低渗油藏注空气开采方法.docx

低渗油藏注空气开采方法注空气采油方法、机理概述原油/空气氧化反应♦原油/空气接触（氧气）会发生复杂的放热氧化反应♦氧化反应主要类型：（1）加氧反应（低温氧化反应，LTO）CHx + O2 CHxOy（2）热裂解（燃烧）反应（高温氧化反应，HTO）CHXOY + O2 CO2 + CO +H2O低渗油藏注空气开采方法注空气采油方法、机理概述原油/空气氧化反应♦氧化动力学模型可用Arrhe nius方程加以描述：d（Po2）/dt = Kexp（-E/RT）Po2n♦影响氧化反应特性（类型）的主要因素•原油性质•空气注入速度（氧流量）•岩石/流体系统特性•温度•压力原油/空气氧化反应♦ 原油的氧化动力学范围（Burgei;Moore,Greaves等）原油/空气氧化反应♦为了从反应扫及区有效驱油，氧化反应必须在热裂解（燃烧） 方式下进行♦负温度梯度区（Dechaux）•轻油和重油的氧化反应均存在负温度梯度区（约250〜350°C）,温度升高，反应速度降低♦轻油可在低温区（150〜300C）获得较高驱替效率，不需较 高氧流量；重油在高温区（＞350C）才能获得较高驱油效率, 为此必须突破负温度梯度区，需要足够高的氧流量注空气采油机理空气油藏驱替作用 原油氧化放热 烟道气（对重油有效）（对轻油有效）注空气采油机理♦重油油藏注空气采油机理•热效应降粘•改善流度比•蒸汽/热水驱效应•燃烧前缘蒸发的轻烃组分混相驱效应•烟道气驱注空气采油机理♦轻油油藏注空气采油机理•烟道气驱（混相或近混相驱）•提高或保持油藏压力•烟道气溶胀驱动效应•降粘（C02溶解）•原油轻组分萃取•热效应注空气方法分类（适用范围）♦注空气方法•驱油机理和氧化程度•高温氧化非混相驱（如成功的稠油火驱）•低温氧化非混相驱（如不成功的稠油火驱）•高温氧化混相驱（如高压空气注入法）•低温氧化混相驱（如高压空气注入法）•驱替方式•垂直驱替•水平驱替•注入方式•线性注入•面积注入成功注空气项目应满足的条件♦氧气利用率100%♦容易达到自燃♦燃烧前缘能够维持并均匀有效推进理想的注入方式♦从构造顶部开始注入♦线性排驱注空气采油的历史发展过程注空气试验的历史♦ 1916年，一次偶然的注空气作业♦ 20世纪20年代，少量室内实验和现场试验♦ 40年代，开始受到大石油公司重视♦ 50年代，室内实验和几个小规模现场试验取得效果♦ 50年代末、60年代初，重油油藏火烧项目迅速扩大♦ 70、80年代，由于投入高、成功率低，很多项目被迫停止美国火烧项目情况统计（1950年〜至今，共计228个）火烧油层试验失败和未能大规模工业应用的主要原因♦油藏地质因素♦机理认识不足且难以控制♦独立小石油公司缺乏知识，盲目上马♦操作、监测和管理问题♦设备和注入能力问题♦腐蚀、安全、侵蚀问题♦前期投资大，失败率高，人们丧失信心♦蒸汽驱的发展注空气技术的新发展轻油油藏注空气开采---一种有希望的提高采收率技术♦仅在几年前，注空气方法还被认为是火烧油层的代名词♦ 1994年，美国Williston盆地两个成功的商业高压注空 气项目结果发表后，空气驱作为一种提高采收率方法才 为人们普遍接受♦重油油藏注空气必须维持高温燃烧（350〜600°C）,从 而引发一系列经济、技术和生产作业问题♦轻油油藏注空气不需维持高温（一般V350C）,具有技 术（操作问题较少，容易自动点火，氧利用率高）和经 济（轻油价值高）双重优势♦注空气开采的重点已逐渐从重油油藏转向轻油油藏从理论上讲，注空气是一种理想的提高采收率方法♦空气随处可得，气源不受限制♦成本低廉♦既可用于一次、二次采油，也可用于三次采油注空气有望解决注入剂匮乏的难题♦低渗透油藏♦水驱已无经济吸引力的轻油油藏♦注入剂缺乏的荒漠地区油藏♦海上油藏♦水敏问题严重的油藏现场试验情况注空气技术的特点♦是一项涉及复杂物理化学过程的系统工程♦兼具传统气驱和火烧油层方法的优势和劣势注空气技术的希望和风险同在♦注空气开采在油藏选择、方案设计、管理操作、防腐、安全 等方面都存在着风险，这也是早期一些项目失败的主要原因♦实践证明，只要认识和掌握注空气开采的特点和规律，研究 到位，决策正确，措施得当，加强监测和管理，注空气项目 在技术和经济上就能取得成功低温氧化非混相驱试验项目低温氧化非混相驱试验项目♦ 在 Doftea na Oligoce ne 和 Solo nt Sta nesti 两个项目中， 油藏温度低且微裂缝发育，燃烧前缘热损失很高，加之注入 速度过低（10000〜12000 m3/d）,过程主要由LTO模式控制。

由于效果太差，项目被迫终止♦ Borislav项目同样是个由LTO控制的过程（据报道产出油粘 度增加了 2〜2 .5倍）效果令人失望，项目提前结束♦这三个低温氧化非混相驱项目采用的均是水平驱替方式如 果采用垂直驱替方式，效果可能会好些导致低温氧化控制过程的主要原因♦地层非均质性严重（包括裂缝）♦油藏温度低♦空气注入速度过低美国BRRU单元油藏注空气项目美国BRRU单元油藏注空气项目♦ BRRU油藏位于南dakota洲Wolliston盆地西南角，属于深层、 高压低渗碳酸岩轻油油藏♦ 1954年发现，采用面积井网开发♦ 一次采油机理为液体和岩石膨胀，无水驱或溶解气驱，估计一 次采收率为6 % OOIP，注空气前产量持续递减♦短期注水试验表明水驱不可行（注入困难）♦经详细室内试验和可行性研究后，1977年进行了先导试验，结 果令人鼓舞♦ 1979年开始全面注气，注压4400psi ,6〜12个月后产量显著增加♦ 1994年7月，累积空气/油比为10.5 Mscf/STB♦预计注空气作业可使采收率增加15.6 %，技术、经济效益明显美国MPHU单元注空气项目♦ MPHU油藏位于北dakota洲Wolliston盆地，也属于深层高温高压 低渗碳酸岩轻油油藏，与Buffalo油田BRRU单元油藏性质相近♦ 1985年7月有13 口生产井，采用面积井网开发，产量逐年下降♦ 一次采油机理为液体/岩石膨胀和局部水驱，溶解气膨胀和重力 泄油作用不大，估计一次采收率为15% OOIP♦由于一次采收率低，曾考虑了几种提高采收率方法。

因注入能力 和成本原因，注水、注天然气及CO2均被排除受BRRU注空气项 目成功鼓舞，认为注空气是可行的♦注气前进行了室内实验和详细的可行性研究，1987年10月开始 实施高压注空气♦注气15个月后见效，原油产量稳步增长♦截止1994年6月，累积注气13.7Bscf,产气量约为注气量的48%累积空气/油比7.3 Mscf/STB,比一些成功的CO2项目效果更好♦预计项目进行到2016年，采收率比一次采油增加14.2%OOIP，其中包括2.5%OOIP的天然气回收凝析液，说明注气萃取作用显著♦根据经济评价计算，即使在低油价环境下，从增产油量（1985〜 2016年）所得现金流量的内部收益率为13%♦ MPHU项目的成功经验•对注入井和生产井加强防腐措施，使高压注空气项目既经济又安全•优化压缩机操作（采用二台压缩机，防止停注）•加强生产井监控，保证高产、安全，没有出现过大的问题•实施方案应结合室内研究•建造处理厂，回收大量天然气凝析液BRRU和MPHU单元注空气项目提高采收率的原因♦注空气快速提高了油藏压力♦油藏温度较高（103〜121°C）,保证了油层内的自动点火和氧 气的完全消耗♦轻烃萃取作用♦燃烧气与油藏原油的近混相性这两个商业项目的成功被称为注空气史上的重要的里程碑！美国West Hackberry油田注空气项目♦这是注空气技术第一次成功地应用于双驱动过程（DDP）♦项目由Amoco公司和美国能源部联合进行，其目的是为了开发出一种在低油价环境下廉价的提高采收率方法♦ West Hackberry位于Gulf Coast地区，是一个多断块的高渗透盐丘轻油油藏，发现于1924年，过去一直靠砂层底部活跃的 水体向上驱油，部分断块内已衰竭产生了气顶，气顶区残余油 饱和度约为8% （依靠重力驱油，一次采收率为80〜90%）,水 驱残余油饱和度约为26% （采收率约为50〜60%）美国West Hackberry油田注空气项目♦通过室内实验和SSI热数值模型仔细设计了方案并进行了预测。

实验表明原油具有很好的燃烧性，全油田模拟结果表明大部分 时间的累计AOR都低于10000Scf/STB,说明经济效益良好♦分别于1994和1996年从构造顶部向一个高压油藏和一个低压油 藏注空气♦项目采用线性注入方式，预计7年后燃烧前缘还远离生产井♦低压项目很快就开始赢利项目在操作、设备、防腐、安全等方面曾遇到一些问题，但都采取措施及时妥善解决，为今后的注空气项目提供了宝贵的 经验♦这是Williston盆地进行的第三个高压注空气项目，油藏、流体 特征与BRRU和MPHU相似，地层带有倾角♦ 一次采收率预计为9.9%，排除了注水和注N2或CO2的可能性，最 终选择了注空气♦ 1996年3月实施高压注空气作业，9个月后结果令人鼓舞，油藏 压力增加了 550psi，产量从293BOPD上升到400BOPD （增加36%）,根据生产动态预测，可以达到1100〜1300 BOPD的预定目标♦该项目的特点是：•进行了比较全面系统的地质、实验室、油藏模拟研究和 技术经济评价•借鉴了 BRRU和MPHU项目的经验教训，在压缩机、井下设 备、管网建设、监测以及应急系统都建立了一套完善的防 腐、安全措施，效果比较明显，实施9个月来，一切正常室内研究情况室内研究的任务♦评价原油/岩心体系的氧化（燃烧）特性♦评价燃烧气的混相性和非混相性♦评价腐蚀（爆炸）和污染可能带来的操作问题室内研究情况注空气室内实验♦氧化反应器实验•等温实验：化学计量和动力学参数•绝热实验：原油筛选、氧化反应热量反应起始温度和最高温度♦驱替实验•等温烟道气驱：驱替特征和采收率•等温空气驱：氧气消耗速度和氧化特征•绝热空气驱：空气需要量、燃料消耗量空气燃料比、径向温度剖面 前缘最高温度和速度、采收率等实验方法和手段的最新进展♦实验手段、方法和精度比传统的氧化管有明显进步♦实验条件更接近油藏实际♦全部实验均可在实际油藏条件下进行（40MPa,500°C） ♦实验中均采用固结岩心（砂岩或碳酸盐，渗透率可低至10 md） ♦实验均可在动态流动条件下进行水驱后的轻油油藏注空气可行性研究（Sakthikumar）♦通过ARC和驱替实验研究了岩石类型、注空气速度、原油重 度（20〜45°API，其中H油田原油重度为45 °API ）和油藏 温度对水驱后的油藏注空气三次采油过程的影响♦在所有实验中，氧气均被消耗，采收率增加明显 ♦研究结果表明温度对氧化反应的影响比岩石中的粘土作用更大♦ SSI三维组分热模拟软件可以有效地对注空气岩心实验进行历史拟合♦组分、相对渗透率、毛管压力比热常数对模拟结果的影响更大。

对轻油体系，必须使用EOS来准确预测♦基础实验和数模结果令人鼓舞，建议进行先导试验北海水驱后油藏高压注空气实验和模拟研究（Fraim）♦北海M。