溶解于原油中，而在低壓環(huán)境下發(fā)生逸出。在不同取樣壓力下均未檢測到O2的存在，證明溶解于原油中的氧氣全部與原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)從而被消耗。

化學(xué)式（2）、（3）為碳?xì)浠衔锓肿咏?jīng)歷低溫氧化反應(yīng)的簡化模型［22］。在氧化反應(yīng)階段，氧原子與碳?xì)浠衔锓肿咏Y(jié)合生成含氧的烴類化合物，如R—COOH（羧酸）、R—CHO（醛）、R—CO—R'（酮）、RR'R''—COH（醇或苯酚）、RR'R''—COOH（氫過氧化物）等物質(zhì)。其中，羧基官能團(tuán)的化學(xué)鍵能最大，性質(zhì)最為穩(wěn)定，而羥基、羰基所在碳原子的化學(xué)鍵能較低，可通過進(jìn)一步的氧化反應(yīng)生成羧酸根（加氧反應(yīng)階段）。在脫羧反應(yīng)階段，部分氧化產(chǎn)物繼續(xù)氧化，通過脫羧或脫碳，生成CO2、輕烴和水等物質(zhì)。

2.2 儲(chǔ)層條件氧氣消耗定量表征

為探索空氣驅(qū)過程中氧氣在實(shí)際儲(chǔ)層中的消耗規(guī)律，提高空氣/減氧空氣驅(qū)的應(yīng)用安全性，降低減氧空氣的生產(chǎn)成本和管道腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，該部分研究模擬了氧氣在實(shí)際儲(chǔ)層環(huán)境下的單因素消耗以及多因素消耗動(dòng)態(tài)過程，監(jiān)測每部分實(shí)驗(yàn)的總壓力降，以壓力降低值表征注入氣體消耗的程度。研究表明，地層水會(huì)溶解一部分氧氣，又由于其中還原性離子的存在使得空氣中的部分氧氣發(fā)生氧化消耗。由于實(shí)際儲(chǔ)層中地層水礦化度較高，其中的金屬離子可對原油的低溫氧化作用起到一定的催化作用進(jìn)而促進(jìn)氧氣消耗。而儲(chǔ)層中的多孔介質(zhì)也會(huì)吸附、滯留部分氣體，黏土礦物的存在也會(huì)起到催化作用促進(jìn)原油消耗氧氣［23］。通過本研究明確實(shí)際儲(chǔ)層中注入氣體與儲(chǔ)層流體的作用機(jī)制，以及注入氧氣的多因素消耗定量劈分，能夠指導(dǎo)空氣驅(qū)礦場實(shí)踐，預(yù)測儲(chǔ)層不同部位的剩余氧氣含量，為確保安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表1 所示，考慮到控制實(shí)驗(yàn)變量，通過不同實(shí)驗(yàn)間對比得到變量因素的耗氧情況。實(shí)驗(yàn)1中與2的壓降差值反映了注入氣體溶解于水中的情況，計(jì)算氧分壓則需考慮氧氣在氣體中的百分含量。為保證各組實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)物體積占比相同，于實(shí)驗(yàn)1中加入200 mL的高聚材料作為死體積（不與其他物質(zhì)反應(yīng)）。實(shí)驗(yàn)2與3之間對比可消除水中溶解因素的影響，壓降差僅認(rèn)為由地層水中的金屬離子或還原性物質(zhì)因素造成。地層水存在的條件下體系總壓降更大，低溫氧化程度更高，有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)3與4的壓降差值代表黏土礦物消耗氧氣以及催化原油促進(jìn)氧氣消耗造成的壓力降。實(shí)驗(yàn)4則模擬了儲(chǔ)層中消耗氧氣的全部影響因素。以實(shí)驗(yàn)4的總壓降代表實(shí)際儲(chǔ)層中的總氧氣消耗，定量計(jì)算各因素造成氧氣消耗的百分比分別為低溫氧化消耗87.84%、地層水物理溶解6.30%、地層水化學(xué)消耗3.90%、實(shí)際巖心消耗1.96%。由2.1節(jié)可知，溶解于原油中的氧氣會(huì)被全部消耗，可將溶解部分歸為原油氧化消耗的量。對于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)而言，上述得到的儲(chǔ)層中不同因素的耗氧量結(jié)果在數(shù)值上或許會(huì)與實(shí)際地層中復(fù)雜的耗氧情況存在差異，但通過該實(shí)驗(yàn)方法得到的不同因素耗氧量的相對大小仍存在一定的科學(xué)合理性。

表1 原油靜態(tài)氧化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

該部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)為儲(chǔ)層中氧氣消耗最主要的因素，但仍有近12%的氧氣被無效消耗。地層水中的物理溶解為導(dǎo)致氧氣消耗的第二大因素，當(dāng)實(shí)際儲(chǔ)層中含水飽和度更高時(shí)，無效氧氣消耗占比會(huì)更大，注入氣中的氧氣會(huì)更多地溶解在地層水中。在實(shí)際開發(fā)生產(chǎn)過程中，高含水油藏采出端井口含水率較高，溶解于地層水的氧氣會(huì)在采出端逸出，雖然溶解于地層水中的氧氣量占總體注入氧氣總量較少，但較高的氧濃度仍會(huì)導(dǎo)致關(guān)井或提高井口的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 氧氣沿程消耗規(guī)律

氧氣和原油的氧化反應(yīng)是極其復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)程度主要受到原油的性質(zhì)、油藏溫度、壓力、巖石性質(zhì)以及巖石熱損失特性等影響［24-26］?？紤]到油藏不同位置以及不同時(shí)期的開發(fā)狀況，其溫度、壓力及含油飽和度均存在差異，基于20 m 細(xì)長管空氣驅(qū)實(shí)驗(yàn)研究了注入壓力（15～25 MPa）、溫度（60～120 ℃）與含油飽和度（30%～70%）對注空氣過程中的氧氣沿程消耗及驅(qū)油效率的影響。在實(shí)驗(yàn)過程中分別在A—E 點(diǎn)設(shè)置取樣點(diǎn)，將取得的氣樣通過高精度氣相色譜分析儀進(jìn)行成分分析，從而得到該點(diǎn)處的氧氣濃度變化情況，以此得到原油發(fā)生氧化反應(yīng)沿程消耗氧氣的程度及剩余氧氣濃度的變化規(guī)律。

2.3.1 注入壓力對氧氣動(dòng)態(tài)消耗的影響

注入壓力對采出程度及氧氣動(dòng)態(tài)消耗的影響見圖4。在實(shí)驗(yàn)溫度為89 ℃、含油飽和度為70%的條件下，隨著注入壓力的提高，同一取樣點(diǎn)在同一時(shí)刻的絕對剩余氧氣濃度均逐漸減小，較高的壓力更易于氧氣與原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)，促進(jìn)氧氣溶解于原油中，同時(shí)也提高了空氣驅(qū)的采出程度。

當(dāng)注入氣量為0.25 PV 時(shí)，由于注入氣體量較少，注入的氧氣可以在細(xì)管內(nèi)與原油充分反應(yīng)。在A 點(diǎn)與B 點(diǎn)，注入壓力25 MPa 時(shí)的剩余氧濃度最低，注入壓力15 MPa時(shí)的剩余氧濃度最高。D點(diǎn)之后經(jīng)分析在不同注入壓力條件下采出氣中均不含氧氣，說明氧氣已被完全消耗，此時(shí)采出端未見氣。注入氣量為0.5 PV時(shí)，A、B點(diǎn)的剩余氧濃度相比0.25 PV時(shí)有較高地提升，但隨著氣體向前運(yùn)移，大量的氧氣于細(xì)管中段消耗，細(xì)管尾端采出氣中剩余氧氣濃度仍較低。注入氣體0.75 PV 時(shí)，細(xì)管中前段剩余氧氣濃度均處于較高水平，氧氣消耗多發(fā)生在細(xì)管中后段，而出口端檢測到相對較高的氧濃度，可能是氣竄導(dǎo)致注入氣與發(fā)生氧化后的反應(yīng)氣混合導(dǎo)致氧濃度偏高。注入氣體1 PV時(shí)，C點(diǎn)之前孔隙內(nèi)氣體的驅(qū)油效率較大，剩余油量少導(dǎo)致氧氣幾乎不被消耗，而接近D點(diǎn)及以后剩余氧氣濃度降低，即使發(fā)生氣竄，細(xì)長管尾部的剩余油仍會(huì)消耗氧氣，但較低的剩余油飽和度下消耗氧氣能力較弱。

在實(shí)際儲(chǔ)層中，氧氣消耗最快的部位可以認(rèn)為是空氣/減氧空氣驅(qū)過程中的氧化前緣。圖4（b）中曲線的斜率代表氧氣消耗的速率，斜率越大代表著氧化消耗速率越大。根據(jù)曲線斜率的變化，可以明顯看出氧氣在細(xì)長管內(nèi)的氧化前緣（黑色加粗虛線）的推進(jìn)過程。隨著氣體的不斷注入，0.25 PV 時(shí)氧化前緣處于400～800 cm 處，0.5 PV 時(shí)氧化前緣處于800～1200 cm 處，0.75 PV 時(shí)氧化前緣處于1200～1600 cm 處，1 PV 時(shí)氧化前緣處于1600～2000 cm 處。即使空氣驅(qū)過程為非活塞式驅(qū)替，仍存在氧氣與原油反應(yīng)的氧化前緣，位于該前緣處的氧氣消耗量最多，氧氣消耗速率最大。

圖4 不同壓力下的采出程度曲線（a）和剩余氧氣濃度沿程動(dòng)態(tài)變化曲線（b）

2.3.2 溫度對氧氣動(dòng)態(tài)消耗的影響

在注入壓力為19.5 MPa、含油飽和度為70%的條件下，溫度對氧氣動(dòng)態(tài)消耗的影響見圖5。隨著溫度的升高，氣驅(qū)最終采出程度同樣增加，但其增幅高于改變壓力造成的變化。同一取樣點(diǎn)在注入量相同時(shí)，剩余氧氣濃度明顯下降。隨著注入量的增加，60 ℃時(shí)各個(gè)位置的氧氣濃度幾乎不變，此時(shí)沒有氧氣的消耗，說明該溫度下原油不發(fā)生氧化反應(yīng)消耗氧氣。而溫度升高到120 ℃時(shí)，同一取樣點(diǎn)的剩余氧氣濃度均低于89 ℃注入相同體積空氣時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，升高溫度更有利于原油發(fā)生氧化反應(yīng)消耗氧氣。

圖5 不同實(shí)驗(yàn)溫度下的采出程度曲線（a）和剩余氧氣濃度沿程動(dòng)態(tài)變化曲線（b）

對比不同實(shí)驗(yàn)溫度下的采出程度曲線，當(dāng)注入0.25 PV時(shí)3 種溫度下的采出程度大致相同。但隨著注入體積的增加，不同溫度下的采出程度出現(xiàn)差別。120 ℃下的采出程度逐漸增加，增幅大于其他兩種溫度，驅(qū)替1 PV 后120 ℃下的采出程度達(dá)到58.1%。可以證明溫度的升高使得原油發(fā)生氧化能力增強(qiáng)、氧氣消耗量增多，原油的采出程度提高。

2.3.3 含油飽和度對氧氣動(dòng)態(tài)消耗的影響

在注入壓力為19.5 MPa、溫度為89 ℃的條件下，細(xì)長管內(nèi)的含油飽和度對氧氣動(dòng)態(tài)消耗的影響見圖6。整體來看，在不同驅(qū)替階段下，較高的含油飽和度與氧氣消耗程度呈正相關(guān)關(guān)系。初始含油飽和度越高，氧氣消耗能力越強(qiáng)，且注入相同體積氣體時(shí)的采出程度越高。隨著含油飽和度的增加，同一取樣點(diǎn)在同一時(shí)刻下剩余氧氣濃度明顯減小。對于含油飽和度70%的細(xì)長管中，各取樣點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的剩余氧氣濃度均低于含油飽和度30%的條件，儲(chǔ)層內(nèi)剩余油飽和度對于氧氣消耗的影響較大。

圖6 不同初始含油飽和度下的采出程度曲線（a）和剩余氧氣濃度沿程動(dòng)態(tài)變化曲線（b）

當(dāng)注入0.25 PV 氣體時(shí)，A、B 點(diǎn)處在含油飽和度較高時(shí)的原油耗氧能力相對較強(qiáng)，含油飽和度較低時(shí)耗氧峰值相對滯后，但出口端未檢測出氧氣，3種條件下氧氣均能被完全消耗。當(dāng)注入氣體量增至0.5、0.75 PV時(shí)，不同初始含油飽和度實(shí)驗(yàn)條件下剩余氧氣濃度差值愈發(fā)增大，較低的含油飽和度導(dǎo)致氧氣消耗程度大幅降低。當(dāng)注入氣體達(dá)到1 PV后，含油飽和度較低的細(xì)管內(nèi)剩余氧氣濃度接近，而含油飽和度為70%的細(xì)管內(nèi)的原油仍具備消耗氧氣的能力。比較同一初始含油飽和度下氧氣濃度隨注入氣量的變化，也可以明顯觀察到氧化前緣逐漸前推的趨勢。

3 結(jié)論

實(shí)際儲(chǔ)層中注入氧氣的消耗可分為物理消耗與化學(xué)消耗類型，可基于控制變量思想計(jì)算儲(chǔ)層中不同因素的耗氧情況。原油發(fā)生低溫氧化反應(yīng)消耗的氧氣占比最高，地層水中溶解造成氧氣消耗占比其次，地層水中還原性物質(zhì)消耗氧氣占比次之，實(shí)際巖心碎屑消耗氧氣占比最低。

在模擬實(shí)際儲(chǔ)層條件下，氧氣沿程均會(huì)發(fā)生不同程度的消耗，可觀察到明顯的氧化前緣推進(jìn)動(dòng)態(tài)。較高的注入壓力、溫度及含油飽和度均會(huì)促進(jìn)原油的低溫氧化反應(yīng)程度從而增加氧氣的消耗。在實(shí)際礦場應(yīng)用空氣/減氧空氣驅(qū)技術(shù)時(shí)，除了要明確原油與空氣/減氧空氣反應(yīng)時(shí)的熱效應(yīng)，定量表征氧氣的有效及無效消耗對油田的高效安全生產(chǎn)以及控制投入成本也具有重要的意義。