油井注氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)的研究

張 濤 閆明莉 馬小東 劉 飛

延長(zhǎng)油田股份有限公司富縣采油廠 陜西延安 727500

石油是現(xiàn)代化工生產(chǎn)的重要原料，其在多個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)中均有廣泛應(yīng)用。近年來，我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，化工生產(chǎn)中對(duì)于石油的需求不斷增加，但是結(jié)合實(shí)際可知，石油開采具有較大的難度，其不僅受石油儲(chǔ)量、石油賦存情況的影響，而且與油田地質(zhì)構(gòu)造、水文狀況具有較大關(guān)系。當(dāng)油井開采步入后期，或是在一些低能薄油層區(qū)域，石油的開采效率會(huì)受到較大影響，對(duì)此需重視增產(chǎn)措施的合理使用。注氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)是油井開采中增產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的重要類型，其能在發(fā)揮氮?dú)鈿怛?qū)油作用的基礎(chǔ)上，有效生石油生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

1 注氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)可行性

油田的開采包含了投產(chǎn)、高產(chǎn)、遞減和衰減四個(gè)階段。一般在油井開采的初期階段，石油開采的整體難度較小，對(duì)于開采技術(shù)沒有特殊的要求，但是當(dāng)石油開采步入后期后，其整體產(chǎn)量就會(huì)持續(xù)衰減，對(duì)此應(yīng)在考慮油層環(huán)境和石油賦存情況的基礎(chǔ)上，重視增產(chǎn)技術(shù)的科學(xué)使用。注氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)在油井生產(chǎn)中應(yīng)用具有較高可行性，一方面，我國(guó)對(duì)于石油資源的需求量較大，但在資源短缺、油井后期開采難度大等因素的影響下，現(xiàn)階段的油田開采技術(shù)仍然存在較大的進(jìn)步空間，采用注氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)適應(yīng)了這種特殊的生產(chǎn)環(huán)境，技術(shù)應(yīng)用具有必然性。另一方面，氮?dú)獗旧砭哂休^強(qiáng)的膨脹性，整體驅(qū)油效果突出，在油井增產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用中，使用注氮?dú)庠霎a(chǎn)技術(shù)，能有效適應(yīng)油井生產(chǎn)后期、低能薄油層的石油生產(chǎn)需要，這對(duì)于提升油井開采效率和產(chǎn)量具有積極作用[1]。

2 注氮?dú)忾_采技術(shù)原理和特征

2.1 技術(shù)原理

氮?dú)獗旧硎且环N惰性氣體，其不僅具有易燃、干燥的特征，而且無爆炸、無腐蝕性，整體的隔熱性能更較為突出。研究表明，氮?dú)獾膲嚎s系數(shù)為0.291，整體壓縮系數(shù)較大；在石油開采中，氮?dú)饪勺鳛轵?qū)油劑，具有良好的膨脹性。從油井開采過程來看，在經(jīng)歷多輪次開采后，油井中的地層壓力逐漸降低，這造成了油氣比下降，油井產(chǎn)量降低的問題，影響了油田開采企業(yè)整體的效益。注氮?dú)忾_采技術(shù)是為提升石油開采效率和質(zhì)量所提出的一種全新技術(shù)，其主要是在光油管帶一次管柱泵或桿式泵一次下井的基礎(chǔ)上，通過油套環(huán)空注入溫度為80～100℃的氮?dú)猓瑫r(shí)借助油管注入蒸汽，該作業(yè)模式下，連續(xù)注入氮?dú)狻⒄羝?～10d，則這些蒸汽和氮?dú)饪稍诨旌虾筮M(jìn)入地層，通過燜井、碰泵開抽工作，能有效提升石油的開采效率和質(zhì)量[2]。

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)階段，注氮?dú)忾_采技術(shù)在石油開采中得到了廣泛應(yīng)用，其能有效滿足油井開采后期、低能薄油層等復(fù)雜工況的生產(chǎn)需要。從油井開采技術(shù)應(yīng)用過程來看，注氮?dú)忾_采技術(shù)的應(yīng)用具有以下特征：一方面，注氮?dú)忾_采技術(shù)能配合油井蒸汽吞吐后高溫地層條件進(jìn)行石油開采，該環(huán)節(jié)中，需要注入的蒸汽量較少，氮?dú)馀蛎浰俣瓤?，助排效果較好，能有效滿足油井生產(chǎn)需要。另一方面，氮?dú)獗旧頉]有腐蝕性，在注氮?dú)忾_采技術(shù)下，石油開采企業(yè)也不需要進(jìn)行壓井操作，這有效地避免了對(duì)油層、井場(chǎng)的污染，整體環(huán)境效益較為突出。另外，注氮?dú)馍a(chǎn)不需要投入大量資金進(jìn)行高溫封隔器、伸縮管、隔熱管建設(shè)，這節(jié)省了工程項(xiàng)目建設(shè)的資金，提升了項(xiàng)目建設(shè)的綜合效益[3]。

3 注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 分析注氮?dú)忾_采技術(shù)適用條件

注氮?dú)忾_采技術(shù)本身具有較強(qiáng)的專業(yè)性、綜合性和復(fù)雜性，在技術(shù)應(yīng)用初期階段，石油開采企業(yè)工作者需要積極開展氮?dú)忾_采條件的有效分析，這樣能為氮?dú)忾_采技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。一般當(dāng)油井開采步入到后期，或者在一些低能薄油層，注氮?dú)忾_采技術(shù)的應(yīng)用較多。在這些石油開采環(huán)境下，還應(yīng)注重一些特殊條件的有效分析。如在油井開采中，除一些低滲透油田外，在深層高壓或超高壓低滲透輕質(zhì)油藏區(qū)域、氣頂油藏區(qū)域，采礦企業(yè)均可通過注入氮?dú)獾姆绞絹硗瓿墒烷_采工作，這樣能有效提升注氮?dú)忾_采技術(shù)的適用性，提升石油開采的整體效果。

3.2 分析油層性質(zhì)和原油性質(zhì)

注氮?dú)忾_采技術(shù)受油層性質(zhì)、原油性質(zhì)的直接影響，故而嚴(yán)格控制油層性質(zhì)、原油性質(zhì)成為注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。

（1）石油開采工作中應(yīng)重視對(duì)油層滲透性的研究，一般當(dāng)油層垂向滲透率超過10-3um2時(shí)，可認(rèn)為此類油層為重力驅(qū)油層類型，在注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用中，針對(duì)性地選擇相應(yīng)的工藝類型。

（2）在注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用中，人們多會(huì)配合使用一定的整齊，但是當(dāng)溫度低于38℃時(shí)，注氮?dú)膺_(dá)不到混相驅(qū)條件，故而在注氮?dú)忾_采技術(shù)初期階段，還需要重視油層溫度的有效監(jiān)測(cè)和控制。

（3）在油層壓力及飽和度控制中，一般需確保油層壓力高于27MPa，同時(shí)油層的飽和度需大于20%，若在注氮?dú)夥腔煜囹?qū)替條件下，還需要控制原油的保護(hù)度保持在50%。原油性質(zhì)階段，相對(duì)密度、黏度等都是工作人員需要控制中的重要內(nèi)容。一般要求原油的相對(duì)密度小于0.8498，而原油的黏度需低于10mPa.s，這樣才能有為注氮?dú)忾_采技術(shù)的應(yīng)用奠定良好條件。除上述兩個(gè)指標(biāo)外，在原油性質(zhì)控制中，工作人員還需重視原油組分、中間烴等要素的控制，確保油井在注氮?dú)忾_采技術(shù)下具有良好的開采效率[4]。

3.3 重視注氮?dú)忾_采具體工藝方法應(yīng)用

采用注氮?dú)饧夹g(shù)進(jìn)行石油開采時(shí)，還需要重視注氮?dú)忾_采具體工藝方法的使用?，F(xiàn)階段，注氮?dú)忾_采方式的應(yīng)用具有一定的差異性，結(jié)合實(shí)際可知，除多次接觸混相驅(qū)、多次接觸非混相驅(qū)或近混相驅(qū)外，注氮?dú)忾_采石油還包含循環(huán)注氣保持地層壓力、頂部重力驅(qū)等諸多方法類型。在這些不同的工藝方法應(yīng)用中，工作人員應(yīng)重視具體工藝方法應(yīng)用條件的控制。譬如，當(dāng)勘察發(fā)現(xiàn)油井本身的油層性質(zhì)較差，而且原油中含有一定的熔接氣油層時(shí)，可選擇通過混相驅(qū)或非混相驅(qū)的注氮?dú)忾_采方式完成石油開采。而當(dāng)石油所存在的油層孔隙率較低時(shí)，可 通過就循環(huán)注氣保持地層壓力的方式完成注氮?dú)庾鳂I(yè)，提升石油開采效率。另外，若勘察發(fā)現(xiàn)油井所處區(qū)域油層物性較好，埋藏較深，則需要選擇重力驅(qū)注氮?dú)獾姆绞竭M(jìn)行開采，創(chuàng)造良好的注氮?dú)馐烷_采條件。

3.4 控制氮?dú)饧白⒌獨(dú)庠O(shè)備應(yīng)用

新時(shí)期，注氮?dú)忾_采技術(shù)在石油開采中得到了廣泛應(yīng)用，要進(jìn)一步提升注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用水平，在實(shí)際應(yīng)用中，還需要控制氮?dú)饧白⒌獨(dú)庠O(shè)備的有效應(yīng)用。一般在氮?dú)饪刂浦?，?yīng)注重氮?dú)鈿庠吹挠行Э刂啤，F(xiàn)階段，在油井開采工作中，注氮?dú)忾_采技術(shù)所使用的氮?dú)庵饕峭ㄟ^冷卻技術(shù)、分子膜技術(shù)等方式獲得的。在這些氮?dú)猥@取方式下，應(yīng)注重冷卻技術(shù)、分子膜技術(shù)應(yīng)用機(jī)理的有效分析，結(jié)合實(shí)際條件進(jìn)行氮?dú)獯鎯?chǔ)、輸送和應(yīng)用，并且在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)重視氮?dú)馕锘再|(zhì)的有效分析。在注氮?dú)庠O(shè)備應(yīng)用中，工作人員應(yīng)考慮到注氮?dú)忾_采石油多屬于野外作業(yè)，為提升設(shè)備應(yīng)用的便捷性、效率性，工作人員需按照體積小、便于撬裝的要求選擇制氮設(shè)備，并且所選擇的制氮設(shè)備應(yīng)具有啟動(dòng)快、操作方便使用優(yōu)勢(shì)，另外制氮設(shè)備還應(yīng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且使用壽命延長(zhǎng)，這樣能有效滿足石油開采作業(yè)的實(shí)際需要。

4 注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用實(shí)例研究

4.1 項(xiàng)目概況

某石油開次企業(yè)所屬油田包含多個(gè)油井，經(jīng)多輪次吞吐開采后，油田井口的壓力僅為只有1.5～2MPa，單井產(chǎn)量只有2t 左右。該條件下，若采用原先的蒸汽吞吐開采方式，這石油開采的投入會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)出?；诖耍谛聲r(shí)期的石油開采中，本單位在注入蒸汽的基礎(chǔ)上，配合使用了注氮開采技術(shù)，其中注入氮?dú)夂妥⑷胝羝牧糠譃?1.5 萬m3和850m3，在注入氮?dú)夂螅途诘膲毫ι仙搅?.5MPa，此時(shí)石油的產(chǎn)量也從原來的2m3/ d 增加到20m3/ d，這不僅提升了石油生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，而且有效地達(dá)到了增產(chǎn)增收的效果，促進(jìn)了石油開采企業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)揮在那。

4.2 注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用效果

本石油企業(yè)生產(chǎn)中，針對(duì)多輪次吞吐后油井壓力不足的問題，在蒸汽吞吐開采方式的基礎(chǔ)上，配合使用注氮?dú)忾_采技術(shù)。在氮?dú)庾⑷脒^程中，控制油田內(nèi)氮?dú)庾⑷刖拈g距保持在150～250m，在注氮?dú)馇埃认到y(tǒng)化地開展油藏深度勘察，當(dāng)確定油藏處于2700m 時(shí)，選擇在2500～3000m 的井段注入氮?dú)?，注入氮?dú)饬繛?1.5 萬m3，注氮?dú)鈺r(shí)間控制在60d，取得了良好的石油開采效益。

從注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用效果來看，注氮?dú)忾_采技術(shù)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及效果體現(xiàn)在以下層面：

（1）氮?dú)獗旧砭哂辛己玫母魺嵝阅?，研究表明，氮?dú)庾陨淼膶?dǎo)熱系數(shù)為0.0205W/ (m·K)，故在稠油熱采中，油管注蒸汽，套管注氮?dú)猓棺⑷胝羝麩崃繐p失很小，這大大減少了本尤其傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下熱量的損失，具有良好的應(yīng)用效果。僅以生產(chǎn)中的套管應(yīng)用為例，本企業(yè)使用注氮?dú)馍a(chǎn)工藝后，該工藝大大改善套管的力學(xué)性能，保護(hù)套管，延長(zhǎng)其使用壽命。如在注氮?dú)馍a(chǎn)中，對(duì)A、B、C 三口油井套管的溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)吞吐時(shí)套管外壁溫度小于150℃（見表1），這表明氮?dú)鈱?duì)蒸汽的隔熱完全符合吞吐井的工藝要求。

表1 套管溫度測(cè)量

（2）從石油生產(chǎn)效率來看，在為使用注氮?dú)馍a(chǎn)技術(shù)前，本單位單井產(chǎn)量只有2t 左右，使用注氮?dú)馍a(chǎn)技術(shù)后，單井產(chǎn)量增加到了20m3/ d，石油生產(chǎn)效率突出。主要是因?yàn)榈獨(dú)獗旧砭哂辛己门蛎浶裕谑褂玫獨(dú)夂?，氮?dú)庠谡羝饔孟聲?huì)在油層快速膨脹，并形成很大的氣頂，這大大增加了油井壓力，有效地達(dá)到了驅(qū)油助排的作用，為石油開采工作的開展創(chuàng)造了良好條件。

（3）隨著石油開采工作的開展，油層附近的地下水也會(huì)匯聚，這增加了石油開采的難度，使用注氮?dú)忾_采技術(shù)后，能避免積水對(duì)原油開采的影響。另外，氮?dú)膺€具有良好的輔助能力，憑借著良好的驅(qū)油彈性能力，注氮?dú)饧夹g(shù)能在節(jié)省蒸汽量，減少熱量損失的基礎(chǔ)上，保持地層能力，這有效地提升了注氮?dú)忾_采的效率和質(zhì)量，促進(jìn)了石油開采企業(yè)的效益獲得。

5 結(jié)語

注氮?dú)忾_采技術(shù)在現(xiàn)代石油開采中應(yīng)用廣泛，其能充分發(fā)揮氮?dú)馀蛎浐万?qū)油作用，提升石油開采的效率和質(zhì)量。新時(shí)期，人們只有充分認(rèn)識(shí)到注氮?dú)忾_采技術(shù)的應(yīng)用原理和特征，結(jié)合實(shí)際工況，深化注氮?dú)忾_采技術(shù)的應(yīng)用，并在油井開采生產(chǎn)中注重注氮?dú)忾_采技術(shù)的要點(diǎn)控制，這樣才能有效提升注氮?dú)忾_采技術(shù)應(yīng)用水平，提升石油開采效率，繼而促進(jìn)石油化工企業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。